(H)EV-Bord-Batterieladegerät
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:
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:
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3-phasiges Bord-Ladegerät
Mikrocontroller
Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx
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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)
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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
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3-phasiges Bord-Ladegerät
Primäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler
Primäre Leistungsschalter für Gleichstromwandler: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs
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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
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3-phasiges Bord-Ladegerät
Automotive-Pegelumsetzer-ICs
Automotive-Pegelumsetzer-ICs unb XENSIV™ Stromsensoren
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
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
- Schalter: TRENCHSTOP™ 5-Automotive-IGBTs oder CoolMOS™-Automotive-MOSFETs
- Dioden: CoolSiC™-Automotive-Schottky-Dioden
- Gate-Treiber-ICs: Pegelumsetzer-ICs für den Automotive-Bereich
- Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx
- Kommunikation und System-Power-Management: OPTIREG™-LDO in Kombination mit CAN-Transceivern oder integrierten Lösungen wie SBC (System Basis Chips)
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
- Schalter: TRENCHSTOP™ 5-IGBTs für den Automotive-Bereich
- Gleichrichtung: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs
- Gate-Treiber-ICs: Pegelumsetzer-ICs für den Automotive-Bereich
- Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx
- Kommunikation und System-Power-Management: OPTIREG™-LDO in Kombination mit CAN-Transceivern oder integrierten Lösungen wie SBC (System Basis Chips)
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
- Schalter: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs
- Gleichrichtung: CoolSiC™-Automotive-Schottky-Dioden
- Gate-Treiber-ICs: Pegelumsetzer-ICs für den Automotive-Bereich
- Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx
- Kommunikation und System-Power-Management: OPTIREG™-LDO in Kombination mit CAN-Transceivern oder integrierten Lösungen wie SBC (System Basis Chips)
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
- Schalter: CoolMOS™-Automotive-MOSFETs oder CoolSiC™-Automotive-Siliziumcarbid-MOSFETs
- Gleichrichtung: CoolSiC™-Automotive-Schottky-Dioden
- Gate-Treiber-ICs: Pegelumsetzer-ICs für den Automotive-Bereich
- Mikrocontroller: AURIX™-Automotive-Mikrocontroller TC2xxx oder TC3xx
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