Componentele electronice din stațiile de încărcare pentru vehicule electrice operează într-un mediu dur, ceea ce înseamnă că toate sursele de alimentare suplimentare trebuie să fie proiectate pentru categoria de supratensiune corespunzătoare și pentru o gamă largă de temperaturi. În plus, când vine vorba de convertoarele AC/DC și DC/DC utilizate aici, acestea trebuie să fie eficiente și economice. Pentru o lungă perioadă de timp, numărul insuficient de stații de încărcare a reprezentat o barieră în calea adoptării pe scară largă a vehiculelor electrice. O extindere cuprinzătoare a infrastructurii de încărcare elimină acum această barieră, cel puțin în multe țări. De exemplu, numai în luna decembrie 2020, China a instalat 112 000 de stații publice de încărcare – mai mult decât întreaga rețea publică de încărcare din SUA. Potrivit IHS Markit, această expansiune va duce la o piață de 14 miliarde USD pentru infrastructura de încărcare a vehiculelor electrice până în 2025.
Încărcătoarele integrate de la bordul vehiculului (OBC – onboard chargers) vor deveni din ce în ce mai mult proiecte dedicate clientului. În schimb, pentru stațiile de încărcare și casetele de perete vor fi utilizate surse de alimentare auxiliare modulare standard. Acestea variază de la aproximativ 2 kW pentru o casetă de perete cu ieșire de curent alternativ până la 350 kW pentru o unitate de încărcare rapidă de curent continuu, la o stație de încărcare publică. Totuși, din cauza apropierii lor de rețeaua de distribuție de curent alternativ, toate acestea funcționează într-un mediu foarte dur, cu temperaturi extreme și căderi bruște de tensiune, supratensiuni și vârfuri de tensiune. Pentru a respecta standardele internaționale și, astfel, pentru a funcționa cât mai economic posibil, unitățile de încărcare trebuie, în egală măsură, să îndeplinească cerințe stricte în ceea ce privește eficiența și pierderile fără sarcină.
Categoria de supratensiune contează
Convertor DC/DC de 0,5 W izolat în format IC, cu izolație de 5 kV AC.
Dispozitivele expuse la tensiuni tranzitorii de curent alternativ trebuie să aibă o gamă largă de intrare și să respecte nivelul III al categoriei de supratensiune (OVC) (a se vedea tabelul de mai jos). Cu toate acestea, cele mai multe produse AC/DC sunt conforme doar cu OVC II, sau clasa OVC nici măcar nu este menționată. De exemplu, Categoria III include convertorul AC/DC RAC05-SK/480 de 5W de la Recom. Acesta are o gamă de intrare foarte largă, de la 85V la 528V pentru o tensiune nominală de 100V până la 277V de la conductorul de linie la conductorul neutru în sistemele monofazate sau 208/480V nominal pentru conectarea de la fază la fază în sistemele trifazate. Distanțele interne de siguranță sunt mai mari decât în modulele standard pentru a îndeplini cerințele mai stricte ale OVC III. În plus, convertorul dispune de o serie de ieșiri de curent continuu. Convertorul poate fi operat la temperaturi cuprinse între -40°F (-40°C) și 176°F (80°C).
Pentru puteri mai mari, este potrivit RAC10/277 de 10 W de la Recom, cu o gamă de intrare de la 85V la 305VAC. Convertorul economic este, de asemenea, clasificat în OVC III și are ieșiri simple și duble pentru o gamă largă de aplicații. Cu o valoare ridicată a curentului maxim la ieșire, de 140%, acesta este potrivit și pentru sarcini care au curenți de pornire mari (inrush current). Ambele versiuni sunt disponibile într-o capsulă de 2″ × 1″ pentru montarea pe PCB, au pierderi reduse în standby și îndeplinesc standardele EMC de clasă B.
Categorii de supratensiune pentru alimentarea DC. Încărcătoarele pentru vehicule electrice se încadrează de obicei în Categoria III. (Sursa: Recom)
Un încărcător tipic necesită, de asemenea, funcții de convertor DC/DC pentru magistralele interne de curent continuu și pentru alimentarea interfețelor de comunicație izolate. În acest caz, este deseori necesară o rigiditate dielectrică ridicată, împreună cu o gamă largă de temperaturi de funcționare și o dimensiune compactă. Datorită capacității sale de izolare în curent alternativ de 5 kV, R05CT05S este deosebit de bine adaptat în acest caz. Acesta oferă o tensiune de ieșire de 5V sau 3,3V de la o tensiune de intrare de 5V într-o capsulă în format de circuit integrat (IC). Temperatura de operare este de până la 284°F (140°C), iar componentele sunt complet protejate împotriva scurtcircuitelor, supracurentului, excesului de temperatură și subtensiunii de intrare.
Recent, a fost lansată o nouă versiune de 1 W, ceva mai puternică, seria RxxCTExx fiind disponibilă într-o capsulă mică SOIC-16 SMT cu o înălțime de numai 2,65 mm.
Pentru aplicațiile foarte sensibile la costuri, se recomandă componentele THT, cum ar fi seria RKE/H de la Recom în format SIP7. Aceasta are o gamă largă de tensiuni de intrare și ieșire și dispune de o eficiență ridicată și o izolație DC de 4 kV, ceea ce este util pentru monitorizarea tensiunii și curentului bateriei, care adesea nu sunt conectate la masă.
DC/DC neizolate pentru încărcătoare de baterii de 48 V
În unele vehicule electrice se utilizează baterii de 48 V, de exemplu, în cazul camionetelor mici, al vehiculelor de teren, al dronelor și al vehiculelor hibride plug-in. Convertoarele DC/DC neizolate pot fi utilizate ca sursă principală de încărcare pentru acestea, deoarece tensiunea este sub limita SELV (safety extra low voltage) de 60VDC. Acest lucru permite îmbunătățirea eficienței conversiei de putere. Un modul precum RBBA3000 de la Recom este foarte potrivit, având o ieșire nominală de 50A pentru o putere de până la 3 kW. Acesta este programabil din exterior de la 0 la 60VDC iar curentul este monitorizat, ceea ce înseamnă că poate fi creat un profil precis de încărcare a bateriei. Convertorul DC/DC este proiectat într-un format de jumătate de cărămidă cu răcire prin placa de bază, cu dimensiuni de 63,2 mm × 60,6 mm × 13 mm. Acesta dispune de un semnal de măsurare a curentului de sarcină, eliminând necesitatea unui șunt extern care este predispus la pierderi. Cu o gamă de temperaturi de operare de la -40°F (-40°C) la 185°F (85°C), este potrivit pentru mediul de încărcare și pentru o varietate de alte aplicații.
Autori: Axel Stangl, Product Sales Manager Power & Line Manager pentru produse Recom la Rutronik și Steve Roberts, BSc., MSc., Innovation Manager la Recom
Rutronik | https://www.rutronik.com
