Dizajniranje ugrađenog punjača za baterije je složen proces. Zahtijeva znanje i stručnost u teoriji energetske elektronike.
Punjenjeelektrično vozilo zahtijeva punjač velike snage za napajanje baterija. Osim toga, EV punjač mora ispunjavati sigurnosne standarde.
Vlast
Baterije električnih vozila (EV) zahtijevaju punjenje kako bi se održalo napajanje. To se postiže putem punjača baterija koji pretvaraju izmjeničnu struju iz električne mreže vozila u istosmjernu za punjenje baterija.
Glavna briga za ugrađene punjače baterija je osigurati da ne prepune baterije ili ih preopterete, što može rezultirati kvarom sustava. Osim toga, ugrađeni punjač baterija trebao bi podržavati širok raspon načina punjenja, uključujući brzo i sporo punjenje.
Kako bi se ispunili ovi zahtjevi, ugrađeni punjač baterija obično je dizajniran kao integrirani dio EV-a, a ne kao zasebni uređaj. Ovo eliminira neka od ograničenja koja bi proizašla iz instaliranja zasebnog punjača izvan vozila, kao što su veličina, težina i cijena.
Međutim, to također znači da je ugrađeni punjač ograničen u pogledu snage. Srećom, postoje novi dizajni koji omogućuju veću snagu.
Na primjer, SEPIC pretvarač s tri razine može se koristiti za pružanje velike izlazne snage za punjenje baterije EV-a. Ovaj pretvarač fokusiran je na smanjenje napona na sklopkama i prekidačkih gubitaka, što doprinosi većoj ocjeni sklopke i ukupnoj učinkovitosti.
Slično tome, kontrola unaprijed se koristi za regulaciju omjera izlaznog napona/struje i sprječavanje prekomjernog punjenja baterije EV-a. Štoviše, predloženi pretvarač može raditi u načinu konstantne pretvorbe (CCM) tijekom jednog sklopnog razdoblja osiguravajući bolju kvalitetu električne energije i smanjujući ukupna harmonička izobličenja struje napajanja.
Osim toga, također se predlaže trorazinski PFC pretvarač temeljen na SEPIC-u za poboljšanje kvalitete napajanja smanjenjem napona i gubitaka pri prebacivanju na sklopkama. Štoviše, pretvarač također nudi poboljšanu učinkovitost dopuštajući sklopke nižeg napona i eliminirajući povratne gubitke povrata u izlaznim diodama.
napon
Punjači baterija često rade u prljavim i vlažnim uvjetima, tako da njihov dizajn mora biti u stanju izdržati različite čimbenike okoline. Iz tog razloga, trebali bi imati mehanički dizajn otporan na vodu, prašinu i udarce.
Jedno od najvažnijih razmatranja za ugrađeni punjač baterija je napon. To je zato što napon utječe na učinkovitost i životni vijek baterije.
Baterija ima određeni napon, koji je određen temperaturom ćelije. Stoga se napon mora regulirati kako bi se održao na sigurnoj razini.
Punjači za to mogu koristiti serijsku ili paralelnu konfiguraciju. U serijskoj konfiguraciji, naponi dviju baterija se zbrajaju. To omogućuje bateriji da daje dvostruko više energije od jedne baterije.
U paralelnoj konfiguraciji, naponi nekoliko baterija se zbrajaju. To omogućuje baterijskom sustavu da opskrbi dvostruko više energije, ali za isto vrijeme.
Zbog toga je ključno da ugrađeni punjač baterija ima konstantnu struju punjenja koja nije prepunjena. Prekomjerno punjenje ne samo da šteti vijeku trajanja baterije, već može dovesti i do toplinskog bijega.
Ugrađeni punjači trebali bi moći pratiti struju punjenja baterije i zaustaviti punjenje kad je prenapunjena. Također bi trebali imati plutajući način rada koji može neograničeno održavati konstantan napon.
Kako bi se postigli ovi ciljevi, ugrađeni punjač baterija trebao bi koristiti pretvarače izvora napona modulirane širinom impulsa (PWM) za strujni vod i dvosmjerni DC-DC pretvarač za stranu baterije. Ovaj dvonamjenski dizajn može zadovoljiti oba zahtjeva, a istovremeno pruža vrhunsku izvedbu i povoljnu strukturu troškova.
Temperatura
Kako bi radili punom snagom na visokim temperaturama, punjači baterija moraju biti vrlo učinkoviti i odvoditi svu toplinu koju stvaraju njihove komponente. Ovo je osobito važno za elektroničke uređaje koji posljednjih godina postaju sve tanji i lakši, što uzrokuje povećanje njihove gustoće i povećanje količine topline koju proizvode.
Za litij-ionske baterije ovaj je učinak značajan jer temperatura može ubrzati stopu "neželjenih" kemijskih reakcija koje uzrokuju bržu degradaciju baterije. To uključuje razgradnju aktivnih materijala, oksidaciju međufaznog sloja čvrstog elektrolita (SEI) i nakupljanje pasivizirajućih filmova.
To je zato što visoke temperature ubrzavaju stope kemijskih reakcija i energiju proizvedenu tim reakcijama, što dovodi do više ukupne temperature sustava. Osim toga, povišena temperatura može smanjiti učinkoviti kapacitet baterije zbog rezultirajućeg gubitka ukupne učinkovitosti.
Da bi se borili protiv toga, proizvođači baterija često ograničavaju gornji radni temperaturni raspon na 50-60 stupnjeva C. To omogućuje punjenje baterije na višoj temperaturi od one na kojoj bi inače bila, ali u isto vrijeme ograničava plin generacija i prerano starenje.
Ova temperaturna ograničenja imaju važan utjecaj na životni vijek baterije, stoga je bitno da ugrađeni punjači baterija budu dizajnirani da rade unutar ovih ograničenja. To posebno vrijedi za električna vozila koja koriste litij-ionske baterije, za koje je poznato da gube svoj kapacitet pri višim temperaturama i doživljavaju veće pogoršanje performansi pri nižim.
Kako bi se to ublažilo, ugrađeni punjači baterija mogu se dizajnirati tako da mogu prethodno napuniti bateriju prije rada s uređajem, a zatim je puniti na način koji maksimizira životni vijek baterije uz održavanje niske temperature. To se može učiniti kombinacijom različitih načina punjenja i cupravljanje ulazom u bazu za punjenje u odnosu na temperaturu baterije.
Dimenzije
SMCZ1P-1.5kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3.3kW
SMCZ6-1.4kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
Ugrađeni punjač baterija (OBC) ključna je komponenta koja upravlja protokom električne energije iz električne mreže u električno vozilo. To se postiže putem procesa koji se naziva energetska elektronika, koji kontrolira protok napona i struje kroz istosmjerni međukrug do baterija. Punjač bi trebao biti dizajniran za rad na jednofaznoj i trofaznoj AC opskrbi. Također bi trebao biti kompaktan i lagan. To je izazov, budući da dizajn mora biti u skladu s mnogim zahtjevima lokalne elektroenergetske mreže. Također bi trebao biti izgrađen da može podnijeti težinu baterije.