Wanneer moet u een bidirectionele OBC gebruiken?

Een bidirectionele boordlader (OBC) is het overwegen waard wanneer een platform voor elektrische voertuigen meer nodig heeft dan conventioneel AC-laden. In tegenstelling tot een unidirectionele OBC, die voornamelijk wisselstroom omzet in gelijkstroom voor de hoogspanningsaccu, kan een bidirectionele OBC ook een gecontroleerde stroom van de voertuigaccu terug naar een externe wisselstroombelasting of energiesysteem ondersteunen.

Voor EV-fabrikanten en voertuigintegratoren kan deze mogelijkheid voertuig-naar-laad (V2L), voertuig-naar-huis of gebouw (V2H/V2B) en voertuig-naar-grid (V2G)-architecturen ondersteunen. Met een bidirectionele OBC alleen ontstaat echter geen compleet V2G- of V2H-systeem. Voertuigbedieningen, GBS-strategie, laadapparatuur, communicatieprotocollen, beveiligingsapparatuur, vereisten voor netinterconnectie en regionale regelgeving moeten de beoogde functie ook ondersteunen.

De beslissing om een ​​bidirectionele OBC te gebruiken moet daarom op het niveau van de voertuigarchitectuur worden genomen. In deze gids wordt uitgelegd wanneer bidirectioneel laden echte waarde toevoegt, met welke aanvullende systeemvereisten rekening moet worden gehouden en wanneer een conventionele unidirectionele OBC nog steeds de meest geschikte keuze is.

Belangrijkste afhaalrestaurants

• A bidirectionele ingebouwde lader ondersteunt stroomconversie in zowel laad- als ontlaadrichting.

• Gebruik een bidirectionele OBC wanneer het voertuigplatform bedoeld is om V2L, V2H/V2B, V2G, wagenparkenergiebeheer of andere energie-exportfuncties te ondersteunen.

• V2H en V2G zijn mogelijkheden op systeemniveau. De OBC moet werken met compatibele voertuigbedieningen, EVSE, communicatie, bescherming en netwerkinfrastructuur.

• ISO 15118-20 kan relevant zijn wanneer EV-EVSE-communicatie voor bidirectionele energieoverdracht vereist is, terwijl netinteractieve AC V2G-projecten ook regionale interconnectievereisten kunnen inhouden.

• De degradatie van de batterij moet worden geëvalueerd op basis van de batterijchemie, het SOC-venster, de ontladingsdiepte, de temperatuur, de cyclusstrategie en de verwachte bidirectionele werkcyclus, in plaats van te vertrouwen op één universeel percentage.

Wat is een bidirectionele ingebouwde oplader?

Eenrichtings- versus tweerichtingsstroomconversie

Een conventioneel De ingebouwde lader is in de eerste plaats ontworpen voor eenrichtingsenergieoverdracht tijdens AC-laden. Het zet binnenkomende wisselstroom om in gereguleerde gelijkstroom die kan worden geleverd aan de tractiebatterij onder controle van het GBS en het laadsysteem van het voertuig.

A bidirectionele ingebouwde lader voegt omgekeerde stroomconversie toe. Afhankelijk van de architectuur kan de OBC DC-energie aan de batterijzijde terug omzetten in gecontroleerde AC-uitvoer voor een externe belasting of een op het net aangesloten systeem.

Hoe bidirectionele stroomconversie werkt

Tijdens normaal AC-laden stroomt elektrische energie van het elektriciteitsnet of de EVSE via de OBC naar de hoogspanningsaccu. De lader regelt de spanning en stroom volgens de commando's van het voertuig en het GBS.

Tijdens de omgekeerde werking wordt gelijkstroomenergie van de tractiebatterij weer omgezet in wisselstroom. De vereiste AC-eigenschappen zijn afhankelijk van de beoogde toepassing. Het leveren van een geïsoleerde externe belasting is fundamenteel anders dan parallel werken met een elektriciteitsnet.

Dit onderscheid is van belang omdat een voertuig dat via V2L een apparaat van stroom kan voorzien, niet automatisch voldoet aan de eisen voor V2G. Netparallelle werking introduceert aanvullende vereisten voor synchronisatie, bescherming, anti-islanding of gerelateerd interconnectiegedrag, communicatie, autorisatie en naleving van de regelgeving.

Wanneer moeten EV-fabrikanten een bidirectionele OBC gebruiken?

