ทำไมเราถึงใช้ตัวแปลง EV DC/DC ในยานพาหนะไฟฟ้า

การแนะนำ

ยานพาหนะไฟฟ้า (EVs) กำลังเปลี่ยนภูมิทัศน์ของการขนส่งที่ทันสมัย พวกเขาเสนอทางเลือกที่สะอาดกว่าสำหรับยานพาหนะเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วยการปล่อยมลพิษลดลงต้นทุนการปฏิบัติงานที่ลดลงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตามการย้ายไปสู่การใช้พลังงานไฟฟ้านำความท้าทายทางวิศวกรรมที่ไม่เหมือนใครโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจัดการพลังงานไฟฟ้าภายในยานพาหนะ ในบรรดาองค์ประกอบสำคัญที่เปิดใช้งานฟังก์ชั่น EV คือตัวแปลง EV DC/DC

แม้ว่าจะไม่ได้รับการเฉลิมฉลองต่อสาธารณะเช่นแบตเตอรี่หรือมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ตัวแปลง EV เป็นพื้นฐานของระบบ EV ที่ทำงานได้ดี ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการมีปฏิสัมพันธ์อย่างราบรื่นระหว่างแบตเตอรี่ขับเคลื่อนแรงดันสูงและระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ควบคุมทุกอย่างตั้งแต่ไฟแดชบอร์ดไปจนถึงคุณสมบัติด้านความปลอดภัย

ในบล็อกนี้เราจะดำน้ำลึกลงไปในสิ่งที่ตัวแปลง EV DC/DC คือทำไมพวกเขาจำเป็นต้องทำงานวิธีการทำงานประเภทผลประโยชน์ความท้าทายและที่นวัตกรรมมุ่งหน้าไปในพื้นที่นี้

ทำความเข้าใจกับตัวแปลง EV DC/DC

เพื่อชื่นชมคุณค่าของไฟล์EV DC/DCตัวแปลงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจบทบาทในการจัดการพลังงานก่อน

EVs ติดตั้งระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง (โดยทั่วไประหว่าง 200V ถึง 800V) ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจ่ายพลังงานมอเตอร์ไฟฟ้าและระบบขับเคลื่อน อย่างไรก็ตามระบบยานพาหนะจำนวนมากเช่นหน่วยสาระบันเทิง, พวงมาลัยเพาเวอร์, เครื่องปรับอากาศ, ไฟและหน่วยควบคุมยานพาหนะ - วิ่งบนระบบ 12V แบบดั้งเดิมหรือบางครั้ง 48V การเชื่อมต่อส่วนประกอบเหล่านี้โดยตรงกับแบตเตอรี่แรงดันสูงจะไม่ปลอดภัยและไม่มีประสิทธิภาพ

นี่คือที่ที่ตัวแปลง EV เข้ามามันก้าวลงจากแรงดันไฟฟ้าจากชุดแบตเตอรี่แรงดันสูงไปจนถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและเสถียรซึ่งส่วนประกอบแรงดันต่ำสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัย ตัวแปลง EV DC/DC จึงมีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้างความมั่นใจว่าแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้ในระบบยานพาหนะทั้งหมดทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างโดเมนสูงและแรงดันต่ำ

ตัวแปลงบางตัวยังสามารถทำงานได้ในสิ่งที่ตรงกันข้าม-การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นหรือจัดการการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางสำหรับระบบเช่นการเบรกแบบปฏิรูปและเทคโนโลยียานพาหนะกับกริด (V2G)

เหตุใด EVs จึงต้องการตัวแปลง DC/DC

ยานพาหนะไฟฟ้าประกอบด้วยระบบนิเวศที่ซับซ้อนของส่วนประกอบไฟฟ้าที่มีความต้องการพลังงานที่หลากหลาย หากไม่มีตัวแปลง EV DC/DC การซิงโครไนซ์ระบบเหล่านี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ลองดูเหตุผลหลักที่ตัวแปลงเหล่านี้ขาดไม่ได้:

. การแปลงแรงดันสูงเป็นแรงดันต่ำ

ข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดคือการแปลงแรงดันสูงจากแบตเตอรี่แรงฉุดเป็น 12V ที่ปลอดภัยกว่าหรือ 48V การแปลงนี้ทำให้ระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำมีความจำเป็นต่อความปลอดภัยความสะดวกสบายและการสื่อสาร

