Что означает более высокая мощность зарядки для систем постоянного тока электромобилей?

Зарядка электромобилей переходит в фазу повышения мощности.

Инфраструктура общественных зарядных станций расширяется, а быстрые и сверхбыстрые зарядные устройства занимают все большую долю среди новых установок. Новые платформы электромобилей также движутся в сторону более высоких напряжений батарей, на рынок выходят архитектуры на 800 В и даже 1000 В.

Для зарядного оборудования это событие поднимает довольно простой вопрос: что меняется при увеличении мощности зарядки?

Решение заключается не просто в более мощном преобразователе мощности.

Напряжение и ток движутся вместе.

Мощность зарядки зависит как от напряжения, так и от тока. Повышение напряжения системы позволяет передавать то же количество энергии при меньшем токе.

Например, для выработки 350 кВт при напряжении 400 В требуется теоретический ток около 875 А. При напряжении 800 В ток снижается примерно до 438 А.

Это важно, поскольку ток напрямую влияет на потери в проводниках и выделение тепла. Следовательно, при одинаковом уровне мощности более высокое напряжение может помочь снизить потери в процессе зарядки.

Однако снижение тока не устраняет электрических проблем. Система зарядки по-прежнему должна выдерживать более высокое постоянное напряжение на своем силовом тракте, включая коммутирующие устройства, защитные компоненты, шины, разъемы и изоляционные системы.

Цепь передачи постоянного тока становится все более важной.

Мощное зарядное устройство содержит ряд компонентов, расположенных между этапом преобразования энергии и транспортным средством.

Токовый путь может включать в себя шины, кабели, разъемы, контакторы, предохранители и другие устройства защиты или коммутации. Их номинальные параметры нельзя рассматривать независимо, поскольку условия эксплуатации одной части системы могут влиять на требования другой.

Например, контактор постоянного тока, используемый в системе зарядки электромобилей, должен работать при требуемом напряжении и токе, а также справляться с фактическими условиями переключения в данном приложении.

То же самое относится и к предохранителям постоянного тока. Номинальный ток важен, но это лишь часть процесса выбора. Необходимо также учитывать напряжение системы, допустимый ток короткого замыкания, отключающую способность, температуру и условия установки.

Это становится еще более важным по мере того, как зарядное оборудование переходит на более высокие уровни мощности.

Управление тепловым режимом по-прежнему имеет значение.

Повышение напряжения в системе может помочь снизить ток при заданном уровне мощности, но при этом важным фактором остается выделение тепла.

Потери мощности происходят по всей системе зарядки, включая соединения, проводники, коммутационные компоненты и каскады преобразования энергии. Непрерывная работа на высокой мощности может значительно увеличить эти потери, особенно внутри компактного зарядного оборудования.

Именно поэтому система охлаждения стала важной частью конструкции мощных зарядных устройств.

В некоторых случаях сам зарядный кабель требует активного охлаждения, чтобы выдерживать очень высокие токи, не делая при этом кабель чрезмерно тяжелым или неудобным в использовании. Внутри зарядного устройства силовая электроника и другие компоненты, выделяющие тепло, также должны работать в пределах заданного температурного диапазона.

Поэтому при выборе компонентов необходимо учитывать фактические тепловые условия, а не только номинальные значения напряжения и тока.

Требования к защите меняются вместе с системой.

Для мощных систем постоянного тока также необходимо тщательно продумать защиту от неисправностей.

Система зарядки должна адекватно реагировать на короткое замыкание и другие нештатные ситуации, одновременно изолируя поврежденную цепь. Предохранитель, контактор и другие защитные устройства должны работать в пределах напряжения и условий неисправности системы.

Это особенно актуально для архитектур с более высоким напряжением, поскольку требования к прерыванию короткого замыкания постоянного тока возрастают по мере увеличения напряжения системы.

Поэтому проектирование системы защиты необходимо рассматривать совместно с электрической архитектурой, а не как отдельный этап выбора компонентов.

Свыше 800 В

Напряжение 800 В стало важным ориентиром для высокопроизводительных платформ электромобилей, но отрасль уже движется в сторону его превышения.

На рынок выходят платформы для пассажирских электромобилей с напряжением 1000 В, а также разрабатываются сверхбыстрые и мегаваттные зарядные устройства для тех областей применения, где сокращение времени зарядки имеет особое значение.

Для легковых автомобилей эффективность зарядки будет все больше зависеть от того, насколько хорошо автомобиль и зарядная инфраструктура взаимодействуют друг с другом.

Для коммерческого транспорта и электрогрузовиков требования могут быть еще более жесткими. Для тяжелых условий эксплуатации разрабатываются зарядные устройства мегаваттного масштаба, где сокращение времени зарядки может напрямую повлиять на эффективность использования транспортного средства.

По мере развития этих систем, цепь передачи постоянного тока должна будет выдерживать более высокое напряжение, большой непрерывный ток, более жесткие тепловые условия и все более сложные требования к защите.

Проектирование системы постоянного тока в целом.

Переход к более быстрой зарядке электромобилей меняет не только номинальную мощность зарядного устройства.

Уровень напряжения, ток, тепловые условия, коммутационные характеристики и защита от неисправностей тесно взаимосвязаны. Компоненты, такие как контакторы постоянного тока и предохранители, необходимо выбирать в соответствии с фактическими условиями эксплуатации зарядной системы, а не только исходя из номинальных параметров.

Для производителей зарядных устройств для электромобилей такой системный подход будет приобретать все большее значение по мере дальнейшего роста мощности зарядки.