OBC 전력은 충전 시간에 어떤 영향을 미칩니까?

OBC 전력 등급은 전기 자동차가 AC 전원에서 얼마나 빨리 충전할 수 있는지를 결정하는 주요 요소 중 하나입니다. 온보드 충전기(OBC)는 EVSE에서 ​​공급되는 AC 전력을 고전압 배터리용 제어 DC 전력으로 변환합니다. 그러나 OBC 등급만으로는 실제 충전 속도가 결정되지 않습니다. 사용 가능한 AC 전원, 배터리 전압, 배터리 관리 제한, 온도, 충전 상태, 보조 부하 및 변환 효율성 모두로 인해 유효 충전 전력이 감소할 수 있습니다.

따라서 EV 제조업체와 차량 통합업체의 경우 실질적인 문제는 단순히 고전력 OBC가 더 빨리 충전되는지 여부가 아닙니다. 더 나은 질문은 차량, 배터리, 충전 인프라 및 열 시스템이 추가 OBC 전력을 효과적으로 활용할 수 있는지 여부입니다.

유용한 1단계 추정치는 다음과 같습니다.

대략적인 충전 시간 = 배터리에 필요한 에너지 ¼ 유효 충전 전력

예를 들어, 80kWh 배터리가 40kWh의 에너지를 회수해야 하는 경우 이상적인 충전 시간은 6.6kW에서 약 6.1시간, 11kW에서 3.6시간, 22kW에서 1.8시간입니다. 시스템이 모든 조건에서 이상적인 정격 전력으로 작동하지 않기 때문에 실제 충전 시간은 일반적으로 더 길어집니다.

주요 시사점

• 그만큼 온보드 충전기는 외부 AC 전원을 차량 배터리 충전에 적합한 DC 전원으로 변환합니다.

• OBC 정격 전력은 차량의 AC 전력 변환 성능에 대한 상한을 설정하지만 실제 충전 전력은 더 낮을 수 있습니다.

• 충전 시간은 복구할 배터리 에너지의 양과 충전 체인의 최저 유효 전력 제한에 따라 달라집니다.

• 더 높은 OBC 전력은 AC 공급 장치, EVSE, 케이블, 배터리, 냉각 시스템 및 차량 제어 장치가 이를 지원할 수 있는 경우에만 유용합니다.

• 효율성은 에너지 손실과 열 부하에 영향을 미치지만 OBC 성능은 하나의 헤드라인 효율성 값에 의존하는 대신 실제 작동 범위 전반에 걸쳐 평가해야 합니다.

OBC 전력 등급 및 AC 충전 속도

온보드 충전기란 무엇입니까?

전도성 AC 충전을 지원하는 대부분의 전기 자동차는 차량 측 AC/DC 전력 변환 단계로 온보드 충전기를 사용합니다. OBC는 호환되는 충전 장비로부터 AC 입력을 수신하고 이를 고전압 배터리의 충전 요구 사항에 따라 제어할 수 있는 조정된 DC 출력으로 변환합니다.

OBC는 일반적으로 배터리 관리 시스템(BMS), 차량 제어 장치(VCU), 충전 인터페이스 및 열 관리 시스템과 함께 작동합니다. 배터리는 OBC가 생산할 수 있는 전력을 단순히 수용하지 않습니다. 충전 전압과 전류는 배터리 충전 상태, 온도, 보호 한계, 차량의 충전 전략에 따라 조정됩니다.

기존 AC 충전에서는 전력이 OBC를 통과한 후 고전압 배터리에 도달합니다. 오프보드 DC 고속 충전에서는 외부 DC 충전기가 주 AC/DC 변환을 수행하므로 고전력 DC 충전은 OBC의 일반적인 AC 전력 변환 경로를 통과하지 않습니다.

일부 OBC 아키텍처는 양방향 전력 변환도 지원합니다. 더 넓은 차량 및 충전 아키텍처에 따라 V2L 또는 기타 양방향 에너지 기능과 같은 애플리케이션을 지원할 수 있습니다. 그러나 양방향 OBC 하드웨어만으로는 완전한 V2G 또는 V2H 시스템을 자동으로 제공하지 않습니다. 차량 제어, EVSE 호환성, 통신, 보호 및 적용 가능한 그리드 요구 사항도 고려해야 합니다.

