車載バッテリー充電器の設計は複雑なプロセスです。 パワーエレクトロニクス理論の知識と専門知識が必要です。
充電電気自動車はバッテリーに電力を供給するために高出力充電器を必要とします。 また、EV充電器は安全基準を満たしている必要があります。
力
電気自動車 (EV) のバッテリーは、電力供給を維持するために充電する必要があります。 これは、車両の電力網からの AC 電力を DC に変換してバッテリーを充電するバッテリー充電器を通じて行われます。
車載バッテリー充電器の主な考慮事項は、システムの故障につながる可能性のあるバッテリーの過充電や過負荷を確実に回避することです。 さらに、車載バッテリー充電器は、高速充電と低速充電を含む幅広い充電モードをサポートできる必要があります。
これらの要件を満たすために、車載バッテリー充電器は通常、別個のデバイスではなく、EV の統合部分として設計されます。 これにより、サイズ、重量、コストなど、車外に別個の充電器を設置することで生じる制約の一部が解消されます。
ただし、これは、車載充電器の電力が制限されていることも意味します。 幸いなことに、より高い電力定格を可能にする新しい設計があります。
たとえば、3 レベル SEPIC コンバータを使用して、EV のバッテリを充電するための高電力出力を提供できます。 このコンバータは、スイッチ間の電圧ストレスとスイッチング損失の低減に重点を置いており、これによりスイッチ定格と全体の効率が向上します。
同様に、フィードフォワード制御は、出力電圧/電流デューティ比を調整し、EV のバッテリーの過充電を防ぐために使用されます。 さらに、提案されたコンバータは、1 スイッチング周期の間定変換モード (CCM) で動作することができ、より良い電力品質を保証し、供給電流の全高調波歪みを低減します。
さらに、スイッチ間の電圧ストレスとスイッチング損失を低減することで電力品質を向上させる、3 レベル SEPIC ベースの PFC コンバータも提案されています。 さらに、このコンバータは、スイッチの低電圧定格を可能にし、出力ダイオードの逆回復損失を排除することにより、効率も向上します。
電圧
バッテリー充電器は汚れた湿気の多い条件下で動作することが多いため、その設計はさまざまな環境要因に耐えられる必要があります。 このため、防水・防塵・耐衝撃の機械設計が求められます。
車載バッテリー充電器の最も重要な考慮事項の 1 つは電圧です。 これは、電圧がバッテリーの効率と寿命に影響を与えるためです。
バッテリーには特定の電圧があり、その電圧はセルの温度によって決まります。 したがって、電圧を安全なレベルに保つために電圧を調整する必要があります。
充電器はこれを行うために直列構成または並列構成を使用できます。 直列構成では、2 つのバッテリーの電圧が加算されます。 これにより、バッテリーは単一バッテリーの 2 倍のエネルギーを供給できます。
並列構成では、いくつかのバッテリーの電圧が加算されます。 これにより、バッテリー システムは同じ時間で 2 倍のエネルギーを供給できるようになります。
このため、車載バッテリー充電器にとっては、過充電されない一定の充電電流を持つことが重要です。 過充電はバッテリーの寿命に悪影響を与えるだけでなく、熱暴走を引き起こす可能性もあります。
車載充電器はバッテリーの充電電流を監視し、過充電になった場合に充電を停止できる必要があります。 また、一定の電圧を無期限に維持できるフロート モードも備えている必要があります。
これらの目標を達成するには、オンボード バッテリ充電器は、電力線にパルス幅変調 (PWM) 電圧源コンバータを使用し、バッテリ側に双方向 DC-DC コンバータを使用する必要があります。 この二重目的の設計は、優れたパフォーマンスと有利なコスト構造を提供しながら、両方の要件を満たすことができます。
温度
高温下でフルパワーで動作するには、バッテリ充電器が高効率であり、コンポーネントから発生する熱をすべて放散する必要があります。 これは、近年の電子機器の薄型化、軽量化により密度が上昇し、発熱量が増加するため、特に重要です。
リチウムイオン電池の場合、温度によって「望ましくない」化学反応の速度が加速され、電池の劣化が早まる可能性があるため、この影響は重大です。 これらには、活物質の分解、固体電解質界面 (SEI) 層の酸化、不動態化膜の蓄積が含まれます。
これは、高温により化学反応速度とその反応によって生成されるエネルギーが加速され、システム全体の温度が上昇するためです。 さらに、温度が上昇すると全体的な効率が低下するため、バッテリーの実効容量が低下する可能性があります。
これに対処するために、バッテリー メーカーは動作温度範囲の上限を 50-60 ℃に制限することがよくあります。これにより、バッテリーは通常の温度よりも高い温度で充電できますが、同時にガスの発生も制限されます。世代と早期老化。
これらの温度制限はバッテリーの寿命に重要な影響を与えるため、車載バッテリー充電器はこれらの制限内で動作するように設計することが重要です。 これは、リチウムイオン電池を使用する電気自動車に特に当てはまります。リチウムイオン電池は、高温では容量が失われ、低温では性能が大幅に低下することが知られています。
これを軽減するために、デバイスを動作させる前にバッテリーを事前充電し、温度を低く保ちながらバッテリーの寿命を最大限に延ばす方法で充電できるように、車載バッテリー充電器を設計できます。 これは、さまざまな充電モードを組み合わせて使用することによって実行できます。バッテリーの温度に応じて充電ベースへの入力を制御します。
寸法
SMCZ1P-1.5kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3.3kW
SMCZ6-1.4kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
車載バッテリー充電器 (OBC) は、電力網から電気自動車への電気の流れを管理する重要なコンポーネントです。 これは、DC リンクを介してバッテリーに流れる電圧と電流を制御するパワー エレクトロニクスと呼ばれるプロセスを通じて行われます。 充電器は、単相 AC 電源と三相 AC 電源の両方で動作するように設計する必要があります。 また、コンパクトかつ軽量である必要があります。 設計は地域の電力網の多くの要件に準拠する必要があるため、これは課題です。 また、バッテリーの重量に耐えられるように構築する必要があります。