In che modo l'alimentazione OBC influisce sul tempo di ricarica?

La potenza nominale OBC è uno dei fattori principali che determina la velocità con cui un veicolo elettrico può caricarsi da una fonte CA. Il caricabatterie di bordo (OBC) converte la corrente alternata fornita dall'EVSE in corrente continua controllata per la batteria ad alta tensione. Tuttavia, la valutazione OBC da sola non determina la velocità di ricarica effettiva. L'alimentazione CA disponibile, la tensione della batteria, i limiti di gestione della batteria, la temperatura, lo stato di carica, i carichi ausiliari e l'efficienza di conversione possono ridurre la potenza di carica effettiva.

Per i produttori di veicoli elettrici e gli integratori di veicoli, la questione pratica non è quindi semplicemente se un OBC di maggiore potenza si ricarichi più velocemente. La domanda migliore è se il veicolo, la batteria, l’infrastruttura di ricarica e il sistema termico possano utilizzare in modo efficace l’energia OBC aggiuntiva.

Una stima utile nella prima fase è:

Tempo di ricarica approssimativo = Energia richiesta dalla batteria ÷ Potenza di ricarica effettiva

Ad esempio, se una batteria da 80 kWh necessita di recuperare 40 kWh di energia, il tempo di ricarica ideale sarebbe di circa 6,1 ore a 6,6 kW, 3,6 ore a 11 kW e 1,8 ore a 22 kW. Il tempo di ricarica reale sarà normalmente più lungo perché il sistema non funziona alla potenza nominale ideale in ogni condizione.

Punti chiave

• IL il caricabatterie di bordo converte l'alimentazione CA esterna in alimentazione CC adatta per caricare la batteria del veicolo.

• La potenza nominale OBC stabilisce un limite superiore alla capacità di conversione della potenza CA del veicolo, ma la potenza di carica effettiva potrebbe essere inferiore.

• Il tempo di ricarica dipende dalla quantità di energia della batteria da recuperare e dal limite di potenza effettiva più basso nella catena di ricarica.

• Una maggiore potenza OBC è utile solo quando l'alimentazione CA, l'EVSE, il cavo, la batteria, il sistema di raffreddamento e i controlli del veicolo possono supportarla.

• L’efficienza influisce sulla perdita di energia e sul carico termico, ma le prestazioni dell’OBC dovrebbero essere valutate nell’intero intervallo operativo effettivo invece di fare affidamento su un valore di efficienza principale.

Potenza nominale OBC e velocità di ricarica CA

Cos'è un caricabatterie di bordo?

La maggior parte dei veicoli elettrici che supportano la ricarica CA conduttiva utilizzano un caricabatterie di bordo come fase di conversione della potenza CA/CC sul lato del veicolo. L'OBC riceve l'ingresso CA da apparecchiature di ricarica compatibili e lo converte in un'uscita CC regolata che può essere controllata in base ai requisiti di ricarica della batteria ad alta tensione.

L'OBC normalmente funziona insieme al sistema di gestione della batteria (BMS), all'unità di controllo del veicolo (VCU), all'interfaccia di ricarica e al sistema di gestione termica. La batteria non accetta semplicemente tutta l’energia che l’OBC può produrre. La tensione e la corrente di carica sono coordinate in base allo stato di carica della batteria, alla temperatura, ai limiti di protezione e alla strategia di ricarica del veicolo.

Nella ricarica CA convenzionale, l'energia passa attraverso l'OBC prima di raggiungere la batteria ad alta tensione. Nella ricarica rapida CC esterna, il caricabatterie CC esterno esegue la conversione principale CA/CC, quindi la ricarica CC ad alta potenza non passa attraverso il normale percorso di conversione della potenza CA dell'OBC.

Alcune architetture OBC supportano anche la conversione di potenza bidirezionale. A seconda del veicolo più ampio e dell’architettura di ricarica, questo può supportare applicazioni come V2L o altre funzioni energetiche bidirezionali. Tuttavia, il solo hardware OBC bidirezionale non fornisce automaticamente un sistema V2G o V2H completo; Devono essere considerati anche il controllo del veicolo, la compatibilità EVSE, la comunicazione, la protezione e i requisiti di rete applicabili.

