Električna vozila sada postaju popularna zbog svojih ekoloških karakteristika u smislu kvaliteta, funkcionalne jednostavnosti i energetske efikasnosti. Funkcionalni potisak pokreće električni motor, koji ima jednostavnu strukturu u poređenju sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem. Što se tiče energetske efikasnosti, poređenje između automobila sa unutrašnjim sagorevanjem i električnih vozila je simbolično: automobili sa unutrašnjim sagorevanjem imaju energetsku efikasnost od 16 odsto, dok električna vozila imaju energetsku efikasnost od 85 odsto. Električna priroda pogona ima prednost u odnosu na prirodu zasnovanu na sagorevanju - obnovljivoj energiji.
Električna energija nudi veliku fleksibilnost, uključujući korištenje različitih oblika prikupljanja energije koji pomažu pri punjenju baterije, produžujući vrijeme rada samog vozila. Stoga je tehnologija prikupljanja energije perspektiva za rješenja za istraživanje i razvoj električnih vozila.
Autonomija električnih vozila direktno odražava efikasnost njihovog pogonskog sklopa i sistema upravljanja energijom. Osim toga, neophodna infrastruktura, kao što su moćni sistemi brzog punjenja koji sada dostižu stotine kilovata, također je potrebna da bi se ispunila stroga unaprijed postavljena ograničenja veličine i efikasnosti. Svojim specifičnim fizičkim svojstvima, silicijum karbid (SiC) može efikasno da odgovori na ove nove potrebe tržišta.
Među hibridnim i električnim vozilima, vodeći elektronski sistemi napajanja su DC/DC pojačivači i DC/AC invertori. Elektronski sistemi razvijeni za električna vozila kreću se od senzora temperature, struje i napona do poluprovodnika na bazi SiC i galijum nitrida (GaN).
Silicijum karbid je moćan
Danas su autonomija i dugo vrijeme punjenja postali važne barijere za usvajanje električnih vozila. Za brzo punjenje potrebno je više energije za punjenje za kraće vrijeme. Zbog ograničenog raspoloživog prostora u automobilu, sistemi za punjenje baterija moraju osigurati veliku gustinu snage. Tek tada će biti moguće integrisati ove sisteme u vozilo.
U središtu svakog električnog vozila (EV) ili plug-in hibridnog vozila (HEV), možemo pronaći visokonaponske baterije (200 do 450 VDC) i njihove sisteme za punjenje. Ugrađeni punjači (OBC) pružaju način za punjenje baterija iz AC napajanja u vašem domu ili na javnoj ili privatnoj stanici za punjenje. Od trofaznih pretvarača velike snage od 3,6 kW do jednofaznih od 22 kW, današnji OBC moraju imati najveću moguću efikasnost i pouzdanost kako bi osigurali brzo punjenje i ispunili zahtjeve ograničenog prostora i težine.
Svi sistemi brzog punjenja zahtevaju kompaktnu i efikasnu stanicu za punjenje, a trenutni SiC energetski moduli omogućavaju kreiranje sistema sa potrebnom gustinom snage i efikasnošću. Za postizanje ambicioznih ciljeva u pogledu gustine snage i efikasnosti sistema moraju se koristiti SiC tranzistori i diode.
Odlična jačina električnog polja SiC supstrata visoke tvrdoće omogućava upotrebu tanjih podloga. U poređenju sa epitaksijalnim slojem silicijuma, ovo može doseći jednu desetinu debljine. Trend kod baterija je povećanje kapaciteta, a ova karakteristika je povezana sa kraćim vremenom punjenja. Ovo, pak, zahtijeva OBC velike snage i efikasnosti, kao što su 11 kW i 22 kW.
Sa uvođenjem serije SCT3xHR, ROHM sada nudi najširu liniju proizvoda u polju SiC MOSFET-a kvalifikovanog za AEC-Q101, garantujući visoku pouzdanost potrebnu za ugrađene punjače i DC/DC pretvarače za automobilske aplikacije (Slika 1). STMicroelectronics također ima širok raspon MOSFET-ova usklađenih sa AEC-Q101, dioda od silicijuma i silicijum karbida (SiC) i 32-bit SPC5 automobilskih mikrokontrolera koji pružaju skalabilna, isplativa i energetski efikasna rješenja za implementaciju ovih zahtjevnih pretvarača (Slika 2).
