Návrh palubní nabíječky baterií je složitý proces. Vyžaduje znalosti a zkušenosti v teorii výkonové elektroniky.
Nabíjeníelektrické vozidlo vyžaduje k napájení baterií vysokovýkonnou nabíječku. Kromě toho musí nabíječka EV splňovat bezpečnostní normy.
Napájení
Baterie elektrických vozidel (EV) vyžadují nabíjení, aby zůstaly zachovány dodávky energie. To se provádí pomocí nabíječek baterií, které převádějí střídavý proud z elektrické sítě vozidla na stejnosměrný, aby se baterie nabíjely.
Hlavním hlediskem pro palubní nabíječky baterií je zajistit, aby nedocházelo k přebíjení baterií nebo jejich přetěžování, což může mít za následek selhání systému. Palubní nabíječka baterií by navíc měla umět podporovat širokou škálu nabíjecích režimů, včetně rychlého a pomalého nabíjení.
Ke splnění těchto požadavků je palubní nabíječka baterií obvykle navržena jako integrovaná součást elektromobilu, nikoli jako samostatné zařízení. To eliminuje některá omezení, která by vyplývala z instalace samostatné nabíječky mimo vozidlo, jako je velikost, hmotnost a náklady.
To však také znamená, že palubní nabíječka je výkonově omezená. Naštěstí existují nové konstrukce, které umožňují vyšší výkon.
Například tříúrovňový konvertor SEPIC lze použít k zajištění vysokého výstupního výkonu pro nabíjení baterie elektromobilu. Tento převodník se zaměřuje na snížení napěťového namáhání mezi spínači a spínacích ztrát, což přispívá k vyššímu hodnocení spínače a celkové účinnosti.
Podobně se dopředné řízení používá k regulaci poměru výstupního napětí/proud a zabraňuje přebíjení baterie elektromobilu. Kromě toho může navrhovaný převodník pracovat v režimu konstantní konverze (CCM) po dobu jedné spínací periody, což zajišťuje lepší kvalitu napájení a snižuje celkové harmonické zkreslení napájecího proudu.
Kromě toho je také navržen tříúrovňový PFC převodník založený na SEPIC, který zlepšuje kvalitu napájení snížením napěťového namáhání a ztrát při přepínání mezi přepínači. Kromě toho převodník také nabízí zlepšenou účinnost tím, že umožňuje přepínače s nižším jmenovitým napětím a eliminuje ztráty zpětného zotavení ve výstupních diodách.
Napětí
Nabíječky baterií často pracují ve špinavých a vlhkých podmínkách, takže jejich konstrukce musí být schopna odolat různým faktorům prostředí. Z tohoto důvodu by měly mít vodotěsné, prachotěsné a nárazuvzdorné mechanické provedení.
Jedním z nejdůležitějších aspektů palubní nabíječky baterií je napětí. Napětí totiž ovlivňuje účinnost a životnost baterie.
Baterie má specifické napětí, které je určeno teplotou článku. Proto musí být napětí regulováno, aby se udrželo na bezpečné úrovni.
Nabíječky k tomu mohou použít sériovou nebo paralelní konfiguraci. V sériové konfiguraci se napětí dvou baterií sčítají. To umožňuje baterii dodávat dvakrát více energie než jedna baterie.
V paralelní konfiguraci se sčítají napětí několika baterií. To umožňuje bateriovému systému dodávat dvakrát tolik energie, ale po stejnou dobu.
Z tohoto důvodu je pro palubní nabíječku baterií klíčové, aby měla konstantní nabíjecí proud, který není přebíjen. Přebíjení je škodlivé nejen pro životnost baterie, ale může také vést k tepelnému úniku.
Palubní nabíječky by měly být schopny monitorovat nabíjecí proud baterie a zastavit nabíjení, když je přebitá. Měly by mít také plovoucí režim, který dokáže udržovat konstantní napětí po neomezenou dobu.
K dosažení těchto cílů by měla palubní nabíječka baterií používat pulsně šířkově modulované (PWM) měniče zdroje napětí pro napájecí vedení a obousměrný DC-DC měnič pro stranu baterie. Tato dvouúčelová konstrukce je schopna uspokojit oba požadavky a zároveň poskytuje vynikající výkon a příznivou cenovou strukturu.
Teplota
Aby nabíječky baterií fungovaly na plný výkon při vysokých teplotách, musí být vysoce účinné a odvádět veškeré tepelné teplo generované jejich součástmi. To je zvláště důležité pro elektronická zařízení, která se v posledních letech stávají tenčími a lehčími, což způsobuje nárůst jejich hustoty a zvyšuje množství tepla, které produkují.
U lithium-iontových baterií je tento efekt významný, protože teplota může urychlit rychlost „nežádoucích“ chemických reakcí, které způsobí rychlejší degradaci baterie. Patří mezi ně rozklad aktivních materiálů, oxidace mezifázové vrstvy pevného elektrolytu (SEI) a vytváření pasivačních filmů.
Je to proto, že vysoké teploty urychlují rychlost chemických reakcí a energii produkovanou těmito reakcemi, což vede k vyšší celkové teplotě systému. Navíc zvýšená teplota může snížit efektivní kapacitu baterie v důsledku výsledné ztráty její celkové účinnosti.
Aby se tomu zabránilo, výrobci baterií často omezují horní rozsah provozních teplot na 50-60 stupňů C. To umožňuje nabíjení baterie na vyšší teplotu, než ve které by jinak byla, ale zároveň omezuje plyn generace a předčasné stárnutí.
Tyto teplotní limity mají důležitý vliv na životnost baterie, takže je nezbytné, aby palubní nabíječky baterií byly navrženy tak, aby fungovaly v rámci těchto omezení. To platí zejména pro elektromobily, které používají lithium-iontové baterie, o kterých je známo, že při vyšších teplotách ztrácejí svou kapacitu a při nižších dochází k většímu zhoršení výkonu.
Aby se to zmírnilo, mohou být palubní nabíječky baterií navrženy tak, aby byly schopny předem nabít baterii před provozem zařízení a poté ji nabít způsobem, který maximalizuje životnost baterie a zároveň udržuje nízkou teplotu. To lze provést pomocí kombinace různých režimů nabíjení a pomocí covládání vstupu do nabíjecí základny ve vztahu k teplotě baterie.
Rozměry
SMCZ1P-1,5kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3.3 kW
SMCZ6-1.4kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1,5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
Palubní nabíječka baterií (OBC) je klíčovou součástí, která řídí tok elektřiny z elektrické sítě do elektromobilu. To se děje prostřednictvím procesu zvaného výkonová elektronika, který řídí tok napětí a proudu přes stejnosměrný proud do baterií. Nabíječka by měla být navržena tak, aby fungovala s jednofázovým i třífázovým střídavým napájením. Měl by být také kompaktní a lehký. To je výzva, protože návrh musí splňovat mnoho požadavků místní energetické sítě. Měl by být také postaven tak, aby byl schopen zvládnout hmotnost baterie.