OBC 電力は充電時間にどのような影響を与えますか?

OBC 電力定格は、電気自動車が AC 電源からどれだけ早く充電できるかを決定する主な要素の 1 つです。オンボード充電器 (OBC) は、EVSE によって供給される AC 電力を、高電圧バッテリー用の制御された DC 電力に変換します。ただし、OBC 定格だけでは実際の充電速度は決まりません。利用可能な AC 電源、バッテリ電圧、バッテリ管理の制限、温度、充電状態、補助負荷、変換効率はすべて、実効充電電力を低下させる可能性があります。

したがって、EV メーカーや車両インテグレーターにとって実際的な問題は、単に高出力の OBC がより速く充電できるかどうかということではありません。むしろ問題となるのは、車両、バッテリー、充電インフラ、熱システムが追加の OBC 電力を効果的に利用できるかどうかです。

有用な第 1 段階の推定値は次のとおりです。

おおよその充電時間 = バッテリーに必要なエネルギー ÷ 有効充電電力

たとえば、80 kWh のバッテリーが 40 kWh のエネルギーを回収する必要がある場合、理想的な充電時間は、6.6 kW で約 6.1 時間、11 kW で 3.6 時間、22 kW で 1.8 時間となります。システムはあらゆる条件下で理想的な定格電力で動作するわけではないため、実際の充電時間は通常より長くなります。

重要なポイント

• の 車載充電器は、 外部 AC 電源を車両バッテリーの充電に適した DC 電源に変換します。

• OBC 定格電力は車両の AC 電力変換能力の上限を設定しますが、実際の充電電力はこれよりも低い場合があります。

• 充電時間は、回収されるバッテリー エネルギーの量と、充電チェーンにおける有効電力の最低制限によって異なります。

• より高い OBC 電力は、AC 電源、EVSE、ケーブル、バッテリー、冷却システム、および車両制御がそれをサポートできる場合にのみ役立ちます。

• 効率はエネルギー損失と熱負荷に影響しますが、OBC の性能は 1 つの主要な効率値に依存するのではなく、実際の動作範囲全体で評価する必要があります。

OBC 定格電力と AC 充電速度

車載充電器とは何ですか?

導電性 AC 充電をサポートするほとんどの電気自動車は、車両側の AC/DC 電力変換ステージとして車載充電器を使用します。 OBC は、互換性のある充電機器から AC 入力を受け取り、それを高電圧バッテリーの充電要件に従って制御できる安定化 DC 出力に変換します。

OBC は通常、バッテリー管理システム (BMS)、車両制御ユニット (VCU)、充電インターフェース、および熱管理システムと連携して動作します。バッテリーは、OBC が生成できるあらゆる電力を単に受け入れるわけではありません。充電電圧と電流は、バッテリーの充電状態、温度、保護限界、および車両の充電戦略に従って調整されます。

従来の AC 充電では、電力は高電圧バッテリーに到達する前に OBC を通過します。オフボード DC 急速充電では、外部 DC 充電器がメインの AC/DC 変換を実行するため、高出力 DC 充電は OBC の通常の AC 電力変換パスを通過しません。

一部の OBC アーキテクチャでは、双方向電力変換もサポートされています。より広い車両と充電アーキテクチャに応じて、これは V2L やその他の双方向エネルギー機能などのアプリケーションをサポートする場合があります。ただし、双方向 OBC ハードウェアだけでは、完全な V2G または V2H システムが自動的に提供されるわけではありません。車両制御、EVSE 互換性、通信、保護、および該当するグリッド要件も考慮する必要があります。

OBC の電力定格が重要な理由

OBC 電力定格は、指定された動作条件下での充電器の設計された AC/DC 変換能力を表します。車両に 11 kW の OBC が搭載されている場合、22 kW 対応の AC 充電ポイントに接続しても、車両は自動的に 22 kW で充電されません。車両は、OBC 機能およびその他の車両側の条件によって制限されたままです。

逆に、利用可能な AC 電源が必要な電力を供給できない場合、高出力 OBC を取り付けても、より高速な充電は保証されません。 7 kW しか供給できない AC 電源に接続された 22 kW OBC は、他の損失や車両の制限が考慮される前に、ほぼその利用可能な入力レベルに制限されます。

実際の AC 充電電力は、OBC の銘板定格だけではなく、充電チェーンの最も制限的な有効制限によって決まります。

AC充電時間の計算方法

バッテリーに必要なエネルギーから始める

バッテリー容量だけでは、充電セッションにどれくらい時間がかかるかわかりません。まず、開始充電状態と目標充電状態との間にどれだけのエネルギーを回復する必要があるかを計算します。

