Quando dovresti utilizzare un OBC bidirezionale?

Vale la pena prendere in considerazione un caricabatterie di bordo bidirezionale (OBC) quando una piattaforma per veicoli elettrici necessita di più della tradizionale ricarica CA. A differenza di un OBC unidirezionale, che converte principalmente l'alimentazione CA in energia CC per la batteria ad alta tensione, un OBC bidirezionale può anche supportare il flusso di potenza controllato dalla batteria del veicolo verso un carico CA esterno o un sistema energetico.

Per i produttori di veicoli elettrici e gli integratori di veicoli, questa funzionalità può supportare le architetture veicolo-carico (V2L), veicolo-casa o edificio (V2H/V2B) e veicolo-grid (V2G). Tuttavia, un OBC bidirezionale da solo non crea un sistema V2G o V2H completo. Anche i controlli dei veicoli, la strategia BMS, le apparecchiature di ricarica, i protocolli di comunicazione, i dispositivi di protezione, i requisiti di interconnessione alla rete e le normative regionali devono supportare la funzione prevista.

La decisione di utilizzare un OBC bidirezionale dovrebbe quindi essere presa a livello di architettura del veicolo. Questa guida spiega quando la ricarica bidirezionale aggiunge valore reale, quali requisiti di sistema aggiuntivi devono essere considerati e quando un OBC unidirezionale convenzionale può ancora essere la scelta più appropriata.

Punti chiave

• UN il caricabatterie integrato bidirezionale supporta la conversione di potenza in entrambe le direzioni di carica e scarica.

• Utilizzare un OBC bidirezionale quando la piattaforma del veicolo è destinata a supportare V2L, V2H/V2B, V2G, gestione dell'energia della flotta o altre funzioni di esportazione di energia.

• V2H e V2G sono funzionalità a livello di sistema. L'OBC deve funzionare con controlli del veicolo compatibili, EVSE, comunicazione, protezione e infrastruttura di rete.

• La norma ISO 15118-20 può essere rilevante laddove è richiesta la comunicazione EV-EVSE per il trasferimento di potenza bidirezionale, mentre i progetti AC V2G interattivi con la rete possono anche comportare requisiti di interconnessione regionali.

• Il degrado della batteria dovrebbe essere valutato in base alla chimica della batteria, alla finestra SOC, alla profondità di scarica, alla temperatura, alla strategia del ciclo e al ciclo di lavoro bidirezionale previsto invece di fare affidamento su una percentuale universale.

Cos'è un caricabatterie di bordo bidirezionale?

Conversione di potenza unidirezionale o bidirezionale

Un convenzionale il caricabatterie integrato è progettato principalmente per il trasferimento di energia unidirezionale durante la ricarica CA. Converte l'energia CA in ingresso in un'uscita CC regolata che può essere fornita alla batteria di trazione sotto il controllo del BMS e del sistema di ricarica del veicolo.

UN il caricabatterie bidirezionale integrato aggiunge la capacità di conversione inversa della potenza. A seconda dell'architettura, l'OBC può convertire l'energia CC lato batteria in uscita CA controllata per un carico esterno o un sistema collegato alla rete.

Come funziona la conversione di potenza bidirezionale

Durante la normale ricarica CA, l'energia elettrica fluisce dalla rete o dall'EVSE attraverso l'OBC e nella batteria ad alta tensione. Il caricabatterie regola la tensione e la corrente in base ai comandi del veicolo e del BMS.

Durante la retromarcia, l'energia CC proveniente dalla batteria di trazione viene riconvertita in CA. Le caratteristiche AC richieste dipendono dall'applicazione prevista. L'alimentazione di un carico esterno isolato è fondamentalmente diversa dal funzionamento in parallelo con una rete pubblica.

Questa distinzione è importante perché un veicolo in grado di alimentare un elettrodomestico tramite V2L non soddisfa automaticamente i requisiti per V2G. Il funzionamento in parallelo alla rete introduce requisiti aggiuntivi per la sincronizzazione, la protezione, il comportamento anti-islanding o di interconnessione correlata, la comunicazione, l'autorizzazione e la conformità normativa.

Quando i produttori di veicoli elettrici dovrebbero utilizzare un OBC bidirezionale?

