EV 충전기 변환기가 충전 속도를 최적화하는 방법

전기 자동차 (EV)가 자동차 시장에서 강력한 입지를 확립했기 때문에 제조업체는 고전력 구동계, 배터리 용량이 더 크며 충전 속도가 빠른 발전을 주도하고 있습니다. 고객의 요구를 충족시키고 운전 범위를 확장하기 위해 EV 제조업체는 계속 배터리 에너지 용량을 증가시킵니다. 그러나 더 큰 배터리는 더 긴 충전 시간과 함께 제공됩니다. 차량의 1 차 전원으로 내부 연소 엔진의 시대로 인해 전기 모터가 선호하는 대안으로 등장했습니다. 자동차 산업의 OEM (Original Equipment Manufacturers)은 이러한 전기적 미래를 달성하는 데 필요한 전자 혁신을 위해 반도체 부문을 찾고 있습니다. 많은 사람들이 차량 내부의 가제트와 기능에 흥분하지만 구동 범위와 충전 기능은 여전히 ​​주요 관심사입니다.

EV 충전기 변환기의 역할 이해

EV 시장의 빠른 발전으로 인해 상당한 발전이 있었지만 차량 배터리의 충전 속도와 필요한 시간은 주요 장애물로 남아 있습니다. 배터리 충전 속도와 효율성을 향상시키는 것은 EV가 연소 차량을 완전히 대체 할 수 있는지 여부를 결정하는 데 중요한 요소입니다.

EV 충전기 변환기가 충전 속도를 최적화하는 방법 : 고속 충전 활성화

실리콘 카바이드 (SIC)와 같은 WBG (Wide Bandgap) 기술은 자동차 전력 변환에 큰 도움이되었습니다. IGBT와 같은 전통적인 전원 장치와 비교하여 WBG 기술은 상당한 이점을 제공합니다. 수동 구성 요소 제조업체도 혁신을 해왔습니다. 새로운 인덕터 설계는 WBG 기술이 더 빠른 스위치 토폴로지를 지원하여 더 넓고 빠르고 신뢰할 수있는 충전을 가능하게 할 수 있도록합니다.

EV 매출이 2024 년까지 6,600 억 달러를 초과하고 연간 10%로 증가 할 것으로 예상되면서 고급 SIC MOSFET 및 개선 된 수동 구성 요소에 대한 수요는 분명합니다. 엔지니어들은 충전 성능과 범위를 개선하기 위해 이러한 기술을 평가하는 데 점점 더 중점을두고 있습니다.

전력 변환 효율성 관리

전력 효율은 열 손실을 최소화하고 에너지를 절약하며 설계 중량 및 공간 제약을 충족시키는 데 중요합니다. 전기 자동차는 그리드 교란 (차량-그리드, V2G)의 균형을 잡거나 가정에 응급 전력을 제공하기위한 잠재적 인 공급원으로 점점 더 많이 간주되고 있습니다 (차량 간, V2H). 이를 위해서는 양방향 충전 토폴로지가 필요하므로 토템 폴 PFC, DAB (Dual Active Bridge) 및 LLC DC/DC 컨버터와 같은 혁신으로 이어집니다.

고효율과 전력 밀도로 유명한 SIC 기반 전력 변환기는 전력 전자 제품에서 점점 인기를 얻고 있습니다. SIC 장치는 환경 및 에너지 비용을 해결하기위한 효율성 및 전력 밀도를 향상시키는 능력을 향상시키는 태양 광, UPS 시스템, 스토리지 및 EV 충전 시스템을 포함한 에너지 인프라에 빠르게 채택됩니다.

적응 형 충전 기술 및 스마트 충전 시스템 통합

스마트 충전 시스템의 원칙

스마트 충전 시스템은 EV에 필수적이며 고전압 및 저전압 네트워크 및 통신을 관리합니다. 그들이 작동하는 방법은 다음과 같습니다.

1. 고전압 네트워크 :

   • 빠른 충전 시스템은 AC를 충전 스테이션에서 고전압 DC 전원으로 변환하여 직접 배터리 충전을 위해 종종 수백 킬로와트에 도달하는 전력 수준에서 변환합니다.
   • 느린 충전 시스템은 온보드 충전기 (OBC)를 사용하여 외부 AC 전원을 DC로 변환하여 집 또는 직장 환경에 적합합니다.

2. 저전압 네트워크 :

   • DC/DC 컨버터는 보조 시스템의 경우 고전압 배터리 전원을 12V 또는 24V로 내립니다.
   • 배터리 관리 시스템 (BMS) 배터리 상태를 모니터링 및 제어하여 CAN 신호를 통해 OBC 및 DC/DC 변환기와 안전한 충전 및 통신을 보장합니다.

3. 충전 과정 :

   • 충전 플러그를 연결하면 OBC는 연결을 확인하고 충전 요청을 BMS에 보냅니다.
   • BMS는 배터리 상태를 평가하고 응답하여 고전압 파워 업 또는 전원 다운 단계를 실행합니다.
   • 충전에는 AC 전원 공급 장치, 시스템 웨이크 업, 충전 수요 감지, 충전 명령 및 중지를 포함한 조정 된 단계가 포함됩니다.