Perché la valutazione della potenza OBC è importante

La potenza nominale OBC rappresenta la capacità di conversione CA-CC progettata del caricabatterie in condizioni operative specificate. Se un veicolo è dotato di un OBC da 11 kW, collegarlo a un punto di ricarica CA da 22 kW non fa caricare automaticamente il veicolo a 22 kW. Il veicolo rimane limitato dalla sua capacità OBC e da altre condizioni sul lato del veicolo.

Al contrario, l’installazione di un OBC di potenza superiore non garantisce una ricarica più rapida quando la fonte CA disponibile non può fornire la potenza richiesta. Un OBC da 22 kW collegato a una sorgente CA che può fornire solo 7 kW sarà limitato approssimativamente a quel livello di ingresso disponibile prima di considerare altre perdite e limitazioni del veicolo.

La potenza di ricarica CA effettiva è determinata dal limite effettivo più restrittivo nella catena di ricarica, non solo dal valore nominale della targa OBC.

Come calcolare il tempo di ricarica CA

Inizia con l'energia di cui la batteria ha bisogno

La capacità della batteria da sola non dice quanto tempo richiederà una sessione di ricarica. Innanzitutto calcolare quanta energia deve essere ripristinata tra lo stato di carica iniziale e quello target.

Un calcolo semplificato è:

Energia richiesta (kWh) = Capacità utilizzabile della batteria × aumento SOC

Ad esempio, una batteria utilizzabile da 80 kWh caricata dal 30% all'80% richiede circa 40 kWh di energia immagazzinata aggiuntiva.

Utilizza la potenza di ricarica effettiva, non solo quella nominale

Per un primo preventivo:

Tempo di ricarica (h) ≈ Energia richiesta (kWh) ÷ Potenza effettiva di ricarica della batteria (kW)

Se è necessario considerare l'efficienza di conversione dalla potenza di ingresso CA, un'approssimazione semplificata è:

Potenza lato batteria ≈ potenza in ingresso CA × efficienza OBC

Tuttavia, questa rimane solo una stima. L'efficienza effettiva dell'OBC cambia in base alla tensione di ingresso, alla tensione della batteria, al carico di uscita, alla temperatura, alla topologia dei semiconduttori e alle condizioni di controllo. Inoltre, il BMS potrebbe disporre di una potenza inferiore a quella che l’OBC potrebbe teoricamente fornire.

*Calcolo ideale illustrativo basato su energia ÷ potenza nominale. Il tempo di ricarica effettivo sarà più lungo o diverso a seconda dell'efficienza, dell'alimentazione CA disponibile, dei limiti della batteria, della temperatura, del SOC e della strategia di controllo del veicolo.

Cosa limita la potenza di ricarica CA effettiva?

Dal punto di vista dello sviluppo dei veicoli, la potenza di ricarica dovrebbe essere trattata come una catena di sistema completa piuttosto che come una specifica OBC isolata.

Quando l'EVSE o l'alimentazione CA rappresentano il collo di bottiglia

Considera una piattaforma per veicoli elettrici dotata di un OBC da 11 kW. Se l'EVSE disponibile fornisce circa 7 kW, il veicolo non può utilizzare l'intera capacità di 11 kW dell'OBC. In tale condizione operativa, l'alimentazione CA a monte diventa il limite di potenza principale.

Le infrastrutture di ricarica condivise possono creare un effetto simile. I depositi della flotta o le strutture commerciali possono distribuire dinamicamente la potenza disponibile tra più veicoli connessi. Anche se ogni veicolo dispone di un OBC da 11 kW o 22 kW, ciascun veicolo potrebbe ricevere meno potenza quando è attiva la gestione del carico a livello di sito.

Questo è il motivo per cui i produttori di veicoli elettrici dovrebbero valutare l’infrastruttura di ricarica del mercato target quando specificano la potenza OBC. Una classificazione più elevata crea valore solo quando l'ambiente operativo previsto può fornire regolarmente energia CA sufficiente per utilizzarlo.

Quando l'OBC è il collo di bottiglia

Se un punto di ricarica CA può fornire 22 kW ma il veicolo utilizza un OBC da 6,6 kW, il veicolo non può convertire la potenza CA a 22 kW. In questo caso, l'OBC è il limite primario.

