Quand devriez-vous utiliser un OBC bidirectionnel ?

Un chargeur embarqué bidirectionnel (OBC) mérite d’être envisagé lorsqu’une plate-forme de véhicule électrique a besoin de plus qu’une recharge CA conventionnelle. Contrairement à un OBC unidirectionnel, qui convertit principalement le courant alternatif en courant continu pour la batterie haute tension, un OBC bidirectionnel peut également prendre en charge un flux d'énergie contrôlé de la batterie du véhicule vers une charge CA externe ou un système énergétique.

Pour les fabricants de véhicules électriques et les intégrateurs de véhicules, cette fonctionnalité peut prendre en charge les architectures véhicule-chargement (V2L), véhicule-domicile ou bâtiment (V2H/V2B) et véhicule-réseau (V2G). Cependant, un OBC bidirectionnel ne crée pas à lui seul un système V2G ou V2H complet. Les commandes des véhicules, la stratégie BMS, les équipements de recharge, les protocoles de communication, les dispositifs de protection, les exigences d'interconnexion au réseau et les réglementations régionales doivent également prendre en charge la fonction prévue.

La décision d'utiliser un OBC bidirectionnel doit donc être prise au niveau de l'architecture du véhicule. Ce guide explique quand la recharge bidirectionnelle ajoute une réelle valeur, quelles exigences système supplémentaires doivent être prises en compte et quand un OBC unidirectionnel conventionnel peut encore être le choix le plus approprié.

Points clés à retenir

• UN Le chargeur embarqué bidirectionnel prend en charge la conversion de puissance dans les sens de charge et de décharge.

• Utilisez un OBC bidirectionnel lorsque la plate-forme du véhicule est destinée à prendre en charge V2L, V2H/V2B, V2G, la gestion de l'énergie de la flotte ou d'autres fonctions d'exportation d'énergie.

• V2H et V2G sont des fonctionnalités au niveau du système. L'OBC doit fonctionner avec des commandes de véhicule, EVSE, communication, protection et infrastructure de réseau compatibles.

• La norme ISO 15118-20 peut être pertinente lorsqu'une communication EV-EVSE pour le transfert d'énergie bidirectionnel est requise, tandis que les projets AC V2G interactifs avec le réseau peuvent également impliquer des exigences d'interconnexion régionale.

• La dégradation de la batterie doit être évaluée en fonction de la chimie de la batterie, de la fenêtre SOC, de la profondeur de décharge, de la température, de la stratégie de cycle et du cycle de service bidirectionnel attendu, au lieu de se fier à un pourcentage universel.

Qu'est-ce qu'un chargeur embarqué bidirectionnel ?

Conversion de puissance unidirectionnelle ou bidirectionnelle

Un conventionnel Le chargeur embarqué est principalement conçu pour le transfert d'énergie unidirectionnel pendant la charge CA. Il convertit le courant alternatif entrant en sortie CC régulée qui peut être fournie à la batterie de traction sous le contrôle du BMS et du système de charge du véhicule.

UN Le chargeur embarqué bidirectionnel ajoute une capacité de conversion de puissance inversée. Selon l'architecture, l'OBC peut reconvertir l'énergie CC côté batterie en sortie CA contrôlée pour une charge externe ou un système connecté au réseau.

Comment fonctionne la conversion de puissance bidirectionnelle

Pendant une charge CA normale, l'énergie électrique circule du réseau ou de l'EVSE via l'OBC et dans la batterie haute tension. Le chargeur régule la tension et le courant en fonction des commandes du véhicule et du BMS.

Pendant le fonctionnement en marche arrière, l'énergie CC de la batterie de traction est reconvertie en CA. Les caractéristiques AC requises dépendent de l'application prévue. L’alimentation d’une charge externe isolée est fondamentalement différente du fonctionnement en parallèle avec un réseau électrique public.

Cette distinction est importante car un véhicule capable d’alimenter un appareil via V2L ne satisfait pas automatiquement aux exigences du V2G. Le fonctionnement parallèle au réseau introduit des exigences supplémentaires en matière de synchronisation, de protection, d'anti-îlotage ou de comportement d'interconnexion associé, de communication, d'autorisation et de conformité réglementaire.