単純化した計算は次のとおりです。

必要エネルギー(kWh) = バッテリー使用可能容量 × SOC増加量

たとえば、80 kWh の使用可能なバッテリを 30% から 80% に充電するには、約 40 kWh の追加の貯蔵エネルギーが必要です。

定格電力だけでなく、有効な充電電力を使用する

最初の見積もりについては、次のとおりです。

充電時間 (h) ≈ 必要なエネルギー (kWh) ÷ バッテリーの実効充電電力 (kW)

AC 入力電力から変換効率を考慮する必要がある場合、1 つの単純化された近似は次のようになります。

バッテリ側電力 ≈ AC 入力電力 × OBC 効率

ただし、これはあくまで推定値にすぎません。実際の OBC 効率は、入力電圧、バッテリ電圧、出力負荷、温度、半導体トポロジ、および制御条件によって変化します。さらに、BMS が要求する電力は、OBC が理論的に供給できる電力よりも少ない場合があります。

*エネルギー ÷ 定格電力に基づく理想的な計算の例。実際の充電時間は、効率、利用可能な AC 電源、バッテリーの制限、温度、SOC、および車両の制御戦略によって長くなったり、異なったりします。

実際のAC充電電力を制限するものは何ですか?

車両開発の観点から見ると、充電電力は独立した OBC 仕様ではなく、完全なシステム チェーンとして扱われる必要があります。

EVSE または AC 電源がボトルネックの場合

11 kW OBC を搭載した EV プラットフォームを考えてみましょう。利用可能な EVSE が約 7 kW を供給する場合、車両は OBC の 11 kW 能力をフルに使用できません。その動作条件では、上流の AC 電源が主な電力制限になります。

共有充電インフラストラクチャも同様の効果を生み出す可能性があります。車両基地や商業施設では、接続された複数の車両間で利用可能な電力を動的に分配する場合があります。すべての車両に 11 kW または 22 kW の OBC が搭載されている場合でも、サイト レベルの負荷管理がアクティブになっている場合、各車両が受け取る電力は少なくなる可能性があります。

このため、EV メーカーは OBC 電力を指定する際にターゲット市場の充電インフラを評価する必要があります。より高い定格は、意図された動作環境がそれを使用するのに十分な AC 電力を定期的に供給できる場合にのみ価値を生み出します。

OBC がボトルネックになる場合

AC 充電ポイントが 22 kW を供給できるにもかかわらず、車両が 6.6 kW OBC を使用している場合、車両は AC 電力を 22 kW に変換できません。この場合、OBC が主な制限になります。

同じ原理が他の OBC 電力定格にも当てはまります。利用可能な AC 電力が OBC の定格充電電力を超えると、OBC が充電チェーンの制限要因になります。

バッテリーまたはBMSがボトルネックの場合

BMS は、バッテリーの状態、化学的性質、温度、セルバランス、および保護要件に従って、許容されるバッテリー充電電圧と電流を制御します。したがって、EVSE と OBC の両方がより高い電力レベルをサポートできる場合でも、BMS はより低い充電電流を要求する可能性があります。

この影響は、充電状態が高い場合や不利な熱条件下でより顕著になる可能性があります。したがって、充電動作は、各充電セッションの開始から終了まで一定の定格 OBC 電力を想定するのではなく、実際のバッテリ制御戦略に基づく必要があります。

一般的な OBC 電力定格の比較

OBC 出力は、「ファミリーカーの場合は 6.6 kW」、「高級車の場合は 22 kW」などの厳格なルールに従って車両クラスに割り当てられるべきではありません。車両のアーキテクチャとデューティ サイクルは、価格セグメントよりも重要です。

たとえば、Landworld の現在の OBC ポートフォリオには、乗用車、商用車、オフロード車、フォークリフト、船舶、および特殊な EV プログラム向けの複数の出力レベルが含まれています。したがって、さまざまなプロジェクトがまったく異なる理由で同様の OBC 評価を使用する可能性があります。

単相および三相AC入力

相構成は、特定のグリッド アーキテクチャの下で実際に供給できる AC 電力の量に影響しますが、三相充電はあらゆる状況において本質的に「より効率的」であると表現されるべきではありません。

たとえば、約 11 kW の AC 充電は、通常、三相 400 V クラスのインフラストラクチャを使用し、1 相あたり約 16 A で実現されます。一般に、同様の三相インフラストラクチャでは、約 22 kW は 1 相あたり約 32 A に相当します。実際の要件は、OBC および市場の仕様によって異なります。

単相 OBC ソリューションは、特にターゲット市場のインフラストラクチャ、デューティ サイクル、コスト、パッケージングが三相アーキテクチャを正当化できない場合、多くの車両アプリケーションに引き続き適しています。

11 kW AC 充電パフォーマンスの詳細については、Landworld のガイドを参照してください。 11 kW OBC 充電速度.

