خودروهای برقی به دلیل ویژگیهای سازگار با محیط زیست از نظر کیفیت، سادگی عملکرد و بهرهوری انرژی در حال حاضر محبوب شدهاند. نیروی رانش عملکردی توسط یک موتور الکتریکی هدایت می شود که ساختار ساده ای در مقایسه با موتور احتراق داخلی دارد. در مورد بهره وری انرژی، مقایسه بین خودروهای احتراقی و وسایل نقلیه الکتریکی نمادین است: خودروهای احتراقی بازده انرژی 16 درصد دارند، در حالی که خودروهای الکتریکی دارای بازده انرژی 85 درصد هستند. ماهیت الکتریکی پیشرانه نسبت به ماهیت مبتنی بر احتراق - انرژی تجدیدپذیر برتری دارد.
الکتریسیته انعطافپذیری زیادی را ارائه میدهد، از جمله استفاده از اشکال مختلف برداشت انرژی که به شارژ باتری کمک میکند و زمان کار خود خودرو را افزایش میدهد. بنابراین، فناوری برداشت انرژی چشماندازی برای راهحلهای تحقیق و توسعه خودروهای الکتریکی است.
استقلال خودروهای الکتریکی مستقیماً نشان دهنده کارایی پیشرانه و سیستم های مدیریت انرژی آنها است. علاوه بر این، زیرساختهای لازم، مانند سیستمهای شارژ سریع قدرتمند که اکنون به صدها کیلووات میرسد، نیز برای رعایت محدودیتهای اندازه و کارایی از پیش تعیینشده مورد نیاز است. از طریق خواص فیزیکی خاص خود، کاربید سیلیکون (SiC) می تواند به طور موثر به این نیازهای جدید بازار پاسخ دهد.
در میان خودروهای هیبریدی و الکتریکی، سیستمهای قدرت الکترونیکی پیشرو عبارتند از مبدلهای تقویت کننده DC/DC و اینورترهای DC/AC. سیستم های الکترونیکی توسعه یافته برای وسایل نقلیه الکتریکی از سنسورهای دما، جریان و ولتاژ تا نیمه هادی های مبتنی بر SiC و نیترید گالیم (GaN) متغیر است.
کاربید سیلیکون قدرتمند است
امروزه، استقلال و زمان شارژ طولانی به موانع مهمی برای پذیرش خودروهای الکتریکی تبدیل شده است. برای شارژ سریع، انرژی بیشتری برای شارژ در زمان کمتر مورد نیاز است. با توجه به فضای محدود موجود در خودرو، سیستم های شارژ باتری باید چگالی توان بالایی داشته باشند. تنها در این صورت است که امکان ادغام این سیستم ها در خودرو وجود خواهد داشت.
در مرکز هر وسیله نقلیه الکتریکی (EV) یا وسیله نقلیه هیبریدی پلاگین (HEV)، میتوان باتریهای ولتاژ بالا (200 تا 450 VDC) و سیستمهای شارژ آنها را پیدا کرد. شارژرهای داخلی (OBC) راهی برای شارژ باتری ها از برق AC در خانه یا ایستگاه های شارژ عمومی یا خصوصی ارائه می دهند. از مبدل های 3.6 کیلوواتی سه فاز پرقدرت تا 22 کیلووات تک فاز، OBC های امروزی باید بالاترین کارایی و قابلیت اطمینان ممکن را داشته باشند تا از شارژ سریع اطمینان حاصل کنند و شرایط محدود فضا و وزن را برآورده کنند.
همه سیستمهای شارژ سریع به یک ایستگاه شارژ فشرده و کارآمد نیاز دارند و ماژولهای برق فعلی SiC امکان ایجاد سیستمهایی با چگالی توان و کارایی مورد نیاز را فراهم میکنند. برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه در مورد چگالی توان و کارایی سیستم، باید از ترانزیستورها و دیودهای SiC استفاده شود.
قدرت میدان الکتریکی عالی زیرلایههای SiC با سختی بالا امکان استفاده از بسترهای نازکتر را میدهد. در مقایسه با لایه اپیتاکسیال سیلیکونی، این می تواند به یک دهم ضخامت برسد. روند باتری ها افزایش ظرفیت است و این ویژگی با زمان شارژ کوتاه تر همراه است. این به نوبه خود به یک OBC با توان و کارایی بالا مانند 11 کیلووات و 22 کیلووات نیاز دارد.
با معرفی سری SCT3xHR، ROHM اکنون گستردهترین خط تولید را در زمینه SiC MOSFET واجد شرایط AEC-Q101 ارائه میکند که قابلیت اطمینان بالای مورد نیاز برای شارژرهای داخلی و مبدلهای DC/DC برای کاربردهای خودرو را تضمین میکند (شکل 1). STMicroelectronics همچنین دارای طیف گستردهای از ماسفتهای سازگار با AEC-Q101، دیودهای سیلیکون و کاربید سیلیکون (SiC) و میکروکنترلرهای خودرو SPC5 بیتی است که راهحلهای مقیاسپذیر، مقرونبهصرفه و کمهزینه را برای پیادهسازی این مبدلهای نیازمند ارائه میکنند. (شکل 2).
