Comment la puissance OBC affecte-t-elle le temps de charge ?

La puissance nominale OBC est l’un des principaux facteurs qui déterminent la rapidité avec laquelle un véhicule électrique peut se recharger à partir d’une source CA. Le chargeur embarqué (OBC) convertit l'alimentation CA fournie par l'EVSE en alimentation CC contrôlée pour la batterie haute tension. Cependant, la classification OBC ne détermine pas à elle seule la vitesse de charge réelle. L’alimentation secteur disponible, la tension de la batterie, les limites de gestion de la batterie, la température, l’état de charge, les charges auxiliaires et l’efficacité de conversion peuvent tous réduire la puissance de charge effective.

Pour les constructeurs de véhicules électriques et les intégrateurs de véhicules, la question pratique n’est donc pas simplement de savoir si un OBC plus puissant se charge plus rapidement. La meilleure question est de savoir si le véhicule, la batterie, l’infrastructure de recharge et le système thermique peuvent utiliser efficacement cette puissance OBC supplémentaire.

Une première estimation utile est la suivante :

Temps de charge approximatif = Énergie requise par la batterie ÷ Puissance de charge effective

Par exemple, si une batterie de 80 kWh a besoin de récupérer 40 kWh d’énergie, le temps de charge idéal serait d’environ 6,1 heures à 6,6 kW, 3,6 heures à 11 kW et 1,8 heures à 22 kW. Le temps de charge réel sera normalement plus long car le système ne fonctionne pas à la puissance nominale idéale dans toutes les conditions.

Points clés à retenir

• Le Le chargeur intégré convertit l'alimentation CA externe en alimentation CC adaptée au chargement de la batterie du véhicule.

• La puissance nominale OBC fixe une limite supérieure à la capacité de conversion de puissance CA du véhicule, mais la puissance de charge réelle peut être inférieure.

• Le temps de charge dépend de la quantité d’énergie de la batterie à récupérer et de la limite de puissance effective la plus basse dans la chaîne de charge.

• Une puissance OBC plus élevée n'est utile que lorsque l'alimentation CA, l'EVSE, le câble, la batterie, le système de refroidissement et les commandes du véhicule peuvent la prendre en charge.

• L'efficacité affecte la perte d'énergie et la charge thermique, mais les performances de l'OBC doivent être évaluées sur la plage de fonctionnement réelle au lieu de s'appuyer sur une seule valeur d'efficacité globale.

Puissance nominale OBC et vitesse de charge CA

Qu'est-ce qu'un chargeur embarqué ?

La plupart des véhicules électriques prenant en charge la charge CA conductrice utilisent un chargeur intégré comme étage de conversion de puissance CA/CC côté véhicule. L'OBC reçoit l'entrée CA d'un équipement de charge compatible et la convertit en sortie CC régulée qui peut être contrôlée en fonction des exigences de charge de la batterie haute tension.

L'OBC fonctionne normalement avec le système de gestion de la batterie (BMS), l'unité de commande du véhicule (VCU), l'interface de charge et le système de gestion thermique. La batterie n’accepte pas simplement la puissance que l’OBC peut produire. La tension et le courant de charge sont coordonnés en fonction de l'état de charge de la batterie, de la température, des limites de protection et de la stratégie de charge du véhicule.

Dans le cas d'une charge CA conventionnelle, l'énergie passe par l'OBC avant d'atteindre la batterie haute tension. Dans le cas d'une charge rapide CC hors carte, le chargeur CC externe effectue la conversion CA/CC principale, de sorte que la charge CC haute puissance ne passe pas par le chemin normal de conversion de puissance CA de l'OBC.

Certaines architectures OBC prennent également en charge la conversion de puissance bidirectionnelle. En fonction du véhicule au sens large et de l'architecture de recharge, cela peut prendre en charge des applications telles que V2L ou d'autres fonctions énergétiques bidirectionnelles. Cependant, le matériel OBC bidirectionnel ne fournit pas automatiquement à lui seul un système V2G ou V2H complet ; le contrôle du véhicule, la compatibilité EVSE, la communication, la protection et les exigences applicables du réseau doivent également être pris en compte.

