Soluciones EliteSiC para carga de vehículos eléctricos

Descripción general

El auge del mercado de vehículos eléctricos (EV) ha impulsado el desarrollo de varias industrias, siendo el cargador de EV sin duda una de las aplicaciones más incentivadas. Para satisfacer las crecientes necesidades de los EV, se deben establecer infraestructuras de carga más numerosas y rápidas. Simultáneamente, como un medio crucial para alcanzar los objetivos de bajo carbono, los dispositivos de carga de EV deben diseñarse de manera eficiente.
 
Se espera una tendencia hacia una mayor potencia y eficiencia en los módulos de carga. Al adoptar componentes de potencia y topologías adecuadas, junto con controladores robustos, tendremos más estaciones de carga de alta potencia, abordando la ansiedad por la autonomía y reduciendo las emisiones de carbono.

Etapas de conversión de potencia

El cargador de EV de CC consta de una etapa de conversión de energía clásica de CA-CC y CC-CC. La parte frontal del cargador de CC consiste en una etapa de aumento de Corrección del Factor de Potencia (PFC) trifásica, que podría implementarse en una variedad de topologías (de dos o tres niveles) y unidireccional o bidireccional. Consulte AND90142 - Demystifying Three Phase Power Factor Correction Topologies para entender tres niveles y un ejemplo de circuito PFC de tres niveles. El nivel de voltaje de la red de 400 V - 480 V (trifásica) / 110 V – 240 V (monofásica) se incrementa hasta 500 – 1000 V (y apuntando a más alto). Una etapa subsiguiente de CC-CC aislada convierte el voltaje del bus en el voltaje de salida requerido. El voltaje de salida se alinea con los voltajes de las baterías de EV (típicamente 400V u 800V) y debe cubrir los perfiles de carga de voltaje. Por lo tanto, el rango de salida de CC-CC podría oscilar entre 150V hasta 1000V. Implementaciones específicas podrían estar optimizadas para el nivel de 400 V o 800 V.
 
La eficiencia general del sistema de un cargador de EV de CC es hoy en día alrededor del 95%, las principales pérdidas provienen de la conversión de energía, cableado y transformador. En un sistema de alta potencia, incluso pérdidas del 1% generan un calor masivo, por lo que mejorar la eficiencia siempre es un objetivo para los diseñadores de cargadores.

DC wallbox (cargador)

El DC wallbox (cargador) se considera un reemplazo para los cargadores tradicionales de AC de baja potencia instalados en lugares como estacionamientos, casas, oficinas, etc. Debe ser compacto, ligero y rentable. El valor clave del DC wallbox es que define la potencia de carga en lugar de depender de un OBC. (El cargador de AC es un sistema simple que contiene un medidor de electricidad e interfaces de comunicación, sin una etapa de conversión de alta potencia). Con la adopción de los DC wallboxes, algunos fabricantes consideran eliminar el OBC de sus futuros vehículos eléctricos para disminuir el costo del vehículo. Sin embargo, esto también traería inconvenientes, ya que no se podrían usar los cargadores de AC.

Comunicación

La comunicación y conectividad son piedras angulares de los cargadores de vehículos eléctricos, cumpliendo diferentes funciones: entre módulos apilados en la etapa de potencia, CAN, PLC, RS485, lo cual depende de los OEM de cargadores. Entre el vehículo y el cargador para la secuencia de carga. Generalmente se utilizan CAN o PLC. Conectividad externa para pagos, gestión de servicios, mantenimiento, actualizaciones de software, los métodos de comunicación preferidos son BLE, Wi-Fi, 4G/5G.

Conformidad y estándar

Existen varios estándares y protocolos en todo el mundo que definen los requisitos para la carga de CC, como los estándares IEC-61851 / SAE1772, GB/T y los protocolos CHAdeMO, Combined Charging System (CCS) o Tesla Supercharger. IEC 61000-3-2/4 define las limitaciones de armónicos en la energía.

Discreto vs Módulo de potencia

Hay muchos aspectos que influyen en la decisión del cliente, pero para productos de alta potencia, se recomienda encarecidamente la solución de módulo, especialmente cuando se trata de varios MOSFET/IGBT discretos en paralelo. El enfoque de módulo mejorará aspectos como el rendimiento a largo plazo causado por el desequilibrio de corriente y calor, el tiempo de conmutación, las conexiones de cableado, etc. Lea AND9100 - Paralelización de IGBTs para obtener más información.