Gonilne sile tehnološkega razvoja Globalna transformacija elektrifikacije se pospešuje, poganjajo pa jo vse strožji okoljski predpisi, preboji v tehnologiji baterij in padajoči stroški litij-ionskih celic. Kot osrednji podsistem električnih vozil-vgrajeni polnilni sistem neposredno vpliva na čas polnjenja, energetsko učinkovitost, varnost vozila in življenjsko dobo baterije-na primer, visoko-učinkovit polnilni sistem lahko skrajša čas polnjenja doma z 8 ur na 4 ure, medtem ko lahko sistem slabe-kakovosti skrajša življenjsko dobo baterije za več kot 30%.
Vendar sodobna zasnova polnilnega sistema daleč presega obseg enega samega pretvornika električne energije in zahteva multidisciplinarni okvir za sodelovanje, ki zajema sedem ključnih elementov: sistemsko arhitekturo (vozilo/ne-vozilo, eno-stopenjsko/več-stopenjsko, z ali brez električne izolacije), topologijo pretvornika moči (AC/DC v primerjavi z DC/DC, izolirano/ne{4}}izolirano, enosmerno/dvosmerno), strategije nadzora (regulacija napetosti in toka, korekcija faktorja moči), konfiguracija paketa baterij (razporeditev celic, toplotno upravljanje), kemija litij-ionskih celic (LFP, NMC, NCA), integracija sistema za upravljanje baterije (BMS) in varnostna zaščita (nadzor izolacije, odkrivanje napak). Medsebojno delovanje teh elementov določa splošno delovanje sistema, zasnova pa se mora prilagoditi različnim scenarijem-od domačega polnjenja z izmeničnim tokom do infrastrukture vozila-do-omrežja (V2G).
Osnovne komponente polnilnega sistema Osnovna funkcija polnilnega sistema za električna vozila je pretvorba omrežne energije v obliko, ki jo je mogoče shraniti v bateriji. Tipična funkcionalna veriga vključuje štiri dele: omrežni vmesnik AC (povezovanje z eno-faznim/tri-faznim omrežnim napajanjem), aktivno usmerniško stopnjo (doseganje korekcije faktorja moči, PFC), izoliran pretvornik DC/DC (prilagajanje napetosti vodila DC in zagotavljanje električne izolacije) in paket baterij (vključno s celicami LFP/NMC/NCA in BMS).
Med obema vrstama polnilnih sistemov so velike razlike: zunanji-polnilniki niso omejeni z velikostjo in odvajanjem toplote in lahko dosežejo 50-350kW ultra{3}}hitro polnjenje; vgrajeni polnilniki (OBC) morajo biti vgrajeni v vozilo in morajo izpolnjevati zahteve glede kompaktnosti (prostornine).<10L), high efficiency (>95%) in elektromagnetno združljivostjo (EMC), z močjo, ki se običajno giblje od 3,3-22kW. Trenutno naprave s širokim pasovnim razmikom (WBG) (silicijev karbid (SiC) in galijev nitrid (GaN)) preoblikujejo zasnovo pretvornika. Njihove višje preklopne frekvence (3- do 5-krat večja od tradicionalnih silicijevih naprav) in vrhunska toplotna zmogljivost zagotavljajo ključno podporo za miniaturizacijo in učinkovitost vgrajenih polnilnikov.
Osnovna zasnova arhitekture-sistemov za polnjenje v vozilu
2.1 Vgradni-polnilnik (OBC) v primerjavi z izven{3}}hitrimi polnilnimi postajami
-Vgrajeni polnilniki in -zunanje hitre polnilne postaje so komplementarne rešitve, prilagodljive različnim scenarijem uporabe:
-Vgrajeni polnilniki: v celoti vgrajeni v vozilo se lahko polnijo prek standardne vtičnice za izmenični tok, pri čemer ni potrebna posebna infrastruktura. Njihova glavna prednost je prilagodljivost-, ki jo lahko uporabniki kadar koli polnijo doma, v pisarnah itd. Vendar pa je njihova moč omejena s prostorom v vozilu in pogoji odvajanja toplote, običajno 3,3-22kW. Zasnova topologije mora dati prednost učinkovitosti in kompaktnosti (npr. uporaba totem-polne PFC topologije brez mostov). Trenutni glavni izdelki dosegajo gostoto moči 3-5 kW/L z uporabo SiC/GaN naprav s stabilno učinkovitostjo nad 95 %. Nadzor polnjenja je neposredno usklajen z BMS, zaradi česar so primerni za scenarije doma in mestnih potovanj na kratke razdalje.
Zunanje-hitre polnilne postaje: te postavijo verigo za pretvorbo moči zunaj vozila in lahko oddajajo visoko-napetost enosmernega toka (npr. 800 V) z izhodno močjo 50-350 kW, kar omogoča ultra-hitro polnjenje do 80 % v 15 minutah. Njihova zasnova nima omejitev glede velikosti in lahko sprejme modularno arhitekturo in sistem tekočinskega hlajenja, da zagotovi neprekinjene storitvene zmogljivosti (npr. 24-urno delovanje polnilnih postaj za taksije). Vendar se zanašajo na namensko infrastrukturo in so primerni za potovanja na dolge razdalje in scenarije gospodarskih vozil.
Enosmerni in dvosmerni polnilni sistemi
Glede na smer pretoka moči lahko polnilne sisteme razdelimo v dve kategoriji:
Unidirectional charging systems: Energy flows only from the grid to the vehicle. Due to their simple structure, low cost, and short certification process, they remain the mainstream. Its topology is mostly "Boost/Vienna rectifier front end + isolated DC/DC", focusing on optimizing power factor (>0,99) in harmonično popačenje (THD<5%), suitable for scenarios such as home charging where "the vehicle is only used as a load", accounting for more than 80% of the current on-board charger market.
Dvosmerni sistem polnjenja: podpira obratni tok energije (odvajanje vozila v omrežje/obremenitev), kar omogoča funkcije V2G (od vozila do omrežja), V2H (od vozila do doma) in V2L (od vozila do polnjenja)-na primer, v obdobjih največje obremenitve se lahko vozilo odvaja v omrežje, da zmanjša pritisk napajanja; med izpadi elektrike lahko vozilo deluje kot zasilni vir energije za dom. Zahteva popolnoma nadzorovano topologijo (kot je polni-most, T-tip, pretvorniki DAB) in izpolnjuje zahteve, kot sta sinhronizacija omrežja in podpora za reaktivno moč, ter se zanaša na protokole, kot je ISO 15118-20 za varno komunikacijo.