OBC 전력 등급이 중요한 이유

OBC 전력 등급은 지정된 작동 조건에서 충전기의 설계된 AC-DC 변환 기능을 나타냅니다. 차량에 11kW OBC가 있는 경우 이를 22kW 용량의 AC 충전 지점에 연결해도 자동으로 22kW로 차량이 충전되지 않습니다. 차량은 OBC 기능 및 기타 차량 측 조건에 의해 제한됩니다.

반대로, 사용 가능한 AC 전원이 필요한 전력을 공급할 수 없는 경우 고전력 OBC를 설치해도 더 빠른 충전이 보장되지는 않습니다. 7kW만 제공할 수 있는 AC 소스에 연결된 22kW OBC는 다른 손실 및 차량 제한 사항을 고려하기 전에 대략 사용 가능한 입력 수준으로 제한됩니다.

실제 AC 충전 전력은 OBC 명판 등급만으로는 결정되지 않고 충전 체인에서 가장 제한적인 유효 한도에 따라 결정됩니다.

AC 충전 시간을 계산하는 방법

배터리에 필요한 에너지부터 시작하세요

배터리 용량만으로는 충전 세션에 걸리는 시간을 알 수 없습니다. 먼저 시작 충전 상태와 목표 충전 상태 사이에 얼마나 많은 에너지를 복원해야 하는지 계산합니다.

단순화된 계산은 다음과 같습니다.

소요에너지(kWh) = 배터리 가용용량 × SOC 증가량

예를 들어, 80kWh의 사용 가능한 배터리를 30%에서 80%까지 충전하려면 약 40kWh의 추가 저장 에너지가 필요합니다.

정격 전력뿐만 아니라 효과적인 충전 전력을 사용하세요

첫 번째 추정의 경우:

충전 시간(h) ≒ 필요 에너지(kWh) ≒ 유효 배터리 충전 전력(kW)

AC 입력 전력에서 변환 효율을 고려해야 하는 경우 단순화된 근사값은 다음과 같습니다.

배터리 측 전력 ≒ AC 입력 전력 × OBC 효율

그러나 이는 추정에 불과하다. 실제 OBC 효율은 입력 전압, 배터리 전압, 출력 부하, 온도, 반도체 토폴로지 및 제어 조건에 따라 달라집니다. 또한 BMS는 OBC가 이론적으로 제공할 수 있는 것보다 적은 전력을 명령할 수 있습니다.

*에너지 ¼ 정격 전력을 기준으로 한 이상적인 계산 예시입니다. 실제 충전 시간은 효율, 사용 가능한 AC 전원, 배터리 한도, 온도, SOC, 차량 제어 전략에 따라 더 길어지거나 달라질 수 있습니다.

실제 AC 충전 전력을 제한하는 것은 무엇입니까?

차량 개발 관점에서 충전 전력은 분리된 OBC 사양이 아닌 완전한 시스템 체인으로 처리되어야 합니다.

EVSE 또는 AC 공급 장치에 병목 현상이 발생하는 경우

11kW OBC가 장착된 EV 플랫폼을 생각해 보세요. 사용 가능한 EVSE가 약 7kW를 공급하는 경우 차량은 OBC의 전체 11kW 용량을 사용할 수 없습니다. 해당 작동 조건에서는 업스트림 AC 공급 장치가 기본 전력 제한이 됩니다.

공유 충전 인프라도 비슷한 효과를 낼 수 있습니다. 차량 창고나 상업 시설은 연결된 여러 차량 간에 사용 가능한 전력을 동적으로 분배할 수 있습니다. 모든 차량에 11kW 또는 22kW OBC가 있더라도 현장 수준 부하 관리가 활성화되면 각 차량은 더 적은 전력을 받을 수 있습니다.

이것이 바로 EV 제조업체가 OBC 전력을 지정할 때 목표 시장 충전 인프라를 평가해야 하는 이유입니다. 정격이 높을수록 의도한 작동 환경에서 사용하기에 충분한 AC 전원을 정기적으로 제공할 수 있는 경우에만 가치가 창출됩니다.

OBC가 병목 현상을 일으키는 경우

AC 충전 지점이 22kW를 제공할 수 있지만 차량이 6.6kW OBC를 사용하는 경우 차량은 22kW에서 AC 전력을 변환할 수 없습니다. 이 경우 OBC가 기본 한도입니다.