La capacità bidirezionale è particolarmente preziosa quando l'esportazione di energia crea un vantaggio definito per il cliente, l'operatività o il servizio di rete. L’OBC non dovrebbe essere reso bidirezionale semplicemente perché la tecnologia è disponibile.

V2L: quando il veicolo necessita di alimentazione CA esterna

Dove V2L aggiunge valore

Il rapporto veicolo-carico è uno dei casi d’uso bidirezionali più diretti perché l’energia proveniente dalla batteria di trazione viene utilizzata per alimentare carichi elettrici esterni anziché essere esportata nella rete pubblica.

V2L può essere utile per:

• Veicoli di servizio commerciale che necessitano di utensili o attrezzature elettriche

• Attrezzature per l'edilizia e fuoristrada

• Applicazioni di alimentazione di emergenza o temporanee

• Applicazioni per esterni e lavoro mobile

• Veicoli per scopi speciali che richiedono alimentazione CA ausiliaria

Per un produttore di veicoli elettrici, i parametri tecnici importanti non sono i tipi di apparecchi che un consumatore potrebbe collegare. Definire invece la potenza di uscita CA richiesta, la tensione e la frequenza di uscita, la capacità di sovraccarico, l'architettura del connettore, la strategia di isolamento, le funzioni di protezione, il ciclo di lavoro e i limiti termici.

V2L non è la stessa cosa di V2G

Un veicolo compatibile con V2L non dovrebbe essere automaticamente descritto come compatibile con V2G. V2L in genere fornisce un carico esterno locale, mentre V2G prevede il funzionamento controllato con una rete elettrica e pertanto richiede una diversa conformità a livello di sistema e una strategia di comunicazione.

Un OBC bidirezionale può fornire importanti funzionalità hardware per entrambi i concetti, ma ciascuna applicazione deve essere convalidata separatamente.

V2H e V2B: quando i veicoli diventano risorse energetiche

Applicazioni di backup e gestione energetica

Le architetture V2H e V2B consentono a una batteria per veicoli elettrici compatibile di partecipare al sistema energetico di una casa o di un edificio. Le potenziali applicazioni includono alimentazione di backup, gestione dei picchi di carico, integrazione con la generazione rinnovabile locale e gestione dell'energia basata sul tempo.

Dal punto di vista del produttore del veicolo, queste funzioni diventano rilevanti quando si prevede che il veicolo target interagisca con un ecosistema di gestione energetica compatibile. Un OBC bidirezionale può fornire la capacità di conversione lato veicolo, ma ulteriori elementi del sistema possono includere:

• EVSE bidirezionale compatibile o apparecchiature di esportazione di energia

• Comunicazione del veicolo e dell'EVSE

• Attrezzature per il trasferimento o l'isolamento dell'edificio ove richiesto

• Controller per la gestione dell'energia

• Protezione elettrica

• Installazione locale e conformità alle norme elettriche

Per questo motivo, è più sicuro e tecnicamente più accurato affermare che un OBC bidirezionale supporta l'architettura V2H piuttosto che dire che l'OBC da solo 'alimenta la casa'.

Quando vale la pena specificare V2H

La funzionalità V2H può aggiungere un valore significativo al prodotto quando un veicolo viene sviluppato per mercati in cui l’energia di riserva, la gestione dell’energia residenziale o l’integrazione dell’energia rinnovabile rappresentano un importante requisito del cliente.

Tuttavia, l’OEM dovrebbe confermare tempestivamente l’ecosistema previsto. Progettare uno stadio di potenza bidirezionale senza definire apparecchiature di ricarica compatibili, comunicazione, potenza di uscita, requisiti di riserva della batteria e conformità regionale può comportare capacità hardware che non possono essere implementate praticamente.

V2G: Quando il Veicolo Deve Interagire con la Rete

Cosa rende V2G diverso?

Il rapporto Vehicle-to-Grid è più impegnativo della semplice produzione di energia CA esterna perché il veicolo partecipa a un sistema elettrico che opera in parallelo con la rete pubblica.