OBC 効率が充電時間に与える影響

OBC 効率は、 AC 入力電力のどれだけが有用なバッテリー側 DC 電力に変換されるか、またどれだけが主に熱として失われるかを決定します。

ただし、OBC 電力定格のみに基づいて固定効率帯域を割り当てるのは誤解を招きます。たとえば、すべての 6.6 kW 製品に 1 つの効率範囲があり、22 kW 製品ごとに自動的に効率が高くなる、と仮定します。

実際の効率は以下によって決まります。

• AC入力電圧と位相

• バッテリー出力電圧

• 出力電力/負荷点

• 電力変換トポロジ

• 半導体技術

• 戦略の切り替え

• 温度と冷却条件

効率が高くなると変換損失が減少するため、AC 入力電力とバッテリ側の充電電力の差が減少します。また、熱負荷も低下するため、厳しい動作条件下でも OBC が定格出力を維持できるようになります。

エンジニアリング評価の場合は、ピーク効率のみを比較するのではなく、代表的な動作点にわたる効率マップを確認してください。 Landworld の説明を参照してください。 より多くのバックグラウンドを得るために、オンボード充電器がどれほど効率的であるか 。

バッテリー温度と熱ディレーティング

バッテリー温度により、要求される充電電力が低下する可能性があります

バッテリー温度は、BMS が許可する充電電流の量に影響します。寒い状況では、車両はバッテリーの充電電流を減らしたり、バッテリーの加熱のために入ってくるエネルギーの一部を消費したりすることがあります。温度が上昇すると、バッテリーセルを保護するために充電電流も減少することがあります。

このため、すべての EV プラットフォームに 1 つの普遍的な「最適なバッテリー充電温度」や 1 つの固定された温度制限を適用することは避けた方がよいでしょう。バッテリーの化学的性質、パック設計、セルサプライヤーの要件、冷却システム、および制御戦略によって、許容可能な温度範囲が決まります。

OBC の熱ディレーティングも重要

OBC自体も電力変換時に発熱します。冷却液の温度、コンポーネントの温度、または周囲条件が充電器のフルパワー動作範囲を超える場合、システムはパワー エレクトロニクスを保護するために出力を下げることがあります。

したがって、自動車メーカーは以下を評価する必要があります。

• 連続定格電力

• 周囲動作範囲

• 冷却剤入口温度制限

• 該当する場合、必要な冷却液の流れ

• 熱軽減曲線

• 保護と再起動の動作

これらのパラメータは、高負荷または高温条件下で動作した後に充電する可能性がある商用およびオフロード EV にとって特に重要です。

車両プログラム用の OBC 電源を選択する方法

より高い OBC 定格を選択する必要があるのは、単に kW 数が大きいほど先進的に見えるからではなく、対象車両プログラムの価値を生み出すためです。

さまざまな EV プログラム向けの Landworld OBC 電源オプション

複数の電力クラスと冷却オプション

Landworld は、乗用車、商用車、オフロード EV、フォークリフト、船舶用電気自動車、その他の特殊な電気プラットフォーム向けの車載充電ソリューションを開発しています。その現在 オンボード充電器の範囲 には、低電力 OBC から 11 kW、13 kW、20 kW、22 kW、および高電力ソリューションまでの複数の電力クラスが含まれます。

製品が異なれば、使用する冷却方法も異なります。たとえば、一部の低電力 Landworld OBC はファン冷却を使用しますが、高電力および高電力密度の構成には液体冷却を使用できます。これにより、すべての電力レベルに 1 つの冷却方法を適用するのではなく、OBC を車両の熱アーキテクチャにより厳密に適合させることができます。

Landworld は、スタンドアロン AC 充電以上のものが必要なプロジェクト向けに、双方向の統合 OBC/DC-DC 構成も提供しています。

車両固有の OBC の選択

OBC を選択する際、ランドワールドでは、バッテリー電圧範囲、充電電力要件、AC 入力構成、冷却条件、通信インターフェース、パッケージスペース、対象車両アプリケーション、および予想される動作環境を一緒に評価することをお勧めします。

