A fedélzeti akkumulátortöltő tervezése összetett folyamat. Ehhez tudás és szakértelem szükséges a teljesítményelektronika elméletében.
Töltésegy elektromos járműnek nagy teljesítményű töltőre van szüksége az akkumulátorok áramellátásához. Ezenkívül az elektromos járművek töltőjének meg kell felelnie a biztonsági előírásoknak.
Erő
Az elektromos járművek (EV) akkumulátorait fel kell tölteni az áramellátás fenntartásához. Ez akkumulátortöltőkkel történik, amelyek a jármű elektromos hálózatából származó váltakozó áramot egyenárammá alakítják az akkumulátorok töltéséhez.
A fedélzeti akkumulátortöltőknél a fő szempont, hogy ne töltsék túl az akkumulátorokat, ne terheljék túl, ami a rendszer meghibásodásához vezethet. Ezenkívül a beépített akkumulátortöltőnek képesnek kell lennie a töltési módok széles skálájának támogatására, beleértve a gyors és lassú töltést is.
E követelmények teljesítése érdekében a beépített akkumulátortöltőt általában az elektromos jármű integrált részeként tervezték, nem pedig különálló eszközként. Ez kiküszöböli azokat a korlátokat, amelyek abból adódnak, hogy külön töltőt telepítenek a járművön kívülre, például a méretet, a súlyt és a költségeket.
Ez azonban azt is jelenti, hogy a beépített töltő teljesítménye korlátozott. Szerencsére vannak új kialakítások, amelyek nagyobb teljesítményt tesznek lehetővé.
Például egy háromszintű SEPIC konverter használható nagy teljesítményű kimenet biztosítására az elektromos jármű akkumulátorának töltéséhez. Ez az átalakító a kapcsolók közötti feszültségfeszültség és a kapcsolási veszteségek csökkentésére összpontosít, ami hozzájárul a magasabb kapcsolási teljesítményhez és az általános hatékonysághoz.
Hasonlóképpen, az előrecsatolt vezérlést a kimeneti feszültség/áram terhelhetőségének szabályozására használják, és megakadályozzák az elektromos jármű akkumulátorának túltöltését. Ezen túlmenően a javasolt konverter egy kapcsolási perióduson keresztül konstans konverziós módban (CCM) tud működni, így jobb áramminőséget biztosít és csökkenti a tápáram teljes harmonikus torzítását.
Ezenkívül egy háromszintű SEPIC-alapú PFC-átalakító is javasolt az energiaminőség javítására a feszültségfeszültség és a kapcsolók közötti kapcsolási veszteség csökkentésével. Ezen túlmenően az átalakító jobb hatékonyságot is kínál azáltal, hogy lehetővé teszi az alacsonyabb feszültségű kapcsolók használatát, és kiküszöböli a fordított visszaállási veszteségeket a kimeneti diódákban.
Feszültség
Az akkumulátortöltők gyakran koszos és párás körülmények között működnek, ezért kialakításuknak különféle környezeti tényezőknek kell ellenállniuk. Emiatt víz-, por- és ütésálló mechanikai kialakításúaknak kell lenniük.
A beépített akkumulátortöltők egyik legfontosabb szempontja a feszültség. Ennek az az oka, hogy a feszültség befolyásolja az akkumulátor hatékonyságát és élettartamát.
Az akkumulátornak meghatározott feszültsége van, amelyet a cella hőmérséklete határoz meg. Ezért a feszültséget szabályozni kell, hogy biztonságos szinten tartsa.
A töltők soros vagy párhuzamos konfigurációt használhatnak ehhez. Soros konfigurációban két akkumulátor feszültsége összeadódik. Ez lehetővé teszi, hogy az akkumulátor kétszer annyi energiát biztosítson, mint egyetlen akkumulátor.
Párhuzamos konfigurációban több akkumulátor feszültsége összeadódik. Ez lehetővé teszi, hogy az akkumulátorrendszer kétszer annyi energiát biztosítson, de ugyanannyi ideig.
Emiatt döntő fontosságú, hogy a beépített akkumulátortöltő állandó töltőárammal rendelkezzen, és ne legyen túltöltve. A túltöltés nem csak káros az akkumulátor élettartamára, hanem hőkieséshez is vezethet.
