Резонансное решение для быстрой и гибкой зарядки электромобилей

Бортовой бустер позволяет быстро заряжать автомобили на 800 В на обычных станциях на 400 В. Подача напряжения 400 В "повышается" до 800 В с мощностью до 150 кВт. В результате аккумулятор транспортного средства заряжается с 5% состояния заряда (SoC) до 80% SoC всего за более чем 35 минут, при этом значительно расширяются возможности зарядки высоковольтных транспортных средств.

Устройство представляет собой классический резонансный преобразователь, обычно используемый в интегральных схемах. Он доступен в двух классах мощности: 50 кВт и 150 кВт. Его особая топология позволяет бустеру достичь КПД более 97%. Достижение такой эффективности потребовало разработки и тестирования подходящих программных алгоритмов для функциональной совместимости всех зарядных станций постоянного тока, доступных во всем мире.

Во всем мире стандарты для станций быстрой зарядки различаются, как и протоколы зарядки и связи, относящиеся к комбинированной системе зарядки (CCS), стандарту CHAdeMo или GB / T. Кроме того, однако, вопросы предварительной зарядки зарядного кабеля, мониторинга изоляции или достоверности и балансировки PE различаются в зависимости от географического положения и требуют использования интеллектуальных программных алгоритмов. Preh предлагает для этого глобально совместимое решение с общим программным обеспечением и тем же оборудованием. Оба они прошли полевые испытания на всех распространенных станциях быстрой зарядки.

Трехступенчатое преобразование постоянного / постоянного тока

Архитектура бустера имеет два дополнительных преимущества: во-первых, за счет бустера мощностью 150 кВт на станциях быстрой зарядки, ограниченного максимумом 750 В (например, в Китае), двигательная установка автомобиля на 800 В. Аккумулятор можно полностью зарядить до 100% без потери времени на переключение. Во-вторых, на компоненты электрической системы транспортного средства подается напряжение без перебоев во время процесса зарядки, поскольку напряжение 800 В может поддерживаться стабильно.

Отдельный преобразователь постоянного тока в постоянный, установленный наверху усилителя, служит «мульти преобразователем», способным преобразовывать 800 В в три различных напряжения: 48 В, 12 В и 400 В. Например, напряжение 48 В может питать функцию стабилизации крена высокопроизводительного автомобиля. Система также работает в двух направлениях; функция рекуперации преобразует 48 В обратно в 800 В. Напряжение 12 В обеспечивает питание электрических нагрузок отеля, а напряжение 400 В обеспечивает работу электрического компрессора кондиционера. Некоторые OEM-производители уже изучают способы замены традиционной 12-вольтовой батареи в электромобилях, в частности, для снижения веса. В будущем это станет возможным с использованием интеллектуальной архитектуры системы, которая включает в себя комбинацию преобразователей постоянного тока в постоянный.

Трехступенчатый преобразователь постоянного тока в постоянный отличается компактной конструкцией. Поскольку небольшие места для установки оставляют минимальное пространство для мер по изоляции электромагнитной совместимости (ЭМС), одной из задач было свести к минимуму возникновение электромагнитных помех. Поэтому на каждом каскаде используются резонансные преобразователи, которые обеспечивают мягкое преобразование напряжения без потерь с КПД до 96%.

Такой высокий КПД значительно снижает количество отходящего тепла и обеспечивает компактную конструкцию системы. Выбранная топология поддерживает внутренние напряжения ниже 650 В, что означает, что можно использовать экономичные Si MOSFET (кремниевые металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы) в конструкции устройства поверхностного монтажа (SMD). Кроме того, амплитуда пульсаций тока может быть небольшой.

В основе преобразователя лежит мощный вычислительный блок, который управляет всей системой с несколькими преобразователями с помощью интеллектуальной концепции управления. Как мульти-преобразователь, так и высоковольтный усилитель помещаются в компактное монтажное пространство и могут быть интегрированы в электрическую трансмиссию с экономией места. Надежность таких компонентов в Preh обеспечивается собственной высокопроизводительной испытательной лабораторией мощностью 250 кВт. Здесь технические специалисты могут провести моделирование воздействия на окружающую среду, а также механические, электрические испытания и испытания на срок службы в штаб-квартире в Бад-Нойштадте, Германия.

Что будет дальше с преобразователями

В настоящее время разрабатывается следующее поколение высоковольтных бустеров. Он использует концепцию модульной платформы с общими частями. В следующем поколении мультиконвертера постоянного тока в постоянный ток основное внимание уделяется дальнейшему увеличению удельной мощности при дальнейшей оптимизации места для установки. Также в стадии доработки находится система управления аккумулятором, которая в своей текущей версии находится в серийном производстве и используется в различных гибридных транспортных средствах и промышленных грузовиках.

Ожидается, что будущие вехи будут включать в себя бортовое зарядное устройство на 11 кВт, способное обеспечить варианты двунаправленной зарядки для транспортных средств от сети (V2G) и от транспортных средств к нагрузке (V2L), а также дальнейшее развитие решений беспроводной зарядки на 11 кВт.