다른 OBC 전력 등급에도 동일한 원칙이 적용됩니다. 사용 가능한 AC 전력이 OBC의 정격 충전 전력을 초과하면 OBC가 충전 체인의 제한 요소가 됩니다.

배터리 또는 BMS가 병목 현상을 일으키는 경우

BMS는 배터리 상태, 화학적 성질, 온도, 셀 균형 및 보호 요구 사항에 따라 허용되는 배터리 충전 전압과 전류를 제어합니다. 따라서 EVSE와 OBC가 모두 더 높은 전력 레벨을 지원할 수 있더라도 BMS는 더 낮은 충전 전류를 요구할 수 있습니다.

이 효과는 충전 상태가 높거나 열악한 열 조건에서 더욱 두드러질 수 있습니다. 따라서 충전 동작은 모든 충전 세션의 시작부터 끝까지 일정한 정격 OBC 전력을 가정하기보다는 실제 배터리 제어 전략을 기반으로 해야 합니다.

일반적인 OBC 전력 등급 비교

'가족용 자동차의 경우 6.6kW' 또는 '고급 차량의 경우 22kW'와 같은 엄격한 규칙을 통해 OBC 전력을 차량 등급에 할당해서는 안 됩니다. 차량 아키텍처와 듀티 사이클은 가격대보다 더 중요합니다.

예를 들어 Landworld의 현재 OBC 포트폴리오에는 승객, 상업용, 오프로드, 지게차, 해양 및 특수 EV 프로그램을 위한 다양한 전력 수준이 포함되어 있습니다. 따라서 서로 다른 프로젝트에서는 매우 다른 이유로 유사한 OBC 등급을 사용할 수 있습니다.

단상 및 3상 AC 입력

위상 구성은 특정 그리드 아키텍처에서 실질적으로 공급할 수 있는 AC 전력량에 영향을 미치지만, 3상 충전이 모든 상황에서 본질적으로 '더 효율적인' 것으로 설명되어서는 안 됩니다.

예를 들어, 약 11kW AC 충전은 일반적으로 위상당 약 16A의 3상 400V급 인프라를 사용하여 달성됩니다. 유사한 3상 인프라에서 일반적으로 약 22kW는 위상당 약 32A와 연관됩니다. 실제 요구 사항은 OBC 및 시장 사양에 따라 다릅니다.

단상 OBC 솔루션은 특히 목표 시장 인프라, 듀티 사이클, 비용 또는 패키징이 3단계 아키텍처를 정당화하지 못하는 많은 차량 애플리케이션에 적합합니다.

11kW AC 충전 성능에 대한 자세한 내용은 Landworld의 가이드를 참조하세요. 11kW OBC 충전 속도.

OBC 효율성이 충전 시간에 미치는 영향

OBC 효율성은 AC 입력 전력 중 유용한 배터리 측 DC 전력으로 변환되는 양과 주로 열로 손실되는 양을 결정합니다.

그러나 OBC 전력 등급에 따라서만 고정 효율 대역을 할당하는 것은 오해의 소지가 있습니다. 예를 들어 모든 6.6kW 제품에는 하나의 효율 범위가 있고 모든 22kW 제품은 자동으로 더 효율적이라고 가정하는 것입니다.

실제 효율성은 다음에 따라 달라집니다.

• AC 입력 전압 및 위상

• 배터리 출력 전압

• 출력 전력/부하점

• 전력 변환 토폴로지

• 반도체 기술

• 전환 전략

• 온도 및 냉각 조건

효율이 높을수록 변환 손실이 줄어들어 AC 입력 전력과 배터리 측 충전 전력 간의 차이가 줄어듭니다. 또한 열부하를 낮추어 OBC가 까다로운 작동 조건에서 정격 출력을 유지하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

엔지니어링 평가의 경우 최대 효율성만 비교하기보다는 대표적인 작동 지점 전반에 걸쳐 효율성 맵을 검토하세요. Landworld의 설명을 참조하세요. 온보드 충전기가 더 많은 배경을 위해 얼마나 효율적일 수 있는지.