Quand les fabricants de véhicules électriques devraient-ils utiliser un OBC bidirectionnel ?

La capacité bidirectionnelle est plus précieuse lorsque l’exportation d’énergie crée un avantage défini pour le client, l’exploitation ou le service réseau. L'OBC ne devrait pas être rendu bidirectionnel simplement parce que la technologie est disponible.

V2L : lorsque le véhicule a besoin d'une alimentation secteur externe

Où le V2L ajoute de la valeur

Le véhicule à charge est l'un des cas d'utilisation bidirectionnels les plus directs, car l'énergie de la batterie de traction est utilisée pour alimenter des charges électriques externes plutôt que d'être exportée vers le réseau électrique public.

Le V2L peut être utile pour :

• Véhicules de service commercial nécessitant des outils ou des équipements électriques

• Matériel de construction et tout-terrain

• Applications d'alimentation d'urgence ou temporaires

• Applications extérieures et de travail mobile

• Véhicules spéciaux nécessitant une alimentation CA auxiliaire

Pour un fabricant de véhicules électriques, les paramètres techniques importants ne sont pas les types d’appareils qu’un consommateur pourrait connecter. Au lieu de cela, définissez la puissance de sortie CA requise, la tension et la fréquence de sortie, la capacité de surcharge, l'architecture des connecteurs, la stratégie d'isolation, les fonctions de protection, le rapport cyclique et les limites thermiques.

Le V2L n'est pas la même chose que le V2G

Un véhicule compatible V2L ne doit pas automatiquement être décrit comme compatible V2G. V2L fournit généralement une charge externe locale, tandis que V2G implique un fonctionnement contrôlé avec un réseau électrique et nécessite donc une stratégie de conformité et de communication différente au niveau du système.

Un OBC bidirectionnel peut fournir une capacité matérielle importante pour les deux concepts, mais chaque application doit être validée séparément.

V2H et V2B : quand les véhicules deviennent des ressources énergétiques

Applications de sauvegarde et de gestion de l'énergie

Les architectures V2H et V2B permettent à une batterie EV compatible de participer au système énergétique d'une maison ou d'un bâtiment. Les applications potentielles incluent l'alimentation de secours, la gestion des charges de pointe, l'intégration avec la production renouvelable locale et la gestion de l'énergie basée sur le temps.

Du point de vue du constructeur automobile, ces fonctions deviennent pertinentes lorsque le véhicule cible est censé interagir avec un écosystème de gestion de l'énergie compatible. Un OBC bidirectionnel peut fournir la capacité de conversion côté véhicule, mais des éléments supplémentaires du système peuvent inclure :

• Équipement EVSE bidirectionnel ou d'exportation d'énergie compatible

• Communication véhicule et EVSE

• Équipement de transfert ou d’isolation du bâtiment si nécessaire

• Contrôleur de gestion de l'énergie

• Protection électrique

• Installation locale et conformité au code électrique

Pour cette raison, il est plus sûr et techniquement plus précis de dire qu'un OBC bidirectionnel prend en charge l'architecture V2H plutôt que de dire que l'OBC à lui seul « alimente la maison ».

Quand le V2H vaut la peine d’être précisé

La fonctionnalité V2H peut ajouter une valeur significative au produit lorsqu'un véhicule est développé pour des marchés où l'énergie de secours, la gestion de l'énergie résidentielle ou l'intégration des énergies renouvelables sont une exigence importante des clients.

Cependant, l’OEM devrait confirmer rapidement l’écosystème prévu. Concevoir un étage de puissance bidirectionnel sans définir d'équipement de charge compatible, de communication, de puissance de sortie, d'exigences de réserve de batterie et de conformité régionale peut entraîner une capacité matérielle qui ne peut pas être déployée dans la pratique.

V2G : quand le véhicule doit interagir avec le réseau

Qu’est-ce qui différencie V2G ?

La connexion véhicule-réseau est plus exigeante qu'une simple production d'énergie CA externe, car le véhicule participe à un système électrique qui fonctionne en parallèle avec le réseau électrique public.

