Comment choisir un chargeur embarqué pour VE ?

Le choix d'un chargeur embarqué pour véhicule électrique (OBC) est une décision d'ingénierie du système du véhicule plutôt que de simplement sélectionner la puissance de charge disponible la plus élevée. L'OBC est installé à l'intérieur du véhicule et convertit l'alimentation CA de la source de charge en alimentation CC contrôlée pour la batterie haute tension. Sa puissance nominale, sa configuration d'entrée CA, sa plage de tension de sortie CC, son efficacité, sa conception thermique, son interface de communication, son emballage et ses exigences de sécurité doivent tous correspondre à la plate-forme du véhicule.

Pour les fabricants de véhicules électriques, les développeurs de véhicules commerciaux et les intégrateurs de systèmes, le bon chargeur embarqué doit équilibrer le temps de charge, l'architecture de la batterie, l'infrastructure de charge du marché cible, l'espace d'installation disponible, la capacité de refroidissement, le coût et la fiabilité à long terme. Un OBC de 6,6 kW peut convenir à une plate-forme, tandis qu'un système OBC/DC-DC intégré de 11 kW, 22 kW ou intégré peut être plus adapté à une autre.

Ce guide explique comment définir les principales spécifications OBC avant la sélection des fournisseurs et l'appel d'offres, aidant ainsi les équipes d'ingénierie et d'approvisionnement à choisir un chargeur embarqué qui s'adapte à l'architecture complète du véhicule plutôt que de se concentrer uniquement sur la puissance nominale.

Points clés à retenir

• Sélectionnez l'alimentation OBC en fonction de la capacité de la batterie, du temps de charge AC cible, du cycle de service du véhicule et de l'infrastructure de charge disponible.

• Confirmez la tension d'entrée CA et la configuration des phases ainsi que la plage de tension de sortie CC requise avant de choisir un OBC.

• Évaluez les exigences en matière de gestion thermique, d’efficacité, d’emballage, de protection IP, de communication, de diagnostic et de sécurité au niveau du système du véhicule.

• Déterminez si le véhicule nécessite des fonctions de recharge avancées ou Technologies OBC de fabricants établis , y compris des architectures intégrées ou bidirectionnelles.

• Fournissez au fournisseur une spécification technique claire ou un appel d'offres afin que l'OBC puisse être adapté au véhicule plutôt que sélectionné uniquement en fonction de la puissance nominale en kW.

Sélection du chargeur intégré : niveaux de puissance et entrée CA

Comprendre d'abord le rôle de l'OBC

Avant de comparer les puissances OBC, il est important de distinguer un chargeur embarqué d’un équipement de charge externe. L'OBC est une unité de conversion de puissance installée dans le véhicule électrique, tandis que l'EVSE fournit l'alimentation secteur et la communication de charge depuis l'extérieur du véhicule. Vous pouvez examiner la différence plus en détail dans ce guide pour recharge des véhicules électriques à bord ou hors bord.

Pendant la recharge CA, la borne de recharge peut être capable de fournir plus d’énergie que ce que le véhicule peut accepter. Dans cette situation, l’OBC reste l’une des principales limites de la puissance de charge CA. Par exemple, connecter un véhicule équipé d'un OBC de classe 7 kW à une borne de recharge AC compatible de 22 kW ne permet pas au véhicule de se recharger à 22 kW. Le véhicule se chargera uniquement dans les limites de son OBC, de sa batterie, de ses conditions thermiques, de son protocole de charge et de sa stratégie de contrôle.

Choisissez la puissance nominale OBC requise

Les niveaux de puissance EV OBC courants incluent environ 3,3 kW, 6,6 kW, 7 kW, 11 kW et 22 kW, avec des solutions de puissance plus élevée disponibles pour des applications spécifiques de véhicules commerciaux et spécialisés. La note correcte dépend de la quantité d’énergie qui doit être restituée à la batterie dans la fenêtre de charge disponible.

Une puissance OBC plus élevée n’est pas automatiquement meilleure. L'augmentation de la puissance de charge peut affecter le coût des composants, la masse, le volume de l'emballage, la demande de refroidissement, la compatibilité électromagnétique et la complexité du système. La solution privilégiée est donc le niveau de puissance qui satisfait à la fenêtre de recharge requise du véhicule sans créer de surcharge inutile du système.

Estimer le temps de charge CA à partir de la capacité de la batterie

Une première estimation utile est la suivante :

Temps de charge approximatif en CA = énergie requise par la batterie ÷ puissance de charge effective.