배터리 온도 및 열 경감

배터리 온도로 인해 요청된 충전 전력이 감소할 수 있음

배터리 온도는 BMS가 허용하는 충전 전류량에 영향을 미칩니다. 추운 날씨에서는 차량이 배터리 충전 전류를 줄이거나 배터리 가열을 위해 유입 에너지의 일부를 소비할 수 있습니다. 온도가 상승하면 배터리 셀을 보호하기 위해 충전 전류가 감소할 수도 있습니다.

이러한 이유로 모든 EV 플랫폼에 하나의 보편적인 '최고의 배터리 충전 온도'나 하나의 고정된 열 제한을 적용하지 않는 것이 좋습니다. 배터리 화학, 팩 설계, 셀 공급업체 요구 사항, 냉각 시스템 및 제어 전략에 따라 허용 가능한 온도 범위가 결정됩니다.

OBC 열 경감도 중요합니다

OBC 자체도 전력 변환 중에 열을 발생시킵니다. 냉각수 온도, 구성 요소 온도 또는 주변 조건이 충전기의 최대 전력 작동 범위를 초과하는 경우 시스템은 전력 전자 장치를 보호하기 위해 출력을 줄일 수 있습니다.

따라서 차량 제조업체는 다음을 평가해야 합니다.

• 연속 정격 전력

• 주변 작동 범위

• 냉각수 입구 온도 제한

• 해당되는 경우 필요한 냉각수 흐름

• 열 경감 곡선

• 보호 및 재시작 동작

이러한 매개변수는 특히 고부하 또는 고온 조건에서 작동한 후 충전될 수 있는 상업용 및 오프로드 EV에 중요합니다.

차량 프로그램에 대한 OBC 전원을 선택하는 방법

더 높은 OBC 등급을 선택해야 하는 이유는 단순히 kW 수치가 클수록 더 발전된 것처럼 보이기 때문이 아니라 대상 차량 프로그램에 대한 가치를 창출하기 때문입니다.

다양한 EV 프로그램을 위한 Landworld OBC 전원 옵션

다양한 전력 등급 및 냉각 옵션

Landworld는 승용차, 상용차, 오프로드 EV, 지게차, 해양 전기 자동차 및 기타 특수 전기 플랫폼을 위한 온보드 충전 솔루션을 개발합니다. 현재 온보드 충전기 범위에는 저전력 OBC부터 11kW, 13kW, 20kW, 22kW 및 고전력 솔루션까지 다양한 전력 등급이 포함됩니다.

제품마다 다른 냉각 방식을 사용합니다. 예를 들어, 일부 저전력 Landworld OBC는 팬 냉각을 사용하는 반면, 더 높은 전력 및 높은 전력 밀도 구성은 액체 냉각을 통해 사용할 수 있습니다. 이를 통해 모든 출력 수준에 하나의 냉각 방법을 적용하는 대신 OBC를 차량의 열 아키텍처에 더욱 밀접하게 일치시킬 수 있습니다.

Landworld는 또한 독립형 AC 충전 이상이 필요한 프로젝트를 위해 양방향 통합 OBC/DC-DC 구성을 제공합니다.

차량별 OBC 선택

OBC를 선택할 때 Landworld는 배터리 전압 범위, 충전 전력 요구 사항, AC 입력 구성, 냉각 조건, 통신 인터페이스, 패키지 공간, 대상 차량 애플리케이션 및 예상 작동 환경을 함께 평가할 것을 권장합니다.

승용차 프로젝트의 경우 다음을 검토할 수 있습니다. 랜드월드의 전기 승용차 솔루션 . 다른 차량 플랫폼에는 OBC 전력, 전압, 냉각 및 기계 패키징의 다양한 조합이 필요할 수 있습니다.

Landworld는 다양한 EV 프로그램에 대한 전력, 전압, 폼 팩터 등의 영역에서 맞춤화를 지원합니다. 자세히 알아보기 Landworld에 대해 또는 팀에 문의하세요 . 차량 사양에 대해

결론

OBC 전력 정격은 잠재적인 AC 충전 시간에 직접적인 영향을 미치지만 단순히 'kW가 많을수록 충전 속도가 빨라집니다.'라는 관계는 아닙니다. 실제 충전 속도는 AC 공급 장치, EVSE, 케이블 및 커넥터, OBC, 배터리/BMS, 열 조건 및 차량 제어 전략 등 전체 시스템에 의해 제한됩니다.

