Động lực phát triển công nghệ Quá trình chuyển đổi điện khí hóa toàn cầu đang tăng tốc do các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt, những đột phá trong công nghệ pin và chi phí của pin lithium{0}}ion ngày càng giảm. Là một hệ thống con cốt lõi của xe điện, hệ thống sạc trên xe-ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sạc, hiệu suất sử dụng năng lượng, độ an toàn của xe và tuổi thọ pin.-ví dụ: hệ thống sạc-hiệu suất cao có thể giảm thời gian sạc tại nhà từ 8 giờ xuống còn 4 giờ, trong khi hệ thống-chất lượng kém có thể giảm hơn 30% tuổi thọ của chu kỳ pin.
Tuy nhiên, thiết kế hệ thống sạc hiện đại vượt xa phạm vi của một bộ chuyển đổi điện duy nhất, đòi hỏi một khung hợp tác đa ngành bao gồm bảy yếu tố cốt lõi: kiến trúc hệ thống (phương tiện-phương tiện, một-giai đoạn/đa{2}}giai đoạn, có hoặc không có cách ly điện), cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi nguồn (AC/DC so với DC/DC, cách ly/không-cách ly, một chiều/hai chiều), chiến lược điều khiển (điều chỉnh điện áp và dòng điện, hiệu chỉnh hệ số công suất), cấu hình bộ pin (sắp xếp pin, quản lý nhiệt), hóa học pin lithium{5}}ion (LFP, NMC, NCA), tích hợp hệ thống quản lý pin (BMS) và bảo vệ an toàn (giám sát cách điện, phát hiện lỗi). Sự tương tác của các yếu tố này quyết định hiệu suất tổng thể của hệ thống và thiết kế phải thích ứng với các tình huống khác nhau-từ việc sạc điện AC tại nhà cho đến cơ sở hạ tầng-đến{9}}lưới điện (V2G) trên xe.
Các thành phần cơ bản của hệ thống sạc Chức năng cốt lõi của hệ thống sạc xe điện là chuyển đổi năng lượng lưới thành dạng có thể lưu trữ trong pin. Chuỗi chức năng điển hình bao gồm bốn phần: giao diện lưới AC (kết nối với nguồn điện lưới một pha/ba{2}}pha), giai đoạn chỉnh lưu hoạt động (đạt được hiệu chỉnh hệ số công suất, PFC), bộ chuyển đổi DC/DC cách ly (thích ứng với điện áp bus DC và cung cấp cách ly điện) và bộ pin (bao gồm tế bào LFP/NMC/NCA và BMS).
Có sự khác biệt đáng kể giữa hai loại hệ thống sạc: bộ sạc ngoài-không bị hạn chế về kích thước cũng như khả năng tản nhiệt và có thể đạt được mức sạc cực nhanh 50-350kW-; bộ sạc trên xe (OBC) cần được lắp bên trong xe và phải đáp ứng các yêu cầu về độ nén (khối lượng<10L), high efficiency (>95%) và khả năng tương thích điện từ (EMC), với công suất thường dao động từ 3,3-22kW. Hiện tại, các thiết bị có khe cấm rộng (WBG) (silicon cacbua (SiC) và gali nitrit (GaN)) đang định hình lại thiết kế bộ chuyển đổi. Tần số chuyển mạch cao hơn (gấp 3-5 lần so với các thiết bị silicon truyền thống) và hiệu suất nhiệt vượt trội mang lại sự hỗ trợ quan trọng cho việc thu nhỏ và hiệu quả của bộ sạc tích hợp.
Thiết kế kiến trúc cốt lõi của-Hệ thống sạc trên bo mạch
2.1 Bật-Bộ sạc bo mạch (OBC) so với tắt-Trạm sạc nhanh bo mạch
Bộ sạc-có sẵn và trạm sạc nhanh-ngoài bo mạch là những giải pháp bổ sung, có thể thích ứng với các tình huống ứng dụng khác nhau:
-Bộ sạc trên bo mạch: Được nhúng hoàn toàn bên trong xe, chúng có thể sạc qua ổ cắm AC tiêu chuẩn mà không cần cơ sở hạ tầng chuyên dụng. Ưu điểm cốt lõi của họ là tính linh hoạt-người dùng có thể sạc tại nhà, tại văn phòng, v.v. bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên, do bị giới hạn bởi không gian của xe và điều kiện tản nhiệt nên công suất của chúng thường là 3,3-22kW. Thiết kế cấu trúc liên kết phải ưu tiên tính hiệu quả và gọn nhẹ (ví dụ: sử dụng cấu trúc liên kết PFC cực vật tổ không cầu nối). Các sản phẩm phổ thông hiện nay đạt mật độ điện năng 3-5 kW/L sử dụng thiết bị SiC/GaN, với hiệu suất ổn định trên 95%. Kiểm soát sạc được phối hợp trực tiếp với BMS, khiến chúng phù hợp với các tình huống di chuyển trong đô thị và gia đình với khoảng cách ngắn.
Trạm sạc nhanh ngoài xe: Những trạm này đặt chuỗi chuyển đổi nguồn điện bên ngoài xe và có thể tạo ra điện áp DC-cao (ví dụ: 800V) với công suất đầu ra là 50-350 kW, cho phép sạc cực nhanh lên 80% trong 15 phút. Thiết kế của họ không có hạn chế về kích thước và có thể áp dụng kiến trúc mô-đun và hệ thống làm mát bằng chất lỏng để đảm bảo khả năng phục vụ liên tục (ví dụ: trạm sạc taxi hoạt động 24 giờ). Tuy nhiên, chúng dựa vào cơ sở hạ tầng chuyên dụng và phù hợp cho các tình huống di chuyển đường dài và xe thương mại.
Hệ thống sạc một chiều và hai chiều
Dựa trên hướng dòng điện, hệ thống sạc có thể được chia thành hai loại:
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) và độ méo sóng hài (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.
Hệ thống sạc hai chiều: Hỗ trợ dòng năng lượng ngược (xe xả vào lưới/tải), cho phép các chức năng V2G (xe vào lưới), V2H (xe về nhà) và V2L (xe tải)-ví dụ: trong thời gian cao điểm vào lưới, xe có thể xả vào lưới để giảm bớt áp lực cung cấp điện; khi mất điện, chiếc xe có thể hoạt động như một nguồn điện khẩn cấp cho ngôi nhà. Nó yêu cầu cấu trúc liên kết được kiểm soát hoàn toàn (chẳng hạn như toàn bộ cầu, loại T, bộ chuyển đổi DAB) và đáp ứng các yêu cầu như đồng bộ hóa lưới điện và hỗ trợ công suất phản kháng, đồng thời dựa vào các giao thức như ISO 15118-20 để liên lạc an toàn.