Bidirectionele capaciteit is het meest waardevol wanneer de energie-export een bepaald klant-, operationeel of netwerkservicevoordeel creëert. De OBC mag niet bidirectioneel worden gemaakt simpelweg omdat de technologie beschikbaar is.

V2L: Wanneer het voertuig externe wisselstroom nodig heeft

Waar V2L waarde toevoegt

Vehicle-to-load is een van de meest directe bidirectionele gebruiksscenario's, omdat energie uit de tractiebatterij wordt gebruikt om externe elektrische belastingen van stroom te voorzien in plaats van te worden geëxporteerd naar het elektriciteitsnet.

V2L kan waardevol zijn voor:

• Commerciële servicevoertuigen die elektrisch gereedschap of apparatuur nodig hebben

• Bouw- en offroad-uitrusting

• Nood- of tijdelijke stroomtoepassingen

• Toepassingen voor buitenshuis en mobiel werken

• Voertuigen voor speciale doeleinden die extra wisselstroom nodig hebben

Voor een EV-fabrikant zijn de belangrijke technische parameters niet de soorten apparaten die een consument kan aansluiten. Definieer in plaats daarvan het vereiste AC-uitgangsvermogen, de uitgangsspanning en -frequentie, het overbelastingsvermogen, de connectorarchitectuur, de isolatiestrategie, de beveiligingsfuncties, de inschakelduur en de thermische limieten.

V2L is niet hetzelfde als V2G

Een voertuig dat geschikt is voor V2L mag niet automatisch worden omschreven als geschikt voor V2G. V2L levert doorgaans een lokale externe belasting, terwijl V2G een gecontroleerde werking met een elektriciteitsnet impliceert en daarom een ​​andere compliance- en communicatiestrategie op systeemniveau vereist.

Een bidirectionele OBC kan voor beide concepten belangrijke hardwaremogelijkheden bieden, maar elke toepassing moet afzonderlijk worden gevalideerd.

V2H en V2B: wanneer voertuigen energiebronnen worden

Back-up- en energiebeheertoepassingen

V2H- en V2B-architecturen maken het mogelijk dat een compatibele EV-batterij deelneemt aan het energiesysteem van een huis of gebouw. Mogelijke toepassingen zijn onder meer back-upstroom, beheer van piekbelasting, integratie met lokale duurzame opwekking en tijdgebaseerd energiebeheer.

Vanuit het perspectief van de voertuigfabrikant worden deze functies relevant wanneer wordt verwacht dat het doelvoertuig zal interageren met een compatibel ecosysteem voor energiebeheer. Een bidirectionele OBC kan de conversiemogelijkheid aan de voertuigzijde bieden, maar aanvullende systeemelementen kunnen zijn:

• Compatibele bidirectionele EVSE- of stroomexportapparatuur

• Voertuig- en EVSE-communicatie

• Overdrachts- of isolatieapparatuur voor gebouwen waar nodig

• Energiebeheercontroller

• Elektrische bescherming

• Lokale installatie en naleving van de elektrische regelgeving

Om deze reden is het veiliger en technisch nauwkeuriger om te zeggen dat een bidirectionele OBC de V2H-architectuur ondersteunt , in plaats van te zeggen dat de OBC op zichzelf 'het huis van stroom voorziet'.

Wanneer V2H de moeite waard is om te specificeren

V2H-functionaliteit kan betekenisvolle productwaarde toevoegen wanneer een voertuig wordt ontwikkeld voor markten waar back-upenergie, huishoudelijk energiebeheer of integratie van hernieuwbare energie een belangrijke klantvereiste is.

De OEM moet het beoogde ecosysteem echter vroegtijdig bevestigen. Het ontwerpen van een bidirectionele vermogensfase zonder compatibele oplaadapparatuur, communicatie, uitgangsvermogen, batterijreservevereisten en regionale compliance te definiëren, kan resulteren in hardwarecapaciteiten die praktisch niet kunnen worden ingezet.

V2G: wanneer het voertuig moet communiceren met het elektriciteitsnet

Wat maakt V2G anders?

Vehicle-to-grid is veeleisender dan eenvoudige externe AC-vermogensoutput, omdat het voertuig deelneemt aan een elektrisch systeem dat parallel met het elektriciteitsnet werkt.

