Заряженные электромобили | Передовые решения Kikusui для тестирования мощности аккумуляторов, силовой электроники и бортовых зарядных устройств.

Мировая индустрия электромобилей переживает быстрый рост, что приводит к острой потребности в системах преобразования энергии, которые не только эффективны, но и высоконадежны. Среди них бортовое зарядное устройство (OBC) является критически важным компонентом, задачей которого является преобразование переменного тока (AC) от различных зарядных инфраструктур, жилых, коммерческих или общественных, в постоянный ток (DC), подходящий для зарядки высоковольтных аккумуляторных систем.

Производительность и безопасность OBC напрямую влияют на общую эффективность автомобиля, состояние аккумулятора и удобство использования. По мере того как экосистема электромобилей развивается и включает в себя расширенные функциональные возможности, такие как «автомобиль-сеть» (V2G), «автомобиль-дом» (V2H) и модульную распределенную силовую электронику, требования к тестированию и проверке становятся более сложными и строгими, особенно в переменных и динамических электрических условиях.

В этой статье представлен всесторонний обзор того, как передовые решения Kikusui для тестирования мощности, в частности, серия программируемых источников питания переменного/постоянного тока PCR-WEA/WEA2, серия двунаправленных источников питания постоянного тока PXB и высокоскоростные электронные нагрузки постоянного тока PLZ-5WH2, обеспечивают детальную оценку, функциональное тестирование и бесшовную системную интеграцию OBC и других критически важных электронных компонентов электромобилей, включая тяговые батареи. Эти инструменты поддерживают надежную оценку характеристик в различных реальных сценариях, способствуя улучшению проверки конструкции, обеспечению соответствия требованиям и оптимизации производительности в системах электромобильности следующего поколения.

OBC электромобилей служат основным интерфейсом между энергосистемой и высоковольтной батареей автомобиля, обеспечивая безопасное преобразование переменного тока в постоянный в широком диапазоне входных условий. Современные OBC должны не только обеспечивать эффективную однонаправленную зарядку, но и во все большей степени поддерживать двунаправленный поток энергии для функций V2H/V2G, сетевых интерактивных услуг и приложений хранения энергии.

В то же время производители автомобилей переходят к компактным, модульным и многофункциональным силовым электронным блокам, объединяя OBC, преобразователи постоянного тока и распределительные коробки в интегрированные блоки для уменьшения размера, веса и стоимости.

Эти достижения увеличивают потребность в:

• Надежная устойчивость стороны переменного тока к провалам напряжения, изменениям частоты, мгновенным перерывам в работе и гармоническим искажениям.
• Стабильное управление со стороны постоянного тока, обеспечивающее правильное поведение при зарядке, защиту аккумулятора и соответствие мировым стандартам.
• Испытательное оборудование, способное воспроизводить условия сети по всему миру, обеспечивая повторяемость и ускорение разработки.

Системы электропитания лабораторного уровня Kikusui обеспечивают эту контролируемую среду, гарантируя, что OBC и аккумуляторные системы проверяются в условиях реальных электрических колебаний с высокой точностью.

Рисунок 1. Преобразование переменного в постоянный ток сигналов напряжения и тока во встроенном зарядном устройстве (OBC).

Оценка бортовых зарядных устройств со стороны переменного тока
Серия PCR-WEA/WEA2 — это регулируемый источник питания переменного/постоянного тока высокой мощности, предназначенный для гибкого и высокоточного моделирования сети. Он поддерживает все основные глобальные конфигурации переменного тока, используемые для зарядки электромобилей (EV), в том числе:

• Однофазное напряжение 120 В (обычно используется в США)
• Однофазный, трехпроводный, 200 В (L1-N-L2, обычно 100 В между фазой и нейтралью, 200 В между фазами)
• Трехфазное напряжение 208 В (между линиями), обычно используется в промышленных или коммерческих зарядных устройствах.

Один блок PCR-WEA/WEA2 может воспроизводить эти условия напряжения и фазы без необходимости дополнительного оборудования, что значительно снижает сложность тестирования и позволяет быстро изменять конфигурацию для глобального тестирования на соответствие.

Линейка PCR-WEA2, состоящая из 15 моделей, предлагает выходную мощность переменного/постоянного тока от 1 до 36 кВА с регулируемой одно- и трехфазной выходной мощностью от 6 кВА и выше. Он имеет рекуперативный режим для снижения энергопотребления и поддерживает параллельную работу до 144 кВА для масштабируемых испытательных систем. Эта серия предлагает:

• Гибкость выходной частоты до 5 кГц
• 4-кратный номинальный пиковый ток
• Допуск пускового тока в 1,4 раза в течение 500 мс

Эти функции позволяют инженерам точно оценивать производительность OBC во время запуска, моделировать реальные нарушения в сети и проверять переходные процессы во время быстрых переходов нагрузки.

Доступные варианты конфигураций мощности: 1 кВА и 2 кВА, 4 кВА, 8 кВА, 12 кВА, 16 кВА, 20 кВА и 24 кВА. Для приложений, требующих более высокой мощности, параллельная работа может увеличить выходную мощность до 96 кВА. Кроме того, трехфазная серия PCR-WEA2 доступна в моделях мощностью 3 кВА, 6 кВА, 12 кВА, 18 кВА, 24 кВА, 30 кВА и 36 кВА с возможностью параллельного расширения до 144 кВА.