ข. การชาร์จแบตเตอรี่เสริม

EVs ยังคงรวมแบตเตอรี่ตะกั่ว 12V แบบดั้งเดิมหรือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเข้ากับระบบพลังงานเมื่อรถยนต์ปิดหรือระหว่างการเริ่มต้น ตัวแปลง EV ช่วยให้แบตเตอรี่เสริมนี้ชาร์จโดยการวาดพลังงานจากแบตเตอรี่หลัก

ค. ลดความซับซ้อนของส่วนประกอบ

ด้วยการรวมการแปลงแรงดันไฟฟ้าตัวแปลง DC/DC ลดความจำเป็นในการใช้แหล่งพลังงานหลายแหล่งและช่วยปรับปรุงสถาปัตยกรรมไฟฟ้าของยานพาหนะ

d. ความปลอดภัยและความโดดเดี่ยว

ตัวแปลงมักจะรวมถึงการแยกกัลวานิกซึ่งปกป้องผู้ใช้และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนจากความผิดพลาดแรงดันไฟฟ้าสูงที่อาจเกิดขึ้น

ก. แหล่งจ่ายไฟฉุกเฉิน

ในสถานการณ์เช่นความล้มเหลวของแบตเตอรี่หรือการชาร์จต่ำตัวแปลง DC/DC สามารถจัดหาส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าต่ำที่จำเป็นต่อไปเช่นไฟหรือระบบส่งสัญญาณฉุกเฉินเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ขับขี่และความปลอดภัยของผู้โดยสาร

ฟังก์ชั่นหลักของตัวแปลง DC/DC ใน EVS

ฟังก์ชั่นของตัวแปลง EV DC/DC นั้นดีกว่าเพียงแค่ลดแรงดันไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้รองรับงานที่สำคัญมากมาย:

. แรงดันไฟฟ้าก้าวลง (การแปลงบั๊ก)

งานหลักของตัวแปลงคือการก้าวลงจากแรงดันไฟฟ้าจากหลายร้อยโวลต์เป็น 12V หรือ 48V ที่ใช้งานได้ พลังนี้อิเล็กทรอนิกส์เช่น:

• หน่วยงานกำกับดูแลหน้าต่าง
• แอคทูเอเตอร์ล็อคประตู
• ที่ปัดน้ำฝน
• หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECUs)

ข. การควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการรักษาเสถียรภาพ

แม้ในขณะที่แบตเตอรี่แรงฉุดหมดลงหรือการโหลดของระบบการเปลี่ยนแปลงตัวแปลงช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำจะได้รับพลังงานคงที่และสะอาด

ค. การแยกระหว่างระบบ

ในตัวแปลงที่แยกได้ด้านอินพุตและเอาต์พุตจะถูกแยกด้วยไฟฟ้า สิ่งนี้จะช่วยป้องกันความผิดพลาดในโดเมนหนึ่งที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งอื่น - การปรับปรุงความยืดหยุ่นของระบบและความปลอดภัย

d. การจัดการแบตเตอรี่เสริม

ด้วยการควบคุมการไหลของพลังงานจากแบตเตอรี่หลักไปยังแบตเตอรี่เสริมตัวแปลงจะช่วยให้มั่นใจได้ว่ามันยังคงชาร์จและพร้อมที่จะใช้พลังงานระบบวิกฤตเช่นการเข้าคีย์ระบบระบบเตือนภัยและโมดูลควบคุม

ก. ความสามารถในการวินิจฉัยและการตรวจสอบ

ตัวแปลงขั้นสูงสามารถตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้าอุณหภูมิการดึงกระแสและรายงานความผิดปกติ พวกเขาอาจรวมเข้ากับการวินิจฉัยออนบอร์ดยานพาหนะ (OBD) เพื่อแจ้งเตือนผู้ใช้ปัญหาก่อนที่จะเพิ่มขึ้น

ประเภทของตัวแปลง DC/DC ในรถยนต์ไฟฟ้า

ตัวแปลง DC/DC มีประเภทต่าง ๆ ที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าตามฟังก์ชั่นระดับการแยกและทิศทางของการไหลของพลังงาน

. ตัวแปลง DC/DC ที่แยกได้

สิ่งเหล่านี้มีการแยกไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตโดยปกติผ่านหม้อแปลง พวกเขาปลอดภัยกว่า แต่มีแนวโน้มที่จะซับซ้อนและมีราคาแพงกว่า

ลักษณะสำคัญ:

• เพิ่มความปลอดภัย
• เหมาะสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่และระบบย่อยที่แยกได้
• ต้นทุนและความซับซ้อนที่สูงขึ้น

ข. ตัวแปลง DC/DC ที่ไม่ได้รับการแก้ไข

ขาดความโดดเดี่ยวเหล่านี้ แต่ง่ายกว่าเล็กกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่ไม่จำเป็นต้องใช้การแยกไฟฟ้า

ลักษณะสำคัญ:

• การออกแบบขนาดกะทัดรัด
• ประสิทธิภาพสูง
• การใช้งานอย่าง จำกัด ซึ่งจำเป็นต้องมีการแยกความปลอดภัย

ค. ตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทาง

สิ่งเหล่านี้ช่วยให้การไหลเวียนของพลังงานในทั้งสองทิศทางสำคัญสำหรับการเบรกใหม่และเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่เช่น V2G และยานพาหนะถึงโหลด (V2L)

ลักษณะสำคัญ:

• การไหลของพลังงานสองทาง
• ช่วยให้การกู้คืนพลังงาน
• รองรับการบูรณาการ EV-GRID ที่เกิดขึ้นใหม่

ตัวแปลง EV แต่ละประเภทมีบทบาทเฉพาะในยานพาหนะขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าและการออกแบบระบบส่งกำลัง

ข้อดีของการใช้ตัวแปลง DC/DC ใน EVS

การรวมตัวแปลง EV DC/DC ที่เชื่อถือได้นำมาซึ่งความได้เปรียบหลายประการต่อประสิทธิภาพของยานพาหนะความปลอดภัยและประสบการณ์ของผู้ใช้:

. ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

ตัวแปลงคุณภาพสูงลดการสูญเสียการแปลงเพื่อให้มั่นใจว่าพลังงานจากแบตเตอรี่ถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพในทุกระบบ สิ่งนี้แปลเป็นช่วงที่ดีขึ้นและลดการสึกหรอของแบตเตอรี่

ข. การออกแบบยานพาหนะขนาดกะทัดรัด

แทนที่จะใช้แหล่งจ่ายไฟแยกต่างหากตัวแปลงส่วนกลางหนึ่งตัวสามารถกระจายพลังงานไปทั่วยานพาหนะ สิ่งนี้จะช่วยลดความซ้ำซ้อนของส่วนประกอบและช่วยให้การออกแบบยานพาหนะขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

ค. การประกันความปลอดภัย

ตัวแปลงแยกส่วนประกอบแรงดันต่ำที่มีความไวจากพื้นที่แรงดันสูงลดความเสี่ยงในกรณีที่มีการลัดวงจรหรือระบบล้มเหลว

d. ความน่าเชื่อถือของระบบและความซ้ำซ้อน

ด้วยคุณสมบัติการป้องกันในตัวเช่นการป้องกันกระแสเกินการปิดเครื่องด้วยความร้อนและการตรวจจับความผิดพลาดตัวแปลง DC/DC ช่วยเพิ่มความทนทานของระบบ

ก. รองรับคุณสมบัติอัจฉริยะ

ตัวแปลงขั้นสูงบางตัวสามารถสื่อสารกับตัวควบคุมยานพาหนะกลางปรับเอาต์พุตแบบไดนามิกตามโหลดอุณหภูมิหรือโหมดการทำงาน

ความท้าทายและการพิจารณาในการออกแบบตัวแปลง DC/DC

ในขณะที่ตัวแปลง EV DC/DC ให้ประโยชน์มหาศาล แต่พวกเขายังนำเสนอความท้าทายด้านการออกแบบหลายประการที่ผู้ผลิตต้องกล่าวถึง:

. การจัดการการกระจายความร้อน

ตัวแปลงพลังงานสูงสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ หากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมสิ่งนี้สามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ลดลงและความล้มเหลวในช่วงต้น

การตอบสนองการออกแบบ: การใช้อ่างล้างมือความร้อนวางความร้อนการระบายความร้อนอากาศแบบบังคับหรือแม้กระทั่งสิ่งที่แนบมากับตัวแปลงที่ระบายความร้อนด้วยของเหลว

ข. รักษาประสิทธิภาพสูง

ในขณะที่ตัวแปลงทำงานภายใต้โหลดที่แตกต่างกันและสภาพแวดล้อมการรักษาประสิทธิภาพสูงในช่วงการทำงานทั้งหมดเป็นเรื่องยาก