وسیله نقلیه به شبکه
انتظار میرود میلیونها وسیله نقلیه برقی با باتری در دهه آینده در جادهها ظاهر شوند و چالش بزرگی برای شبکه باشد. با گسترش تولید منابع تجدیدپذیر غیرقابل برنامه ریزی، نیاز به شبکه های متعادل نیز افزایش می یابد.
هنگامی که باتریهای خودرو از طریق والباکسهای شارژ خانگی یا ایستگاههای شارژ شرکتی یا عمومی به شبکه متصل میشوند، مدیریت هوشمند آنها بسیار جذاب میشود. بسته به نیاز فوری به جذب نیرو، می توان از باتری های داخلی برای تغذیه شبکه و همچنین جذب نیرو استفاده کرد.
این سیستم از یک کنترل از راه دور برای بازگشت انرژی انباشته شده در خودرو یا بازیابی از طریق شبکه (به باتری) استفاده می کند. فناوری کلیدی برای پیاده سازی این سیستم یک اینورتر قدرت دو طرفه است که مستقیماً به باتری ولتاژ بالا (300 تا 500 ولت) در سمت اتوماتیک و در سمت شبکه ولتاژ پایین کوپل شده است (شکل 3).
فناوری وسیله نقلیه به شبکه (V2G) این پتانسیل را دارد که شبکه را متعادل تر و کارآمدتر کند. با افزایش تقاضای برق، تعادل عرضه و تقاضا بسیار مهم است.
شارژ بی سیم
به لطف نقاط شارژ واقع در گاراژها یا پارکینگ های عمومی، یک منطقه هیجان انگیز شارژ بی سیم وسایل نقلیه الکتریکی است. لزوماً نباید نقطه شارژ دقیقاً با گیرنده زیر خودرو هماهنگ باشد. در درازمدت، تلاشی برای توسعه یک نسخه میکرو بارگیری انجام خواهد شد که می تواند صفحات بارگیری طولانی و جاده های عمومی را برای بارگیری وسایل نقلیه EV / HEV حتی در حین رانندگی ادغام کند، اما این بستگی به تعداد دشواری هایی دارد که در سطح ملی و کشور با آن مواجه می شوند. سطوح اداری محلی
برای اینکه فناوری V2G بدون وقفه عمل کند، مزایای پایداری شبکه را فراهم کند و به خودروها اجازه دهد به عنوان ژنراتور و منابع داده عمل کنند، فناوری شارژ بیسیم باید نه تنها در خود خودرو، بلکه در زیرساختهای خانه و شهری نیز گنجانده شود. وسیله نقلیه شارژ می شود. این باعث می شود که خودرو در صورت نیاز بسیار قابل استفاده باشد.
شارژ بی سیم مبتنی بر فناوری تشدید مغناطیسی به وسایل نقلیه الکتریکی، صرف نظر از نوع یا اندازه، امکان شارژ خودکار و ایمن با قرار دادن کویل های انعطاف پذیر بر روی صفحه منبع با استفاده از موادی مانند بتن و آسفالت را می دهد. برق بیسیم خودروها را قادر میسازد تا به طور مستقل شارژ شوند و فناوری V2G را که به طور مداوم بدون دخالت انسان تحریک و کاهش میدهد، پیادهسازی کنند (شکل 4).
نتیجه
فناوریهای نیمهرسانای پهن باند و ایستگاههای شارژ سریع که با قابلیتهای شبکه دیجیتال فعال میشوند، به تسریع پذیرش خودروهای الکتریکی کمک میکنند. با افزایش تقاضای جهانی برای وسایل نقلیه الکتریکی، نیاز به پشتیبانی از زیرساخت های شارژ نیز افزایش می یابد. فنآوریهای نوآورانه شارژ برای وسایل نقلیه الکتریکی میتواند کاتالیزوری برای تغییر باشد، به ارتقای پذیرش خودروهای الکتریکی کمک کند و به هدف کاهش انتشار کربن کمک زیادی کند.
الکترونیک قدرت وسایل نقلیه الکتریکی با دستگاه های قدرت SiC غنی شده است تا نیازهای بهبود را برآورده کند: بهره وری انرژی سیستم. قدرت و چگالی توان وسایل نقلیه الکتریکی؛ و برنامه های پرقدرت که به ولتاژ و توان بالا نیاز دارند - بنابراین سهم مهمی در عملکرد سیستم و قابلیت اطمینان طولانی مدت دارند. ماسفتهای SiC و دیودهای سد SiC Schottky (SBD) بالاترین راندمان سوئیچینگ را در فرکانسهای بالا تضمین میکنند.