Pourquoi la cote de puissance OBC est importante

La puissance nominale OBC représente la capacité de conversion AC-DC conçue par le chargeur dans des conditions de fonctionnement spécifiées. Si un véhicule est équipé d'un OBC de 11 kW, le connecter à une borne de recharge AC capable de 22 kW ne charge pas automatiquement le véhicule à 22 kW. Le véhicule reste limité par sa capacité OBC et d'autres conditions côté véhicule.

À l’inverse, l’installation d’un OBC de plus grande puissance ne garantit pas une charge plus rapide lorsque la source CA disponible ne peut pas fournir la puissance requise. Un OBC de 22 kW connecté à une source CA qui ne peut fournir que 7 kW sera limité à environ ce niveau d'entrée disponible avant que d'autres pertes et restrictions du véhicule ne soient prises en compte.

La puissance de charge CA réelle est déterminée par la limite effective la plus restrictive de la chaîne de charge, et non par la seule valeur nominale de la plaque signalétique OBC.

Comment calculer le temps de charge AC

Commencez avec l’énergie dont la batterie a besoin

La capacité de la batterie à elle seule ne vous indique pas combien de temps prendra une session de charge. Calculez d’abord la quantité d’énergie qui doit être restituée entre l’état de charge de départ et l’état de charge cible.

Un calcul simplifié est le suivant :

Énergie requise (kWh) = Capacité utilisable de la batterie × augmentation du SOC

Par exemple, une batterie utilisable de 80 kWh, chargée de 30 % à 80 %, nécessite environ 40 kWh d’énergie stockée supplémentaire.

Utilisez une puissance de charge efficace, pas seulement la puissance nominale

Pour une première estimation :

Temps de charge (h) ≈ Énergie requise (kWh) ÷ Puissance de charge effective de la batterie (kW)

Si l’efficacité de conversion doit être prise en compte à partir de la puissance d’entrée CA, une approximation simplifiée est la suivante :

Alimentation côté batterie ≈ puissance d'entrée CA × efficacité OBC

Toutefois, cela ne reste qu’une estimation. L'efficacité réelle de l'OBC change en fonction de la tension d'entrée, de la tension de la batterie, de la charge de sortie, de la température, de la topologie des semi-conducteurs et des conditions de contrôle. De plus, le BMS peut commander moins de puissance que ce que l’OBC pourrait théoriquement fournir.

*Calcul idéal illustratif basé sur l’énergie ÷ puissance nominale. Le temps de charge réel sera plus long ou différent en fonction de l'efficacité, de l'alimentation secteur disponible, des limites de la batterie, de la température, du SOC et de la stratégie de contrôle du véhicule.

Qu'est-ce qui limite la puissance de charge AC réelle ?

Du point de vue du développement des véhicules, la puissance de recharge doit être traitée comme une chaîne de système complète plutôt que comme une spécification OBC isolée.

Lorsque l'alimentation EVSE ou AC est le goulot d'étranglement

Considérons une plate-forme EV équipée d'un OBC de 11 kW. Si l'EVSE disponible fournit environ 7 kW, le véhicule ne peut pas utiliser la pleine capacité de 11 kW de l'OBC. Dans cette condition de fonctionnement, l’alimentation CA en amont devient la limite de puissance principale.

Une infrastructure de recharge partagée peut créer un effet similaire. Les dépôts de flotte ou les installations commerciales peuvent répartir dynamiquement l'énergie disponible entre plusieurs véhicules connectés. Même si chaque véhicule dispose d'un OBC de 11 kW ou 22 kW, chaque véhicule peut recevoir moins de puissance lorsque la gestion de la charge au niveau du site est active.

C'est pourquoi les fabricants de véhicules électriques devraient évaluer l'infrastructure de recharge du marché cible lorsqu'ils spécifient la puissance OBC. Une note plus élevée crée de la valeur uniquement lorsque l'environnement d'exploitation prévu peut régulièrement fournir suffisamment de courant alternatif pour l'utiliser.

Quand l’OBC est le goulot d’étranglement

Si une borne de recharge CA peut fournir 22 kW mais que le véhicule utilise un OBC de 6,6 kW, le véhicule ne peut pas convertir le courant CA à 22 kW. Dans ce cas, l’OBC est la limite principale.