Vozilo na mrežu
Očekuje se da će se milioni električnih vozila na baterije u narednoj deceniji pojaviti na cestama, što će predstavljati veliki izazov za mrežu. Kako se proizvodnja neprogramabilnih obnovljivih resursa širi, tako raste i potreba za uravnoteženim mrežama.
Kada su automobilske baterije povezane na mrežu preko kućnih zidnih kutija za punjenje ili korporativnih ili javnih stanica za punjenje, njihovo inteligentno upravljanje postaje izuzetno atraktivno. Ugrađene baterije se mogu koristiti za napajanje mreže, kao i za crpljenje energije, u zavisnosti od trenutne potrebe za apsorpcijom energije.
Sistem koristi daljinski upravljač kako bi omogućio povrat energije akumulirane u vozilu ili povrat preko mreže (do baterije). Ključna tehnologija za implementaciju ovog sistema je dvosmjerni pretvarač napajanja koji je spojen direktno na visokonaponsku bateriju (300 do 500 volti) na strani automatike i na strani niskonaponske mreže (slika 3).
Vehicle-to-grid (V2G) tehnologija ima potencijal da mrežu učini uravnoteženijom i efikasnijom. Kako potražnja za električnom energijom raste, balansiranje ponude i potražnje je ključno.
Bežično punjenje
Zahvaljujući punjačima smještenim u garažama ili javnim parkiralištima, uzbudljivo područje je bežično punjenje električnih vozila. Tačka punjenja ne mora nužno biti precizno poravnata sa prijemnikom ispod automobila. Dugoročno, pokušat će se razviti verzija za mikro utovar koja može integrirati duge utovarne ploče i javne puteve za utovar EV/HEV vozila čak i tokom vožnje, ali to će ovisiti o broju poteškoća na koje se naiđu na nacionalnom i lokalni administrativni nivoi.
Kako bi V2G tehnologija radila bez prekida, pružala prednosti stabilnosti mreže i omogućavala vozilima da djeluju kao generatori i izvori podataka, tehnologija bežičnog punjenja mora biti ugrađena ne samo u samo vozilo, već iu kućnu i urbanu infrastrukturu. Vozilo je naplaćeno. Ovo će učiniti vozilo vrlo upotrebljivim ako je potrebno.
Bežično punjenje zasnovano na tehnologiji magnetne rezonancije omogućava da se električna vozila, bez obzira na tip ili veličinu, automatski i sigurno pune postavljanjem fleksibilnih zavojnica na izvornu ploču koristeći materijale kao što su beton i asfalt. Bežično napajanje će omogućiti vozilima da se pune autonomno i implementiraju V2G tehnologiju koja kontinuirano uzbuđuje i prigušuje bez ljudske intervencije (Slika 4).
zaključak
Širokopojasne poluvodičke tehnologije i stanice za brzo punjenje koje omogućavaju mogućnosti digitalne mreže pomoći će da se ubrza usvajanje električnih vozila. Kako globalna potražnja za električnim vozilima raste, raste i potreba za podrškom infrastrukture za punjenje. Inovativne tehnologije punjenja za električna vozila mogu biti katalizator promjena, pomoći u promicanju usvajanja električnih vozila i mnogo doprinijeti cilju smanjenja emisije ugljika.
Energetska elektronika električnih vozila obogaćena je SiC energetskim uređajima kako bi se zadovoljile potrebe poboljšanja: energetske efikasnosti sistema; snaga i gustina snage električnih vozila; i aplikacije velike snage koje zahtijevaju visok napon i snagu – čime se daje važan doprinos performansama sistema i dugoročnoj pouzdanosti. SiC MOSFET-ovi i SiC diode s Schottky barijerom (SBD) osiguravaju najveću efikasnost prebacivanja na visokim frekvencijama.