双方向 OBC を使用する必要があるのはどのような場合ですか?

電気自動車プラットフォームが従来の AC 充電以上のものを必要とする場合、双方向車載充電器 (OBC) を検討する価値があります。主に AC 電力を高電圧バッテリー用の DC 電力に変換する単方向 OBC とは異なり、双方向 OBC は車両バッテリーから外部 AC 負荷またはエネルギー システムに戻る制御された電力の流れもサポートできます。

EV メーカーや車両インテグレーターにとって、この機能は、車両から負荷まで (V2L)、車両から家庭または建物まで (V2H/V2B)、および車両から電力網まで (V2G) のアーキテクチャをサポートできます。ただし、双方向 OBC だけでは完全な V2G または V2H システムを作成できません。車両制御、BMS 戦略、充電装置、通信プロトコル、保護装置、系統相互接続要件、および地域規制も、目的の機能をサポートする必要があります。

したがって、双方向 OBC を使用するかどうかは、車両のアーキテクチャ レベルで決定する必要があります。このガイドでは、双方向充電が実際の価値を高める場合、追加のシステム要件を考慮する必要がある場合、および従来の単方向 OBC が依然として適切な選択である場合について説明します。

重要なポイント

• あ 双方向オンボード充電器は、 充電と放電の両方の方向での電力変換をサポートします。

• 車両プラットフォームが V2L、V2H/V2B、V2G、フリート エネルギー管理、またはその他の電力エクスポート機能をサポートすることを目的としている場合は、双方向 OBC を使用します。

• V2H と V2G はシステムレベルの機能です。 OBC は、互換性のある車両制御、EVSE、通信、保護、およびグリッド インフラストラクチャと連携する必要があります。

• ISO 15118-20 は、双方向電力伝送のための EV-EVSE 通信が必要な場合に関連する可能性がありますが、グリッドインタラクティブ AC V2G プロジェクトには地域の相互接続要件も含まれる場合があります。

• バッテリーの劣化は、1 つの普遍的なパーセンテージに依存するのではなく、バッテリーの化学的性質、SOC ウィンドウ、放電深度、温度、サイクル戦略、および予想される双方向デューティ サイクルに従って評価する必要があります。

双方向オンボード充電器とは何ですか?

一方向電力変換と双方向電力変換

従来の オンボード充電器 は主に、AC 充電中の一方向のエネルギー転送用に設計されています。入力 AC 電力を安定化 DC 出力に変換し、BMS および車両充電システムの制御下でトラクション バッテリーに供給できます。

あ 双方向オンボード充電器により、 逆電力変換機能が追加されます。アーキテクチャに応じて、OBC はバッテリ側の DC エネルギーを外部負荷または系統接続システム用の制御された AC 出力に変換できます。

双方向電力変換の仕組み

通常の AC 充電中、電気エネルギーはグリッドまたは EVSE から OBC を介して高電圧バッテリーに流れます。充電器は、車両および BMS コマンドに従って電圧と電流を調整します。

後進運転中は、走行用バッテリーからの DC エネルギーが AC に変換されます。必要な AC 特性は、意図された用途によって異なります。絶縁された外部負荷を供給することは、電力網と並行して動作することとは根本的に異なります。

V2L を通じてアプライアンスに電力を供給できる車両は、自動的に V2G の要件を満たさないため、この区別は重要です。グリッド並列動作では、同期、保護、単独運転防止または関連する相互接続動作、通信、認可、および法規制への準拠に関する追加の要件が導入されます。

EV メーカーはどのような場合に双方向 OBC を使用する必要がありますか?

双方向機能が最も価値があるのは、エネルギー輸出によって顧客、運用、またはグリッド サービスに明確なメリットがもたらされる場合です。 OBC は、単にテクノロジーが利用可能であるという理由だけで双方向にするべきではありません。

V2L: 車両に外部 AC 電源が必要な場合

V2L が付加価値をもたらす場所

Vehicle-to-Load は、トラクションバッテリーからのエネルギーが電力網に送られるのではなく、外部電気負荷に電力を供給するために使用されるため、最も直接的な双方向のユースケースの 1 つです。

V2L は次の場合に役立ちます。

• 電動工具や電動機器を必要とする商用サービス車両

• 建設およびオフロード機器

• 緊急または一時的な電力用途

• 屋外およびモバイルワーク用途

• 補助AC電源が必要な特殊車両

EV メーカーにとって重要なエンジニアリング パラメータは、消費者が接続する可能性のある電化製品の種類ではありません。代わりに、必要な AC 出力電力、出力電圧と周波数、過負荷耐量、コネクタ アーキテクチャ、絶縁戦略、保護機能、デューティ サイクル、および温度制限を定義します。

