Как выбрать бортовое зарядное устройство для электромобиля?

Выбор бортового зарядного устройства для электромобилей (OBC) — это инженерное решение системы автомобиля, а не просто выбор максимально доступной мощности зарядки. OBC устанавливается внутри автомобиля и преобразует мощность переменного тока от источника зарядки в контролируемую мощность постоянного тока для высоковольтной батареи. Его номинальная мощность, конфигурация входа переменного тока, диапазон выходного напряжения постоянного тока, эффективность, тепловая конструкция, интерфейс связи, упаковка и требования безопасности — все это должно соответствовать платформе автомобиля.

Для производителей электромобилей, разработчиков коммерческих автомобилей и системных интеграторов правильное бортовое зарядное устройство должно сочетать время зарядки, архитектуру аккумулятора, инфраструктуру зарядки целевого рынка, доступное пространство для установки, возможность охлаждения, стоимость и долгосрочную надежность. OBC мощностью 6,6 кВт может подойти для одной платформы, а система OBC/DC-DC мощностью 11 кВт, 22 кВт или интегрированная система OBC/DC-DC может быть более подходящей для другой.

В этом руководстве объясняется, как определить ключевые характеристики OBC перед выбором поставщика и запросом цен, помогая группам инженеров и закупщиков выбрать бортовое зарядное устройство, которое соответствует всей архитектуре автомобиля, а не сосредотачиваться только на номинальной мощности.

Ключевые выводы

• Выбирайте мощность OBC в соответствии с емкостью аккумулятора, целевым временем зарядки переменным током, рабочим циклом автомобиля и доступной зарядной инфраструктурой.

• Прежде чем выбирать OBC, подтвердите входное напряжение переменного тока и конфигурацию фаз, а также требуемый диапазон выходного напряжения постоянного тока.

• Оцените требования к терморегулированию, эффективности, упаковке, защите IP, связи, диагностике и безопасности на уровне систем автомобиля.

• Подумайте, требуются ли автомобилю расширенные функции зарядки или Технологии OBC от известных производителей , включая интегрированные или двунаправленные архитектуры.

• Предоставьте поставщику четкую техническую спецификацию или запрос предложения, чтобы OBC можно было подобрать к автомобилю, а не выбирать только по номинальной мощности в кВт.

Выбор встроенного зарядного устройства: уровни мощности и вход переменного тока

Сначала поймите роль OBC

Прежде чем сравнивать номинальную мощность OBC, важно отличать встроенное зарядное устройство от внешнего зарядного оборудования. OBC — это блок преобразования энергии, установленный в электромобиле, а EVSE обеспечивает питание переменным током и связь для зарядки снаружи автомобиля. Вы можете рассмотреть разницу более подробно в этом руководстве по встроенная и внешняя зарядка электромобилей.

Во время зарядки переменным током зарядная станция может выдавать больше энергии, чем может принять автомобиль. В этой ситуации OBC остается одним из основных ограничений мощности зарядки переменного тока. Например, подключение автомобиля, оборудованного OBC класса 7 кВт, к совместимой зарядной точке переменного тока мощностью 22 кВт не приводит к зарядке автомобиля на 22 кВт. Автомобиль будет заряжаться только в пределах его OBC, аккумулятора, температурных условий, протокола зарядки и стратегии управления.

Выберите необходимую номинальную мощность OBC

Обычные уровни мощности EV OBC включают примерно 3,3 кВт, 6,6 кВт, 7 кВт, 11 кВт и 22 кВт, при этом для конкретных коммерческих и специализированных транспортных средств доступны решения с более высокой мощностью. Правильный номинал зависит от того, сколько энергии необходимо вернуть аккумулятору в пределах доступного окна зарядки.

Более высокая мощность OBC не означает автоматически лучшую мощность. Увеличение мощности зарядки может повлиять на стоимость компонентов, массу, объем упаковки, потребность в охлаждении, электромагнитную совместимость и сложность системы. Поэтому предпочтительным решением является уровень мощности, который удовлетворяет требуемому интервалу зарядки автомобиля, не создавая при этом ненужных затрат на систему.

Оцените время зарядки переменного тока по емкости аккумулятора

Полезная оценка на первом этапе:

Приблизительное время зарядки переменным током = энергия, необходимая аккумулятору ÷ эффективная мощность зарядки.

Например, если аккумулятору необходимо передать примерно 50 кВтч, идеализированный расчет дает около 7,6 часов при 6,6 кВт и 4,5 часов при 11 кВт. Фактическое время зарядки будет больше или будет другим, поскольку эффективность OBC, температура батареи, состояние заряда, ограничения по управлению батареей, вспомогательные нагрузки, условия питания и стратегия управления зарядкой - все это влияет на эффективную мощность, подаваемую на батарею.

Сопоставьте OBC с архитектурой аккумуляторной батареи автомобиля

Определите требуемый диапазон выходного напряжения постоянного тока

Выбор OBC не может быть сделан только на основе мощности зарядки. Выход постоянного тока зарядного устройства должен соответствовать диапазону рабочего напряжения тяговой батареи. Программы автомобиля могут использовать различные высоковольтные архитектуры, и OBC должен поддерживать необходимое минимальное и максимальное напряжение аккумулятора на протяжении всего процесса зарядки.

При подготовке спецификаций группы инженеров должны предоставить поставщику номинальное напряжение батареи, а также полный диапазон рабочих напряжений. Это позволяет производителю OBC оценить топологию, выбор полупроводников, эффективность, требования к изоляции, тепловое поведение и стратегию управления в реалистичных условиях.

Учитывайте емкость аккумулятора и рабочий цикл автомобиля.

Емкость аккумулятора определяет, сколько энергии необходимо пополнить, а рабочий цикл определяет, насколько быстро эта энергия должна быть восстановлена. Пассажирский электромобиль, припаркованный на ночь, может выдерживать более длительное окно зарядки переменного тока, в то время как транспортному средству коммерческого парка, маршрутному транспорту, логистическому транспортному средству или промышленному электромобилю может потребоваться более быстрый цикл между рабочими сменами.

По этой причине OBC мощностью 11 кВт или более может обеспечить значительную эксплуатационную ценность в некоторых программах транспортных средств, даже если зарядное устройство меньшей мощности технически может перезарядить аккумулятор. И наоборот, установка OBC большей мощности дает мало пользы, когда целевая зарядная инфраструктура не может обеспечить необходимую мощность переменного тока.

Учитывайте вход переменного тока, конфигурацию фаз и целевой рынок.

Целевой рынок является важной частью проектирования OBC, поскольку доступные напряжения сети, фазы переменного тока, разъемы, стандарты зарядки и инфраструктура различаются в зависимости от региона. Зарядное устройство, предназначенное для одного рынка, не должно автоматически считаться подходящим для другого.

Однофазная зарядка распространена во многих жилых и легких условиях эксплуатации, тогда как трехфазная зарядка переменным током широко доступна в различных европейских и коммерческих зарядных средах. OBC мощностью 11 кВт обычно конфигурируется для трехфазной работы, где доступна трехфазная зарядка класса 400 В, тогда как OBC меньшей мощности часто проектируются для однофазного входа.

При выборе OEM важным вопросом является не просто «однофазный или трехфазный?», а то, соответствуют ли поддерживаемые OBC входное напряжение и диапазон фаз инфраструктуре зарядки на предполагаемых рынках автомобиля.

Оцените управление температурным режимом, плотность мощности и упаковку

Выберите стратегию охлаждения, соответствующую автомобилю

Тепло, выделяемое при преобразовании энергии, должно управляться в тепловой системе автомобиля. В зависимости от плотности мощности OBC, рабочей среды, места для установки, рабочего цикла и архитектуры транспортного средства в конструкциях может использоваться жидкостное охлаждение, воздушное охлаждение или другое тепловое решение.

Вместо того, чтобы определять метод охлаждения только на основании номинальной мощности, инженеры транспортных средств должны учитывать наличие охлаждающей жидкости, температуру на входе, скорость потока, температуру окружающей среды, положение установки, окружающие источники тепла и продолжительность зарядки в наихудшем случае. Это особенно важно для коммерческих автомобилей и специализированных электромобилей, работающих в сложных условиях.

Интегрированные решения также позволяют сократить количество отдельных модулей силовой электроники в автомобиле. Landworld предоставляет интегрированные системы зарядки , которые могут сочетать в себе такие функции, как OBC и преобразование постоянного/постоянного тока для подходящей архитектуры автомобиля.

Проверьте размер, вес и ограничения при монтаже

Плотность мощности имеет значение, поскольку пространство в автомобиле ограничено. Перед окончательным выбором OBC определите максимально допустимые размеры, ориентацию монтажа, доступ к разъему, целевой вес, интерфейсы охлаждения и требования к обслуживанию.

Технически исправный OBC все равно может оказаться непригодным, если он требует серьезной модернизации комплектации автомобиля. Предоставление ограничений по размерам на ранних этапах запроса предложений помогает поставщику оценить, можно ли использовать стандартный продукт или необходима индивидуальная настройка.

Проверьте эффективность, электромагнитную совместимость и экологические требования.

Оцените эффективность во всем рабочем диапазоне

Эффективность OBC влияет на потери при зарядке, выделение тепла, требования к охлаждению и общие энергетические характеристики автомобиля. Однако одно значение пиковой эффективности не описывает производительность во всем рабочем диапазоне.

Поэтому инженерным группам следует оценить эффективность при репрезентативных сочетаниях входного напряжения переменного тока, напряжения батареи, мощности зарядки и температуры. Дополнительную информацию см. в объяснении Landworld. эффективность встроенного зарядного устройства.

Определить требования по защите окружающей среды

Требуемый уровень защиты зависит от того, где в автомобиле установлен OBC. В спецификациях может потребоваться определить устойчивость к пыли, воде, вибрации, механическим ударам, влажности, воздействию соли, термоциклированию и другим условиям окружающей среды в автомобиле.

Вместо применения рейтинга корпуса, предназначенного для внешнего зарядного оборудования, OBC следует оценивать в соответствии с его фактическим местом установки в транспортном средстве и требованиями программы по экологической проверке.

Учитывайте ЭМС и электрическую защиту

Поскольку OBC представляет собой импульсный преобразователь высокой мощности, подключенный как к сети, так и к высоковольтной системе автомобиля, электромагнитная совместимость является важным фактором при разработке. Проекту также необходима соответствующая электрическая защита от аномальных условий на входе, перенапряжения, перегрузки по току, перегрева, нарушений изоляции и других определенных случаев отказа.

Применимые требования по ЭМС, электробезопасности и омологации транспортных средств следует определять в соответствии с целевым рынком и категорией транспортного средства, а не полагаться на один универсальный список сертификации.

Связь, управление и интеграция транспортных средств

Связь CAN, BMS и VCU

Автомобильный OBC не работает независимо. Обычно он обменивается командами зарядки, информацией о состоянии, данными о неисправностях, напряжении, токе, температуре и диагностической информацией с другими контроллерами автомобиля.

Перед выбором поставщика определите необходимую архитектуру связи CAN, набор сообщений, скорость передачи данных, режим пробуждения, диагностику, обработку ошибок и интерфейсы с BMS и VCU. При необходимости адаптация программного обеспечения и протоколов должна обсуждаться на этапе разработки.

Стандарты зарядки и расширенные функции

Требуемая связь для зарядки зависит от рынка автомобиля, системы разъемов и архитектуры зарядки. Некоторым платформам могут потребоваться только обычные функции зарядки переменным током, тогда как другим могут потребоваться более продвинутые возможности интеллектуальной зарядки или двунаправленной зарядки.

Поэтому полезно различать сам OBC и более широкую экосистему зарядки электромобилей. Этот обзор Различные типы зарядки электромобилей дают дополнительный контекст о том, чем отличаются архитектуры зарядки переменного и постоянного тока.

Решите, нужен ли вам интегрированный или двунаправленный OBC

Интегрированные системы OBC и DC/DC

Для некоторых платформ электромобилей интеграция OBC с преобразователем постоянного/постоянного напряжения высокого напряжения в низкое может уменьшить количество отдельных модулей, упростить упаковку и поддержать более централизованную тепловую и электрическую интеграцию.

Однако интеграцию следует оценивать с учетом требуемого уровня мощности транспортного средства, стратегии резервирования, удобства обслуживания, упаковки, тепловой архитектуры и стоимости. Landworld также предоставляет рекомендации по интегрированным продуктам, таким как Система 2-в-1 OBC 11 кВт и система постоянного/постоянного тока 3 кВт.

Требования к двунаправленной зарядке

Если программа транспортного средства предназначена для поддержки таких функций, как V2L, V2H или V2G, на этапе архитектуры может потребоваться рассмотреть двунаправленное преобразование мощности. Двунаправленный OBC может обеспечить возможность преобразования энергии на стороне транспортного средства для определенных архитектур двунаправленной зарядки, но сам по себе OBC не создает полноценную систему V2H или V2G.

Могут быть задействованы элементы управления транспортными средствами, стратегия BMS, зарядное оборудование, протоколы связи, требования к межсетевому соединению, защитные устройства и региональные правила. Поэтому двунаправленная способность должна быть указана как полное требование к транспортному средству и системе зарядки.

Оценка надежности, проверки и гарантии

Вопросы валидации автомобильной промышленности

Серийный EV OBC работает в условиях повторяющихся электрических, термических и механических напряжений на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. Поэтому оценка поставщика должна включать не только номинальные характеристики. Узнайте, как OBC проверяется на устойчивость к циклическим изменениям температуры, вибрации, влажности, электрическому напряжению, ЭМС, изоляции, функциям защиты и длительной работе.

Также рассмотрите возможности поставщика по управлению качеством автомобилей, процессу отслеживания, производственным испытаниям, процессу контроля изменений и поддержке проверки на уровне транспортного средства.

Гарантия и поддержка на протяжении всего жизненного цикла

Для OEM и коммерческих проектов оценка гарантии должна быть сосредоточена на определенных условиях эксплуатации, анализе отказов, обработке претензий, техническом реагировании, стратегии запасных продуктов, жизненном цикле производства и технической поддержке, а не просто на сравнении количества лет гарантии.

Поставщик также должен быть в состоянии поддержать технические вопросы во время интеграции прототипа, проверки, пилотного и массового производства.

Landworld: решения OBC для производителей электромобилей и интеграторов транспортных средств

Широкие возможности OBC и возможности интеграции

Landworld Technology разрабатывает решения в области автомобильной силовой электроники для платформ электромобилей, включая автономные OBC, преобразователи постоянного тока в постоянный ток и интегрированные системы зарядки. Его Ассортимент бортовых зарядных устройств охватывает различные уровни мощности и варианты применения в транспортных средствах.

Для инженерных групп, сравнивающих доступные конфигурации, Landworld также предоставляет специальный Категория продуктов «Бортовое зарядное устройство» с решениями для различных архитектур электропитания автомобилей.

Вместо того, чтобы выбирать OBC только по номинальной мощности в каталоге, клиенты могут вместе с поставщиком оценить входное напряжение, выходное напряжение, связь, охлаждение, механическую упаковку, экологические требования и применение автомобиля.

Правильный OBC — это тот, который соответствует аккумулятору, архитектуре автомобиля, среде зарядки, тепловой системе и производственным требованиям как единая целостная система.

Инженерная и индивидуальная поддержка

Программы транспортных средств часто требуют различий в разъемах, связи CAN, логике прошивки, механических интерфейсах, охлаждении, диапазоне входного/выходного напряжения и стратегии защиты. Поставщик, обладающий собственными возможностями разработки, может более эффективно реагировать, когда стандартный продукт необходимо адаптировать к конкретной платформе автомобиля.

Landworld разрабатывает технологии силовой электроники для электромобилей и предлагает модульные и интегрированные решения для зарядки для различных системных требований.

Вы можете узнать больше о Компания Landworld и производственные возможности перед началом технической оценки.

Что вы должны предоставить при запросе OBC?

Четкая первоначальная спецификация позволяет поставщику OBC быстрее определить подходящий продукт и сократить ненужные технические итерации. Как минимум, запрос EV OBC должен содержать следующую информацию:

Как только эти параметры будут ясны, вы сможете сравнить подходящие Бортовые зарядные устройства Landworld EV или свяжитесь с командой инженеров Landworld , чтобы обсудить требования OBC для конкретного автомобиля.

Заключение

Выбор бортового зарядного устройства для электромобиля требует большего, чем просто сравнение номинальной мощности 6,6 кВт, 11 кВт или 22 кВт. OBC должен выбираться как часть полной электрической архитектуры автомобиля. Напряжение и емкость аккумулятора, условия на входе переменного тока, целевое время зарядки, рабочий цикл автомобиля, охлаждение, упаковка, связь, безопасность, защита окружающей среды и производственные требования — все это влияет на окончательный выбор.

OEM-производителям электромобилей и интеграторам транспортных средств определение этих параметров до выбора поставщика помогает избежать превышения размеров, проблем совместимости, проблем с температурой, конфликтов упаковки и ненужных изменений при разработке. Если вы все еще сравниваете возможные характеристики, Landworld's Часто задаваемые вопросы по бортовому зарядному устройству содержат дополнительную техническую информацию для оценки системы зарядки электромобилей.

Часто задаваемые вопросы

Может ли автомобиль с бортовым двигателем мощностью 7 кВт использовать общественное зарядное устройство переменного тока мощностью 22 кВт?

Да, при условии, что разъем для зарядки, связь, напряжение и другие системные требования совместимы. Однако автомобиль не будет заряжаться при мощности 22 кВт. Фактическая мощность зарядки переменного тока будет ограничена мощностью OBC примерно в 7 кВт, а также ограничениями батареи, температуры, питания и управления. Точка зарядки переменного тока с более высокой номинальной мощностью не может заставить OBC автомобиля принимать больше энергии, чем она рассчитана.

Всегда ли для OBC мощностью 11 кВт требуется трехфазный вход переменного тока?

OBC мощностью 11 кВт обычно конфигурируется для работы с трехфазным переменным током на рынках, где используется трехфазная зарядная инфраструктура примерно на 400 В. Однако точная архитектура ввода зависит от конструкции OBC и целевого рынка. Всегда проверяйте поддерживаемое напряжение переменного тока, частоту, конфигурацию фаз и пределы тока из технической спецификации поставщика.

Как выбрать между OBC мощностью 6,6 кВт и 11 кВт?

Сравните емкость аккумулятора, необходимое время зарядки переменным током, архитектуру сети целевого рынка, рабочий цикл автомобиля, тепловую систему, место для упаковки и стоимость системы. OBC мощностью 6,6 кВт может быть достаточно, если доступна зарядка в ночное время, тогда как OBC мощностью 11 кВт может сократить время зарядки переменным током, когда доступна совместимая трехфазная инфраструктура и более быстрый оборот автомобиля имеет важное значение.

Какая информация необходима поставщику OBC, прежде чем рекомендовать модель?

Как минимум, укажите номинальное и рабочее напряжение аккумулятора, необходимую мощность зарядки, требования к входному переменному току, целевое применение транспортного средства, условия охлаждения, интерфейс связи, место для установки, экологические требования и ожидаемый объем проекта. Более полная информация об автомобиле позволяет поставщику дать более точную рекомендацию.

Стоит ли мне выбирать интегрированный блок OBC и DC/DC?

Интегрированная система может быть полезна, когда программе транспортного средства требуется как зарядка высоковольтной батареи, так и преобразование энергии постоянного тока низкого напряжения, а также когда интеграция приносит пользу упаковке, проводке, терморегулированию или стоимости системы. Окончательное решение должно учитывать удобство обслуживания, резервирование, требования к электропитанию, тепловую архитектуру и конструктивные ограничения на уровне транспортного средства.

Всегда ли самый мощный OBC является лучшим выбором?

Нет. OBC более высокой мощности может сократить время зарядки переменным током, но он также может увеличить стоимость, потребность в охлаждении, требования к упаковке и сложность системы. Если целевая инфраструктура зарядки не может обеспечить дополнительную мощность переменного тока, более высокий рейтинг может принести мало практической пользы. Лучший OBC — это тот, который соответствует реальным потребностям в зарядке и эксплуатации автомобиля.