Soluzioni EliteSiC per la ricarica di veicoli elettrici
Panoramica
Il boom nel mercato dei veicoli elettrici ha stimolato lo sviluppo di diverse industrie, con il caricabatterie per veicoli elettrici che è senza dubbio una delle applicazioni più incentivate. Per soddisfare le crescenti esigenze dei veicoli elettrici, è necessario stabilire infrastrutture di ricarica più numerose e più rapide. Allo stesso tempo, come mezzo cruciale per raggiungere obiettivi a basso impatto di carbonio, i dispositivi di ricarica per veicoli elettrici devono essere progettati in modo efficiente.
È prevista una tendenza verso una maggiore potenza e una maggiore efficienza nei moduli di ricarica. Adottando componenti di potenza e topologie adatte, insieme a controller robusti, avremo più stazioni di ricarica ad alta potenza, affrontando l'ansia da autonomia e riducendo le emissioni di carbonio.
Fasi di conversione di potenza
Il caricatore DC per veicoli elettrici consiste in una classica fase di conversione di potenza da AC-DC e DC-DC. La parte anteriore del caricatore DC è costituita da uno stadio boost di correzione del fattore di potenza (PFC) trifase, che può essere implementato in una varietà di topologie (a due o tre livelli) e unidirezionale o bidirezionale. Vedi AND90142 - Demistificare le topologie di correzione del fattore di potenza trifase per comprendere i circuiti PFC a tre livelli ed esempi di circuito a tre livelli. Il livello di tensione dalla rete elettrica 400 V - 480 V (trifase) / 110 V – 240 V (monofase) viene aumentato fino a 500 – 1000 V (e si punta a livelli superiori). Un successivo stadio isolato DC-DC converte la tensione del bus nella tensione di uscita richiesta. La tensione di uscita si allinea con le tensioni delle batterie EV (tipicamente 400V o 800V) e deve coprire i profili di carica della tensione. Pertanto, l’intervallo di uscita del DC-DC potrebbe variare da 150V fino a 1000V. Implementazioni specifiche potrebbero essere ottimizzate per il livello di 400 V o 800 V.
L’efficienza complessiva di un caricatore DC per veicoli elettrici è oggi intorno al 95%, le principali perdite provengono dalla conversione di potenza, dal cavo, dal trasformatore. In un sistema ad alta potenza, anche l'1% di perdite genera un calore enorme, quindi migliorare l’efficienza è sempre un obiettivo per i progettisti di caricatori.
Stazione di ricarica DC (caricatore)
Il DC wallbox (caricabatterie) è considerato un sostituto dei tradizionali caricabatterie AC a bassa potenza installati in luoghi come parcheggi, case, uffici, ecc. Deve essere compatto, leggero e conveniente. Il valore chiave del DC wallbox è che definisce la potenza di carica piuttosto che affidarsi a un OBC. (Il caricabatterie AC è un sistema semplice che contiene contatore di elettricità e interfacce di comunicazione, senza uno stadio di conversione ad alta potenza.) Con l'adozione dei DC wallbox, alcuni produttori considerano di rimuovere l'OBC dai loro futuri veicoli elettrici per ridurre il costo del veicolo. Tuttavia, questo comporterebbe anche inconvenienti poiché i caricabatterie AC non possono essere utilizzati.
Comunicazione
La comunicazione e la connettività sono pietre angolari dei Caricabatterie EV, soddisfano diverse funzioni: tra moduli impilati sullo stadio di potenza, CAN, PLC, RS485, che dipende dai OEM dei caricabatterie. Tra veicolo e caricabatterie per la sequenza di carica. Solitamente vengono utilizzati CAN o PLC. Connettività esterna per il pagamento, gestione del servizio, manutenzione, aggiornamenti del software, i metodi di comunicazione preferiti sono BLE, Wi-Fi, 4G/5G.
Conformità e standard
Esistono diversi standard e protocolli a livello mondiale che definiscono i requisiti per la ricarica DC, come IEC-61851 / SAE1772, GB/T, e il CHAdeMO, Combined Charging System (CCS) o i protocolli Tesla Supercharger. IEC 61000-3-2/4 definisce le limitazioni degli armonici nella potenza.
Discreto vs Modulo di potenza
Ci sono molti aspetti che influenzano la decisione del cliente, ma per prodotti ad alta potenza, la soluzione a modulo è altamente raccomandata, soprattutto quando si gestiscono più MOSFET/IGBT discreti in parallelo. L'approccio a modulo migliorerà aspetti come le prestazioni a lungo termine causate da corrente e calore sbilanciati, tempi di commutazione, connessioni dei cavi, ecc. Leggi AND9100 – Paralleling of IGBTs per saperne di più.