V2L は V2G と同じではありません

V2L 対応車両は自動的に V2G 対応として記述されるべきではありません。通常、V2L はローカルの外部負荷を供給しますが、V2G には電力網による制御された動作が含まれるため、異なるシステム レベルのコンプライアンスおよび通信戦略が必要になります。

双方向 OBC は、両方の概念に重要なハードウェア機能を提供できますが、各アプリケーションを個別に検証する必要があります。

V2H と V2B: 車両がエネルギー資源になるとき

バックアップおよびエネルギー管理アプリケーション

V2H および V2B アーキテクチャにより、互換性のある EV バッテリーを家庭や建物のエネルギー システムに参加させることができます。潜在的な用途としては、バックアップ電源、ピーク負荷管理、地域の再生可能発電との統合、時間ベースのエネルギー管理などが挙げられます。

自動車メーカーの観点から見ると、これらの機能は、対象の自動車が互換性のあるエネルギー管理エコシステムと相互作用することが予想される場合に関連します。双方向 OBC は車両側の変換機能を提供しますが、追加のシステム要素としては次のものが挙げられます。

• 互換性のある双方向 EVSE または電力出力装置

• 車両とEVSEの通信

• 必要に応じて移送または隔離設備を構築する

• エネルギー管理コントローラー

• 電気的保護

• 現地での設置と電気規定への準拠

このため、 サポートしていると言う方が安全で技術的に正確です。 OBC 自体が「家庭に電力を供給する」と言うよりも、双方向 OBC が V2H アーキテクチャを

V2H を指定する価値がある場合

バックアップ エネルギー、住宅用エネルギー管理、または再生可能エネルギーの統合が重要な顧客要件である市場向けに車両を開発する場合、V2H 機能は有意義な製品価値を追加する可能性があります。

ただし、OEM は、対象となるエコシステムを早期に確認する必要があります。互換性のある充電機器、通信、出力電力、バッテリー予備要件、および地域のコンプライアンスを定義せずに双方向パワーステージを設計すると、ハードウェア機能が実際に導入できない可能性があります。

V2G: 車両がグリッドと対話する必要がある場合

V2G の違いは何ですか?

車両は電力網と並行して動作する電気システムに参加しているため、車両から電力網への電力供給は、単純な外部 AC 電力出力よりも要求が厳しくなります。

潜在的な V2G アプリケーションには次のものがあります。

• 管理された車両の充放電

• デマンドレスポンスへの参加

• ピーク負荷管理

• 分散型エネルギーリソースの集約

• 許可されている場合のグリッドサポートサービス

これらの機能の商業的価値は、地域の電力市場ルール、公共事業プログラム、計測、集約、車両の可用性、およびエネルギー価格に大きく依存します。このため、OEM は、すべての V2G 対応車両がその所有者またはフリート オペレーターに自動的に収益をもたらすと想定すべきではありません。

V2G には双方向ハードウェア以上のものが必要です

双方向 OBC は重要な車両側電力変換機能を提供しますが、系統接続された動作には以下も必要となる場合があります。

双方向 OBC の標準と通信

ISO 15118-20 および EV-EVSE コミュニケーション

ISO 15118 は、単に普遍的な「V2G 認証」として説明されるべきではありません。これは、EV と EVSE 間の通信をカバーする一連の標準です。

ISO 15118-20 は、双方向電力伝送をサポートする通信メッセージとシーケンス要件を具体的に定義しています。互換性のあるスマート充電または双方向充電を実装する予定の車両プログラムの場合、OEM はどの ISO 15118 機能と実装範囲が必要かを定義する必要があります。

系統相互接続の要件

グリッドインタラクティブ AC アーキテクチャでは、地域の相互接続要件も考慮する必要があります。たとえば、北米では、SAE J3072 がプラグイン電気自動車に統合されたオンボードグリッドサポートインバーターシステムに対応し、放電動作に関連する EV-EVSE 認可を定義しています。これは、IEEE 1547 および IEEE 1547.1 の要件とともに使用することを目的としています。

UL ガイダンスでは、オンボードのグリッドインタラクティブ インバータ システムと外部の EV 電力輸出装置も区別されます。これは、OEM が SAE J3072、UL 1741、IEEE 1547、ISO 15118 などの規格を 1 つのチェックリストに単純に入れて、それらがすべて同じように OBC コンポーネントに直接適用されると想定すべきではないことを意味します。

代わりに、次のように定義します。

• ターゲット市場

• AC または DC 双方向アーキテクチャ

• 車両側インバータ/OBC担当

• EVSE/相互接続設備責任

• 通信要件

• 必要な安全性と系統認証戦略

双方向 OBC 電力はどれくらい必要ですか?