Le potenziali applicazioni V2G includono:

• Carico e scarico gestito della flotta

• Partecipazione alla domanda-risposta

• Gestione dei picchi di carico

• Aggregazione di risorse energetiche distribuite

• Servizi di supporto alla rete ove consentito

Il valore commerciale di queste funzioni dipende fortemente dalle regole del mercato elettrico locale, dai programmi di utilità, dalla misurazione, dall’aggregazione, dalla disponibilità dei veicoli e dai prezzi dell’energia. Per questo motivo, un OEM non dovrebbe dare per scontato che ogni veicolo compatibile con V2G genererà automaticamente entrate per il suo proprietario o gestore della flotta.

V2G richiede più dell'hardware bidirezionale

Un OBC bidirezionale fornisce un'importante funzione di conversione della potenza sul lato del veicolo, ma il funzionamento connesso alla rete può anche richiedere:

Standard e comunicazione per OBC bidirezionali

Comunicazione ISO 15118-20 e EV–EVSE

La ISO 15118 non dovrebbe essere descritta semplicemente come una 'certificazione V2G' universale. Si tratta di una famiglia di standard che coprono la comunicazione tra EV ed EVSE.

La norma ISO 15118-20 definisce specificamente i messaggi di comunicazione e i requisiti di sequenza che supportano il trasferimento di potenza bidirezionale. Per un programma di veicoli che intende implementare la ricarica intelligente o bidirezionale compatibile, l'OEM dovrebbe definire quali funzioni ISO 15118 e ambito di implementazione sono richiesti.

Requisiti di interconnessione alla rete

Le architetture AC interattive alla rete devono anche considerare i requisiti di interconnessione regionale. In Nord America, ad esempio, SAE J3072 affronta i sistemi inverter di supporto della rete integrati nei veicoli elettrici plug-in e definisce la relativa autorizzazione EV-EVSE per l'operazione di scarico. È destinato ad essere utilizzato insieme ai requisiti IEEE 1547 e IEEE 1547.1.

La guida UL distingue anche tra sistemi inverter interattivi con la rete integrati e apparecchiature esterne per l'esportazione di energia elettrica. Ciò significa che un OEM non dovrebbe semplicemente inserire standard come SAE J3072, UL 1741, IEEE 1547 e ISO 15118 in un'unica lista di controllo e presumere che si applichino tutti direttamente al componente OBC allo stesso modo.

Definire invece:

• Mercato di riferimento

• Architettura bidirezionale AC o DC

• Responsabilità inverter/OBC lato veicolo

• Responsabilità EVSE/apparecchiature di interconnessione

• Requisiti di comunicazione

• Strategia necessaria per la sicurezza e la certificazione della rete

Di quanta potenza OBC bidirezionale hai bisogno?

La potenza nominale bidirezionale dovrebbe essere selezionata dal caso d'uso richiesto piuttosto che presupporre che equivalga alla velocità di ricarica massima possibile del veicolo.

L'aumento della potenza bidirezionale può influire sul dimensionamento dei semiconduttori, sui componenti magnetici, sulla progettazione termica, sulle dimensioni del package, sui requisiti del sistema di raffreddamento, sulla progettazione dei connettori e sui costi. Dovrebbe quindi essere trattato come un compromesso ingegneristico tra veicolo e sistema.

Per un esempio di veicolo elettrico commerciale ad alta potenza, vedere Landworld OBC bidirezionale da 44 kW per camion elettrici.

Stato della batteria e ricarica bidirezionale

Evitare percentuali di degrado universale della batteria

La ricarica bidirezionale introduce un ulteriore rendimento energetico della batteria, quindi l’impatto dell’invecchiamento della batteria dovrebbe essere considerato durante lo sviluppo del veicolo. Tuttavia, non esiste un’unica percentuale che rappresenti con precisione l’effetto di V2G o V2H su ogni batteria per veicoli elettrici.

Il degrado della batteria dipende da fattori tra cui:

• Chimica cellulare

• Temperatura della batteria

• Finestra dello stato di carica

• Profondità di scarico

• Potenza di carica/scarica

• Frequenza del ciclo

• Invecchiamento del calendario

• Gestione termica del veicolo

Per questo motivo, affermazioni come 'Il V2G provoca solo il 9–14% di perdita di capacità aggiuntiva in dieci anni' non dovrebbero essere trattate come un presupposto ingegneristico universale. Tali valori dipendono fortemente dalle condizioni di studio e dalla strategia di gestione della batteria.

