¿Qué es un OBC (a bordo del cargador)? Una guía completa para la carga de vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos (EV) están revolucionando la forma en que pensamos sobre el transporte, ofreciendo una alternativa ecológica y eficiente a los vehículos tradicionales. Sin embargo, un aspecto crítico de la propiedad de EV es comprender cómo cobran estos vehículos y la tecnología que la hace posible. En el núcleo de este sistema está el OBC (cargador a bordo), un componente clave responsable de convertir la electricidad en energía utilizable para la batería.

Introducción

El cambio global hacia la movilidad eléctrica está impulsado por la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, minimizar la dependencia de los combustibles fósiles y adoptar fuentes de energía renovables. A medida que los EV se vuelven más comunes, también lo hace la necesidad de comprender sus sistemas de carga.

Cargar un EV implica mucho más que conectarlo a una salida. Requiere un mecanismo sofisticado para convertir la potencia de la cuadrícula en una forma que la batería del vehículo puede usar. ElOBC (a bordo del cargador)es este mecanismo.

Esta guía proporciona información sobre la funcionalidad del EV OBC, por qué es parte integral de los EV y cómo se compara con los cargadores externos, equipándolo con el conocimiento para tomar decisiones informadas sobre las necesidades de carga de su EV.

¿Qué es un OBC (a bordo del cargador)?

Un OBC (cargador a bordo) es un componente crucial integrado en vehículos eléctricos (EV) que facilita el proceso de carga. La función principal del EV OBC es convertir la corriente alterna (AC) de una fuente de energía externa, como una salida de origen estándar o una estación de carga pública, en la corriente continua (CC), que luego se almacena en la batería del vehículo. Esta conversión es necesaria porque las baterías eléctricas del vehículo solo pueden almacenar y usar energía de CC, mientras que la mayoría de las fuentes de energía, como las salidas eléctricas, suministran energía de CA.

Funciones clave de un EV OBC:

1.Conversión de potencia:
El EV OBC convierte eficientemente la electricidad de CA entrante de la cuadrícula en alimentación de CC que puede ser utilizada por la batería del vehículo. Este proceso asegura que la batería del vehículo reciba el tipo correcto de energía para el almacenamiento. La eficiencia de esta conversión es crucial para maximizar el uso de energía y minimizar los desechos durante el proceso de carga.

2.Gestión de cargos:
El EV OBC no solo convierte la potencia; También administra el proceso de carga en sí. Regula la cantidad de corriente y voltaje suministrados a la batería, asegurando que la batería se cargue de manera segura y eficiente. Esta regulación ayuda a evitar daños por carga inadecuada, asegurando que la batería funcione con un máximo rendimiento.

3.Protección de la batería:
El EV OBC también es responsable de proteger la batería durante el proceso de carga. Monitorea factores como la temperatura y el voltaje para evitar sobrecarga o sobrecalentamiento, lo que podría reducir la vida útil de la batería. Esta característica asegura que la batería se cargue en un entorno controlado, extendiendo su longevidad y manteniendo un rendimiento óptimo.

Sin un EV OBC, los EV requerirían que los cargadores externos voluminosos realicen estas funciones, lo que hace que el proceso de carga sea mucho menos conveniente y menos integrado en el diseño del vehículo. El OBC permite una carga sin costuras en el vehículo que es esencial para la conveniencia y la funcionalidad de los vehículos eléctricos.

¿Cómo funciona un OBC?