双方向電力定格は、可能な最大車両充電速度と等しいと仮定するのではなく、必要なユースケースから選択する必要があります。

双方向電力の増加は、半導体のサイジング、磁気、熱設計、パッケージ サイズ、冷却システム要件、コネクタ設計、およびコストに影響を与える可能性があります。したがって、これは車両システムエンジニアリングのトレードオフとして扱う必要があります。

高出力の商用 EV の例については、Landworld の記事を参照してください。 44 kW 双方向 OBC 。 電気トラック用の

バッテリーの状態と双方向充電

一般的なバッテリー劣化率を回避する

双方向充電によりバッテリーのエネルギースループットが増加するため、車両の開発中にバッテリーの経年劣化への影響を考慮する必要があります。ただし、すべての EV バッテリーにわたる V2G または V2H の影響を正確に表す単一のパーセンテージはありません。

バッテリーの劣化は、次のような要因によって決まります。

• 細胞化学

• バッテリー温度

• 充電状態ウィンドウ

• 放電の深さ

• 充放電電力

• サイクル周波数

• カレンダーの老化

• 車両の熱管理

このため、「V2G による追加の容量損失は 10 年間で 9 ～ 14% のみである」などの主張は、普遍的なエンジニアリングの前提として扱われるべきではありません。このような値は、研究条件とバッテリー管理戦略に大きく依存します。

バッテリー管理戦略が重要

頻繁な双方向運転を目的とした車両では、最小走行距離を保護し、不必要なバッテリーのストレスを回避するエネルギー管理戦略を定義する必要があります。

BMS と VCU は以下を制御できます。

• 最小放電SOC

• 長時間駐車時の最大SOC

• 最大双方向電力

• バッテリーの温度制限

• 最大放電持続時間

• 駆動エネルギー予備量

• 故障および劣化の保護

したがって、車両の保証と耐久性の目標は、V2G または V2H の動作を制御しないままにするのではなく、意図した双方向の使用例に基づいて設計する必要があります。

熱と効率の要件

双方向動作では、電力段が両変換方向で効率的に動作する必要があります。順方向充電効率だけでは双方向 OBC を評価するには十分ではありません。

エンジニアリング チームは以下を評価する必要があります。

• 充電時のAC/DC効率

• 電力輸出時の DC から AC への効率

• 代表的な負荷点全体の効率

• バッテリ電圧動作範囲

• AC入出力条件

• 双方向連続動作時間

• 冷却剤またはエアフローの要件

• 熱ディレーティング動作

Landworld は、OBC 効率に関する追加の背景を説明する記事で提供しています。 車載充電器の効率性.

従来の OBC がより良い選択となる場合

すべての EV プラットフォームに双方向機能が必要なわけではありません。次のような場合には、従来の OBC がエンジニアリング上の選択肢として引き続き優れている可能性があります。

• 車両にはACバッテリーの充電のみが必要です。

• 定義された V2L、V2H、V2G、または電力輸出の使用例は存在しません。

• ターゲット市場の充電インフラストラクチャは、意図された双方向アーキテクチャをサポートしていません。

• 車両コストとパッケージスペースは、将来の電力輸出能力よりも重要です。

• 追加の検証、コミュニケーション、安全性、認証要件は、期待される顧客価値によっては正当化できません。

したがって、双方向機能は、単に OBC 仕様に追加する機能としてではなく、明確なユースケースを備えた製品要件として扱う必要があります。

Landworld 双方向 OBC ソリューション

さまざまなEVプラットフォーム向けの双方向ソリューション

Landworld Technology は、従来の OBC、双方向 OBC、DC/DC コンバータ、統合充電システムなど、電気自動車用の車載電源ソリューションを開発しています。

会社の 車載充電器のポートフォリオに は、乗用車、商用車、オフロード車、特殊な EV アプリケーション向けのさまざまな電力レベルにわたる双方向ソリューションが含まれています。

乗用車用途についても、Landworld は評価を行っています。 電気乗用車における双方向 OBC 性能.