Potentiële V2G-toepassingen zijn onder meer:

• Beheerd laden en ontladen van de vloot

• Vraag-respons deelname

• Beheer van piekbelasting

• Aggregatie van gedistribueerde energiebronnen

• Netondersteunende diensten waar toegestaan

De commerciële waarde van deze functies hangt sterk af van de lokale regels op de elektriciteitsmarkt, nutsvoorzieningen, metingen, aggregatie, beschikbaarheid van voertuigen en energieprijzen. Om deze reden mag een OEM er niet van uitgaan dat elk V2G-compatibel voertuig automatisch inkomsten zal genereren voor de eigenaar of wagenparkbeheerder.

V2G vereist meer dan alleen bidirectionele hardware

Een bidirectionele OBC biedt een belangrijke stroomconversiefunctie aan de voertuigzijde, maar voor netgekoppelde werking kan ook het volgende nodig zijn:

Normen en communicatie voor bidirectionele OBC's

ISO 15118-20 en EV-EVSE-communicatie

ISO 15118 mag niet eenvoudigweg worden omschreven als een universele 'V2G-certificering'. Het is een reeks normen die de communicatie tussen de EV en de EVSE bestrijken.

ISO 15118-20 definieert specifiek communicatieberichten en volgordevereisten die bidirectionele krachtoverdracht ondersteunen. Voor een voertuigprogramma dat compatibel slim of bidirectioneel opladen wil implementeren, moet de OEM definiëren welke ISO 15118-functies en implementatiemogelijkheden vereist zijn.

Vereisten voor netinterconnectie

Netinteractieve AC-architecturen moeten ook rekening houden met regionale interconnectievereisten. In Noord-Amerika heeft SAE J3072 bijvoorbeeld betrekking op netondersteunende omvormersystemen aan boord die zijn geïntegreerd in plug-in elektrische voertuigen en wordt de relevante EV-EVSE-autorisatie voor ontladingswerking gedefinieerd. Het is bedoeld voor gebruik in combinatie met de vereisten van IEEE 1547 en IEEE 1547.1.

De UL-richtlijnen maken ook onderscheid tussen ingebouwde net-interactieve invertersystemen en externe EV-stroomexportapparatuur. Dit betekent dat een OEM niet simpelweg normen als SAE J3072, UL 1741, IEEE 1547 en ISO 15118 in één checklist moet plaatsen en ervan uit moet gaan dat ze allemaal op dezelfde manier rechtstreeks op de OBC-component van toepassing zijn.

Definieer in plaats daarvan:

• Doelmarkt

• AC- of DC bidirectionele architectuur

• Verantwoordelijkheid omvormer/OBC aan voertuigzijde

• Verantwoordelijkheid voor EVSE/interconnectieapparatuur

• Communicatievereisten

• Vereiste strategie voor veiligheid en netcertificering

Hoeveel bidirectioneel OBC-vermogen heeft u nodig?

Het bidirectionele vermogen moet worden geselecteerd op basis van de vereiste gebruikssituatie en er mag niet worden aangenomen dat dit gelijk is aan de maximaal mogelijke oplaadsnelheid van het voertuig.

Het vergroten van het bidirectionele vermogen kan van invloed zijn op de afmetingen van halfgeleiders, de magnetische eigenschappen, het thermische ontwerp, de verpakkingsgrootte, de vereisten voor het koelsysteem, het connectorontwerp en de kosten. Het moet daarom worden behandeld als een afweging tussen voertuig-systeemtechniek.

Zie Landworld's voor een commercieel EV-voorbeeld met een hoger vermogen 44 kW bidirectionele OBC voor elektrische vrachtwagens.

Batterijstatus en bidirectioneel opladen

Vermijd universele batterij-degradatiepercentages

Bidirectioneel opladen zorgt voor extra energiedoorvoer van de batterij, dus tijdens de ontwikkeling van het voertuig moet rekening worden gehouden met de gevolgen van batterijveroudering. Er is echter geen enkel percentage dat nauwkeurig het effect van V2G of V2H op elke EV-batterij weergeeft.

De verslechtering van de batterij is afhankelijk van factoren, waaronder:

• Celchemie

• Batterij temperatuur

• State-of-charge-venster

• Diepte van ontlading

• Laad-/ontlaadvermogen

• Cyclusfrequentie

• Kalenderveroudering

• Thermisch beheer van voertuigen

Om deze reden mogen beweringen als 'V2G slechts 9-14% extra capaciteitsverlies veroorzaken over tien jaar' niet worden behandeld als een universele technische aanname. Dergelijke waarden zijn sterk afhankelijk van de studieomstandigheden en de batterijbeheerstrategie.