Les applications V2G potentielles incluent :

• Chargement et déchargement de flotte gérés

• Participation à la réponse à la demande

• Gestion des pointes

• Agrégation de ressources énergétiques distribuées

• Services de support au réseau lorsque cela est autorisé

La valeur commerciale de ces fonctions dépend fortement des règles du marché local de l’électricité, des programmes de services publics, du comptage, du regroupement, de la disponibilité des véhicules et des prix de l’énergie. Pour cette raison, un équipementier ne doit pas supposer que chaque véhicule compatible V2G générera automatiquement des revenus pour son propriétaire ou son exploitant de flotte.

V2G nécessite plus que du matériel bidirectionnel

Un OBC bidirectionnel fournit une fonction importante de conversion de puissance côté véhicule, mais un fonctionnement connecté au réseau peut également nécessiter :

Normes et communication pour les OBC bidirectionnels

Communication ISO 15118-20 et EV-EVSE

La norme ISO 15118 ne doit pas être décrite simplement comme une « certification V2G » universelle. Il s'agit d'une famille de normes couvrant la communication entre le VE et l'EVSE.

La norme ISO 15118-20 définit spécifiquement les messages de communication et les exigences de séquence qui prennent en charge le transfert de puissance bidirectionnel. Pour un programme de véhicule visant à mettre en œuvre une recharge intelligente ou bidirectionnelle compatible, le constructeur OEM doit définir les fonctions ISO 15118 et le champ d'application requis.

Exigences d’interconnexion au réseau

Les architectures AC interactives avec le réseau doivent également prendre en compte les exigences d’interconnexion régionale. En Amérique du Nord, par exemple, la norme SAE J3072 concerne les systèmes d'onduleurs embarqués sur réseau intégrés aux véhicules électriques rechargeables et définit l'autorisation EV-EVSE pertinente pour les opérations de décharge. Il est destiné à être utilisé avec les exigences IEEE 1547 et IEEE 1547.1.

Les directives UL font également la distinction entre les systèmes d'onduleurs intégrés au réseau et les équipements externes d'exportation d'énergie pour véhicules électriques. Cela signifie qu'un OEM ne doit pas simplement placer des normes telles que SAE J3072, UL 1741, IEEE 1547 et ISO 15118 dans une seule liste de contrôle et supposer qu'elles s'appliquent toutes directement au composant OBC de la même manière.

Définissez plutôt :

• Marché cible

• Architecture bidirectionnelle AC ou DC

• Responsabilité de l'onduleur/OBC côté véhicule

• Responsabilité EVSE/équipements d’interconnexion

• Exigences en matière de communication

• Stratégie de sécurité et de certification du réseau requise

De quelle quantité de puissance OBC bidirectionnelle avez-vous besoin ?

La puissance nominale bidirectionnelle doit être sélectionnée à partir du cas d’utilisation requis plutôt que supposée égale au taux de recharge maximal possible du véhicule.

L'augmentation de la puissance bidirectionnelle peut affecter le dimensionnement des semi-conducteurs, le magnétisme, la conception thermique, la taille du boîtier, les exigences du système de refroidissement, la conception des connecteurs et le coût. Il convient donc de considérer cela comme un compromis technique entre le véhicule et le système.

Pour un exemple de véhicule électrique commercial de plus grande puissance, voir Landworld's OBC bidirectionnel de 44 kW pour camions électriques.

État de la batterie et charge bidirectionnelle

Évitez les pourcentages universels de dégradation de la batterie

La charge bidirectionnelle introduit un débit d'énergie supplémentaire de la batterie, de sorte que l'impact du vieillissement de la batterie doit être pris en compte lors du développement du véhicule. Cependant, il n’existe pas de pourcentage unique qui représente avec précision l’effet du V2G ou du V2H sur chaque batterie de véhicule électrique.

La dégradation de la batterie dépend de facteurs tels que :

• Chimie cellulaire

• Température de la batterie

• Fenêtre d'état de charge

• Profondeur de décharge

• Puissance de charge/décharge

• Fréquence des cycles

• Vieillissement du calendrier

• Gestion thermique des véhicules

Pour cette raison, des affirmations telles que « Le V2G entraîne une perte de capacité supplémentaire de seulement 9 à 14 % sur dix ans » ne doivent pas être traitées comme une hypothèse technique universelle. Ces valeurs dépendent fortement des conditions d’étude et de la stratégie de gestion de la batterie.

