La progettazione di un caricabatteria di bordo è un processo complesso. Richiede conoscenza ed esperienza nella teoria dell'elettronica di potenza.
Ricaricaun veicolo elettrico richiede un caricabatterie ad alta potenza per fornire energia alle batterie. Inoltre, il caricabatterie EV deve soddisfare gli standard di sicurezza.
Energia
Le batterie dei veicoli elettrici (EV) richiedono la ricarica per mantenere l'alimentazione. Questo viene fatto attraverso caricabatterie che convertono la corrente alternata dalla rete elettrica del veicolo in corrente continua per caricare le batterie.
La considerazione principale per i caricabatterie di bordo è garantire che non sovraccarichino le batterie o le sovraccarichino, il che può provocare un guasto del sistema. Inoltre, un caricabatterie di bordo dovrebbe essere in grado di supportare un'ampia gamma di modalità di ricarica, inclusa la ricarica rapida e lenta.
Per soddisfare questi requisiti, un caricabatteria di bordo è generalmente progettato come parte integrante del veicolo elettrico, piuttosto che come dispositivo separato. Ciò elimina alcuni dei vincoli che deriverebbero dall'installazione di un caricabatterie separato all'esterno del veicolo, come le dimensioni, il peso e il costo.
Tuttavia, ciò significa anche che un caricabatterie di bordo è limitato in termini di potenza. Fortunatamente, ci sono nuovi design che consentono potenze nominali più elevate.
Ad esempio, è possibile utilizzare un convertitore SEPIC a tre livelli per fornire un'elevata potenza in uscita per caricare la batteria del veicolo elettrico. Questo convertitore si concentra sulla riduzione della sollecitazione di tensione tra gli interruttori e le perdite di commutazione, il che contribuisce a una maggiore valutazione dell'interruttore e all'efficienza complessiva.
Allo stesso modo, il controllo feedforward viene utilizzato per regolare il rapporto tensione/corrente in uscita e prevenire il sovraccarico della batteria del veicolo elettrico. Inoltre, il convertitore proposto può funzionare in modalità di conversione costante (CCM) per un periodo di commutazione garantendo una migliore qualità della potenza e riducendo la distorsione armonica totale della corrente di alimentazione.
Inoltre, viene proposto anche un convertitore PFC basato su SEPIC a tre livelli per migliorare la qualità dell'alimentazione riducendo lo stress di tensione e la perdita di commutazione tra gli interruttori. Inoltre, il convertitore offre anche una migliore efficienza consentendo interruttori con tensione nominale inferiore ed eliminando le perdite di recupero inverso nei diodi di uscita.
Voltaggio
I caricabatterie spesso funzionano in condizioni sporche e umide, quindi i loro progetti devono essere in grado di resistere a una varietà di fattori ambientali. Per questo motivo, dovrebbero avere design meccanici impermeabili, antipolvere e antiurto.
Una delle considerazioni più importanti per un caricabatterie di bordo è la tensione. Questo perché la tensione influisce sull'efficienza e sulla durata di una batteria.
Una batteria ha una tensione specifica, che è determinata dalla temperatura della cella. Pertanto, la tensione deve essere regolata per mantenerla a un livello di sicurezza.
I caricabatterie possono utilizzare una configurazione in serie o in parallelo per eseguire questa operazione. In una configurazione in serie, le tensioni di due batterie vengono sommate. Ciò consente alla batteria di fornire il doppio dell'energia rispetto a una singola batteria.
In una configurazione parallela, le tensioni di più batterie vengono sommate. Ciò consente al sistema di batterie di fornire il doppio dell'energia, ma per lo stesso intervallo di tempo.
Per questo motivo, è fondamentale che un caricabatteria di bordo disponga di una corrente di carica costante che non venga sovraccaricata. Il sovraccarico non è solo dannoso per la durata di una batteria, ma può anche portare a una fuga termica.
I caricabatterie di bordo dovrebbero essere in grado di monitorare la corrente di carica di una batteria e interrompere la carica quando è sovraccarica. Dovrebbero anche avere una modalità float in grado di mantenere una tensione costante a tempo indeterminato.
Per raggiungere questi obiettivi, un caricabatteria di bordo dovrebbe utilizzare convertitori della sorgente di tensione a modulazione di ampiezza di impulso (PWM) per la linea di alimentazione e un convertitore c.c./c.c. bidirezionale per il lato batteria. Questo design a doppia funzione è in grado di soddisfare entrambi i requisiti, fornendo prestazioni superiori e una struttura dei costi favorevole.
Temperatura
Per funzionare a piena potenza ad alte temperature, i caricabatterie devono essere altamente efficienti e dissipare tutto il calore termico generato dai loro componenti. Ciò è particolarmente importante per i dispositivi elettronici, che negli ultimi anni stanno diventando sempre più sottili e leggeri, provocando un aumento della loro densità e aumentando la quantità di calore che producono.
Per le batterie agli ioni di litio, questo effetto è significativo perché la temperatura può accelerare il tasso di reazioni chimiche "indesiderate" che fanno degradare la batteria più velocemente. Questi includono la decomposizione dei materiali attivi, l'ossidazione dello strato di interfase elettrolitica solida (SEI) e l'accumulo di pellicole passivanti.
Questo perché le alte temperature accelerano le velocità delle reazioni chimiche e l'energia prodotta da tali reazioni, il che porta a una temperatura totale del sistema più elevata. Inoltre, l'aumento della temperatura può ridurre la capacità effettiva di una batteria a causa della conseguente perdita della sua efficienza complessiva.
Per contrastare questo problema, i produttori di batterie spesso limitano l'intervallo di temperatura operativa superiore a 50-60 gradi C. Ciò consente di caricare la batteria a una temperatura più elevata rispetto a quella in cui si troverebbe altrimenti, limitando allo stesso tempo il gas generazione e invecchiamento precoce.
Questi limiti di temperatura hanno un'influenza importante sulla durata di una batteria, quindi è essenziale che i caricabatterie di bordo siano progettati per funzionare entro questi limiti. Ciò è particolarmente vero per i veicoli elettrici che utilizzano batterie agli ioni di litio, che notoriamente perdono la loro capacità a temperature più elevate e subiscono un maggiore deterioramento delle prestazioni a temperature più basse.
Per mitigare questo problema, i caricabatterie di bordo possono essere progettati per essere in grado di precaricare una batteria prima di utilizzare il dispositivo, quindi caricarla in un modo che massimizza la durata della batteria mantenendo bassa la temperatura. Questo può essere fatto utilizzando una combinazione di diverse modalità di ricarica e controllare l'ingresso alla base di ricarica in relazione alla temperatura di una batteria.
Dimensioni
SMCZ1P-1.5kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3.3kW
SMCZ6-1.4kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
Il caricabatterie di bordo (OBC) è il componente chiave che gestisce il flusso di elettricità dalla rete elettrica al veicolo elettrico. Questo viene fatto attraverso un processo chiamato elettronica di potenza, che controlla il flusso di tensione e corrente attraverso il collegamento CC alle batterie. Il caricabatterie deve essere progettato per funzionare sia con alimentazione CA monofase che trifase. Dovrebbe anche essere compatto e leggero. Questa è una sfida, poiché il progetto deve soddisfare molti requisiti della rete elettrica locale. Dovrebbe anche essere costruito per essere in grado di gestire il peso della batteria.