Strategie voor batterijbeheer is belangrijk

Een voertuig dat bedoeld is voor frequent bidirectioneel gebruik moet een energiebeheerstrategie definiëren die het minimale rijbereik beschermt en onnodige batterijspanning vermijdt.

Het GBS en de VCU kunnen het volgende regelen:

• Minimale afvoer-SOC

• Maximale SOC voor lang parkeren

• Maximaal bidirectioneel vermogen

• Limieten voor batterijtemperatuur

• Maximale ontladingsduur

• Rij-energiereserve

• Bescherming tegen fouten en degradatie

De doelstelling voor voertuiggarantie en duurzaamheid moet daarom worden ontworpen rond het beoogde bidirectionele gebruiksscenario, in plaats van het V2G- of V2H-gedrag ongecontroleerd te laten.

Thermische en efficiëntievereisten

Bidirectionele werking vereist dat de vermogenstrap efficiënt presteert in beide conversierichtingen. De efficiëntie van het voorwaarts laden alleen is niet voldoende om een ​​bidirectionele OBC te evalueren.

Technische teams moeten het volgende evalueren:

• AC-naar-DC-efficiëntie tijdens het opladen

• DC-naar-AC-efficiëntie tijdens de stroomexport

• Efficiëntie over representatieve laadpunten

• Werkbereik accuspanning

• AC-ingangs-/uitgangsomstandigheden

• Continue bidirectionele bedrijfstijd

• Vereisten voor koelvloeistof of luchtstroom

• Thermisch derating-gedrag

Landworld biedt aanvullende achtergrondinformatie over OBC-efficiëntie in zijn artikel waarin dit wordt uitgelegd hoe efficiënt een boordlader kan zijn.

Wanneer een conventionele OBC de betere keuze kan zijn

Niet elk EV-platform heeft bidirectionele functionaliteit nodig. Een conventionele OBC kan de betere technische keuze blijven wanneer:

• Het voertuig heeft alleen AC-batterijlading nodig.

• Er bestaat geen gedefinieerd gebruiksscenario voor V2L, V2H, V2G of energie-export.

• De laadinfrastructuur voor de doelmarkt ondersteunt de beoogde bidirectionele architectuur niet.

• Voertuigkosten en pakketruimte zijn belangrijker dan de toekomstige mogelijkheden voor energie-export.

• De aanvullende validatie-, communicatie-, veiligheids- en homologatievereisten kunnen niet worden gerechtvaardigd door de verwachte klantwaarde.

Bidirectionele capaciteit moet daarom worden behandeld als een productvereiste met een duidelijke gebruikssituatie, en niet simpelweg als een functie die kan worden toegevoegd aan de OBC-specificatie.

Landworld bidirectionele OBC-oplossingen

Bidirectionele oplossingen voor verschillende EV-platforms

Landworld Technology ontwikkelt boordstroomvoorzieningsoplossingen voor elektrische voertuigen, waaronder conventionele OBC's, bidirectionele OBC's, DC/DC-converters en geïntegreerde laadsystemen.

Het bedrijf Het portfolio van on-board laders omvat bidirectionele oplossingen met verschillende vermogensniveaus voor passagiers-, commerciële, offroad- en gespecialiseerde EV-toepassingen.

Voor toepassingen in personenvoertuigen heeft Landworld ook geëvalueerd bidirectionele OBC-prestaties in elektrische personenvoertuigen.

Welke informatie moet u verstrekken voor een bidirectioneel OBC-project?

Wanneer u contact opneemt met een OBC-leverancier, definieer dan vanaf het begin het beoogde bidirectionele gebruiksscenario. Nuttige projectinformatie omvat:

Landworld opereert onder een IATF 16949-gecertificeerd kwaliteitsmanagementsysteem voor de automobielsector. Voor projecten met functionele veiligheidseisen kan ISO 26262-gerelateerde ontwikkeling en validatie worden aangepakt op basis van de specifieke product- en projectscope.

Om een ​​project te evalueren, bekijk Landworld's oplossingen voor ingebouwde laders , lees meer over het bedrijf , of Neem contact op met Landworld met uw voertuig en bidirectionele oplaadvereisten.

Voor programma's voor personenauto's kunt u ook die van Landworld bekijken oplossingen voor elektrische personenauto's.