La strategia di gestione della batteria è importante

Un veicolo destinato a un uso bidirezionale frequente dovrebbe definire una strategia di gestione dell’energia che protegga l’autonomia minima ed eviti uno stress inutile della batteria.

Il BMS e la VCU possono controllare:

• Scarico minimo SOC

• SOC massimo per parcheggi di lunga durata

• Massima potenza bidirezionale

• Limiti di temperatura della batteria

• Durata massima della scarica

• Riserva di energia di guida

• Protezione da guasti e degrado

La garanzia del veicolo e l’obiettivo di durabilità dovrebbero quindi essere progettati attorno al caso d’uso bidirezionale previsto piuttosto che lasciare incontrollato il comportamento V2G o V2H.

Requisiti termici e di efficienza

Il funzionamento bidirezionale richiede che lo stadio di potenza funzioni in modo efficiente in entrambe le direzioni di conversione. La sola efficienza della ricarica diretta non è sufficiente per valutare un OBC bidirezionale.

I team di ingegneri dovrebbero valutare:

• Efficienza AC-DC durante la ricarica

• Efficienza DC-AC durante l'esportazione di energia

• Efficienza attraverso punti di carico rappresentativi

• Intervallo operativo della tensione della batteria

• Condizioni di ingresso/uscita CA

• Tempo di funzionamento bidirezionale continuo

• Requisiti di refrigerante o flusso d'aria

• Comportamento di declassamento termico

Landworld fornisce ulteriori informazioni sull'efficienza dell'OBC nel suo articolo che spiega quanto può essere efficiente un caricabatterie di bordo.

Quando un OBC convenzionale può essere la scelta migliore

Non tutte le piattaforme per veicoli elettrici necessitano di funzionalità bidirezionale. Un OBC convenzionale può rimanere la scelta ingegneristica migliore quando:

• Il veicolo richiede solo la ricarica della batteria CA.

• Non esiste un caso d'uso V2L, V2H, V2G o di esportazione di energia definito.

• L’infrastruttura di ricarica del mercato target non supporta l’architettura bidirezionale prevista.

• Il costo del veicolo e lo spazio disponibile sono più importanti della futura capacità di esportazione di energia.

• I requisiti aggiuntivi di convalida, comunicazione, sicurezza e omologazione non possono essere giustificati dal valore atteso per il cliente.

La capacità bidirezionale dovrebbe quindi essere trattata come un requisito del prodotto con un chiaro caso d’uso, non semplicemente come una funzionalità da aggiungere alla specifica OBC.

Soluzioni OBC bidirezionali Landworld

Soluzioni bidirezionali per diverse piattaforme di veicoli elettrici

Landworld Technology sviluppa soluzioni di alimentazione di bordo per veicoli elettrici, inclusi OBC convenzionali, OBC bidirezionali, convertitori DC/DC e sistemi di ricarica integrati.

Quello dell'azienda Il portafoglio di caricatori di bordo comprende soluzioni bidirezionali con diversi livelli di potenza per applicazioni per passeggeri, commerciali, fuoristrada e veicoli elettrici specializzati.

Landworld ha valutato anche le applicazioni per veicoli passeggeri prestazioni OBC bidirezionali nei veicoli passeggeri elettrici.

Quali informazioni dovresti fornire per un progetto OBC bidirezionale?

Quando si contatta un fornitore OBC, definire fin dall'inizio il caso d'uso bidirezionale previsto. Le informazioni utili sul progetto includono:

Landworld opera secondo un sistema di gestione della qualità automobilistica certificato IATF 16949. Per i progetti con requisiti di sicurezza funzionale, lo sviluppo e la convalida relativi alla norma ISO 26262 possono essere affrontati in base allo specifico prodotto e all'ambito del progetto.

Per valutare un progetto, rivedi Landworld soluzioni di caricabatterie di bordo , scopri di più sull'azienda , o contatta Landworld con il tuo veicolo e i requisiti di ricarica bidirezionale.

Per i programmi relativi alle autovetture, puoi anche rivedere quelli di Landworld soluzioni per autovetture elettriche.