La stratégie de gestion de la batterie est importante

Un véhicule destiné à un fonctionnement bidirectionnel fréquent doit définir une stratégie de gestion de l'énergie qui protège une autonomie minimale et évite une sollicitation inutile de la batterie.

Le BMS et le VCU peuvent contrôler :

• Décharge minimale SOC

• SOC maximum pour le stationnement de longue durée

• Puissance bidirectionnelle maximale

• Limites de température de la batterie

• Durée maximale de décharge

• Réserve d'énergie de conduite

• Protection contre les pannes et les dégradations

L’objectif de garantie et de durabilité du véhicule doit donc être conçu autour du cas d’utilisation bidirectionnel prévu plutôt que de laisser le comportement V2G ou V2H incontrôlé.

Exigences thermiques et d’efficacité

Le fonctionnement bidirectionnel nécessite que l'étage de puissance fonctionne efficacement dans les deux sens de conversion. L’efficacité de la charge directe ne suffit pas à elle seule pour évaluer un OBC bidirectionnel.

Les équipes d'ingénierie doivent évaluer :

• Efficacité AC-DC pendant la charge

• Efficacité DC-AC pendant l'exportation d'énergie

• Efficacité sur tous les points de charge représentatifs

• Plage de fonctionnement de la tension de la batterie

• Conditions d'entrée/sortie CA

• Temps de fonctionnement bidirectionnel continu

• Exigences en matière de liquide de refroidissement ou de débit d'air

• Comportement de déclassement thermique

Landworld fournit des informations supplémentaires sur l'efficacité de l'OBC dans son article expliquant quelle est l'efficacité d'un chargeur embarqué.

Quand un OBC conventionnel peut être le meilleur choix

Toutes les plateformes EV n’ont pas besoin d’une fonctionnalité bidirectionnelle. Un OBC conventionnel peut rester le meilleur choix technique lorsque :

• Le véhicule nécessite uniquement une charge de batterie CA.

• Il n’existe aucun cas d’utilisation défini de V2L, V2H, V2G ou d’exportation d’énergie.

• L’infrastructure de recharge du marché cible ne prend pas en charge l’architecture bidirectionnelle prévue.

• Le coût des véhicules et l’espace disponible dans l’emballage sont plus importants que la future capacité d’exportation d’énergie.

• Les exigences supplémentaires en matière de validation, de communication, de sécurité et d’homologation ne peuvent pas être justifiées par la valeur attendue du client.

La capacité bidirectionnelle doit donc être traitée comme une exigence de produit avec un cas d'utilisation clair, et non simplement comme une fonctionnalité à ajouter à la spécification OBC.

Solutions OBC bidirectionnelles Landworld

Solutions bidirectionnelles pour différentes plates-formes EV

Landworld Technology développe des solutions d'alimentation électrique embarquées pour les véhicules électriques, notamment des OBC conventionnels, des OBC bidirectionnels, des convertisseurs DC/DC et des systèmes de charge intégrés.

La société La gamme de chargeurs embarqués comprend des solutions bidirectionnelles sur différents niveaux de puissance pour les applications de tourisme, commerciales, tout-terrain et spécialisées pour véhicules électriques.

Pour les applications de véhicules de tourisme, Landworld a également évalué performances OBC bidirectionnelles dans les véhicules de tourisme électriques.

Quelles informations devez-vous fournir pour un projet OBC bidirectionnel ?

Lorsque vous contactez un fournisseur OBC, définissez dès le début le cas d’utilisation bidirectionnel prévu. Les informations utiles sur le projet comprennent :

Landworld opère selon un système de gestion de la qualité automobile certifié IATF 16949. Pour les projets comportant des exigences de sécurité fonctionnelle, le développement et la validation liés à la norme ISO 26262 peuvent être abordés en fonction de la portée spécifique du produit et du projet.

Pour évaluer un projet, consultez le site Landworld solutions de chargeur embarquées , en savoir plus sur l'entreprise , ou contactez Landworld avec votre véhicule et vos exigences de recharge bidirectionnelle.

Pour les programmes de voitures particulières, vous pouvez également consulter Landworld's solutions pour voitures particulières électriques.