Lo stesso principio si applica ad altre potenze nominali dell'OBC: quando la potenza CA disponibile supera la potenza di carica nominale dell'OBC, l'OBC diventa il fattore limitante nella catena di ricarica.

Quando la batteria o il BMS sono il collo di bottiglia

Il BMS controlla la tensione e la corrente di carica della batteria consentite in base allo stato della batteria, alla chimica, alla temperatura, al bilanciamento delle celle e ai requisiti di protezione. Pertanto, anche se sia l'EVSE che l'OBC possono supportare un livello di potenza più elevato, il BMS potrebbe richiedere una corrente di carica inferiore.

Questo effetto può diventare più visibile in condizioni di carica elevate o in condizioni termiche sfavorevoli. Il comportamento di ricarica dovrebbe quindi basarsi sull’effettiva strategia di controllo della batteria piuttosto che presupporre una potenza OBC nominale costante dall’inizio alla fine di ogni sessione di ricarica.

Confronto delle valutazioni di potenza OBC comuni

La potenza OBC non dovrebbe essere assegnata alle classi di veicoli attraverso regole rigide come '6,6 kW per le auto familiari' o '22 kW per i veicoli di lusso'. L'architettura del veicolo e il ciclo di lavoro contano più del segmento di prezzo.

L'attuale portafoglio OBC di Landworld, ad esempio, include più livelli di potenza per programmi di veicoli elettrici passeggeri, commerciali, fuoristrada, carrelli elevatori, marini e specializzati. Progetti diversi possono quindi utilizzare rating OBC simili per ragioni molto diverse.

Ingresso CA monofase e trifase

La configurazione delle fasi influisce sulla quantità di potenza CA che può essere praticamente fornita con una determinata architettura di rete, ma la ricarica trifase non dovrebbe essere descritta come intrinsecamente 'più efficiente' in ogni situazione.

Ad esempio, la ricarica CA di circa 11 kW viene comunemente ottenuta utilizzando un’infrastruttura trifase di classe 400 V a circa 16 A per fase. Circa 22 kW sono comunemente associati a circa 32 A per fase in un'infrastruttura trifase simile. I requisiti effettivi dipendono dall'OBC e dalle specifiche del mercato.

Le soluzioni OBC monofase rimangono appropriate per molte applicazioni dei veicoli, soprattutto laddove l’infrastruttura del mercato target, il ciclo di lavoro, i costi o l’imballaggio non giustificano un’architettura trifase.

Per maggiori dettagli sulle prestazioni di ricarica CA da 11 kW, consultare la guida di Landworld Velocità di ricarica OBC da 11 kW.

In che modo l'efficienza OBC influisce sul tempo di ricarica

L'efficienza OBC determina quanta parte della potenza CA in ingresso viene convertita in potenza CC utile lato batteria e quanta viene persa, principalmente sotto forma di calore.

Tuttavia, è fuorviante assegnare fasce di efficienza fisse esclusivamente in base alla potenza nominale OBC, ad esempio presupponendo che tutti i prodotti da 6,6 kW abbiano un intervallo di efficienza mentre ogni prodotto da 22 kW sia automaticamente più efficiente.

L’effettiva efficienza dipende da:

• Tensione e fase di ingresso CA

• Tensione di uscita della batteria

• Potenza in uscita/punto di carico

• Topologia di conversione di potenza

• Tecnologia dei semiconduttori

• Strategia di cambio

• Condizioni di temperatura e raffreddamento

Una maggiore efficienza riduce la perdita di conversione e quindi riduce la differenza tra la potenza di ingresso CA e la potenza di ricarica lato batteria. Riduce inoltre il carico termico, il che può aiutare l'OBC a mantenere la potenza nominale in condizioni operative impegnative.

Per la valutazione ingegneristica, rivedere la mappa dell'efficienza attraverso punti operativi rappresentativi anziché confrontare solo l'efficienza di picco. Vedi la spiegazione di Landworld di quanto può essere efficiente un caricabatterie di bordo per ulteriori informazioni.