이러한 프로세스를 통해 스마트 충전 시스템은 다양한 환경 및 운영 요구 사항을 충족하면서 안전하고 효율적인 충전을 보장합니다.

통합 온보드 충전 시스템은 학계와 산업으로부터 지속적인 관심을 끌었습니다. 아래 그림과 같이 일반적인 구조는 몇 가지 고유 한 원리와 장점을 특징으로합니다.

1. 일반적인 원칙:
   주차하면 전기 자동차의 전기 모터 구동 시스템은 충전기로 재구성되어 그리드 전력이 배터리를 충전 할 수 있습니다. 이를 통해 구동 모터 및 전력 부품의 시간 공유 재사용이 가능하여 추가 전력 구성 요소가 최소화되거나 필요하지 않습니다. 이 접근법은 비용, 무게 및 볼륨 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

2. 재구성 기능:

   • 모터 권선은 일반적으로 그리드 측 인덕턴스로 기능합니다.
   • 드라이브 인버터는 일반적으로 에너지 변환을 완료하고 차량 전원 배터리를 충전하기 위해 완전히 제어 된 정류기 또는 DC 컨버터로 재구성됩니다.

3. 고출력 빠른 충전 잠재력:
   일반적으로 전기 자동차 구동 시스템의 전력 수준은 충전 시스템의 전력 수준을 훨씬 능가합니다. 이론적으로, 이것은 온보드 충전기를 통합하여 고출력, 빠른 충전을 달성 할 수있게합니다.

이러한 장점을 감안할 때, 통합 충전 시스템의 개념은 1985 년 창립 이후 광범위하게 연구되어 왔습니다. 최근 몇 년 동안 현대 전력 전자 장치 및 모터 드라이브 제어 기술의 빠른 개발과 함께 다양한 모터 유형 및 토폴로지를 기반으로 한 다양한 통합 충전 시스템이 있습니다. 각각 고유 한 특성과 성능으로 등장했습니다. 이러한 토폴로지 및 제어 방법을 요약하고 분석하는 것은 미래의 연구를 안내하는 데 필수적입니다.

반면에 전기 자동차 산업은 운동 속도 조절과 결함 허용에 대한 수요가 높아집니다. 전통적인 영구 자석 모터의 고효율 및 전력 밀도를 상속하는 하이브리드 여기 모터는 전기적으로 흥분된 모터와 같은 직접 자기장 조절을 제공하면서 전기 자동차에서 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 그들의 고유 한 구조와 전자기 특성은 통합 충전 시스템에 상당한 이점을 제공하여 개발을위한 새로운 기술 솔루션을 제공합니다.

최적화 된 EV 충전기 변환기의 이점

충전 편의성은 여전히 ​​중요한 과제입니다. 운전자는 집에서 또는 하루 종일 직장에서 EV를 하룻밤 동안 충전 할 수 있지만 이러한 방법은 다양한 전력 수준을 제공합니다. 향상되었습니다온보드 충전기 (OBC)용량은 긴 충전 시간을 해결하지만 복잡성과 설계 문제를 추가합니다. 400V에서 800V 배터리 시스템으로 전환하면 충전 속도와 전력 출력 효율이 모두 향상되고 충전 전류가 줄어들어 전체 충전 시간이 단축됩니다.

전압 및 스위칭 주파수와 같은 주요 요인은 OBC 설계에 영향을 미칩니다. 이러한 매개 변수를 늘리면 OBC 용량이 크게 향상 될 수 있습니다. SIC 기반 1200V 장치는 이제 더 높은 차단 전압 기능에 선호되어 차세대 EV 플랫폼의 요구를 충족시킵니다.

고급 EV 충전기 변환기의 주요 기능

1. 고전압 스텝 다운 변환 비율
통합 된 DC-DC 변환기는 고전압 배터리에서 전원을 추출하여 12V 배터리와 같은 저전압 장치로 전달할 수 있습니다.

2. 순환 전류 제거
새로운 변환기 설계에는 순환 전류를 제거하기위한 특수 흡수 회로가 포함되어 전력 변환 효율을 높입니다.

3. 낮은 출력 전류 리플
전방 변환기 모드를 채택함으로써 컨버터는 출력 인덕터 전류 리플을 줄여서 더 부드러운 전원 전달을 보장합니다.

4. 통합 OBC 기능
Advanced EV 충전기 변환기는 OBC 기능을 통합하여 G2V (Grid-to-Vehicle) 충전, V2G (Vehicle-to-Grid) 배출 및 메인 및 보조 배터리 간의 효율적인 전력 전송을 가능하게합니다.

5. 설계 고려 사항
  ·높은 단계 다운 비율은 효과적인 전압 변환을 보장합니다.
  ·출력 리플 감소는 민감한 구성 요소에 대한 안정적인 전력을 보장합니다.

이러한 기능은 전체 시스템 성능과 유용성을 향상시키는 동시에 높은 효율과 신뢰성을 제공합니다.

결론

전기 화와 지능형 기술은 자동차 산업을 추진하고 있습니다. 배터리 기술의 발전은 EV 성장을 강화하는 반면 스마트 시스템은 안전성과 효율성을 향상시킵니다. EV 시장 점유율이 계속 증가함에 따라 이러한 혁신은 운송 환경을 변화시키는 데 중추적 인 역할을 할 것입니다.