Par exemple, si environ 50 kWh doivent être fournis à une batterie, un calcul idéalisé donne environ 7,6 heures à 6,6 kW et 4,5 heures à 11 kW. Le temps de charge réel sera plus long ou différent car l'efficacité de l'OBC, la température de la batterie, l'état de charge, les limites de gestion de la batterie, les charges auxiliaires, les conditions d'alimentation et la stratégie de contrôle de charge affectent tous la puissance effective fournie à la batterie.

Faites correspondre l'OBC à l'architecture de la batterie du véhicule

Définir la plage de tension de sortie CC requise

La sélection OBC ne peut pas être effectuée uniquement à partir de la puissance de charge. La sortie CC du chargeur doit correspondre à la fenêtre de tension de fonctionnement de la batterie de traction. Les programmes du véhicule peuvent utiliser différentes architectures haute tension, et l'OBC doit prendre en charge la tension de batterie minimale et maximale requise tout au long du processus de charge.

Lors de la préparation des spécifications, les équipes d'ingénierie doivent fournir au fournisseur la tension nominale de la batterie ainsi que la plage complète de tension de fonctionnement. Cela permet au fabricant d'OBC d'évaluer la topologie, la sélection des semi-conducteurs, l'efficacité, les exigences d'isolation, le comportement thermique et la stratégie de contrôle dans des conditions réalistes.

Tenez compte de la capacité de la batterie et du cycle de service du véhicule

La capacité de la batterie détermine la quantité d’énergie qui peut devoir être reconstituée, mais le cycle de service détermine la rapidité avec laquelle cette énergie doit être restaurée. Un véhicule électrique de tourisme garé la nuit peut tolérer une fenêtre de recharge CA plus longue, tandis qu'un véhicule de flotte commerciale, une navette, un véhicule logistique ou un véhicule électrique industriel peuvent nécessiter un délai d'exécution plus rapide entre les quarts de travail.

Pour cette raison, un OBC de 11 kW ou plus de puissance peut fournir une valeur opérationnelle significative sur certains programmes du véhicule, même lorsqu'un chargeur de faible puissance pourrait techniquement recharger la batterie. À l’inverse, l’installation d’un OBC de plus grande puissance offre peu d’avantages lorsque l’infrastructure de recharge cible ne peut pas fournir l’alimentation CA requise.

Tenez compte de l'entrée CA, de la configuration des phases et du marché cible

Le marché cible constitue un élément important de la conception de l'OBC, car les tensions de réseau, les phases CA, les connecteurs, les normes de charge et l'infrastructure disponibles diffèrent selon les régions. Un chargeur destiné à un marché ne doit pas automatiquement être considéré comme adapté à un autre.

La recharge monophasée est courante dans de nombreuses applications résidentielles et légères, tandis que la recharge CA triphasée est largement disponible dans divers environnements de recharge européens et commerciaux. Un OBC de 11 kW est généralement configuré pour un fonctionnement triphasé où une charge triphasée de classe 400 V est disponible, tandis que les OBC de faible puissance sont fréquemment conçus autour d'une entrée monophasée.

Pour la sélection OEM, la question importante n'est pas simplement « monophasé ou triphasé ? » ; il s'agit de savoir si la tension d'entrée et la plage de phases prises en charge par l'OBC correspondent à l'infrastructure de recharge des marchés visés par le véhicule.

Évaluez la gestion thermique, la densité de puissance et l’emballage

Choisissez une stratégie de refroidissement adaptée au véhicule

La chaleur générée par la conversion de puissance doit être gérée au sein du système thermique du véhicule. En fonction de la densité de puissance OBC, de l'environnement d'exploitation, de l'espace d'installation, du cycle de service et de l'architecture du véhicule, les conceptions peuvent utiliser un refroidissement liquide, un refroidissement par air ou une autre solution thermique.

Plutôt que de spécifier une méthode de refroidissement uniquement à partir de la puissance nominale en kW, les ingénieurs automobiles doivent prendre en compte la disponibilité du liquide de refroidissement, la température d'entrée, le débit, la température ambiante, la position de montage, les sources de chaleur environnantes et la durée de charge dans le pire des cas. Ceci est particulièrement important pour les véhicules utilitaires et les véhicules électriques spécialisés fonctionnant dans des environnements exigeants.