Conclusie

Een bidirectionele OBC moet worden gebruikt wanneer het voertuigplatform een ​​duidelijke vereiste heeft om energie te exporteren en te ontvangen. V2L kan externe apparatuur en mobiele energietoepassingen ondersteunen, V2H/V2B kan het voertuig verbinden met compatibele energiesystemen van gebouwen, en V2G kan ervoor zorgen dat het voertuig deelneemt aan net-interactieve energiearchitecturen waar de infrastructuur en regelgeving dit toelaten.

Deze functies mogen echter niet alleen aan de OBC worden toegeschreven. Succesvol bidirectioneel opladen is afhankelijk van het volledige systeem, inclusief de batterij, het GBS, de VCU, de EVSE, de communicatie, de bescherming, het thermische ontwerp, de netwerkinterface en de regionale nalevingsstrategie.

Voor EV-OEM's en voertuigintegrators is de juiste vraag daarom niet eenvoudigweg 'Hebben we een bidirectionele lader nodig?', maar eerder: 'Welke energie-exportfunctie moet dit voertuig vervullen, onder welke bedrijfsomstandigheden en welke systeemarchitectuur is vereist om het betrouwbaar te ondersteunen?'

Veelgestelde vragen

Ondersteunt elke EV met een bidirectionele OBC V2G?

Nee. Een bidirectionele OBC biedt de mogelijkheid om energie aan de voertuigzijde om te zetten, maar V2G vereist ook compatibele voertuigbedieningen, EVSE, communicatie, netwerkinterconnectiefuncties en wettelijke goedkeuring. Bidirectionele hardware alleen garandeert geen V2G-werking.

Wat is het verschil tussen V2L, V2H en V2G?

V2L levert externe elektrische belastingen, V2H gebruikt voertuigenergie binnen een compatibel energiesysteem voor thuis, en V2G zorgt ervoor dat het voertuig kan communiceren met het elektriciteitsnet. De technische en wettelijke vereisten worden steeds complexer naarmate het voertuig overschakelt van geïsoleerde belastingen naar netparallelle werking.

Maakt ISO 15118 een EV V2G geschikt?

Niet op zichzelf. ISO 15118 definieert de communicatie tussen de EV en de EVSE, en ISO 15118-20 bevat communicatievereisten die bidirectionele krachtoverdracht ondersteunen. Het voertuig vereist nog steeds geschikte bidirectionele vermogenselektronica, besturing, EVSE-compatibiliteit, bescherming en alle toepasselijke naleving van de netinterconnectie.

Beschadigt bidirectioneel opladen de EV-batterij?

Extra energiedoorvoer kan bijdragen aan veroudering van de batterij, maar het werkelijke effect hangt af van de batterijchemie, de temperatuur, de ontladingsdiepte, het SOC-venster, het ontladingsvermogen, de cyclusfrequentie en de energiebeheerstrategie. Het is niet juist om één degradatiepercentage toe te passen op elk voertuig of V2G-programma.

Kan een bidirectionele OBC back-upstroom leveren tijdens een storing?

Het kan omgekeerde stroomconversie aan de voertuigzijde bieden voor een compatibele V2H- of back-upstroomarchitectuur. Voor daadwerkelijke back-upoperaties zijn echter ook geschikte externe apparatuur, isolatie- of overdrachtsfuncties, indien van toepassing, voertuigcontrole en naleving van de plaatselijke elektrische voorschriften vereist.

Wanneer moet een OEM kiezen voor een bidirectionele OBC?

Kies voor bidirectionele mogelijkheden wanneer V2L, V2H/V2B, V2G, wagenparkenergiebeheer of een ander gedefinieerd gebruiksscenario voor energie-export voldoende klant- of operationele waarde creëert om de aanvullende hardware-, software-, thermische, validatie- en compliance-eisen te rechtvaardigen.

Hoe kan Landworld een bidirectioneel OBC-project ondersteunen?

Landworld ontwikkelt bidirectionele OBC en geïntegreerde stroomoplossingen voor verschillende EV-toepassingen. Voertuigfabrikanten kunnen accuspanning, voorwaartse en achterwaartse stroomvereisten, AC-ingangs-/uitgangsomstandigheden, communicatie, koeling, pakketbeperkingen, doelgroep en beoogde V2X-gebruikscasus opgeven voor technische evaluatie.