Un cargador a bordo (OBC) es un componente vital de un vehículo eléctrico (EV), que funciona como intermediario entre la fuente de energía externa y la batería del vehículo. El OBC asegura que el vehículo reciba el tipo y la cantidad de energía necesaria para cargar su batería de manera segura y eficiente. Aquí hay una mirada detallada de cómo funciona el OBC:

Los cargadores a bordo juegan un papel importante en los vehículos eléctricos, con una variedad de funciones, y es importante comunicarse con el BMS (sistema de gestión de baterías) y los sistemas de monitoreo de vehículos. A través de la red de alta velocidad puede interactuar con el BMS, puede generar dinámicamente los parámetros de corriente y voltaje que son más adecuados para el estado de la batería de alimentación de acuerdo con las instrucciones del BMS, y seleccionar el modo de carga óptimo para la batería embalar. Durante el proceso de carga, el BMS monitorea principalmente el estado de voltaje, corriente, temperatura y conexión del paquete de baterías para controlar y proteger la batería. Comuníquese con el sistema de monitoreo del vehículo a través de la red de alta velocidad en la red, cargue su propio estado de trabajo, parámetros de trabajo e información de alarma de falla, y acepte el comando de control para comenzar a cargar o dejar de cargar. Además, también tiene funciones completas de protección de seguridad. Por ejemplo, la protección contra el voltaje de la entrada de CA, la alarma de entrada al voltaje de la entrada de CA, la protección contra la corriente de entrada de la entrada de CA, la protección contra la corriente de salida de la salida de CC, la protección de cortocircuito de salida de CC, el arranque suave de salida, la prevención de choque de corriente, el retardante de la llama, etc. . El OBC integrado consta de múltiples partes, que incluyen un puerto de entrada de CA, una unidad de potencia, una unidad de control, una unidad auxiliar de bajo voltaje y un puerto de salida de CC. El puerto de entrada de CA es responsable de recibir alimentación de CA de la red eléctrica, y generalmente tiene 7 puertos de pin y tres tipos de conexiones. La interfaz de entrada estándar adopta un voltaje de entrada monofásico de frecuencia de energía de 220V, y si se requiere la alimentación, dos pines de repuesto también se pueden habilitar para lograr una entrada de 380V.

Como el canal de transmisión de energía de carga, la unidad de potencia incluye principalmente el módulo de supresión de interferencia electromagnética, el módulo de rectificador, el módulo de corrección del factor de potencia, el módulo de filtro, el módulo de conversión de puente completo y el módulo de salida de CC. Con la cooperación de la unidad de control, la corriente alterna de frecuencia de potencia de entrada se convierte en corriente continua adecuada para el voltaje apropiado que el sistema de batería de alimentación puede aceptar. La unidad de control es la parte central del cargador integrado, que controla el proceso de conversión de la unidad de alimentación a través del dispositivo de conmutación, completa con precisión la función de conversión a través del control de circuito cerrado y proporciona funciones de protección. Incluye principalmente el módulo primario de detección y protección lateral, módulo de detección y protección de sobrecorriente, módulo de monitoreo y protección de sobre voltaje/subtensión y módulo de control principal DSP. La unidad auxiliar de bajo voltaje proporciona una fuente de alimentación de bajo voltaje a la electrónica de la unidad de control y se da cuenta de la conexión entre el sistema y el mundo exterior. Incluye principalmente el módulo de comunicación CAN, el módulo de fuente de alimentación auxiliar y el módulo de interacción humano-computadora. El puerto de salida de CC es responsable de proporcionar potencia de CC a la batería, incluidos dos pines en los postes positivos y negativos de la fuente de alimentación auxiliar de bajo voltaje, dos pines en los postes positivos y negativos del circuito de carga de alto voltaje, el suelo , las líneas de comunicación Canh y Canl (también pueden tener un blindaje) y la línea de señal de solicitud de carga.

Tipos de cargadores a bordo

No todos los OBC son iguales. Diferentes modelos EV están equipados con tipos específicos de OBC en función de su uso previsto y infraestructura de carga.

En general, los cargadores a bordo se pueden dividir en cargadores a bordo unidireccionales, cargadores a bordo de dos vías y cargadores integrados a bordo.

·（Cargador a bordo de uni-dirección ： ： La potencia fluye en una dirección, generalmente utilizando tecnología de fuente de alimentación de conmutación de alta frecuencia, y la topología se divide en una estructura de una sola etapa y una estructura de dos etapas; Solo la función de carga.