Le même principe s'applique aux autres puissances nominales de l'OBC : lorsque la puissance CA disponible dépasse la puissance de charge nominale de l'OBC, l'OBC devient le facteur limitant dans la chaîne de charge.

Lorsque la batterie ou le BMS est le goulot d'étranglement

Le BMS contrôle la tension et le courant de charge autorisés de la batterie en fonction de l'état de la batterie, de sa composition chimique, de sa température, de son équilibre cellulaire et des exigences de protection. Par conséquent, même si l’EVSE et l’OBC peuvent prendre en charge un niveau de puissance plus élevé, le BMS peut demander un courant de charge plus faible.

Cet effet peut devenir plus visible à un état de charge élevé ou dans des conditions thermiques défavorables. Le comportement de charge doit donc être basé sur la stratégie réelle de contrôle de la batterie plutôt que de supposer une puissance OBC nominale constante du début à la fin de chaque session de charge.

Comparaison des puissances nominales OBC courantes

La puissance OBC ne doit pas être attribuée aux classes de véhicules au moyen de règles rigides telles que « 6,6 kW pour les voitures familiales » ou « 22 kW pour les véhicules de luxe ». L'architecture et le cycle de service du véhicule comptent plus que le segment de prix.

Le portefeuille OBC actuel de Landworld, par exemple, comprend plusieurs niveaux de puissance pour les programmes de passagers, commerciaux, tout-terrain, de chariots élévateurs, marins et spécialisés pour véhicules électriques. Différents projets peuvent donc utiliser des notations OBC similaires pour des raisons très différentes.

Entrée CA monophasée et triphasée

La configuration des phases affecte la quantité de courant alternatif qui peut pratiquement être fournie dans une architecture de réseau donnée, mais la recharge triphasée ne doit pas être décrite comme étant intrinsèquement « plus efficace » dans toutes les situations.

Par exemple, une recharge CA d'environ 11 kW est généralement réalisée à l'aide d'une infrastructure triphasée de classe 400 V à environ 16 A par phase. Environ 22 kW sont généralement associés à environ 32 A par phase dans une infrastructure triphasée similaire. Les exigences réelles dépendent de l’OBC et des spécifications du marché.

Les solutions OBC monophasées restent appropriées pour de nombreuses applications automobiles, en particulier lorsque l'infrastructure du marché cible, le cycle de service, le coût ou l'emballage ne justifient pas une architecture triphasée.

Pour plus de détails sur les performances de charge CA de 11 kW, consultez le guide de Landworld pour Vitesse de charge OBC de 11 kW.

Comment l'efficacité de l'OBC affecte le temps de charge

L'efficacité de l'OBC détermine la quantité de puissance d'entrée CA qui est convertie en puissance CC utile côté batterie et la quantité perdue, principalement sous forme de chaleur.

Cependant, il est trompeur d'attribuer des plages d'efficacité fixes uniquement en fonction de la puissance nominale OBC, par exemple en supposant que tous les produits de 6,6 kW ont une plage d'efficacité alors que chaque produit de 22 kW est automatiquement plus efficace.

L'efficacité réelle dépend de :

• Tension et phase d'entrée CA

• Tension de sortie de la batterie

• Puissance de sortie/point de charge

• Topologie de conversion de puissance

• Technologie des semi-conducteurs

• Stratégie de changement

• Conditions de température et de refroidissement

Un rendement plus élevé réduit la perte de conversion et réduit donc la différence entre la puissance d'entrée CA et la puissance de charge côté batterie. Il réduit également la charge thermique, ce qui peut aider l'OBC à maintenir la puissance nominale dans des conditions de fonctionnement exigeantes.

Pour l’évaluation technique, examinez la carte d’efficacité sur des points de fonctionnement représentatifs plutôt que de comparer uniquement l’efficacité maximale. Voir l'explication de Landworld sur l'efficacité d'un chargeur embarqué pour plus d'informations.