A beépített töltőknek képesnek kell lenniük az akkumulátor töltőáramának figyelésére, és le kell állítani a töltést, ha túl van töltve. Lebegő üzemmóddal is rendelkezniük kell, amely korlátlanul képes állandó feszültséget fenntartani.
E célok elérése érdekében egy beépített akkumulátortöltőnek impulzusszélesség-modulált (PWM) feszültségforrás-átalakítót kell használnia a tápvezetékhez, és egy kétirányú DC-DC átalakítót az akkumulátoroldalhoz. Ez a kettős célú kialakítás mindkét követelményt kielégíti, miközben kiváló teljesítményt és kedvező költségstruktúrát biztosít.
Hőfok
Ahhoz, hogy magas hőmérsékleten teljes teljesítménnyel működjenek, az akkumulátortöltőknek nagy hatékonyságúaknak kell lenniük, és el kell vezetniük az alkatrészeik által termelt összes hőhőt. Ez különösen fontos az elektronikai eszközök esetében, amelyek az elmúlt években egyre vékonyabbak és könnyebbek, ami sűrűségük növekedését és a termelt hőmennyiség növekedését okozza.
A lítium-ion akkumulátorok esetében ez a hatás jelentős, mivel a hőmérséklet felgyorsíthatja a "nem kívánt" kémiai reakciók sebességét, amelyek az akkumulátor gyorsabb lebomlását eredményezik. Ezek közé tartozik az aktív anyagok bomlása, a szilárd elektrolit interfázis (SEI) réteg oxidációja és a passziváló filmek felhalmozódása.
Ennek az az oka, hogy a magas hőmérséklet felgyorsítja a kémiai reakciók sebességét és a reakciók által termelt energiát, ami magasabb teljes rendszerhőmérséklethez vezet. Ezenkívül a megnövekedett hőmérséklet csökkentheti az akkumulátor effektív kapacitását az ebből eredő általános hatékonyságvesztés miatt.
Ennek leküzdésére az akkumulátorgyártók gyakran korlátozzák a felső üzemi hőmérsékleti tartományt 50-60 °C-ra. Ez lehetővé teszi, hogy az akkumulátort magasabb hőmérsékletre töltsék, mint amilyenben egyébként lennének, ugyanakkor korlátozzák a gázt. generáció és a korai öregedés.
Ezek a hőmérsékleti határértékek jelentősen befolyásolják az akkumulátor élettartamát, ezért elengedhetetlen, hogy a fedélzeti akkumulátortöltőket úgy alakítsák ki, hogy ezeken a korlátozásokon belül működjenek. Ez különösen igaz a lítium-ion akkumulátorokat használó elektromos járművekre, amelyekről ismert, hogy magasabb hőmérsékleten veszítenek kapacitásukból, alacsonyabbaknál pedig nagyobb teljesítményromlást tapasztalnak.
Ennek enyhítésére a beépített akkumulátortöltőket úgy lehet megtervezni, hogy képesek legyenek az akkumulátort a készülék működtetése előtt előtölteni, majd úgy tölteni, hogy a hőmérséklet alacsonyan tartva maximalizálja az akkumulátor élettartamát. Ez megtehető különböző töltési módok kombinációjával és a ca töltőbázis bemenetének ellenőrzése az akkumulátor hőmérsékletének függvényében.
Méretek
SMCZ1P-1,5 kW
SMCZ2-2 kW
SMHC3-3,3 kW
SMCZ6-1,4 kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
A fedélzeti akkumulátortöltő (OBC) a kulcsfontosságú alkatrész, amely szabályozza az elektromos áram áramlását az elektromos hálózatból az elektromos járműbe. Ez a teljesítményelektronikának nevezett folyamaton keresztül történik, amely szabályozza a feszültség és az áram áramlását az egyenáramú kapcsolaton keresztül az akkumulátorokhoz. A töltőt úgy kell megtervezni, hogy egyfázisú és háromfázisú váltakozó áramú tápegységekkel is működjön. Ezenkívül kompaktnak és könnyűnek kell lennie. Ez kihívást jelent, mivel a tervezésnek meg kell felelnie a helyi villamosenergia-hálózat számos követelményének. Azt is meg kell építeni, hogy elbírja az akkumulátor súlyát.