乗用車プロジェクトの場合は、以下を確認できます。 Landworld の電気乗用車ソリューション。他の車両プラットフォームでは、OBC 電力、電圧、冷却、機械的パッケージングの異なる組み合わせが必要になる場合があります。

Landworld は、さまざまな EV プログラムの電力、電圧、フォーム ファクターなどの分野でのカスタマイズをサポートしています。もっと詳しく知る ランドワールドについて とか、 チームに連絡してください。 車両の仕様を

結論

OBC の電力定格は、潜在的な AC 充電時間に直接影響しますが、その関係は単純に「kW が大きいほど充電が速い」というものではありません。実際の充電速度は、AC 電源、EVSE、ケーブルとコネクタ、OBC、バッテリー/BMS、熱条件、車両制御戦略など、システム全体によって制限されます。

したがって、EV メーカーの場合、必要なエネルギー回収、利用可能な充電ウィンドウ、ターゲット市場のインフラストラクチャ、バッテリー アーキテクチャ、冷却システム、パッケージング、コストに応じて、6.6 kW、11 kW、22 kW、またはそれ以上の出力の OBC を選択する必要があります。

新しい EV プラットフォームの AC 充電要件を定義している場合は、Landworld の 車載充電器のポートフォリオ、会社の充電器のポートフォリオを確認する EV パワー エレクトロニクス機能、または Landworld にお問い合わせください。 ターゲットの OBC 電源、バッテリー電圧、AC 入力、冷却、通信、および車両アプリケーションの要件については、

よくある質問

OBC 電力から AC 充電時間を推定するにはどうすればよいですか?

まず、どのくらいのバッテリーエネルギーを回収する必要があるかを決定します。そのエネルギーをバッテリー側の有効充電電力で割ります。たとえば、理想的な 11 kW で 40 kWh を回復するには、約 3.6 時間かかります。実際の充電時間は、変換損失、バッテリ制限、熱状態、利用可能な AC 電力の変動により、通常はさらに長くなります。

OBC 定格が高いほど、常に充電が速いことを意味しますか?

いいえ。OBC 定格が高くても、充電システムの残りの部分がその電力をサポートできる場合にのみ充電時間が短縮されます。 22 kW OBC を搭載した EV は、接続された AC 電源が 7 kW しか供給できない場合でも、約 7 kW で充電できます。同様に、BMS または熱システムは、OBC の定格電力よりも低い電力を要求する場合があります。

11 kW OBC は 22 kW AC 充電ステーションを使用できますか?

はい、充電インターフェース、電圧、通信、位相構成に互換性がある場合は可能です。ただし、車両は通常、ステーションのフル定格 22 kW で充電するのではなく、ほぼ 11 kW OBC の能力に制限されたままになります。

三相充電は常に単相充電より効率的ですか?

いいえ。三相インフラストラクチャは多くのグリッド アーキテクチャでより高い AC 電力をサポートできますが、変換効率は特定の OBC 設計と動作点に依存します。位相カウントだけでは、ある OBC が別の OBC よりも効率的であることは証明されません。

OBC 効率は充電時間にどのような影響を与えますか?

効率が高いということは、利用可能な AC 入力電力のより大きな割合が有効な DC 電力としてバッテリーに到達し、熱として失われることが少なくなることを意味します。総充電時間への影響は、効率の違いと動作条件によって異なります。ピーク効率のみに依存するのではなく、現実的な入力電圧、バッテリ電圧、負荷、および温度ポイント全体で効率を比較します。

既存の車両の OBC をアップグレードするだけで充電時間を短縮できますか?

通常は、単純なコンポーネントの交換ではありません。 OBC は、車両のバッテリー電圧、冷却システム、電気アーキテクチャ、通信、機械的パッケージング、ソフトウェア、安全戦略、認証と統合されています。 OBC 出力を増やすには、通常、ある充電器を別の充電器に交換するのではなく、車両レベルのエンジニアリングと検証が必要です。

EV メーカーは 6.6 kW、11 kW、22 kW の中からどのように選択すればよいでしょうか?

通常回収する必要があるバッテリーエネルギー、必要な充電ウィンドウ、対象市場のACインフラストラクチャ、バッテリー電圧、相構成、熱アーキテクチャ、パッケージング、コスト、および車両のデューティサイクルを比較します。適切な OBC 電力定格は、利用可能な AC インフラストラクチャ、バッテリー制限、熱アーキテクチャ、パッケージング、およびシステム マージンを満たしながら、車両プログラムの充電目標を満たしているものです。