EV充電器コンバーターが充電速度を最適化する方法

電気自動車（EV）が自動車市場で強力な存在感を確立しているため、メーカーはより高い力のドライブトレイン、より大きなバッテリー能力、充電速度の速度の進歩を推進してきました。顧客の需要を満たし、運転範囲を延長するために、EVメーカーは引き続きバッテリーエネルギー容量を増やしています。ただし、大きなバッテリーには充電時間が長くなります。車両の主要な電源としての内燃機関の時代が衰退するため、電気モーターは好まれる代替品として浮上しています。自動車産業のオリジナル機器メーカー（OEM）は、この電動未来を達成するために必要な電子革新について、半導体セクターに目を向けています。多くの人はガジェットや車両内の機能に興奮していますが、範囲と充電能力は依然として重要な懸念事項です。

EV充電器コンバーターの役割を理解する

EV市場の急速な発展は大きな進歩をもたらしましたが、車両バッテリーの充電速度と必要な時間は大きなハードルのままです。バッテリーの充電速度と効率を改善することは、EVが燃焼車両を完全に置き換えることができるかどうかを判断する重要な要素です。

EV充電器コンバーターが充電速度を最適化する方法：高速充電の有効化

炭化シリコン（SIC）などのワイドバンドギャップ（WBG）テクノロジーは、自動車電力変換に大きな恩恵をもたらしています。 IGBTなどの従来の電力デバイスと比較して、WBGテクノロジーは大きな利点を提供します。受動的なコンポーネントメーカーも革新しています。新しいインダクタ設計により、WBGテクノロジーがより速いスイッチングトポロジーをサポートし、より範囲を可能にし、より速く、より信頼性の高い充電を可能にします。

EV収益は2024年までに6200億ドルを超え、年率10％で成長すると予測されているため、高度なSIC MOSFETと改善されたパッシブコンポーネントの需要は明らかです。エンジニアは、これらのテクノロジーを評価して充電パフォーマンスと範囲を改善することにますます注力しています。

電力変換効率の管理

発電効率は、熱損失を最小限に抑え、エネルギーを節約し、設計の重量とスペースの制約を満たすために重要です。電気自動車は、グリッド障害（車両からグリッド、V2G）のバランスをとる潜在的なソースと見なされています。これにより、双方向の充電トポロジが必要であり、Totem-Pole PFC、デュアルアクティブブリッジ（DAB）、LLC DC/DCコンバーターなどの革新につながります。

高効率と電力密度で知られるSICベースのパワーコンバーターは、パワーエレクトロニクスでますます人気が高まっています。 SICデバイスは、効率と電力密度を高める能力のために、ソーラー、UPSシステム、ストレージ、EV充電システムなど、エネルギーインフラストラクチャで迅速に採用されています。

適応充電技術とスマート充電システムの統合

スマート充電システムの原則

スマート充電システムは、EVSに不可欠であり、高電圧および低電圧ネットワークとその通信を管理しています。これらがどのように機能するかは次のとおりです。

1. 高電圧ネットワーク：

   • 高速充電システムは、ACを充電ステーションから高電圧DC電源に変換して、多くの場合数百キロワットに到達する電力レベルで直接バッテリー充電を行います。
   • 遅い充電システムは、オンボード充電器（OBC）を使用して、家庭や職場の環境に適した充電のために外部AC電源をDCに変換します。

2. 低電圧ネットワーク：

   • DC/DCコンバーターは、補助システムのために高電圧バッテリー電源を12Vまたは24Vに下げます。
   • バッテリー管理システム（BMS）バッテリー状態を監視および制御して、安全な充電とCANシグナルを介してOBCおよびDC/DCコンバーターと通信します。

3. 充電プロセス：

   • 充電プラグを接続すると、OBCは接続を検証し、BMSに充電リクエストを送信します。
   • BMSはバッテリーのステータスを評価し、応答し、高電圧のパワーアップまたはパワーダウンステップを実行します。
   • 充電には、AC電源、システムウェイクアップ、充電需要の検出、充電コマンド、停止などの調整された手順が含まれます。