Temperatura della batteria e declassamento termico

La temperatura della batteria può ridurre la potenza di carica richiesta

La temperatura della batteria influisce sulla quantità di corrente di carica consentita dal BMS. In condizioni di freddo, il veicolo può ridurre la corrente di carica della batteria o consumare parte dell'energia in entrata per il riscaldamento della batteria. A temperature elevate, la corrente di carica può anche essere ridotta per proteggere le celle della batteria.

Per questo motivo, è meglio evitare di applicare una “migliore temperatura di ricarica della batteria” universale o un limite termico fisso a ogni piattaforma di veicoli elettrici. La chimica della batteria, il design del pacco, i requisiti del fornitore delle celle, il sistema di raffreddamento e la strategia di controllo determinano l'intervallo di temperatura accettabile.

Anche il declassamento termico OBC è importante

Lo stesso OBC genera calore anche durante la conversione di potenza. Se la temperatura del liquido refrigerante, la temperatura dei componenti o le condizioni ambientali superano il campo di funzionamento a piena potenza del caricabatterie, il sistema potrebbe ridurre l'uscita per proteggere l'elettronica di potenza.

I costruttori di veicoli dovrebbero quindi valutare:

• Potenza nominale continua

• Intervallo operativo ambientale

• Limiti della temperatura di ingresso del liquido di raffreddamento

• Flusso di refrigerante richiesto, ove applicabile

• Curva di declassamento termico

• Protezione e comportamento di riavvio

Questi parametri sono importanti soprattutto per i veicoli elettrici commerciali e fuoristrada che possono caricarsi dopo aver funzionato in condizioni di carico elevato o di temperatura elevata.

Come selezionare l'alimentazione OBC per un programma per veicoli

Dovrebbe essere selezionata una classificazione OBC più elevata perché crea valore per il programma del veicolo target, non semplicemente perché un numero di kW più elevato appare più avanzato.

Opzioni di alimentazione OBC Landworld per diversi programmi di veicoli elettrici

Molteplici classi di potenza e opzioni di raffreddamento

Landworld sviluppa soluzioni di ricarica a bordo per veicoli passeggeri, veicoli commerciali, veicoli elettrici fuoristrada, carrelli elevatori, veicoli elettrici marini e altre piattaforme elettriche specializzate. È attuale La gamma di caricabatterie di bordo comprende diverse classi di potenza, dagli OBC a potenza inferiore fino a 11 kW, 13 kW, 20 kW, 22 kW e soluzioni a potenza superiore.

Prodotti diversi utilizzano anche approcci di raffreddamento diversi. Ad esempio, gli OBC Landworld selezionati a bassa potenza utilizzano il raffreddamento tramite ventola, mentre sono disponibili configurazioni a potenza maggiore e ad alta densità di potenza con raffreddamento a liquido. Ciò consente di adattare meglio l'OBC all'architettura termica del veicolo anziché applicare un metodo di raffreddamento a ogni livello di potenza.

Landworld offre anche configurazioni OBC/DC-DC bidirezionali e integrate per progetti che richiedono più della semplice ricarica CA autonoma.

Selezione OBC specifica per il veicolo

Quando si seleziona un OBC, Landworld consiglia di valutare insieme l'intervallo di tensione della batteria, i requisiti di potenza di ricarica, la configurazione dell'ingresso CA, le condizioni di raffreddamento, l'interfaccia di comunicazione, lo spazio del pacchetto, l'applicazione del veicolo target e l'ambiente operativo previsto.

Per i progetti di veicoli passeggeri, puoi rivedere Le soluzioni per autovetture elettriche di Landworld . Altre piattaforme di veicoli potrebbero richiedere diverse combinazioni di alimentazione OBC, voltaggio, raffreddamento e imballaggio meccanico.

Landworld supporta la personalizzazione in aree quali potenza, voltaggio e fattore di forma per diversi programmi di veicoli elettrici. Saperne di più su Landworld o contatta il team con le specifiche del tuo veicolo.

Conclusione

La potenza nominale dell'OBC ha un'influenza diretta sul potenziale tempo di ricarica CA, ma la relazione non è semplicemente 'più kW equivalgono a una ricarica più rapida'. La velocità di ricarica reale è limitata dal sistema completo: alimentazione CA, EVSE, cavo e connettore, OBC, batteria/BMS, condizioni termiche e strategia di controllo del veicolo.