Les solutions intégrées peuvent également réduire le nombre de modules électroniques de puissance séparés dans le véhicule. Landworld fournit des systèmes de recharge intégrés qui peuvent combiner des fonctions telles que l'OBC et la conversion DC/DC pour des architectures de véhicules adaptées.

Vérifiez les contraintes de taille, de poids et de montage

La densité de puissance est importante car l’espace d’emballage du véhicule est limité. Avant la sélection finale de l'OBC, définissez les dimensions maximales autorisées, l'orientation de montage, l'accès aux connecteurs, le poids cible, les interfaces de refroidissement et les exigences de service.

Un OBC techniquement performant peut toujours ne pas convenir s’il nécessite une refonte approfondie de l’ensemble du véhicule. Fournir des contraintes dimensionnelles dès le début de la demande d'offre aide le fournisseur à évaluer si un produit standard peut être utilisé ou si une personnalisation est nécessaire.

Vérifiez l’efficacité, la CEM et les exigences environnementales

Évaluez l’efficacité sur toute la plage de fonctionnement

L'efficacité de l'OBC affecte les pertes de charge, la génération de chaleur, les besoins de refroidissement et les performances énergétiques globales du véhicule. Cependant, un seul chiffre d’efficacité maximale ne décrit pas les performances sur toute la plage de fonctionnement.

Les équipes d'ingénierie doivent donc examiner l'efficacité de combinaisons représentatives de tension d'entrée CA, de tension de batterie, de puissance de charge et de température. Pour plus d'informations, voir l'explication de Landworld sur efficacité du chargeur embarqué.

Définir les exigences en matière de protection de l'environnement

Le niveau de protection requis dépend de l'endroit où l'OBC est installé dans le véhicule. Les spécifications devront peut-être définir la résistance à la poussière, à l’eau, aux vibrations, aux chocs mécaniques, à l’humidité, à l’exposition au sel, aux cycles thermiques et à d’autres conditions environnementales automobiles.

Au lieu d'appliquer une cote d'enceinte destinée aux équipements de charge externes, l'OBC doit être évalué en fonction de l'emplacement d'installation réel du véhicule et des exigences de validation environnementale du programme.

Tenez compte de la CEM et de la protection électrique

L’OBC étant un convertisseur à découpage haute puissance connecté à la fois au réseau et au système haute tension du véhicule, la compatibilité électromagnétique est une considération majeure en matière de développement. La conception nécessite également une protection électrique appropriée contre les conditions d'entrée anormales, les surtensions, les surintensités, la surchauffe, les défauts d'isolement et d'autres cas de défaillance définis.

Les exigences applicables en matière de CEM, de sécurité électrique et d'homologation des véhicules doivent être identifiées en fonction du marché cible et de la catégorie du véhicule plutôt que de s'appuyer sur une liste de certification universelle.

Communication, contrôle et intégration des véhicules

Communication CAN, BMS et VCU

Un OBC automobile ne fonctionne pas de manière indépendante. Il échange généralement des commandes de charge, des informations d'état, des données de défaut, des informations de tension, de courant, de température et de diagnostic avec d'autres contrôleurs du véhicule.

Avant la sélection du fournisseur, définissez l'architecture de communication CAN requise, l'ensemble des messages, le débit en bauds, le comportement de réveil, les diagnostics, la gestion des défauts et les interfaces avec le BMS et le VCU. Si nécessaire, la personnalisation du logiciel et du protocole doit être discutée pendant la phase de développement.

Normes de charge et fonctions avancées

La communication de recharge requise dépend du marché du véhicule, du système de connecteurs et de l'architecture de recharge. Certaines plates-formes peuvent nécessiter uniquement des fonctions de recharge CA conventionnelles, tandis que d'autres peuvent nécessiter des capacités de recharge intelligente ou bidirectionnelles plus avancées.

Il est donc utile de faire la distinction entre l’OBC lui-même et l’écosystème plus large de recharge des véhicules électriques. Cet aperçu de Les différents types de recharge de véhicules électriques fournissent un contexte supplémentaire sur les différences entre les architectures de recharge CA et CC.

Décidez si vous avez besoin d'un OBC intégré ou bidirectionnel

Systèmes OBC et DC/DC intégrés

Pour certaines plates-formes EV, l'intégration de l'OBC avec un convertisseur DC/DC haute tension vers basse tension peut réduire le nombre de modules séparés, simplifier l'emballage et prendre en charge une intégration thermique et électrique plus centralisée.