Température de la batterie et déclassement thermique

La température de la batterie peut réduire la puissance de charge demandée

La température de la batterie affecte la quantité de courant de charge autorisée par le BMS. Par temps froid, le véhicule peut réduire le courant de charge de la batterie ou consommer une partie de l’énergie entrante pour chauffer la batterie. À température élevée, le courant de charge peut également être réduit pour protéger les cellules de la batterie.

Pour cette raison, il est préférable d’éviter d’appliquer une « meilleure température de charge de la batterie » universelle ou une limite thermique fixe à chaque plate-forme EV. La chimie de la batterie, la conception du pack, les exigences du fournisseur de cellules, le système de refroidissement et la stratégie de contrôle déterminent la fenêtre de température acceptable.

Le déclassement thermique OBC est également important

L'OBC lui-même génère également de la chaleur lors de la conversion de puissance. Si la température du liquide de refroidissement, la température des composants ou les conditions ambiantes dépassent l'enveloppe de fonctionnement à pleine puissance du chargeur, le système peut réduire la puissance pour protéger l'électronique de puissance.

Les constructeurs automobiles devraient donc évaluer :

• Puissance nominale continue

• Plage de fonctionnement ambiante

• Limites de température d'entrée du liquide de refroidissement

• Débit de liquide de refroidissement requis, le cas échéant

• Courbe de déclassement thermique

• Comportement de protection et de redémarrage

Ces paramètres sont particulièrement importants pour les véhicules électriques commerciaux et tout-terrain qui peuvent se recharger après avoir fonctionné dans des conditions de charge élevée ou de température élevée.

Comment sélectionner la puissance OBC pour un programme de véhicule

Une cote OBC plus élevée doit être sélectionnée car elle crée de la valeur pour le programme du véhicule cible, et pas simplement parce qu'un nombre de kW plus élevé semble plus avancé.

Options d'alimentation Landworld OBC pour différents programmes EV

Plusieurs classes de puissance et options de refroidissement

Landworld développe des solutions de recharge embarquées pour les véhicules de tourisme, les véhicules utilitaires, les véhicules électriques tout-terrain, les chariots élévateurs, les véhicules électriques marins et d'autres plates-formes électriques spécialisées. Son courant La gamme de chargeurs embarqués comprend plusieurs classes de puissance, depuis les OBC de faible puissance jusqu'aux solutions de 11 kW, 13 kW, 20 kW, 22 kW et de plus grande puissance.

Différents produits utilisent également différentes approches de refroidissement. Par exemple, certains OBC Landworld à faible consommation utilisent un refroidissement par ventilateur, tandis que des configurations à puissance plus élevée et à haute densité de puissance sont disponibles avec un refroidissement liquide. Cela permet à l'OBC de s'adapter plus étroitement à l'architecture thermique du véhicule plutôt que d'appliquer une méthode de refroidissement à chaque niveau de puissance.

Landworld propose également des configurations OBC/DC-DC bidirectionnelles et intégrées pour les projets qui nécessitent plus qu'une recharge CA autonome.

Sélection OBC spécifique au véhicule

Lors de la sélection d'un OBC, Landworld recommande d'évaluer ensemble la plage de tension de la batterie, les besoins en puissance de charge, la configuration de l'entrée CA, les conditions de refroidissement, l'interface de communication, l'espace du boîtier, l'application du véhicule cible et l'environnement de fonctionnement attendu.

Pour les projets de véhicules de tourisme, vous pouvez consulter Les solutions de voitures particulières électriques de Landworld . D'autres plates-formes de véhicules peuvent nécessiter différentes combinaisons d'alimentation, de tension, de refroidissement et de conditionnement mécanique OBC.

Landworld prend en charge la personnalisation dans des domaines tels que la puissance, la tension et le facteur de forme pour différents programmes EV. Apprendre encore plus à propos de Landworld ou contactez l'équipe avec les spécifications de votre véhicule.

Conclusion

La puissance nominale de l'OBC a une influence directe sur le temps de charge potentiel en CA, mais la relation n'est pas simplement « plus de kW équivaut à une charge plus rapide ». Le taux de charge réel est limité par l'ensemble du système : alimentation CA, EVSE, câble et connecteur, OBC, batterie/BMS, conditions thermiques et stratégie de contrôle du véhicule.