·（Cargador a bordo de bi-dirección ： ： El flujo de potencia en ambas direcciones, principalmente utilizando una estructura de conversión de dos etapas, que se compone de un convertidor AC-DC bidireccional y un convertidor DC-DC bidireccional. Hay tanto una función de carga como una función de inversor.

·La potencia fluye en ambas direcciones, principalmente utilizando una estructura de conversión de dos etapas, que se compone de un convertidor AC-DC bidireccional y un convertidor DC-DC bidireccional. Hay tanto una función de carga como una función de inversor.

·V2L （Vehículo para cargar） Función del inversor: tome energía de la batería de alimentación a bordo y proporcione una alimentación de CA de 220 VAC al equipo eléctrico de tierra a través del cargador bidireccional integrado, el puerto de carga de CA y la placa especial de enchufe de CA V2L;

·V2G （Función del inversor de vehículo a red: tome energía de la batería de alimentación a bordo y conéctese a la red eléctrica a través del cargador bidireccional a bordo, el puerto de carga de CA y la pila de carga de CA de tierra.

·Cargador integrado de integración:OBC 、 DC-DC 、 Pduand Otra integración de potencia a bordo: Integración OBC+DC-DC2-In-1 、 OBC+DC-DC+PDU3-In-1 Integración ；

·Motor, control electrónico, reductor 、 OBC 、 DC-DC 、 BMS Equal Electric Drive + Integración de energía a bordo: integración todo en uno.

Ventajas de usar un OBC en vehículos eléctricos

La integración de un OBC (cargador a bordo) en vehículos eléctricos (EV) ofrece numerosas ventajas que mejoran la experiencia general de propiedad del EV. Aquí hay algunos beneficios clave de usar un OBC:

1. Conveniencia:

Un OBC permite a los propietarios de EV cargar sus vehículos desde tomas de corriente estándar o cargadores EV dedicados sin la necesidad de equipos externos adicionales. Esta solución incorporada elimina la molestia de transportar dispositivos de carga adicionales o encontrar estaciones de carga especializadas, lo que facilita cargar el vehículo en casa o mientras está en movimiento.

2. Eficiencia:

El OBC minimiza la pérdida de energía durante el proceso de conversión de la corriente alterna (AC) a la corriente continua (DC). Al garantizar una transferencia eficiente de energía, optimiza el uso de electricidad, lo que permite una carga más rápida y efectiva, lo que puede ahorrar tiempo y dinero.

3. Seguridad:

Los OBC modernos están equipados con características de seguridad avanzadas, como protección contra sobrecarga, sobrecalentamiento y cortocircuitos. Estas salvaguardas incorporadas aseguran la seguridad de la batería y los sistemas eléctricos del vehículo, reduciendo el riesgo de daños durante el proceso de carga.

4. Portabilidad:

Como sistema incorporado, el OBC elimina la necesidad de transportar dispositivos de carga externos voluminosos. Esta configuración optimizada hace que el EV sea más fácil de usar, con menos componentes de los que preocuparse.

5. Flexibilidad:

Los OBC son compatibles con varios estándares de carga, lo que permite que los EV carguen en diferentes lugares, ya sea en el hogar, estaciones de carga pública o cargadores en el lugar de trabajo. Esta flexibilidad mejora la conveniencia de poseer un EV.

6. Ahorro de costos:

Al reducir la dependencia de cargadores externos costosos, particularmente para las configuraciones de carga domiciliaria, un OBC ayuda a los propietarios de EV a ahorrar en costos por adelantado y a largo plazo. Simplifica el proceso de carga y elimina la necesidad de equipos de carga especializados.