双方向 OBC プロジェクトにはどのような情報を提供する必要がありますか?

OBC サプライヤーに連絡するときは、最初から意図する双方向の使用例を定義してください。役立つプロジェクト情報には次のものが含まれます。

Landworld は、IATF 16949 認定の自動車品質管理システムに基づいて運営されています。機能安全要件のあるプロジェクトの場合、特定の製品とプロジェクトの範囲に従って ISO 26262 関連の開発と検証に取り組むことができます。

プロジェクトを評価するには、Landworld の 車載充電器ソリューション、詳細はこちら 会社について、または Landworld にお問い合わせください。 車両と双方向充電の要件については、

乗用車プログラムについては、Landworld のプログラムを確認することもできます。 電気乗用車ソリューション.

結論

双方向 OBC は、車両プラットフォームがエネルギーを受け取るだけでなくエクスポートするという明確な要件がある場合に使用する必要があります。 V2L は外部機器とモバイル電源アプリケーションをサポートでき、V2H/V2B は車両を互換性のある建物のエネルギー システムに接続でき、V2G はインフラストラクチャと規制が許可するグリッド インタラクティブ エネルギー アーキテクチャに車両を参加させることができます。

ただし、これらの機能は OBC のみに起因すると考えるべきではありません。双方向充電が成功するかどうかは、バッテリ、BMS、VCU、EVSE、通信、保護、熱設計、グリッド インターフェイス、地域のコンプライアンス戦略を含むシステム全体にかかっています。

したがって、EV OEM や車両インテグレーターにとって正しい質問は、単純に「双方向充電器が必要ですか?」ということではなく、「この車両はどのような電力出力機能を実行する必要があるか、どのような動作条件下で、それを確実にサポートするにはどのようなシステム アーキテクチャが必要か?」ということです。

よくある質問

双方向 OBC を備えたすべての EV は V2G をサポートしていますか?

いいえ、双方向 OBC は車両側の電力変換機能を提供しますが、V2G には互換性のある車両制御、EVSE、通信、系統相互接続機能、および規制当局の承認も必要です。双方向ハードウェアだけでは V2G の動作は保証されません。

V2L、V2H、V2G の違いは何ですか?

V2L は外部電気負荷を供給し、V2H は互換性のある家庭用エネルギー システム内で車両エネルギーを使用し、V2G は車両が電力網と相互作用できるようにします。車両が独立した負荷から系統並列運転に移行するにつれて、技術的要件と規制要件は徐々に複雑になっていきます。

ISO 15118 により EV は V2G 対応になりますか?

それ自体ではありません。 ISO 15118 は EV と EVSE 間の通信を定義しており、ISO 15118-20 には双方向電力伝送をサポートする通信要件が含まれています。車両には、適切な双方向パワー エレクトロニクス、制御、EVSE 互換性、保護、および該当する系統相互接続準拠が依然として必要です。

双方向充電はEVのバッテリーにダメージを与えますか?

追加のエネルギー スループットはバッテリの劣化に寄与する可能性がありますが、実際の影響はバッテリの化学的性質、温度、放電深度、SOC ウィンドウ、放電電力、サイクル周波数、およびエネルギー管理戦略によって異なります。すべての車両または V2G プログラムに 1 つの劣化率を適用するのは正確ではありません。

双方向 OBC は停電時にバックアップ電力を提供できますか?

互換性のある V2H またはバックアップ電源アーキテクチャに車両側の逆電力変換機能を提供できます。ただし、実際のバックアップ操作には、適切な外部機器、絶縁または転送機能 (該当する場合)、車両制御、および地域の電気規格への準拠も必要です。

OEM はどのような場合に双方向 OBC を選択する必要がありますか?

V2L、V2H/V2B、V2G、フリート エネルギー管理、またはその他の定義された電力輸出ユース ケースが、追加のハードウェア、ソフトウェア、熱、検証、およびコンプライアンス要件を正当化するのに十分な顧客価値または運用価値を生み出す場合には、双方向機能を選択してください。

Landworld はどのようにして双方向 OBC プロジェクトをサポートできますか?

Landworld は、さまざまな EV アプリケーション向けに双方向 OBC および統合電源ソリューションを開発しています。自動車メーカーは、技術評価のためにバッテリー電圧、順方向および逆方向の電力要件、AC 入出力条件、通信、冷却、パッケージの制約、対象市場、および意図された V2X ユースケースを提供できます。