ตลาดเครื่องแปลง DC/DC ทั่วโลกสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าคาดว่าจะเติบโตที่ CAGR มากกว่า 8% จากปี 2023 ถึง 2030 โดยได้รับแรงหนุนจากการเพิ่มการใช้ EV และความก้าวหน้าในพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากยานพาหนะไฟฟ้า (EV) ยังคงได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ความต้องการระบบการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้เพิ่มขึ้น องค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งคือตัวแปลง DC/DC ส่วนสำคัญของระบบส่งกำลังของ EV นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าพลังงานมีการกระจายและใช้อย่างมีประสิทธิภาพในระบบต่าง ๆ เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของยานพาหนะโดยรวมและประสบการณ์การขับขี่ ในบล็อกนี้เราจะสำรวจบทบาทของตัวแปลง DC/DC สำหรับระบบยานพาหนะไฟฟ้าวิธีการทำงานผลประโยชน์ความท้าทายและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ผลักดันวิวัฒนาการของพวกเขา

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้า

ในรถยนต์ไฟฟ้าตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในการจัดการพลังงานไฟฟ้า โดยพื้นฐานแล้วตัวแปลง DC/DC เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าโดยตรง (DC) จากระดับหนึ่งไปอีกระดับ วัตถุประสงค์หลักของส่วนประกอบนี้ใน EV คือการจัดการการกระจายพลังงานจากชุดแบตเตอรี่แรงดันสูงไปยังส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าต่ำเช่นมอเตอร์ไฟฟ้าไฟไฟระบบสาระบันเทิงและระบบความปลอดภัย

ซึ่งแตกต่างจากยานพาหนะเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมซึ่งขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อสร้างพลังงานสำหรับระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำยานพาหนะไฟฟ้าขึ้นอยู่กับตัวแปลง DC/DC เพื่อควบคุมพลังงานที่มาจากชุดแบตเตอรี่ซึ่งโดยทั่วไปจะมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าที่จำเป็นสำหรับ ระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำ

ตัวแปลงเหล่านี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพลังงานถูกส่งไปยังส่วนที่จำเป็นทั้งหมดของยานพาหนะอย่างมีประสิทธิภาพป้องกันปัญหาแรงดันไฟฟ้ามากเกินไปหรือไม่เกินแรงดันที่อาจสร้างความเสียหายต่อส่วนประกอบหรือก่อให้เกิดความไร้ประสิทธิภาพ

ตัวแปลง DC/DC ทำงานอย่างไรในยานพาหนะไฟฟ้า

ตัวแปลง DC/DC สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าทำงานโดยการก้าวลงหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากชุดแบตเตอรี่เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของระบบที่แตกต่างกันภายในยานพาหนะ กระบวนการแปลงนี้ทำได้โดยการใช้ตัวเหนี่ยวนำตัวเก็บประจุและสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งร่วมกันสร้างแรงดันเอาต์พุตที่ควบคุมได้

ประเภทที่พบบ่อยที่สุดของตัวแปลง DC/DC ที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าคือตัวแปลงบั๊กซึ่งก้าวลงจากแรงดันไฟฟ้าและเพิ่มตัวแปลงซึ่งก้าวขึ้นมา

• ตัวแปลงบั๊ก:สิ่งเหล่านี้จะใช้เมื่อระบบของยานพาหนะต้องการแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าชุดแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ EV ทั่วไปอาจทำงานที่ 300-400 โวลต์ แต่ระบบหลายระบบเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออนบอร์ดและหน่วยควบคุมต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามากเช่น 12 หรือ 48 โวลต์ ตัวแปลงบั๊กช่วยลดแรงดันไฟฟ้าสูงในระดับที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเสียพลังงานในกระบวนการ
• เพิ่มตัวแปลง:ในบางกรณีอาจจำเป็นต้องใช้ตัวแปลงเพิ่มเมื่อต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสำหรับส่วนประกอบเฉพาะ ตัวอย่างเช่นในรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEVs) หรือปลั๊กอินไฮบริดรถยนต์ไฟฟ้า (PHEVs) ยานพาหนะอาจจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบบางอย่างหรือแม้กระทั่งในระหว่างการเบรกแบบปฏิรูปเมื่อพลังงานถูกส่งกลับไปยังแบตเตอรี่
• ตัวแปลง Buck-Boost:เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ไฮบริดที่สามารถก้าวขึ้นหรือก้าวลงจากแรงดันไฟฟ้าซึ่งให้โซลูชันที่ยืดหยุ่นสำหรับความต้องการทางไฟฟ้าที่หลากหลาย

ด้วยการปรับระดับแรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องตัวแปลง DC/DC ช่วยให้มั่นใจได้ว่ายานพาหนะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและระบบทั้งหมดได้รับพลังงานที่เหมาะสม

ประเภทของตัวแปลง DC/DC ที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า

ตัวแปลง DC/DC มีหลายประเภทที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าแต่ละแบบเหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกันภายในระบบไฟฟ้าของยานพาหนะ ด้านล่างนี้เป็นประเภทคีย์บางประเภท:

• ตัวแปลง DC/DC ที่แยกได้:ตัวแปลงเหล่านี้นำเสนอการแยกไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง พวกเขามักจะใช้ใน EVs สำหรับระบบที่ต้องแยกเช่นสำหรับการชาร์จหรือระบบควบคุมระบบส่งกำลัง
• ตัวแปลง DC/DC ที่ไม่ได้รับการแก้ไข:สิ่งเหล่านี้ใช้กันทั่วไปสำหรับแอปพลิเคชันแรงดันต่ำซึ่งไม่จำเป็นต้องแยก พวกเขามีประสิทธิภาพมากขึ้นและง่ายขึ้นในการออกแบบ แต่โดยทั่วไปจะใช้ในแอปพลิเคชันเช่นการเปิดระบบ 12V หรืออินเวอร์เตอร์
• ตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทาง:ใน EVs ขั้นสูงบางตัวจะใช้ตัวแปลงแบบสองทิศทางซึ่งช่วยให้พลังงานไหลในทั้งสองทิศทาง สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันยานพาหนะถึงกริด (V2G) ซึ่งยานพาหนะสามารถจ่ายพลังงานกลับไปยังกริดหรืออุปกรณ์อื่น ๆ
• ตัวแปลงดิจิตอล DC/DC:ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการควบคุมดิจิตอลได้ถูกรวมเข้ากับตัวแปลง DC/DC ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นขนาดที่ลดลงและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ตัวแปลงเหล่านี้มีความสามารถในการปรับการทำงานแบบเรียลไทม์ตามเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแปลงพลังงาน

บทบาทของตัวแปลง DC/DC ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า

ตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบส่งกำลังของยานพาหนะเพื่อให้มั่นใจว่าพลังงานที่เกิดจากชุดแบตเตอรี่แรงดันสูงนั้นกระจายไปยังระบบต่างๆทั่วทั้งยานพาหนะอย่างมีประสิทธิภาพ

บทบาทหลักของตัวแปลง DC/DC ในบริบทนี้คือการลดแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไปจนถึงระดับที่เหมาะสมที่ระบบต่าง ๆ ต้องการเช่นตัวควบคุมมอเตอร์แสงเครื่องปรับอากาศและระบบไฟฟ้าแรงต่ำของยานพาหนะ

นอกเหนือจากการจัดหาแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับระบบเหล่านี้ตัวแปลง DC/DC ยังมีส่วนช่วยในการใช้พลังงานโดยรวมของยานพาหนะ ด้วยการสร้างความมั่นใจว่าพลังงานถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพช่วยลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มช่วงของยานพาหนะไฟฟ้าให้ได้มากที่สุด

ประโยชน์หลักของตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้า

การรวมตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้าให้ประโยชน์ที่สำคัญหลายประการ:

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน:ตัวแปลง DC/DC ที่ทันสมัยสำหรับ EVs บรรลุอัตราประสิทธิภาพ 90-96%ลดการสูญเสียพลังงานและปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ หนึ่งในข้อดีที่สำคัญที่สุดของตัวแปลง DC/DC คือความสามารถในการแปลงพลังงานแรงดันสูงจากแบตเตอรี่เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับระบบของยานพาหนะอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้จะช่วยลดการสูญเสียพลังงานปรับปรุงช่วงแบตเตอรี่และทำให้มั่นใจได้ว่ายานพาหนะจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• การออกแบบขนาดกะทัดรัด:ตัวแปลง DC/DC ช่วยให้สามารถออกแบบระบบส่งกำลังขนาดกะทัดรัดได้มากขึ้นเนื่องจากอาจมีขนาดเล็กลงและเบากว่าระบบการกระจายพลังงานประเภทอื่น ๆ สิ่งนี้นำไปสู่การลดน้ำหนักของยานพาหนะโดยรวมซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ
• การประหยัดต้นทุน:ด้วยการเปิดใช้งานการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพตัวแปลง DC/DC ช่วยลดต้นทุนโดยรวมของการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า พวกเขาเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานซึ่งสามารถนำไปสู่รอบการชาร์จน้อยลงและการบำรุงรักษาระบบแรงดันไฟฟ้าสูงน้อยลง
• ความปลอดภัย:ตัวแปลง DC/DC ให้การแยกไฟฟ้าซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยของทั้งยานพาหนะและผู้โดยสาร โดยการป้องกันความผิดพลาดทางไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นและวงจรลัดวงจรพวกเขามั่นใจได้ว่าระบบแรงดันไฟฟ้าสูงยังคงปลอดภัยและมีเสถียรภาพ
• การรวมระบบที่ได้รับการปรับปรุง:ความหลากหลายของตัวแปลง DC/DC ช่วยให้พวกเขาได้รับการรวมเข้ากับส่วนต่าง ๆ ของระบบส่งกำลังของ EV รวมถึงระบบชาร์จออนบอร์ดหน่วยพลังงานเสริมและระบบการจัดการพลังงาน การบูรณาการนี้นำไปสู่ระบบโดยรวมที่ราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ความท้าทายในการออกแบบตัวแปลง DC/DC สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า

แม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่ก็มีความท้าทายหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและการบูรณาการของตัวแปลง DC/DC สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า-