Características clave de los OBC modernos

Los OBC modernos están diseñados para satisfacer las necesidades en evolución de los usuarios de vehículos eléctricos. Algunas características destacadas incluyen:

• Alta eficiencia:Muchos OBC ahora logran tasas de eficiencia superiores al 95%, lo que reduce el desperdicio de energía.
• Diseño compacto y liviano:Los materiales y diseños avanzados hacen que los OBC sean menos voluminosos, contribuyendo a la eficiencia del vehículo.
• Carga inteligente:La integración con aplicaciones y sistemas domésticos inteligentes permite a los usuarios programar y monitorear las sesiones de carga.
• Sistemas de gestión térmica:Los mecanismos de enfriamiento incorporados evitan el sobrecalentamiento, asegurando un rendimiento confiable.
• Rango de voltaje amplio:El soporte para múltiples niveles de voltaje permite la carga en diferentes regiones con estándares de potencia variables.

OBC vs. Cargadores externos: ¿Cuál es la diferencia?

La distinción entre un OBC (cargador a bordo) y un cargador externo es esencial para comprender la infraestructura de carga EV:

Si bien los OBC son perfectos para la carga diaria, los cargadores externos a menudo se usan para cargos rápidos en estaciones públicas.

Consejos para mantener su OBC

Mantener su cargador a bordo (OBC) es esencial para garantizar su eficiencia, confiabilidad y longevidad. Siga estos consejos para mantener su OBC en condiciones óptimas:

1. Use cargadores compatibles

Siempre cargue su EV utilizando fuentes de energía y cargadores que cumplan con las especificaciones descritas por el fabricante. El uso de cargadores incompatibles puede forzar el OBC y potencialmente dañar el sistema eléctrico de su vehículo.

2. Inspeccionar regularmente

Verifique periódicamente los puertos y cables de carga para obtener cualquier daño físico, suciedad o corrosión. Limpie los puertos suavemente para garantizar un contacto eléctrico adecuado y evitar interrupciones de carga causadas por escombros o desgaste.

3. Monitorear el comportamiento de carga

Esté atento al comportamiento de carga de su vehículo. Los signos inusuales, como los tiempos de carga más lentos, los ruidos extraños o los códigos de error que se muestran en el tablero, pueden indicar un problema con el OBC que requiere atención.

4. Instalar actualizaciones

Mantenga su firmware OBC actualizado con el último software proporcionado por el fabricante. Las actualizaciones a menudo incluyen mejoras de rendimiento, nuevas características y soluciones para problemas conocidos.

5. Consulte a los profesionales

Para cualquier reparación o inquietud sobre su OBC, consulte a técnicos de EV certificados. Intentar arreglar componentes eléctricos complejos usted mismo puede conducir a más problemas o garantías nulas.

Selección de dispositivos de potencia para OBC a bordo

El OBC del cargador a bordo es uno de los componentes clave que determinan la potencia de carga y la eficiencia de los vehículos eléctricos, y los semiconductores de potencia, como los MOSFET de alto voltaje a base de silicio y los IGBT, SIC SBDS y SIC MOSFET son los componentes clave para realizar los componentes clave Conversión de corriente continua y corriente alterna de OBC.

Comparación de MOSFETS de carburo de silicio, MOSFETS e IGBTS de Silicon Super Junction

Los MOSFET de SIC están disponibles para PFC, DCDC del lado primario y rectificación del lado secundario (bidireccional) y se recomiendan para sistemas de batería de 800 VDC. Esta tecnología logra la mayor eficiencia y densidad de potencia en comparación con IGBT o MOSFET de superjuncia de silicio. Entre los muchos diseños que usan MOSFET SIC, puede haber soluciones híbridas, es decir, IGBTS o MOSFET de superjuncia de silicio también se pueden usar para algunas etapas de energía del OBC.

