Kenderaan elektrik kini menjadi popular kerana ciri mesra alam dari segi kualiti, kesederhanaan fungsi dan kecekapan tenaga. Tujahan berfungsi didorong oleh motor elektrik, yang mempunyai struktur mudah berbanding dengan enjin pembakaran dalaman. Mengenai kecekapan tenaga, perbandingan antara kereta pembakaran dan kenderaan elektrik adalah simbolik: kereta pembakaran mempunyai kecekapan tenaga sebanyak 16 peratus , manakala kenderaan elektrik mempunyai kecekapan tenaga sebanyak 85 peratus . Sifat elektrik pendorong mempunyai kelebihan berbanding alam semula jadi berdasarkan pembakaran - tenaga boleh diperbaharui.
Elektrik menawarkan banyak fleksibiliti, termasuk penggunaan pelbagai bentuk penuaian tenaga yang membantu mengecas bateri, memanjangkan masa operasi kenderaan itu sendiri. Oleh itu, teknologi penuaian tenaga adalah prospek untuk penyelesaian penyelidikan dan pembangunan kenderaan elektrik.
Autonomi kenderaan elektrik secara langsung mencerminkan kecekapan rangkaian kuasa dan sistem pengurusan tenaga mereka. Selain itu, infrastruktur yang diperlukan, seperti sistem pengecasan pantas berkuasa yang kini mencecah ratusan kilowatt, juga diperlukan untuk mematuhi had saiz dan kecekapan yang telah ditetapkan yang ketat. Melalui sifat fizikalnya yang khusus, silikon karbida (SiC) boleh bertindak balas dengan berkesan kepada keperluan pasaran baharu ini.
Antara kenderaan hibrid dan elektrik, sistem kuasa elektronik terkemuka ialah penukar rangsangan DC/DC dan penyongsang DC/AC. Sistem elektronik yang dibangunkan untuk kenderaan elektrik terdiri daripada penderia suhu, arus dan voltan kepada semikonduktor berdasarkan SiC dan galium nitrida (GaN).
Silikon karbida berkuasa
Hari ini, autonomi dan masa pengecasan yang lama telah menjadi halangan penting kepada penggunaan kenderaan elektrik. Untuk pengecasan pantas, lebih banyak kuasa diperlukan untuk mengecas dalam masa yang lebih singkat. Disebabkan ruang terhad yang terdapat di dalam kereta, sistem pengecasan bateri mesti memberikan ketumpatan kuasa tinggi. Selepas itu barulah mungkin untuk menyepadukan sistem ini ke dalam kenderaan.
Di tengah-tengah mana-mana kenderaan elektrik (EV) atau kenderaan hibrid plug-in (HEV), kita boleh menemui bateri voltan tinggi (200 hingga 450 VDC) dan sistem pengecasannya. Pengecas on-board (OBC) menyediakan cara untuk mengecas bateri daripada kuasa AC di rumah anda atau di stesen pengecas awam atau persendirian. Daripada penukar kuasa tinggi tiga fasa 3.6 kW kepada fasa tunggal 22 kW, OBC hari ini mesti mempunyai kecekapan dan kebolehpercayaan tertinggi yang mungkin untuk memastikan pengecasan pantas dan memenuhi keperluan ruang dan berat yang terhad.
Semua sistem pengecasan pantas memerlukan stesen pengecasan yang padat dan cekap, dan modul kuasa SiC semasa membolehkan penciptaan sistem dengan ketumpatan kuasa dan kecekapan yang diperlukan. Untuk mencapai matlamat bercita-cita tinggi mengenai ketumpatan kuasa dan kecekapan sistem, transistor dan diod SiC mesti digunakan.
Kekuatan medan elektrik yang sangat baik bagi substrat SiC berkekerasan tinggi membolehkan penggunaan substrat yang lebih nipis. Berbanding dengan lapisan epitaxial silikon, ini boleh mencapai satu persepuluh daripada ketebalan. Trend dalam bateri adalah untuk meningkatkan kapasiti, dan ciri ini dikaitkan dengan masa pengecasan yang lebih singkat. Ini, seterusnya, memerlukan OBC dengan kuasa dan kecekapan tinggi, seperti 11 kW dan 22 kW.