การแก้ปัญหา: การใช้เซมิคอนดักเตอร์แบบกว้างแบนด์เช่นซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GAN) เพื่อลดการสูญเสียการสลับและเพิ่มประสิทธิภาพ

ค. สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

การสลับส่วนประกอบภายในตัวแปลงสามารถผลิต EMI ซึ่งอาจรบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใกล้เคียงรวมถึงระบบยานพาหนะที่สำคัญ

การบรรเทาผลกระทบ: เค้าโครง PCB อย่างระมัดระวังการป้องกันและการรวมตัวกรอง EMI ช่วยให้การปล่อยมลพิษภายในขอบเขตของกฎระเบียบ

d. ค่าใช้จ่ายเทียบกับการแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ

ตัวแปลงประสิทธิภาพสูงที่มีคุณสมบัติขั้นสูงและการแยกมักจะมีราคาแพงกว่า การค้นหาความสมดุลระหว่างฟังก์ชั่นและค่าใช้จ่ายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการยอมรับจำนวนมาก

แนวโน้มและนวัตกรรมในอนาคตในตัวแปลง EV DC/DC

ในขณะที่เทคโนโลยี EV ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องตัวแปลง EV DC/DC ก็อยู่ระหว่างนวัตกรรมอย่างรวดเร็ว:

. วัสดุ bandgap กว้าง (sic, gan)

วัสดุเหล่านี้ช่วยให้ความถี่ในการสลับที่สูงขึ้นประสิทธิภาพความร้อนที่ดีขึ้นและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น - นำไปสู่ตัวแปลงที่เล็กลงและเบาลง

ข. อิเล็กทรอนิกส์พลังงานแบบบูรณาการ

แทนที่จะแยกอินเวอร์เตอร์ตัวแปลงและเครื่องชาร์จแยกผู้ผลิตกำลังพัฒนาโมดูลพลังงานแบบบูรณาการที่จัดการฟังก์ชั่นหลายอย่างในหน่วยเดียว

ค. AI และการควบคุมอัจฉริยะ

ด้วย AI และลูปควบคุมดิจิตอลตัวแปลงสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนโหลดและเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพในแบบเรียลไทม์ปรับปรุงการจัดการพลังงานโดยรวม

d. สถาปัตยกรรมแบบแยกส่วน

แพลตฟอร์ม EV ในอนาคตคาดว่าจะใช้ตัวแปลง DC/DC แบบแยกส่วนทำให้ง่ายต่อการขยายหรือลดลงขึ้นอยู่กับความต้องการของยานพาหนะ

ก. การไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง

ยานพาหนะรุ่นต่อไปจะใช้ตัวแปลงแบบสองทิศทางมากขึ้นเพื่อรองรับบริการกริดการจัดหาพลังงานในบ้าน (V2H) และการซื้อขายพลังงาน

บทสรุป

ตัวแปลง EV DC/DC เป็นมากกว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า - เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ช่วยให้ยานพาหนะไฟฟ้าทำงานได้อย่างปลอดภัยมีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือ เมื่อ EV มีความซับซ้อนมากขึ้นและรวมเข้ากับกริดอัจฉริยะและระบบนิเวศดิจิตอลบทบาทของตัวแปลง EV จะยิ่งสำคัญยิ่งขึ้น

จากการเพิ่มพลังให้กับระบบ 12V ที่จำเป็นไปจนถึงการเปิดใช้งานการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางตัวแปลง DC/DC ทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานจะกระจายอยู่ที่ไหนและเมื่อต้องการ ช่วยให้การออกแบบที่มีน้ำหนักเบาช่วยประหยัดพื้นที่และรองรับการใช้พลังงานอย่างชาญฉลาดของการขนส่ง

ในอนาคตนวัตกรรมด้านวิทยาศาสตร์วัสดุอิเล็กทรอนิกส์พลังงานและการควบคุมซอฟต์แวร์จะทำให้ตัวแปลง EV มีขนาดกะทัดรัดมีประสิทธิภาพและชาญฉลาดยิ่งขึ้น ไม่ว่าคุณจะเป็นนักออกแบบ EV, Fleet Manager หรือเพียงแค่เจ้าของ EV การทำความเข้าใจความสำคัญของตัวแปลง DC/DC ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีที่มองไม่เห็น

อ่านเพิ่มเติม:การเพิ่มการใช้ยานพาหนะไฟฟ้าเป็นการผลักดันการขยายตลาด