1. En un sistema de batería de 400 VDC, la eficiencia de los MOSFET de SIC se puede aumentar en 0.2%-0.5% si se utilizan topologías tradicionales de aumento o reforzamiento escalonado; Si se usa para DCDC del lado primario o rectificación del lado secundario (bidireccional), se puede mejorar la densidad de potencia y la eficiencia. Los mosfets de carburo de silicio pueden ofrecer beneficios aún mayores cuando se usan en niveles de potencia más altos donde la eficiencia es crítica para reducir las cargas de calor.

2. Se recomienda utilizar MOSFET SIC de 1200 V para sistemas de batería de 800 VDC y MOSFET de 650V SIC para sistemas de batería de 400 VDC. Al usar Totem Pole PFCS, la tecnología MOSFET de carburo de silicio es una solución recomendada para cualquier voltaje de batería.

3. Los MOSFET de superjuncia de silicio están disponibles para PFC, DCDC del lado primario y rectificación del lado secundario (bidireccional). Los MOSFET de superjuncia de silicio funcionan bien para PFC en el impulso tradicional, el impulso sin bridgless y los diseños de rectificadores de Viena, pero no tan bien cuando se usan en PFC de tótem. Las desventajas de los PFC de tótem de tótem de cambio duro son las pérdidas de recuperación inversa del diodo del cuerpo y la incapacidad de operar en modo de conducción continua. En comparación con los IGBT, los MOSFET de superjuncia de silicio tienen mayores velocidades de conmutación y eficiencia. Para las células OBC con un voltaje nominal de 400VDC, los MOSFET de superjuncia de silicio de 650 V son ideales para la rectificación primaria y secundaria en diseños bidireccionales.

Los IGBT no tienen un diodo corporal incorporado y necesitan empaquetar un diodo dentro o conectar un diodo externo en paralelo. El IGBT híbrido contiene un diodo de carburo de silicio en el paquete.

1. Para los PFC, los IGBT se pueden usar en la mayoría de las topologías y se pueden usar para tubos "de baja velocidad" de PFC de polo de tótem, incluso si se usan otras técnicas para tubos de "alta velocidad". Al considerar el costo de la conversión DCDC del lado primario, los IGBT se pueden usar en diseños con niveles de potencia más bajos.

2. Las velocidades de conmutación más lentas y las eficiencias más bajas tendrán que estar dentro del rango aceptable del diseño en comparación con los MOSFET de superjuncia de silicio o MOSFET de carburo de silicio. Los IGBT también se pueden usar para la rectificación del lado secundario en diseños bidireccionales de baja potencia, pero no se usan comúnmente debido a las altas pérdidas de conmutación (en comparación con la superjuncia de silicio o los mosfets de carburo de silicio).

3. Comparación de diodos de silicio y diodos de carburo de silicio: se pueden usar diodos de silicio para la etapa OBC PFC y la rectificación del lado secundario (diseño unidireccional) en sistemas de batería de 400V. Los diodos de carburo de silicio son ideales para sistemas de batería de 800 V debido a su alta densidad de potencia, altas clasificaciones de voltaje y sin pérdidas de recuperación inversa. Los diodos SIC también pueden funcionar a voltajes más bajos para una mayor eficiencia.

Conclusión

El OBC (cargador a bordo) es una piedra angular de la tecnología de vehículos eléctricos, que permite la carga de batería eficiente y segura. Su capacidad para convertir, regular y monitorear el flujo de energía asegura que los propietarios de EV puedan confiar en sus vehículos para el uso diario y los largos viajes.

Mejorar la eficiencia energética requiere la ayuda de nuevos materiales semiconductores, como los dispositivos de energía WBG. OBC bidireccional para la industria automotriz, por ejemplo, combina los beneficios de los nuevos materiales en las aplicaciones, incluida la eficiencia energética mejorada, el tamaño reducido, el peso reducido y el menor costo general, al tiempo que respaldan casos innovadores de uso de energía verde como V2G. Como proveedor líder mundial de tecnologías OBC y de apoyo, Pumbaa EV está trabajando con sus clientes para crear un futuro más verde y más sostenible.

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