Pour les fabricants de véhicules électriques, un OBC de 6,6 kW, 11 kW, 22 kW ou plus doit donc être sélectionné en fonction de la récupération d'énergie requise, de la fenêtre de charge disponible, de l'infrastructure du marché cible, de l'architecture de la batterie, du système de refroidissement, de l'emballage et du coût.

Si vous définissez des exigences de recharge CA pour une nouvelle plate-forme EV, explorez les ressources de Landworld. portefeuille de chargeurs embarqués , examinez la gamme de chargeurs embarqués de l'entreprise Capacités de l'électronique de puissance des véhicules électriques , ou contactez Landworld avec vos exigences cibles en matière d'alimentation OBC, de tension de batterie, d'entrée CA, de refroidissement, de communication et d'application du véhicule.

FAQ

Comment puis-je estimer le temps de charge CA à partir de l’alimentation OBC ?

Déterminez d’abord la quantité d’énergie de la batterie qui doit être récupérée. Divisez cette énergie par la puissance de charge effective côté batterie. Par exemple, récupérer 40 kWh à une puissance idéale de 11 kW prendrait environ 3,6 heures. Le temps de charge réel sera normalement plus long en raison des pertes de conversion, des limites de la batterie, des conditions thermiques et des variations de l'alimentation secteur disponible.

Un indice OBC plus élevé signifie-t-il toujours une charge plus rapide ?

Non. Un indice OBC plus élevé ne réduit le temps de charge que lorsque le reste du système de charge peut prendre en charge cette puissance. Un VE équipé d'un OBC de 22 kW peut toujours se recharger à environ 7 kW si la source CA connectée ne peut fournir que 7 kW. De même, le BMS ou le système thermique peut demander moins que la puissance nominale de l'OBC.

Un OBC de 11 kW peut-il utiliser une borne de recharge AC de 22 kW ?

Oui, si l'interface de charge, la tension, la communication et la configuration des phases sont compatibles. Cependant, le véhicule restera normalement limité à approximativement la capacité de son OBC de 11 kW plutôt que de se recharger à la puissance nominale maximale de 22 kW de la station.

La recharge triphasée est-elle toujours plus efficace que la recharge monophasée ?

Non. L'infrastructure triphasée peut prendre en charge une puissance CA plus élevée dans de nombreuses architectures de réseau, mais l'efficacité de la conversion dépend de la conception spécifique de l'OBC et du point de fonctionnement. Le décompte des phases à lui seul ne prouve pas qu’un OBC sera plus efficace qu’un autre.

Comment l’efficacité de l’OBC affecte-t-elle le temps de charge ?

Un rendement plus élevé signifie qu'une plus grande proportion de la puissance d'entrée CA disponible atteint la batterie sous forme de puissance CC utile et qu'une moindre quantité est perdue sous forme de chaleur. L'effet sur le temps de charge total dépend de la différence d'efficacité et des conditions de fonctionnement. Comparez l'efficacité sur des points réalistes de tension d'entrée, de tension de batterie, de charge et de température plutôt que de vous fier uniquement à l'efficacité maximale.

L'OBC d'un véhicule existant peut-il simplement être mis à niveau pour réduire le temps de charge ?

Généralement pas comme un simple échange de composants. L'OBC est intégré à la tension de la batterie du véhicule, au système de refroidissement, à l'architecture électrique, à la communication, à l'emballage mécanique, aux logiciels, à la stratégie de sécurité et à l'homologation. L'augmentation de la puissance de l'OBC nécessite normalement une ingénierie et une validation au niveau du véhicule plutôt que de remplacer un chargeur par un autre.

Comment un fabricant de véhicules électriques doit-il choisir entre 6,6 kW, 11 kW et 22 kW ?

Comparez l'énergie de la batterie qui doit normalement être récupérée, la fenêtre de charge requise, l'infrastructure CA sur les marchés cibles, la tension de la batterie, la configuration des phases, l'architecture thermique, l'emballage, le coût et le cycle de service du véhicule. La puissance nominale OBC appropriée est celle qui répond aux objectifs de charge du programme du véhicule tout en s'adaptant à l'infrastructure CA disponible, aux limites de la batterie, à l'architecture thermique, à l'emballage et à la marge du système.