Per i produttori di veicoli elettrici, dovrebbe quindi essere selezionato un OBC da 6,6 kW, 11 kW, 22 kW o di potenza superiore in base al recupero energetico richiesto, alla finestra di ricarica disponibile, all’infrastruttura del mercato target, all’architettura della batteria, al sistema di raffreddamento, all’imballaggio e ai costi.

Se stai definendo i requisiti di ricarica CA per una nuova piattaforma per veicoli elettrici, esplora quelli di Landworld portafoglio di caricatori di bordo , rivedi quello dell'azienda Funzionalità dell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici o contatta Landworld con i requisiti di alimentazione OBC target, tensione della batteria, ingresso CA, raffreddamento, comunicazione e applicazione del veicolo.

Domande frequenti

Come posso stimare il tempo di ricarica CA dall'alimentazione OBC?

Determinare innanzitutto quanta energia della batteria deve essere recuperata. Dividi quell'energia per l'effettiva potenza di ricarica lato batteria. Ad esempio, per recuperare 40 kWh con una potenza ideale di 11 kW occorrerebbero circa 3,6 ore. Il tempo di ricarica effettivo sarà normalmente più lungo a causa delle perdite di conversione, dei limiti della batteria, delle condizioni termiche e delle variazioni dell'alimentazione CA disponibile.

Un rating OBC più elevato significa sempre una ricarica più rapida?

No. Un rating OBC più elevato riduce il tempo di ricarica solo quando il resto del sistema di ricarica può supportare tale potenza. Un veicolo elettrico dotato di un OBC da 22 kW può comunque caricarsi a circa 7 kW se la fonte CA collegata può fornire solo 7 kW. Allo stesso modo, il BMS o il sistema termico potrebbero richiedere una potenza inferiore alla potenza nominale dell'OBC.

Un OBC da 11 kW può utilizzare una stazione di ricarica AC da 22 kW?

Sì, se l'interfaccia di ricarica, la tensione, la comunicazione e la configurazione della fase sono compatibili. Tuttavia, il veicolo rimarrà normalmente limitato approssimativamente alla capacità del suo OBC da 11 kW anziché ricaricarsi alla potenza totale di 22 kW della stazione.

La ricarica trifase è sempre più efficiente della ricarica monofase?

No. L'infrastruttura trifase può supportare una potenza CA più elevata in molte architetture di rete, ma l'efficienza di conversione dipende dalla progettazione specifica dell'OBC e dal punto operativo. Il solo conteggio delle fasi non dimostra che un OBC sarà più efficiente di un altro.

In che modo l'efficienza OBC influisce sul tempo di ricarica?

Una maggiore efficienza significa che una percentuale maggiore della potenza in ingresso CA disponibile raggiunge la batteria come potenza CC utile e meno viene dispersa sotto forma di calore. L'effetto sul tempo di ricarica totale dipende dalla differenza di efficienza e dalle condizioni operative. Confronta l'efficienza tra tensione di ingresso, tensione della batteria, carico e punti di temperatura realistici anziché fare affidamento solo sull'efficienza di picco.

È possibile aggiornare semplicemente l'OBC di un veicolo esistente per ridurre i tempi di ricarica?

Di solito non come un semplice scambio di componenti. L'OBC è integrato con la tensione della batteria del veicolo, il sistema di raffreddamento, l'architettura elettrica, la comunicazione, l'imballaggio meccanico, il software, la strategia di sicurezza e l'omologazione. L’aumento della potenza dell’OBC richiede normalmente ingegneria e validazione a livello di veicolo piuttosto che sostituire un caricabatterie con un altro.

Come dovrebbe scegliere un produttore di veicoli elettrici tra 6,6 kW, 11 kW e 22 kW?

Confronta l'energia della batteria che normalmente deve essere recuperata, la finestra di ricarica richiesta, l'infrastruttura CA nei mercati di destinazione, la tensione della batteria, la configurazione di fase, l'architettura termica, l'imballaggio, i costi e il ciclo di lavoro del veicolo. La potenza nominale OBC appropriata è quella che soddisfa gli obiettivi di ricarica del programma del veicolo adattandosi al contempo all'infrastruttura CA disponibile, ai limiti della batteria, all'architettura termica, all'imballaggio e al margine del sistema.