Dissenyar un carregador de bateries a bord és un procés complex. Requereix coneixements i experiència en teoria de l'electrònica de potència.
Carregantun vehicle elèctric necessita un carregador d'alta potència per subministrar energia a les bateries. A més, el carregador EV ha de complir les normes de seguretat.
Poder
Les bateries dels vehicles elèctrics (EV) necessiten carregar-se per mantenir l'alimentació. Això es fa mitjançant carregadors de bateries que converteixen l'energia CA de la xarxa elèctrica del vehicle en CC per carregar les bateries.
La consideració principal per als carregadors de bateries a bord és assegurar-se que no sobrecarreguen les bateries ni les sobrecarreguin, cosa que pot provocar una fallada del sistema. A més, un carregador de bateries integrat hauria de ser capaç de suportar una àmplia gamma de modes de càrrega, inclosa la càrrega ràpida i lenta.
Per complir aquests requisits, un carregador de bateries a bord es dissenya normalment com a part integrada de l'EV, en lloc d'un dispositiu independent. D'aquesta manera s'eliminen algunes de les limitacions que es derivarien de tenir un carregador independent instal·lat fora del vehicle, com ara la mida, el pes i el cost.
Tanmateix, això també significa que un carregador a bord està limitat en termes de potència. Afortunadament, hi ha nous dissenys que permeten una potència més alta.
Per exemple, es pot utilitzar un convertidor SEPIC de tres nivells per proporcionar una gran potència de sortida per carregar la bateria de l'EV. Aquest convertidor se centra en la reducció de l'estrès de tensió a través dels interruptors i les pèrdues de commutació, la qual cosa contribueix a una puntuació més alta del commutador i a l'eficiència general.
De la mateixa manera, el control d'avanç s'utilitza per regular la relació tensió/corrent de sortida i evitar la sobrecàrrega de la bateria de l'EV. A més, el convertidor proposat pot funcionar en mode de conversió constant (CCM) durant un període de commutació assegurant una millor qualitat de l'energia i reduint la distorsió harmònica total del corrent de subministrament.
A més, també es proposa un convertidor PFC basat en SEPIC de tres nivells per millorar la qualitat de l'energia reduint l'estrès de tensió i la pèrdua de commutació entre els interruptors. A més, el convertidor també ofereix una eficiència millorada, ja que permet interruptors de tensió més baixa i elimina les pèrdues de recuperació inversa als díodes de sortida.
Voltatge
Els carregadors de bateries sovint funcionen en condicions brutes i humides, de manera que els seus dissenys han de ser capaços de suportar una varietat de factors ambientals. Per aquest motiu, haurien de tenir dissenys mecànics impermeables, resistents a la pols i als cops.
Una de les consideracions més importants per a un carregador de bateries a bord és la tensió. Això es deu al fet que la tensió afecta l'eficiència i la vida útil d'una bateria.
Una bateria té un voltatge específic, que ve determinat per la temperatura de la cel·la. Per tant, s'ha de regular la tensió per mantenir-la a un nivell segur.
Els carregadors poden utilitzar una configuració en sèrie o en paral·lel per fer-ho. En una configuració en sèrie, s'afegeixen els voltatges de dues bateries. Això permet que la bateria proporcioni el doble d'energia que una única bateria.
En una configuració paral·lela, s'afegeixen els voltatges de diverses bateries. Això permet que el sistema de bateries proporcioni el doble d'energia, però durant la mateixa quantitat de temps.
Per això, és crucial que un carregador de bateries a bord tingui un corrent de càrrega constant que no es sobrecarregui. La sobrecàrrega no només és perjudicial per a la vida útil de la bateria, sinó que també pot provocar una fuga tèrmica.
Els carregadors a bord haurien de poder controlar el corrent de càrrega d'una bateria i deixar de carregar-se quan es sobrecarrega. També haurien de tenir un mode flotant que pugui mantenir una tensió constant indefinidament.
Per aconseguir aquests objectius, un carregador de bateries integrat hauria d'utilitzar convertidors de font de tensió modulada en amplada de pols (PWM) per a la línia elèctrica i un convertidor DC-DC bidireccional per al costat de la bateria. Aquest disseny de doble propòsit és capaç de satisfer ambdós requisits, alhora que proporciona un rendiment superior i una estructura de costos favorable.
Temperatura
Per funcionar a plena potència a altes temperatures, els carregadors de bateries han de ser molt eficients i dissipar tota la calor tèrmica generada pels seus components. Això és especialment important per als dispositius electrònics, que en els darrers anys són cada cop més prims i lleugers, provocant un augment de la seva densitat i augmentant la quantitat de calor que produeixen.
Per a les bateries d'ions de liti, aquest efecte és important perquè la temperatura pot accelerar la velocitat de reaccions químiques "no desitjades" que fan que la bateria es degradi més ràpidament. Aquests inclouen la descomposició de materials actius, l'oxidació de la capa d'interfase d'electròlits sòlids (SEI) i l'acumulació de pel·lícules de passivació.
Això es deu al fet que les altes temperatures acceleren les velocitats de les reaccions químiques i l'energia produïda per aquestes reaccions, la qual cosa condueix a una temperatura total del sistema més alta. A més, l'augment de la temperatura pot reduir la capacitat efectiva d'una bateria a causa de la pèrdua resultant de la seva eficiència global.
Per combatre-ho, els fabricants de bateries sovint limiten l'interval de temperatura de funcionament superior a 50-60 graus C. Això permet que la bateria es carregui a una temperatura més alta que la que hi hauria d'una altra manera, però al mateix temps limita el gas. generació i envelliment prematur.
Aquests límits de temperatura tenen una influència important en la vida útil d'una bateria, per la qual cosa és essencial que els carregadors de bateries a bord estiguin dissenyats per funcionar dins d'aquestes limitacions. Això és especialment cert per als vehicles elèctrics que utilitzen bateries d'ions de liti, que se sap que perden la seva capacitat a temperatures més altes i experimenten un major deteriorament del rendiment a les més baixes.
Per mitigar això, els carregadors de bateries integrats es poden dissenyar per poder carregar prèviament una bateria abans d'utilitzar el dispositiu i després carregar-la de manera que maximitzi la vida útil de la bateria mantenint la temperatura baixa. Això es pot fer utilitzant una combinació de diferents modes de càrrega i mitjançant ccontrolant l'entrada a la base de càrrega en relació amb la temperatura de la bateria.
Dimensions
SMCZ1P-1,5kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3,3kW
SMCZ6-1,4kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
El carregador de bateries a bord (OBC) és el component clau que gestiona el flux d'electricitat des de la xarxa elèctrica fins al vehicle elèctric. Això es fa mitjançant un procés anomenat electrònica de potència, que controla el flux de tensió i corrent a través de l'enllaç DC fins a les bateries. El carregador s'ha de dissenyar per funcionar tant amb fonts de CA monofàsiques com trifàsiques. També ha de ser compacte i lleuger. Aquest és un repte, ja que el disseny ha de complir amb molts requisits de la xarxa elèctrica local. També s'ha de construir per poder suportar el pes de la bateria.