これらのプロセスを通じて、スマート充電システムは、さまざまな環境および運用の要件を満たしながら、安全で効率的な充電を保証します。

統合されたオンボード充電システムは、学界と産業からの持続的な注目を集めています。以下に示すように、その一般的な構造は、いくつかの明確な原則と利点を特徴としています。

1. 一般原則：
   駐車すると、電気自動車の電動モーター駆動システムが充電器に再構成され、グリッド電力がバッテリーを充電できるようになります。これにより、ドライブモーターと電源コンポーネントの時間共有再利用が可能になり、追加のパワーコンポーネントが最小限またはまったく必要になりません。このアプローチは、コスト、体重、および量の面で大きな利点を提供します。

2. 再構成機能：

   • モーター巻線は一般に、グリッドサイドインダクタンスとして機能します。
   • ドライブインバーターは、通常、完全に制御された整流器またはDCコンバーターとして再構成され、エネルギー変換を完了し、車両の電力バッテリーを充電します。

3. 高電力高速充電の可能性：
   一般に、電気自動車の駆動システムの電力レベルは、充電システムの電力レベルをはるかに上回ります。理論的には、これにより、統合されたオンボード充電器が高出力、高速充電を実現できるようになります。

これらの利点を考えると、統合充電システムの概念は1985年の創業以来広く研究されてきました。近年、最新のパワーエレクトロニクスとモータードライブ制御技術の急速な発展により、さまざまなモータータイプとトポロジに基づくさまざまな統合充電システムがあります。それぞれがユニークな特性とパフォーマンスを備えたそれぞれが出現しました。これらのトポロジと制御方法の要約と分析は、将来の研究を導くために不可欠です。

一方、電気自動車産業は、運動速度の調節と断層のトレランスに対するより高い需要があります。電気的に励起モーターなどの直接的な磁場調節を提供しながら、従来の永久磁石モーターの高効率と電力密度を継承するハイブリッド励起モーターは、電気自動車の注目を集めています。それらのユニークな構造と電磁特性は、統合された充電システムに大きな利点を提供し、開発のための新しい技術ソリューションを提供します。

最適化されたEV充電器コンバーターの利点

利便性の充電は依然として重要な課題です。ドライバーは、自宅で、または日中は職場で夜間にEVを充電できますが、これらの方法はさまざまな電力レベルを提供します。強化オンボード充電器（OBC）能力は長い充電時間に対処しますが、複雑さと設計上の課題を追加します。 400Vから800Vのバッテリーシステムへの移行により、充電速度と出力効率の両方が改善され、充電電流が減少し、充電時間全体が短縮されます。

電圧やスイッチング周波数などの重要な要因は、OBC設計に影響します。これらのパラメーターを増やすことで、OBC容量は大幅に改善できます。 SICベースの1200Vデバイスは、より高いブロッキング電圧機能に好まれており、次世代のEVプラットフォームの需要を満たしています。

高度なEV充電器コンバーターの主要な機能

1。高電圧ステップダウン変換率
統合されたDC-DCコンバーターは、高電圧バッテリーから電力を抽出し、12Vバッテリーなどの低電圧デバイスに送達できます。

2。循環電流の排除
新しいコンバーター設計には、循環電流を排除するための特別な吸収回路が含まれ、電力変換効率を高めます。

3.低出力電流リップル
フォワードコンバーターモードを採用することにより、コンバーターは出力インダクタ電流リップルを減らし、よりスムーズな電力供給を確保します。

4。統合されたOBC関数
高度なEV充電器コンバーターは、OBC関数を統合し、グリッド間（G2V）充電、車両間（V2G）放電、およびメインバッテリーと補助バッテリー間の効率的な電力伝達を可能にします。

5。設計上の考慮事項
  ・高いステップダウン比は、効果的な電圧変換を保証します。
  ・出力リップルの削減により、敏感なコンポーネントの安定した出力が保証されます。

これらの機能は、システム全体のパフォーマンスと使いやすさを向上させながら、高い効率と信頼性を提供します。

結論

電化とインテリジェントなテクノロジーは、自動車産業を前進させています。バッテリーテクノロジーの進歩はEVの成長を強化し、スマートシステムは安全性と効率を向上させます。 EVの市場シェアが増え続けるにつれて、これらの革新は輸送環境を変える上で極めて重要な役割を果たします。