Рисунок 2. Моделирование мощности переменного тока для зарядки электромобилей: однофазные и трехфазные входы 100 В/200 В, обеспечивающие выходные сигналы чистой синусоидальной формы для зарядки мощностью 7 кВт, 11 кВт и 22 кВт.

Ключевые особенности и преимущества PCR-WEA/WEA2:

• Универсальные выходные конфигурации, поддерживающие все основные напряжения зарядки электромобилей.
• Сверхкомпактный дизайн, обеспечивающий высокую плотность мощности для уменьшения занимаемой площади в лаборатории.
• Исключительная обработка переходных процессов при пусковых нагрузках и пиковых нагрузках.
• Расширенные функции секвенирования для моделирования возмущений, гармоник и расширенного поведения сети.
• Моделирование глобальной сети с регулируемым напряжением, частотой и фазой.
• Проверенная надежность, широко используемая в японской автомобильной промышленности и производстве бытовой электроники.

Функции последовательности для расширенного моделирования переменного тока
Серия PCR-WEA/WEA2 включает в себя сложное программирование сигналов, которое позволяет инженерам точно воспроизводить сложное поведение энергосистемы. Эти функции необходимы для оценки надежности OBC, характеристик ЭМС и соответствия международным стандартам испытаний.

Моделирование нарушений электропитания

Система может воспроизводить ряд реальных аномалий, в том числе:

• Пониженное напряжение/повышенное напряжение
• Провалы, скачки и колебания напряжения
• Мгновенные прерывания
• Искажение формы сигнала

Эти симуляции помогают проверить работу OBC во время отключений электроэнергии, нестабильной инфраструктуры и переходных событий в сети.

Гармонический и фазовый контроль

PCR-WEA/WEA2 поддерживает гармонический синтез до 40-го порядка, что позволяет проводить подробный анализ поведения коррекции коэффициента мощности (PFC) и характеристик электромагнитных помех OBC. Регулируемые настройки начальной фазы (например, 0°, 90°, 270°) позволяют протестировать сценарий запуска в наихудшем случае.

Тестирование на соответствие и стандарты

Эта серия поддерживает тестирование в соответствии с основными мировыми стандартами качества электроэнергии, такими как:

• МЭК 61000-4-11 – Провалы напряжения, короткие перерывы, колебания
• МЭК 61000-4-28 – Изменения частоты
• МЭК 61000-4-34 – Помехи напряжения для сильноточного оборудования.

Эти функции помогают производителям проверять устройства перед официальной сертификацией, сокращая циклы разработки и риски соответствия.

Рисунок 3. Различные функции управления последовательностями: моделирование провалов напряжения, прерываний и гармонических сигналов для соответствия стандартам IEC 61000.

Оценка бортовых зарядных устройств на стороне постоянного тока
В дополнение к тестированию на стороне переменного тока компания Kikusui предлагает мощные инструменты для тестирования на стороне постоянного тока, включая двунаправленный источник питания постоянного тока серии PXB и высокоскоростную электронную нагрузку постоянного тока серии PLZ-5WH2.

Серия PXB – двунаправленный источник питания постоянного тока высокой мощности

Серия PXB обеспечивает двунаправленную работу, позволяя как получать, так и потреблять энергию для тестирования с рекуперацией энергии. Это снижает общее потребление энергии во время расширенных циклов испытаний.

Серия PXB, поддерживающая напряжение до 1500 В, идеально подходит для оценки высоковольтных аккумуляторных систем (типично 300–750 В постоянного тока). Его регенеративная способность имитирует условия зарядки и разрядки, точно отражая реальные условия эксплуатации электромобиля.

Серия PLZ-5WH2 – электронная нагрузка постоянного тока

Серия PLZ-5WH2 обеспечивает высокоскоростную переходную реакцию и точный контроль динамической нагрузки, что позволяет точно измерять выходные характеристики OBC, такие как регулирование напряжения, пульсации и переходный процесс.

Благодаря напряжению до 1000 В он позволяет инженерам оценивать поведение OBC при резких изменениях нагрузки, обеспечивая безопасность и надежность в реальной эксплуатации.

Системная интеграция и гибкость приложений
Объединив системы PCR-WEA/WEA2, PXB и PLZ-5WH2, Kikusui предоставляет полностью интегрированную испытательную среду OBC, способную с точностью моделировать условия как на стороне сети, так и на стороне батареи.

Эта интегрированная платформа позволяет:

• Комплексное тестирование производительности переменного и постоянного тока в условиях переменной сети
• Долгосрочные испытания на выносливость и эффективность за счет рекуперативного потока мощности
• Гармонические, переходные испытания и испытания на соответствие мировым стандартам.
• Оптимизированное использование энергии за счет регенерации энергии

Такая установка обеспечивает всестороннюю проверку и ускоренную разработку систем питания OBC и электромобилей следующего поколения.

Заключение
По мере расширения возможностей и сложности силовой электроники для электромобилей потребность в высокоточных, глобально репрезентативных испытательных средах продолжает расти. Серии PCR-WEA/WEA2, PXB и PLZ-5WH2 компании Kikusui представляют собой комплексное решение для оценки постоянного и переменного тока OBC, высоковольтных аккумуляторных систем и соответствующей силовой электроники.

Обеспечивая расширенное гармоническое моделирование, рекуперативный режим, быстрое управление переходными процессами и функции последовательности, ориентированные на соответствие требованиям, эти инструменты позволяют инженерам с уверенностью проектировать, проверять и интегрировать системы зарядки электромобилей следующего поколения и системы управления энергопотреблением.

Чтобы узнать больше, посетите: