ตัวแปลงที่ชาร์จ EV ปรับความเร็วในการชาร์จได้อย่างไร

เนื่องจากยานพาหนะไฟฟ้า (EVs) ได้สร้างสถานะที่แข็งแกร่งในตลาดยานยนต์ผู้ผลิตจึงขับเคลื่อนความก้าวหน้าในระบบขับเคลื่อนพลังงานที่สูงขึ้นความสามารถของแบตเตอรี่ที่ใหญ่ขึ้นและความเร็วในการชาร์จที่เร็วขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าและขยายช่วงการขับขี่ผู้ผลิต EV ยังคงเพิ่มความจุพลังงานแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่ขนาดใหญ่มาพร้อมกับเวลาชาร์จอีกต่อไป ในขณะที่ยุคของเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับยานพาหนะลดลงมอเตอร์ไฟฟ้าได้กลายเป็นทางเลือกที่ได้รับความนิยม ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) ในอุตสาหกรรมยานยนต์กำลังมองหาภาคเซมิคอนดักเตอร์สำหรับนวัตกรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุอนาคตที่มีกระแสไฟฟ้า ในขณะที่หลายคนรู้สึกตื่นเต้นกับอุปกรณ์และคุณสมบัติภายในยานพาหนะช่วงขับรถและความสามารถในการชาร์จยังคงเป็นข้อกังวลที่สำคัญ

ทำความเข้าใจกับบทบาทของตัวแปลง EV Charger

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของตลาด EV ได้นำความก้าวหน้าที่สำคัญ แต่ความเร็วในการชาร์จของแบตเตอรี่รถยนต์และเวลาที่ต้องใช้เป็นอุปสรรคสำคัญ การปรับปรุงความเร็วและประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่เป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาว่า EVs สามารถแทนที่ยานพาหนะเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่

ตัวแปลง EV Charger เพิ่มประสิทธิภาพความเร็วในการชาร์จได้อย่างไร: เปิดใช้งานการชาร์จความเร็วสูง

เทคโนโลยี Wide-BandGap (WBG) เช่นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) ได้รับประโยชน์อย่างมากจากการแปลงพลังงานยานยนต์ เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์พลังงานแบบดั้งเดิมเช่น IGBTS เทคโนโลยี WBG ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญ ผู้ผลิตส่วนประกอบแบบพาสซีฟได้รับการคิดค้นเช่นกัน การออกแบบตัวเหนี่ยวนำใหม่ทำให้มั่นใจได้ว่าเทคโนโลยี WBG สามารถรองรับการสลับทอพอโลยีได้เร็วขึ้นทำให้สามารถชาร์จได้เร็วขึ้นและเร็วขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้น

ด้วยรายได้ EV ที่คาดว่าจะเกิน 620 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2567 และเติบโตในอัตราต่อปี 10%ความต้องการ SIC MOSFET ขั้นสูงและส่วนประกอบที่เพิ่มขึ้นนั้นชัดเจน วิศวกรให้ความสำคัญกับการประเมินเทคโนโลยีเหล่านี้มากขึ้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จและช่วง

การจัดการประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดการสูญเสียความร้อนประหยัดพลังงานและพบข้อ จำกัด ด้านน้ำหนักและข้อ จำกัด ด้านพื้นที่ ยานพาหนะไฟฟ้าถูกมองว่าเป็นแหล่งที่เป็นไปได้มากขึ้นสำหรับการปรับสมดุลการรบกวนของกริด (ยานพาหนะกับกริด, V2G) หรือให้พลังงานฉุกเฉินสำหรับบ้าน (ยานพาหนะไปบ้าน, V2H) สิ่งนี้จำเป็นต้องมีทอพอโลยีการชาร์จแบบสองทิศทางซึ่งนำไปสู่นวัตกรรมเช่น Totem-Pole PFC, Dual Active Bridge (DAB) และ LLC DC/DC Converters

ตัวแปลงพลังงานจาก SIC ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องประสิทธิภาพและความหนาแน่นของพลังงานกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน อุปกรณ์ SIC ถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วในโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานรวมถึงระบบพลังงานแสงอาทิตย์ระบบ UPS การจัดเก็บและระบบชาร์จ EV สำหรับความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพและความหนาแน่นของพลังงาน - การพิจารณาที่สำคัญสำหรับการจัดการกับต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมและพลังงาน

เทคโนโลยีการชาร์จแบบปรับตัวและการรวมระบบการชาร์จอัจฉริยะ

หลักการของระบบการชาร์จอัจฉริยะ

ระบบการชาร์จอัจฉริยะนั้นเป็นส่วนสำคัญของ EVS การจัดการเครือข่ายแรงดันไฟฟ้าสูงและแรงดันไฟฟ้าต่ำและการสื่อสาร นี่คือวิธีการทำงาน:

1. เครือข่ายแรงดันสูง:

   • ระบบการชาร์จอย่างรวดเร็วจะแปลง AC จากสถานีชาร์จเป็นพลังงาน DC แรงดันสูงสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่โดยตรงซึ่งมักจะอยู่ที่ระดับพลังงานถึงหลายร้อยกิโลวัตต์
   • ระบบชาร์จช้าใช้เครื่องชาร์จออนบอร์ด (OBCs) เพื่อแปลงพลังงาน AC ภายนอกเป็น DC สำหรับการชาร์จเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่บ้านหรือสถานที่ทำงาน

2. เครือข่ายแรงดันไฟฟ้าต่ำ:

   • ตัวแปลง DC/DC ก้าวลงจากพลังงานแบตเตอรี่แรงดันสูงเป็น 12V หรือ 24V สำหรับระบบเสริม
   • ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ตรวจสอบและควบคุมสถานะแบตเตอรี่เพื่อให้แน่ใจว่าการชาร์จอย่างปลอดภัยและสื่อสารกับตัวแปลง OBCs และ DC/DC ผ่านสัญญาณสามารถ

3. กระบวนการชาร์จ:

   • เมื่อเชื่อมต่อปลั๊กชาร์จ OBC จะตรวจสอบการเชื่อมต่อและส่งคำขอชาร์จไปยัง BMS
   • BMS ประเมินสถานะแบตเตอรี่และตอบสนองดำเนินการเพิ่มกำลังแรงดันไฟฟ้าสูงหรือขั้นตอนการลดพลังงาน
   • การชาร์จเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการประสานงานรวมถึงแหล่งจ่ายไฟ AC การปลุกของระบบการตรวจจับความต้องการการชาร์จคำสั่งการชาร์จและการหยุด

ผ่านกระบวนการเหล่านี้ระบบการชาร์จอัจฉริยะทำให้มั่นใจได้ว่าการชาร์จที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในขณะที่ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและการดำเนินงานที่หลากหลาย

ระบบชาร์จออนบอร์ดแบบบูรณาการได้รับความสนใจอย่างต่อเนื่องจากสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรม โครงสร้างทั่วไปของมันดังที่แสดงด้านล่างมีหลักการและข้อดีที่แตกต่างกันหลายประการ:

1. หลักการทั่วไป-
   เมื่อจอดรถระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าในยานพาหนะไฟฟ้าจะถูกกำหนดค่าใหม่เป็นเครื่องชาร์จทำให้พลังงานกริดชาร์จแบตเตอรี่ สิ่งนี้ช่วยให้การใช้การแบ่งปันเวลากลับมาใช้ใหม่ของมอเตอร์ไดรฟ์และส่วนประกอบพลังงานซึ่งต้องใช้ส่วนประกอบพลังงานน้อยที่สุดหรือไม่มีเลย วิธีการนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของต้นทุนน้ำหนักและปริมาณ

2. คุณสมบัติการกำหนดค่าใหม่-

   • ขดลวดมอเตอร์ทำหน้าที่เป็นตัวเหนี่ยวนำด้านกริด
   • โดยทั่วไปแล้วอินเวอร์เตอร์ไดรฟ์จะถูกกำหนดค่าใหม่เป็นวงจรเรียงกระแสหรือตัวแปลง DC ที่ควบคุมได้อย่างสมบูรณ์เพื่อให้การแปลงพลังงานเสร็จสมบูรณ์และชาร์จแบตเตอรี่พลังงานของยานพาหนะ

3. ศักยภาพการชาร์จที่รวดเร็วกำลังสูง-
   โดยทั่วไประดับพลังงานของระบบขับเคลื่อนของยานพาหนะไฟฟ้าเกินกว่าระบบชาร์จ ในทางทฤษฎีสิ่งนี้ช่วยให้เครื่องชาร์จออนบอร์ดรวมสามารถชาร์จกำลังสูงและรวดเร็ว

ด้วยข้อได้เปรียบเหล่านี้แนวคิดของระบบการชาร์จแบบบูรณาการได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางนับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นในปี 1985 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์พลังงานที่ทันสมัยและเทคโนโลยีการควบคุมมอเตอร์ไดรฟ์ระบบการชาร์จแบบบูรณาการต่างๆ โผล่ออกมาแต่ละคนมีลักษณะและประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์ การสรุปและวิเคราะห์ทอพอโลยีและวิธีการควบคุมเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการชี้นำการวิจัยในอนาคต

ในทางกลับกันอุตสาหกรรมยานพาหนะไฟฟ้ามีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์และการทนต่อความผิดพลาด มอเตอร์กระตุ้นไฮบริดซึ่งสืบทอดประสิทธิภาพและความหนาแน่นพลังงานสูงของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบดั้งเดิมในขณะที่เสนอการควบคุมสนามแม่เหล็กโดยตรงเช่นมอเตอร์ที่ตื่นเต้นด้วยไฟฟ้ากำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นในยานพาหนะไฟฟ้า โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกเขาให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับระบบการชาร์จแบบบูรณาการซึ่งนำเสนอโซลูชั่นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการพัฒนาของพวกเขา

ประโยชน์ของตัวแปลงเครื่องชาร์จ EV ที่เหมาะสมที่สุด

การชาร์จความสะดวกสบายยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ ในขณะที่ผู้ขับขี่สามารถชาร์จ EV ของพวกเขาค้างคืนที่บ้านหรือในระหว่างวันที่สถานที่ทำงานวิธีการเหล่านี้ให้ระดับพลังงานที่แตกต่างกัน ที่ได้รับการปรับปรุงเครื่องชาร์จออนบอร์ด (OBC)ความสามารถที่อยู่เวลาชาร์จที่ยาวนาน แต่เพิ่มความซับซ้อนและความท้าทายในการออกแบบ การเปลี่ยนแปลงจาก 400V เป็น 800V Battery Systems กำลังปรับปรุงทั้งความเร็วในการชาร์จและประสิทธิภาพการส่งออกพลังงานในขณะที่ลดกระแสที่ชาร์จซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาการชาร์จโดยรวม

ปัจจัยสำคัญเช่นแรงดันไฟฟ้าและความถี่สลับมีอิทธิพลต่อการออกแบบ OBC ด้วยการเพิ่มพารามิเตอร์เหล่านี้ความจุ OBC สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ อุปกรณ์ 1200V ที่ใช้ SIC ได้รับการสนับสนุนสำหรับความสามารถในการปิดกั้นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นของพวกเขาตอบสนองความต้องการของแพลตฟอร์ม EV รุ่นต่อไป

คุณสมบัติที่สำคัญของตัวแปลงเครื่องชาร์จ EV ขั้นสูง

1. อัตราส่วนการแปลงขั้นตอนแรงดันสูงสูง
ตัวแปลง DC-DC แบบรวมสามารถดึงพลังงานออกจากแบตเตอรี่แรงดันสูงและส่งไปยังอุปกรณ์แรงดันไฟฟ้าต่ำเช่นแบตเตอรี่ 12V

2. การกำจัดกระแสหมุนเวียน
การออกแบบตัวแปลงใหม่รวมถึงวงจรการดูดซับพิเศษเพื่อกำจัดกระแสไหลเวียนการเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน

3. ระลอกคลื่นกระแสออกต่ำ
ด้วยการใช้โหมดตัวแปลงไปข้างหน้าตัวแปลงจะลดการระลอกคลื่นกระแสตัวเหนี่ยวนำเอาท์พุท

4. ฟังก์ชั่น OBC แบบรวม
ตัวแปลงที่ชาร์จ EV ขั้นสูงรวมฟังก์ชั่น OBC เปิดใช้งานการชาร์จแบบกริดต่อยานพาหนะ (G2V) การปล่อยยานพาหนะกับกริด (V2G) และการถ่ายโอนพลังงานที่มีประสิทธิภาพระหว่างแบตเตอรี่หลักและแบตเตอรี่เสริม

5. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ
  -อัตราส่วนขั้นตอนที่สูงขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าการแปลงแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ
  -ลดปริมาณการส่งออกทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานที่เสถียรสำหรับส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน

คุณสมบัติเหล่านี้ให้ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวมและการใช้งาน

บทสรุป

การใช้พลังงานไฟฟ้าและเทคโนโลยีอัจฉริยะกำลังขับเคลื่อนอุตสาหกรรมยานยนต์ไปข้างหน้า ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ช่วยเพิ่มการเติบโตของ EV ในขณะที่ระบบอัจฉริยะช่วยเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพ ในขณะที่ส่วนแบ่งการตลาดของ EV ยังคงเติบโตนวัตกรรมเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนภูมิทัศน์การขนส่ง