Conclusion

Un OBC bidirectionnel doit être utilisé lorsque la plate-forme du véhicule a clairement besoin d’exporter et de recevoir de l’énergie. V2L peut prendre en charge des équipements externes et des applications d'alimentation mobile, V2H/V2B peut connecter le véhicule à des systèmes énergétiques de bâtiment compatibles, et V2G peut permettre au véhicule de participer à des architectures énergétiques interactives avec le réseau là où l'infrastructure et les réglementations le permettent.

Toutefois, ces fonctions ne doivent pas être attribuées au seul OBC. Une charge bidirectionnelle réussie dépend de l'ensemble du système, notamment de la batterie, du BMS, du VCU, de l'EVSE, de la communication, de la protection, de la conception thermique, de l'interface réseau et de la stratégie de conformité régionale.

Pour les constructeurs de véhicules électriques et les intégrateurs de véhicules, la bonne question n’est donc pas simplement « Avons-nous besoin d’un chargeur bidirectionnel ? » Elle est plutôt : « Quelle fonction d’exportation d’énergie ce véhicule doit-il remplir, dans quelles conditions de fonctionnement et quelle architecture système est requise pour le prendre en charge de manière fiable ? »

FAQ

Tous les véhicules électriques dotés d'un OBC bidirectionnel prennent-ils en charge le V2G ?

Non. Un OBC bidirectionnel offre une capacité de conversion de puissance côté véhicule, mais le V2G nécessite également des commandes de véhicule compatibles, un EVSE, des fonctions de communication, d'interconnexion au réseau et une approbation réglementaire. Le matériel bidirectionnel à lui seul ne garantit pas le fonctionnement V2G.

Quelle est la différence entre V2L, V2H et V2G ?

V2L fournit des charges électriques externes, V2H utilise l'énergie du véhicule dans le cadre d'un système énergétique domestique compatible et V2G permet au véhicule d'interagir avec le réseau électrique. Les exigences techniques et réglementaires deviennent progressivement plus complexes à mesure que le véhicule passe de charges isolées à un fonctionnement parallèle au réseau.

La norme ISO 15118 rend-elle un EV V2G compatible ?

Pas tout seul. La norme ISO 15118 définit la communication entre l'EV et l'EVSE, et la norme ISO 15118-20 inclut les exigences de communication prenant en charge le transfert de puissance bidirectionnel. Le véhicule nécessite toujours une électronique de puissance bidirectionnelle appropriée, un contrôle, une compatibilité EVSE, une protection et toute conformité d'interconnexion au réseau applicable.

La recharge bidirectionnelle endommage-t-elle la batterie du VE ?

Un débit d'énergie supplémentaire peut contribuer au vieillissement de la batterie, mais l'effet réel dépend de la chimie de la batterie, de la température, de la profondeur de décharge, de la fenêtre SOC, de la puissance de décharge, de la fréquence des cycles et de la stratégie de gestion de l'énergie. Il n’est pas exact d’appliquer un pourcentage de dégradation à chaque véhicule ou programme V2G.

Un OBC bidirectionnel peut-il fournir une alimentation de secours en cas de panne ?

Il peut fournir une capacité de conversion de puissance inversée côté véhicule pour une architecture V2H ou d'alimentation de secours compatible. Cependant, le fonctionnement de secours réel nécessite également un équipement externe approprié, des fonctions d'isolation ou de transfert le cas échéant, le contrôle du véhicule et la conformité au code électrique local.

Quand un OEM doit-il choisir un OBC bidirectionnel ?

Choisissez la fonctionnalité bidirectionnelle lorsque V2L, V2H/V2B, V2G, la gestion de l'énergie de flotte ou un autre cas d'utilisation d'exportation d'énergie défini crée suffisamment de valeur client ou opérationnelle pour justifier les exigences supplémentaires en matière de matériel, de logiciel, thermique, de validation et de conformité.

Comment Landworld peut-il prendre en charge un projet OBC bidirectionnel ?

Landworld développe des OBC bidirectionnels et des solutions d'alimentation intégrées pour différentes applications EV. Les constructeurs automobiles peuvent fournir la tension de la batterie, les exigences d'alimentation directe et inverse, les conditions d'entrée/sortie CA, la communication, le refroidissement, les contraintes du boîtier, le marché cible et le cas d'utilisation V2X prévu pour l'évaluation technique.