Conclusione

Un OBC bidirezionale dovrebbe essere utilizzato quando la piattaforma del veicolo ha una chiara esigenza di esportare energia oltre a riceverla. V2L può supportare apparecchiature esterne e applicazioni di alimentazione mobile, V2H/V2B può connettere il veicolo a sistemi energetici di edifici compatibili e V2G può consentire al veicolo di partecipare ad architetture energetiche interattive con la rete laddove le infrastrutture e le normative lo consentono.

Tuttavia, queste funzioni non dovrebbero essere attribuite solo all’OBC. Il successo della ricarica bidirezionale dipende dal sistema completo, compresi batteria, BMS, VCU, EVSE, comunicazione, protezione, progettazione termica, interfaccia di rete e strategia di conformità regionale.

Per gli OEM di veicoli elettrici e gli integratori di veicoli, quindi, la domanda giusta non è semplicemente 'Abbiamo bisogno di un caricabatterie bidirezionale?' ma è: 'Quale funzione di esportazione di energia deve svolgere questo veicolo, in quali condizioni operative e quale architettura di sistema è richiesta per supportarlo in modo affidabile?'

Domande frequenti

Ogni veicolo elettrico con OBC bidirezionale supporta V2G?

No. Un OBC bidirezionale fornisce funzionalità di conversione della potenza lato veicolo, ma il V2G richiede anche controlli del veicolo compatibili, EVSE, comunicazione, funzioni di interconnessione alla rete e approvazione normativa. L'hardware bidirezionale da solo non garantisce il funzionamento V2G.

Qual è la differenza tra V2L, V2H e V2G?

V2L fornisce carichi elettrici esterni, V2H utilizza l'energia del veicolo all'interno di un sistema energetico domestico compatibile e V2G consente al veicolo di interagire con la rete pubblica. I requisiti tecnici e normativi diventano progressivamente più complessi man mano che il veicolo passa da carichi isolati al funzionamento parallelo alla rete.

La norma ISO 15118 rende un veicolo elettrico compatibile con V2G?

Non da solo. La norma ISO 15118 definisce la comunicazione tra l'EV e l'EVSE, mentre la norma ISO 15118-20 include i requisiti di comunicazione che supportano il trasferimento di potenza bidirezionale. Il veicolo richiede comunque un'adeguata elettronica di potenza bidirezionale, controllo, compatibilità EVSE, protezione e qualsiasi conformità di interconnessione alla rete applicabile.

La ricarica bidirezionale danneggia la batteria del veicolo elettrico?

Un ulteriore flusso di energia può contribuire all'invecchiamento della batteria, ma l'effetto reale dipende dalla chimica della batteria, dalla temperatura, dalla profondità di scarica, dalla finestra SOC, dalla potenza di scarica, dalla frequenza del ciclo e dalla strategia di gestione dell'energia. Non è accurato applicare una percentuale di degrado a ogni veicolo o programma V2G.

Un OBC bidirezionale può fornire alimentazione di backup durante un'interruzione?

Può fornire funzionalità di conversione inversa dell'alimentazione lato veicolo per un'architettura V2H compatibile o di alimentazione di backup. Tuttavia, l'effettiva operazione di backup richiede anche apparecchiature esterne adeguate, funzioni di isolamento o trasferimento ove applicabile, controllo del veicolo e conformità al codice elettrico locale.

Quando un OEM dovrebbe scegliere un OBC bidirezionale?

Scegli la funzionalità bidirezionale quando V2L, V2H/V2B, V2G, la gestione dell'energia della flotta o un altro caso d'uso definito di esportazione di energia crea un valore operativo o per il cliente sufficiente a giustificare requisiti aggiuntivi di hardware, software, termici, di convalida e di conformità.

Come può Landworld supportare un progetto OBC bidirezionale?

Landworld sviluppa OBC bidirezionale e soluzioni di alimentazione integrate per diverse applicazioni di veicoli elettrici. I produttori di veicoli possono fornire tensione della batteria, requisiti di alimentazione diretta e inversa, condizioni di ingresso/uscita CA, comunicazione, raffreddamento, vincoli del pacchetto, mercato di riferimento e caso d'uso V2X previsto per la valutazione tecnica.