• ประสิทธิภาพและการจัดการความร้อน:เนื่องจากตัวแปลง DC/DC มีหน้าที่ในการแปลงพลังงานอย่างมีนัยสำคัญการจัดการความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการดำเนินการเป็นสิ่งสำคัญ ความไร้ประสิทธิภาพในการแปลงสามารถนำไปสู่ความร้อนที่มากเกินไปซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุยืนของตัวแปลง นักออกแบบต้องมุ่งเน้นไปที่การสร้างตัวแปลงที่มีประสิทธิภาพสูงและระบบการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพ
• ขนาดและข้อ จำกัด ด้านน้ำหนัก:ในขณะที่ตัวแปลง DC/DC ช่วยลดขนาดและน้ำหนักของระบบส่งกำลังพวกเขาจำเป็นต้องมีขนาดกะทัดรัดโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ การปรับขนาดน้ำหนักและกำลังไฟยังคงเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับวิศวกร
• ค่าใช้จ่ายของวัสดุขั้นสูง:ตัวแปลง DC/DC ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นบางตัวต้องใช้วัสดุที่มีราคาแพงเช่นเซมิคอนดักเตอร์แบบกว้าง วัสดุเหล่านี้สามารถเพิ่มต้นทุนของตัวแปลงซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อความสามารถในการจ่ายโดยรวมของยานพาหนะไฟฟ้า
• การรวมเข้ากับระบบพลังงานอื่น ๆ :ตัวแปลง DC/DC จำเป็นต้องทำงานอย่างราบรื่นกับระบบพลังงานอื่น ๆ ภายในยานพาหนะเช่นอินเวอร์เตอร์ระบบการจัดการแบตเตอรี่และตัวควบคุมมอเตอร์ การสร้างความมั่นใจว่าเข้ากันได้และการรวมที่ราบรื่นมักเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน

ตัวแปลง DC/DC ในระบบชาร์จ EV

ตัวแปลง DC/DC ยังมีบทบาทสำคัญในระบบการชาร์จ EV เมื่อมีการเสียบยานพาหนะไฟฟ้าเข้ากับสถานีชาร์จระบบการชาร์จจะต้องแปลงกระแสสลับ (AC) จากกริดเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง (DC) ที่ใช้โดยแบตเตอรี่ ในหลายกรณีตัวแปลง DC/DC ใช้เพื่อควบคุมและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแปลงนี้

ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV วิวัฒนาการขึ้นตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางก็กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น ตัวแปลงเหล่านี้อนุญาตให้มีความสามารถในการใช้ยานพาหนะกับกริด (V2G) ซึ่งยานพาหนะสามารถจ่ายพลังงานกลับไปยังกริดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ เพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบชาร์จ

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในตัวแปลง DC/DC สำหรับไฟฟ้าVEhicles

ฟิลด์ของตัวแปลง DC/DC สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าได้เห็นความก้าวหน้าที่สำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิศวกรกำลังทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพขนาดและความคุ้มค่าของส่วนประกอบเหล่านี้ นวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่สำคัญบางอย่าง ได้แก่ :

• เซมิคอนดักเตอร์แบบกว้าง bandgap:วัสดุเช่นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GAN) กำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นในตัวแปลง DC/DC สำหรับ EVs เนื่องจากประสิทธิภาพและประสิทธิภาพความร้อนที่เหนือกว่าที่แรงดันไฟฟ้าสูง
• อัลกอริทึมการควบคุมขั้นสูง:กลยุทธ์การควบคุมใหม่และระบบดิจิตอลกำลังถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตัวแปลง DC/DC ช่วยให้พวกเขาสามารถปรับให้เข้ากับสภาพการขับขี่แบบเรียลไทม์และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่
• อิเล็กทรอนิกส์พลังงานแบบบูรณาการ:บริษัท บางแห่งกำลังพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์พลังงานแบบบูรณาการที่รวมตัวแปลง DC/DC เข้ากับส่วนประกอบการจัดการพลังงานอื่น ๆ ลดขนาดและความซับซ้อนของระบบส่งกำลัง

บทสรุป

โดยสรุปตัวแปลง DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญที่ทำให้มั่นใจได้ว่าการกระจายพลังงานที่มีประสิทธิภาพช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยานพาหนะและมีส่วนช่วยให้เกิดความยั่งยืนโดยรวมของยานพาหนะไฟฟ้า ในขณะที่เทคโนโลยี EV ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องตัวแปลง DC/DC จะยังคงเป็นหัวใจสำคัญของระบบส่งกำลังช่วยจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพขนาดและค่าใช้จ่าย ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในวัสดุและกลยุทธ์การควบคุมตัวแปลงเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในการกำหนดอนาคตของการเคลื่อนย้ายไฟฟ้า

ในขณะที่อุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้ายังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องการทำความเข้าใจความสำคัญของตัวแปลง DC/DC สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าจะเป็นกุญแจสำคัญสำหรับทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภคที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพ EV ของพวกเขาเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความยั่งยืน

อ่านเพิ่มเติม:อะไรคือประโยชน์ของการใช้มอเตอร์ลวดแบนใน EV