따라서 EV 제조업체의 경우 필요한 에너지 회수, 사용 가능한 충전 창, 목표 시장 인프라, 배터리 아키텍처, 냉각 시스템, 패키징 및 비용에 따라 6.6kW, 11kW, 22kW 또는 더 높은 전력의 OBC를 선택해야 합니다.

새로운 EV 플랫폼에 대한 AC 충전 요구 사항을 정의하는 경우 Landworld의 온보드 충전기 포트폴리오 , 회사 검토 EV 전력 전자 기능 또는 Landworld에 문의하세요 . 목표 OBC 전력, 배터리 전압, AC 입력, 냉각, 통신 및 차량 애플리케이션 요구 사항에 대해서는

FAQ

OBC 전원에서 AC 충전 시간을 어떻게 예측합니까?

먼저 얼마나 많은 배터리 에너지를 회수해야 하는지 결정하십시오. 해당 에너지를 효과적인 배터리 측 충전 전력으로 나눕니다. 예를 들어, 이상적인 11kW에서 40kWh를 복구하는 데 약 3.6시간이 걸립니다. 변환 손실, 배터리 제한, 열 조건 및 사용 가능한 AC 전력의 변화로 인해 실제 충전 시간은 일반적으로 더 길어집니다.

OBC 등급이 높을수록 항상 충전 속도가 빨라지나요?

아니요. OBC 등급이 높을수록 나머지 충전 시스템이 해당 전력을 지원할 수 있는 경우에만 충전 시간이 단축됩니다. 22kW OBC가 장착된 EV는 연결된 AC 전원이 7kW만 제공할 수 있는 경우 약 7kW로 충전할 수 있습니다. 마찬가지로 BMS 또는 열 시스템은 OBC의 정격 전력보다 적은 전력을 요구할 수 있습니다.

11kW OBC가 22kW AC 충전소를 사용할 수 있습니까?

예, 충전 인터페이스, 전압, 통신 및 위상 구성이 호환된다면 가능합니다. 그러나 차량은 일반적으로 스테이션의 전체 22kW 정격에서 충전하는 대신 약 11kW OBC의 용량으로 제한됩니다.

3상 충전은 항상 단상 충전보다 더 효율적인가요?

아니요. 3상 인프라는 많은 그리드 아키텍처에서 더 높은 AC 전력을 지원할 수 있지만 변환 효율성은 특정 OBC 설계 및 작동 지점에 따라 달라집니다. 단계 수만으로는 하나의 OBC가 다른 OBC보다 더 효율적이라는 것을 증명할 수 없습니다.

OBC 효율은 충전 시간에 어떤 영향을 미치나요?

효율성이 높다는 것은 사용 가능한 AC 입력 전력 중 더 많은 부분이 유용한 DC 전력으로 배터리에 도달하고 열로 손실되는 전력이 적다는 것을 의미합니다. 총 충전 시간에 미치는 영향은 효율 차이와 작동 조건에 따라 달라집니다. 최고 효율에만 의존하기보다는 실제 입력 전압, 배터리 전압, 부하 및 온도 지점 전반에 걸쳐 효율을 비교하십시오.

기존 차량의 OBC를 단순히 업그레이드하여 충전 시간을 줄일 수 있나요?

일반적으로 단순한 구성 요소 교체가 아닙니다. OBC는 차량의 배터리 전압, 냉각 시스템, 전기 아키텍처, 통신, 기계 패키징, 소프트웨어, 안전 전략 및 승인과 통합되어 있습니다. OBC 전력을 높이려면 일반적으로 하나의 충전기를 다른 충전기로 교체하는 대신 차량 수준의 엔지니어링 및 검증이 필요합니다.

EV 제조업체는 6.6kW, 11kW, 22kW 중에서 어떻게 선택해야 합니까?

일반적으로 회수해야 하는 배터리 에너지, 필요한 충전 창, 대상 시장의 AC 인프라, 배터리 전압, 위상 구성, 열 아키텍처, 패키징, 비용 및 차량 듀티 사이클을 비교하십시오. 적절한 OBC 전력 등급은 사용 가능한 AC 인프라, 배터리 제한, 열 아키텍처, 패키징 및 시스템 마진을 맞추면서 차량 프로그램의 충전 목표를 충족하는 등급입니다.