Cependant, l'intégration doit être évaluée en fonction des niveaux de puissance requis du véhicule, de la stratégie de redondance, de la facilité d'entretien, de l'emballage, de l'architecture thermique et du coût. Landworld fournit également des conseils sur les produits intégrés tels que son Système 2-en-1 11 kW OBC et 3 kW DC/DC.

Exigences de charge bidirectionnelle

Si un programme de véhicule est destiné à prendre en charge des fonctions telles que V2L, V2H ou V2G, il peut être nécessaire d'envisager une conversion de puissance bidirectionnelle au stade de l'architecture. Un OBC bidirectionnel peut fournir une capacité de conversion de puissance côté véhicule pour certaines architectures de charge bidirectionnelles, mais l'OBC à lui seul ne constitue pas un système V2H ou V2G complet.

Les contrôles des véhicules, la stratégie BMS, les équipements de recharge, les protocoles de communication, les exigences d'interconnexion au réseau, les dispositifs de protection et les réglementations régionales peuvent tous être impliqués. La capacité bidirectionnelle devrait donc être spécifiée comme une exigence complète relative au véhicule et au système de recharge.

Évaluer la fiabilité, la validation et la garantie

La validation automobile est importante

Un OBC EV de production fonctionne sous des contraintes électriques, thermiques et mécaniques répétées tout au long du cycle de vie du véhicule. L’évaluation des fournisseurs doit donc inclure plus que des spécifications nominales. Demandez comment l'OBC est validé pour les cycles de température, les vibrations, l'humidité, les contraintes électriques, la CEM, l'isolation, les fonctions de protection et le fonctionnement de longue durée.

Examinez également la capacité de gestion de la qualité automobile du fournisseur, le processus de traçabilité, les tests de production, le processus de contrôle des modifications et la prise en charge de la validation au niveau du véhicule.

Garantie et assistance tout au long du cycle de vie

Pour les projets OEM et commerciaux, l'évaluation de la garantie doit se concentrer sur les conditions de fonctionnement définies, l'analyse des pannes, le traitement des réclamations, la réponse technique, la stratégie de produits de rechange, le cycle de vie de la production et le support technique plutôt que de simplement comparer le nombre d'années de garantie.

Le fournisseur doit également être en mesure de répondre aux questions techniques lors de l'intégration, de la validation, de la production pilote et de la production de masse du prototype.

Landworld : solutions OBC pour les fabricants de véhicules électriques et les intégrateurs de véhicules

Larges options de puissance et d'intégration OBC

Landworld Technology développe des solutions d'électronique de puissance automobile pour les plates-formes de véhicules électriques, notamment des OBC autonomes, des convertisseurs DC/DC et des systèmes de charge intégrés. C'est La gamme de chargeurs embarqués couvre plusieurs niveaux de puissance et applications automobiles.

Pour les équipes d'ingénierie comparant les configurations disponibles, Landworld propose également un Catégorie de produits de chargeurs embarqués avec des solutions pour différentes architectures d'alimentation des véhicules.

Plutôt que de sélectionner un OBC uniquement dans une puissance nominale du catalogue, les clients peuvent évaluer la tension d'entrée, la tension de sortie, la communication, le refroidissement, l'emballage mécanique, les exigences environnementales et l'application du véhicule en collaboration avec le fournisseur.

Le bon OBC est celui qui s'adapte à la batterie, à l'architecture du véhicule, à l'environnement de charge, au système thermique et aux exigences de production en tant que système complet.

Assistance à l'ingénierie et à la personnalisation

Les programmes des véhicules nécessitent souvent des différences au niveau des connecteurs, de la communication CAN, de la logique du micrologiciel, des interfaces mécaniques, du refroidissement, de la plage de tension d'entrée/sortie et de la stratégie de protection. Un fournisseur disposant d’une capacité de développement interne peut réagir plus efficacement lorsqu’un produit standard doit être adapté à une plate-forme de véhicule spécifique.

Landworld développe des technologies d'électronique de puissance pour les applications et offres de véhicules électriques solutions de charge modulaires et intégrées pour différentes exigences du système.

Vous pouvez en apprendre davantage sur L'entreprise et les capacités de fabrication de Landworld avant de commencer une évaluation technique.

Que devez-vous fournir lors d’une demande d’OBC ?

Une spécification initiale claire permet à un fournisseur OBC d’identifier plus rapidement un produit approprié et réduit les itérations techniques inutiles. Au minimum, une demande EV OBC doit fournir les informations suivantes :

Une fois ces paramètres clairs, vous pouvez comparer les Chargeurs embarqués Landworld EV ou contactez l'équipe d'ingénierie de Landworld pour discuter d'une exigence OBC spécifique au véhicule.

Conclusion

Le choix d'un chargeur embarqué pour VE nécessite plus que la simple comparaison des puissances nominales de 6,6 kW, 11 kW ou 22 kW. L'OBC doit être sélectionné dans le cadre de l'architecture électrique complète du véhicule. La tension et la capacité de la batterie, les conditions d'entrée CA, le temps de charge cible, le cycle de service du véhicule, le refroidissement, l'emballage, la communication, la sécurité, la protection de l'environnement et les exigences de production influencent tous le choix final.

Pour les équipementiers de véhicules électriques et les intégrateurs de véhicules, la définition de ces paramètres avant la sélection du fournisseur permet d'éviter le surdimensionnement, les problèmes de compatibilité, les problèmes thermiques, les conflits d'emballage et les modifications de développement inutiles. Si vous comparez encore les spécifications possibles, Landworld's La FAQ sur les chargeurs embarqués fournit des informations techniques supplémentaires pour l'évaluation du système de recharge des véhicules électriques.

FAQ

Un véhicule équipé d'un OBC de 7 kW peut-il utiliser un chargeur secteur public de 22 kW ?

Oui, à condition que le connecteur de charge, la communication, la tension et les autres exigences du système soient compatibles. Cependant, le véhicule ne rechargera pas à 22 kW. Sa puissance de charge CA réelle sera limitée par la capacité d'environ 7 kW de l'OBC ainsi que par les limites de la batterie, de la température, de l'alimentation et du contrôle. Une borne de recharge CA de qualité supérieure ne peut pas forcer l'OBC du véhicule à accepter plus de puissance que celle pour laquelle il est conçu.

Un OBC de 11 kW nécessite-t-il toujours une entrée CA triphasée ?

Un OBC de 11 kW est généralement configuré pour un fonctionnement en courant alternatif triphasé sur les marchés utilisant une infrastructure de charge triphasée d'environ 400 V. Cependant, l'architecture d'entrée exacte dépend de la conception de l'OBC et du marché cible. Vérifiez toujours la tension CA, la fréquence, la configuration de phase et les limites de courant prises en charge à partir des spécifications techniques du fournisseur.

Comment choisir entre un OBC de 6,6 kW et 11 kW ?

Comparez la capacité de la batterie, le temps de charge AC requis, l'architecture du réseau du marché cible, le cycle de service du véhicule, le système thermique, l'espace d'emballage et le coût du système. Un OBC de 6,6 kW peut suffire lorsqu'une recharge de nuit est disponible, tandis qu'un OBC de 11 kW peut réduire le temps de recharge en courant alternatif lorsqu'une infrastructure triphasée compatible est disponible et qu'une rotation plus rapide des véhicules est précieuse.

De quelles informations un fournisseur OBC a-t-il besoin avant de recommander un modèle ?

Au minimum, fournissez la tension nominale et de fonctionnement de la batterie, la puissance de charge requise, les exigences d'entrée CA, l'application du véhicule cible, les conditions de refroidissement, l'interface de communication, l'espace d'installation, les exigences environnementales et le volume prévu du projet. Des informations plus complètes sur le véhicule permettent au fournisseur de faire une recommandation plus précise.

Dois-je choisir une unité OBC et DC/DC intégrée ?

Un système intégré peut être utile lorsque le programme du véhicule nécessite à la fois une charge de batterie haute tension et une conversion d'alimentation CC basse tension et lorsque l'intégration profite à l'emballage, au câblage, à la gestion thermique ou au coût du système. La décision finale doit prendre en compte la facilité d'entretien, la redondance, les besoins en énergie, l'architecture thermique et les contraintes de conception au niveau du véhicule.

L’OBC le plus puissant est-il toujours le meilleur choix ?

Non. Un OBC de plus grande puissance peut réduire le temps de charge CA, mais il peut également augmenter les coûts, la demande de refroidissement, les exigences d'emballage et la complexité du système. Si l’infrastructure de recharge cible ne peut pas fournir l’alimentation CA supplémentaire, la valeur nominale la plus élevée peut offrir peu d’avantages pratiques. Le meilleur OBC est celui dimensionné pour les besoins réels de charge et de fonctionnement du véhicule.