Бортовые зарядные устройства для электромобилей – подробное руководство

Встроенные зарядные устройства для электромобилей являются ключевым силовым электронным компонентом, интегрированным в каждый электромобиль с аккумуляторной батареей (BEV) и подключаемый гибридный электромобиль (PHEV), и служат единственным преобразователем для медленной зарядки переменным током.

Бортовое зарядное устройство — это одно из «трех основных высоковольтных электронных устройств» в электромобилях, двумя другими являются низковольтный преобразователь постоянного тока и блок распределения питания (PDU). Оно активируется только при подключении автомобиля к зарядному устройству переменного тока класса 1/2 (тип 1, тип 2, вилка GB AC). При использовании быстрой зарядки постоянным током (CCS, GB DC) цепь бортового зарядного устройства полностью обходится и не участвует в преобразовании энергии.

Преобразует однофазное/трехфазное переменное напряжение сети (120 В/230 В/400 В) в стабильное постоянное напряжение широкого диапазона (200–1000 В), соответствующее платформам автомобильных аккумуляторов 400 В/800 В и поддерживающее стандартные кривые зарядки литий-ионных аккумуляторов, управляемые системой управления батареей (BMS), как для постоянного тока, так и для постоянного напряжения (CV).

Устраняет гармонические искажения сети, улучшая коэффициент мощности до уровня выше 0,99 в соответствии со стандартом подключения к сети IEC 61000-3-2, что позволяет избежать штрафов со стороны энергоснабжающих компаний за зарядные станции для автопарков.

Обмен данными о состоянии заряда батареи (SOC), температуре, напряжении и токе в режиме реального времени через шину CAN; динамическая регулировка выходной мощности в зависимости от требований BMS к зарядке; Взаимодействует с зарядными устройствами переменного тока через сигналы CP-пилота/ПЛК ISO 15118 для сертификации Plug-and-Play.

Включает защиту от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, перегрева, повреждения изоляции, короткого замыкания, обратного подключения и скачков напряжения, вызванных молнией; в нештатных ситуациях может автоматически отключать питание в течение миллисекунд для защиты аккумулятора и высоковольтной системы автомобиля.

Номинальная мощность: 3,3 кВт/6,6 кВт/7,4 кВт
Входное напряжение сети: 120 В (североамериканская сеть) / 220–240 В (однофазная бытовая сеть)
Совместимая вилка: Тип 1 (SAE J1772), бытовая розетка NEMA 5-15 / 14-50
Преимущества: Низкая цена, компактный размер, малый вес, высокая универсальность, совместимость со всеми бытовыми розетками переменного тока
Недостатки: Низкая мощность, медленная зарядка; Не может использовать трехфазную коммерческую электросеть
Применимые регионы: Северная Америка, Юго-Восточная Азия, Китай (частные электромобили для жилых домов)

Номинальная мощность: 11 кВт/22 кВт
Входная сеть: Европейская трехфазная пятипроводная коммерческая электросеть 400 В
Совместимая вилка: Зарядное устройство переменного тока Mennekes Type 2 с 7 контактами
Преимущества: Скорость зарядки в 2-3 раза выше, чем у однофазной сети; сбалансированная трехфазная нагрузка сети, идеально подходит для больших автопарков; изначально поддерживает стандарт ISO 15118 PnC, соответствует правилам ЕС AFIR

Недостатки: Более высокая стоимость автомобильного оборудования; зарядные станции требуют преобразования трехфазного питания (что недоступно в большинстве жилых домов в США).

Применимые регионы: ЕС, Великобритания, Австралия, корпоративные автопарки, европейские логистические фургоны

400 В бортовое: Для большинства массовых электромобилей максимальное выходное напряжение составляет 450 В постоянного тока.

800 В высоковольтное бортовое зарядное устройство: Подходит для новых высококлассных платформ электромобилей, имеет широкий диапазон напряжения 250-900 В, совместимо со сверхбыстрой зарядкой постоянным током 800 В, требующей более высокой удельной мощности конструкции на основе SiC.

Сравнительный элемент	Встроенная зарядка переменным током	Внешнее быстрозарядное устройство постоянного тока (CCS/GB DC)
Место установки преобразователя энергии	InsidВнутри автомобиля (модуль OBC)	Внешнее транспортное средство (модули питания станции)
Типичный диапазон мощности	3.3–22kW	60–350 кВт жидкостное охлаждение сверхбыстрый
Время зарядки (аккумулятор 60 кВт⋅ч)	4–12 часов	20–40 мин (20–80% SOC)
Ограничение аппаратного обеспечения автомобиля	Скорость зарядки ограничена номинальной мощностью бортового зарядного устройства (OBC).	Участие бортового компьютера не предусмотрено; ограничение только по допустимой нагрузке на батарею системы управления батареей (BMS)
Требования к электросети	Однофазный/трехфазный маломощный переменный ток	Обязательное трехфазное высокопроизводительное промышленное электропитание
Стоимость компоновки складского депо	Недорогие сваи типа 2 AC, простая конструкция.	Высокие первоначальные инвестиции в модульные зарядные устройства постоянного тока
Уровень износа батареи	Low mild current, Низкий слабый ток, минимальное осаждение лития	Высокий текущий уровень риска старения в долгосрочной перспективе при частом ежедневном использовании
Совместимость V2G	Поддержка двунаправленного OBC	Требуются специальные двунаправленные модули питания постоянного тока
Соблюдение нормативных требований	Обязательный трехфазный бортовой компьютер EU AFIR типа 2	Глобальный стандарт быстрой зарядки на автомагистралях CCS1/CCS2

Размер оценки	Однофазный бортовой блок питания 6,6/7,4 кВт	Трехфазный бортовой компьютер мощностью 11/22 кВт
Время полной зарядки (электромобиль 70 кВт⋅ч)	9–11 часов	3–4 часа
Адаптируемость к сети	Совместим со стандартными бытовыми однофазными розетками	Требуется преобразование трехфазного напряжения 400 В
Совместимость с общественными зарядными станциями	Все станции переменного тока уровня 2 по всему миру	Только трехфазные железобетонные сваи типа 2, соответствующие стандартам ЕС/Австралии
Эффективность оборота автопарка	PoПлохо подходит для таксопарков и служб доставки с высокой интенсивностью работы в сменном режиме	Отличная, быстрая зарядка в течение ночи на стоянке
себестоимость производства автомобиля	LoНизкая, стандартная комплектация.	Более дорогой вариант автомобиля премиум-класса
Балансировка нагрузки сети	Риск перегрузки однофазных линий для депо, обслуживающих несколько транспортных средств	Сбалансированная трехфазная нагрузка, отсутствие падения напряжения
Соблюдение экспортных правил	Только для рынка Северной Америки	Обязательные требования EU AFIR
Производительность V2G	Ограниченная однофазная обратная мощность	Полноценный трехфазный высокомощный двунаправленный выход

Бортовое зарядное устройство (OBC) является незаменимым встроенным преобразователем энергии во всех сценариях медленной зарядки переменным током, коренным образом определяя максимальную скорость зарядки переменным током и совместимость автомобиля с глобальной инфраструктурой зарядки уровня 2.