(H)EV-Bord-Batterieladegerät

Überblick

Empfohlene ICs für Ihre Topologie, Referenzdesigns, Platinen und Designressourcen von Antriebsstrangsystemen für erhöhte Reichweite bei vollem Drehmoment

Das im Fahrzeug eingebaute Bord-Ladegerät (OBC) dient zum Aufladen der Hochspannungsbatterie aus dem Wechselstromnetz, wenn das Fahrzeug steht. Größere Reichweiten für Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) und batteriebetriebene E-Autos (BEV) lassen sich durch eine Erhöhung der Batteriekapazität sowie durch elektronische Komponenten mit höherer Energieeffizienz erreichen. Bei den Spannungen für die verwendeten Batterien geht der Trend zu einer Standardisierung bei etwa 450 V mit einer Tendenz zu höheren Spannungen, da damit schnellere Ladezeiten und eine leichtere Verkabelung innerhalb des Fahrzeugs möglich sind. Für Bord-Ladegeräte werden häufig diskrete Hochspannungskomponenten verwendet, da modulbasierte Lösungen aufgrund des Kostendrucks zunehmend weichen müssen. Der Trend hin zu schnellen Ladevorgängen hat auch Auswirkungen auf die für OBC-Topologien geforderte Leistungsbereiche. Daher müssen neue Designs für Leistungen von 11 kW oder sogar bis zu 22 kW ausgelegt werden. Diese Entwicklung ist in Kombination mit dem Bedarf an hohen Wirkungsgraden und Leistungsdichten bei niedrigen Systemkosten eine starke Triebfeder für den Einsatz dreiphasiger Lösungen. Bei heute üblichen Anwendungen ist die Richtung des Stromflusses unidirektional, geht also vom Stromnetz zur Batterie, aber es gibt auch Anwendungen wie „Battery-to-load“ oder „Battery-to-grid“, bei denen der Stromfluss in beide Richtungen möglich ist.

Im Blockdiagramm unten finden Sie eine Auswahl empfohlener Produkte:

Produkte

Systemdiagramm für (H)EV-Bord-Batterieladegeräte

Systemvorteile

  • Geeignet für Plug-in-Hybridfahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge
  • Integrierte Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)
  • Galvanische Isolierung
  • Große Auswahl von unterstützten Eingangs- und Ausgangsspannungen
  • Anpassbare Stromgrenzwerte
  • Nutzung der Automobil-Standardkommunikation (CAN-Bus)
  • Modulares Konzept für 1- bis 3-phasiges Laden mit Wechselstrom

Beispiel für ein 3-phasiges Bord-Ladegerät:

3-phase onboard charger

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Mikrocontroller

      Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx

      tricore

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Kommunikation und System-Power-Management

      Kommunikation und System-Power-Management: OPTIREG™-LDO in Kombination mit CAN-Transceivern oder integrierten Lösungen wie SBC (System Basis Chips)

      Kommunikation und System-Power-Management

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Leistungsschalter für PFC-Schaltungen

      Leistungsschalter für PFC-Schaltungen: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs oder TRENCHSTOP™ 5-Automotive-IGBTs

      IGBT discretes

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Primäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler

      Primäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs

      sic mosfet

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Sekundäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler

      Sekundäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs und CoolSiC™-Automotive-Schottky-Dioden

      Schottky diodes

    • 3-phasiges Bord-Ladegerät

      Automotive-Pegelumsetzer-ICs

      Automotive-Pegelumsetzer-ICs unb XENSIV™ Stromsensoren

      1edn
    PFC stage

    PFC-Stufe:

    • Korrekturfaktor > 0,9
    • Regelung der Zwischenkreisspannung
    • EMV-Eingangsfilter
    • Isolierung gegen Erde

    —> wird typischerweise über eine Standard-Aufwärtswandlertopologie oder Totempfahl-Topologie realisiert

    HV-HV-Gleichstromwandler:

    • Regelung der OBC-Ausgangsspannung
    • Einstellung des Ladestroms
    • Galvanische Isolierung
    • EMV-Ausgangsfilter

    —> wird typischerweise über eine LLC-Topologie oder eine ZVS-Topologie mit Phasenverschiebung realisiert

    boost_topology

    Vorteile:

    • Für alle erforderlichen Leistungsklassen von 2,3 kW bis 22 kW geeignet
    • Kostenoptimierte Lösung (begrenzte Anzahl von Leistungshalbleitern)
    • Einfache Implementierung

    Nachteile:

    • Geringerer Wirkungsgrad (Verluste im Gleichrichter)
    • Keine bidirektionale Implementierung möglich

    Empfohlene Produkte für

    totem_pole_topology

    Vorteile:

    • Für alle erforderlichen Leistungsklassen von 2,3 kW bis 22 kW geeignet
    • Höherer Wirkungsgrad bei aktiver Gleichrichtung
    • Problemlos auf bidirektionale Ladevorgänge aufrüstbar 

    Nachteile:

    • Höhere Kosten (mehr Komponenten)
    • Komplexere Implementierung
    • Weniger Erfahrung auf Kundenseite hinsichtlich der Ansteuerung von schnell schaltenden IGBTs

    Empfohlene Produkte für

    LLC topology

    Vorteile:

    • Für alle erforderlichen Leistungsklassen von 2,3 kW bis 22 kW geeignet
    • Weit verbreitet in Industrie- und Consumer-Anwendungen
    • Keine Drosselspule zum Herausfiltern von Stromwelligkeit am Ausgang erforderlich
    • Einfache Aufrüstung auf bidirektionalen Betrieb

    Nachteile:

    • Komplexer Regelalgorithmus
      • Exakte Berücksichtigung der Resonanzfrequenz durch die Regelung erforderlich
      • Ein Ausfall der Regelung führt zu einer Beschädigung des OBC
    • Konstanter Eingangsstrom erforderlich

    Empfohlene Produkte für

    ZVS topology

    Vorteile:

    • Für alle erforderlichen Leistungsklassen von 2,3 kW bis 22 kW geeignet
    • Weit verbreitet in Industrie- und Consumer-Anwendungen
    • Keine Drosselspule zum Herausfiltern von Stromwelligkeit am Ausgang erforderlich
    • Einfache Aufrüstung auf bidirektionalen Betrieb

    Nachteile:

    • Komplexer Regelalgorithmus
      • Exakte Berücksichtigung der Resonanzfrequenz durch die Regelung erforderlich
      • Ein Ausfall der Regelung führt zu einer Beschädigung des OBC
    • Konstanter Eingangsstrom erforderlich

    Empfohlene Produkte für

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