Dengan pengenalan siri SCT3xHR, ROHM kini menawarkan barisan produk terluas dalam medan SiC MOSFET yang berkelayakan AEC-Q101, menjamin kebolehpercayaan tinggi yang diperlukan untuk pengecas on-board dan penukar DC/DC untuk aplikasi automotif (Rajah 1). STMicroelectronics juga mempunyai rangkaian luas MOSFET yang mematuhi AEC-Q101, diod silikon dan silikon karbida (SiC) dan 32-bit SPC5 mikropengawal automotif yang menyediakan penyelesaian berskala, kos efektif dan cekap tenaga untuk melaksanakan penukar yang menuntut ini (Rajah 2).
Kenderaan ke grid
Berjuta-juta kenderaan elektrik berkuasa bateri dijangka muncul di jalan raya sepanjang dekad akan datang, menimbulkan cabaran besar kepada grid. Apabila pengeluaran sumber boleh diperbaharui yang tidak boleh diprogramkan berkembang, begitu juga keperluan untuk rangkaian yang seimbang.
Apabila bateri kereta disambungkan ke rangkaian melalui kotak dinding pengecasan rumah atau stesen pengecasan korporat atau awam, pengurusan pintar mereka menjadi sangat menarik. Bateri on-board boleh digunakan untuk menghidupkan rangkaian serta menarik kuasa, bergantung pada keperluan segera untuk menyerap kuasa.
Sistem ini menggunakan alat kawalan jauh untuk memberikan pemulangan tenaga yang terkumpul dalam kenderaan atau pemulihan melalui rangkaian (kepada bateri). Teknologi utama untuk melaksanakan sistem ini ialah penyongsang kuasa dua arah yang digandingkan terus ke bateri voltan tinggi (300 hingga 500 volt) pada bahagian automatik dan pada bahagian rangkaian voltan rendah (Rajah 3).
Teknologi kenderaan ke grid (V2G) berpotensi untuk menjadikan grid lebih seimbang dan cekap. Apabila permintaan elektrik meningkat, mengimbangi bekalan dan permintaan adalah penting.
Pengecasan tanpa wayar
Terima kasih kepada titik pengecasan yang terletak di garaj atau tempat letak kereta awam, kawasan yang menarik ialah pengecasan tanpa wayar bagi kenderaan elektrik. Titik pengecasan tidak semestinya perlu diselaraskan dengan tepat dengan penerima di bawah kereta. Dalam jangka panjang, percubaan akan dibuat untuk membangunkan versi pemuatan mikro yang boleh mengintegrasikan plat muatan panjang dan jalan awam untuk memuatkan kenderaan EV / HEV walaupun semasa memandu, tetapi ini bergantung kepada bilangan kesukaran yang dihadapi di negara dan peringkat pentadbiran tempatan.
Agar teknologi V2G beroperasi tanpa gangguan, memberikan faedah kestabilan rangkaian dan membolehkan kenderaan bertindak sebagai penjana dan sumber data, teknologi pengecasan wayarles mesti dimasukkan bukan sahaja ke dalam kenderaan itu sendiri, tetapi juga ke dalam infrastruktur rumah dan bandar. Kenderaan dikenakan bayaran. Ini akan menjadikan kenderaan itu sangat boleh digunakan jika diperlukan.
Pengecasan tanpa wayar berdasarkan teknologi resonans magnetik membolehkan kenderaan elektrik, tanpa mengira jenis atau saiz, dicas secara automatik dan selamat dengan meletakkan gegelung fleksibel pada plat sumber menggunakan bahan seperti konkrit dan asfalt. Kuasa tanpa wayar akan membolehkan kenderaan mengecas secara autonomi dan melaksanakan teknologi V2G yang secara berterusan merangsang dan melemahkan tanpa campur tangan manusia (Rajah 4).
kesimpulan
Teknologi semikonduktor jalur lebar dan stesen pengecasan pantas yang didayakan oleh keupayaan rangkaian digital akan membantu mempercepatkan penggunaan kenderaan elektrik. Apabila permintaan global untuk kenderaan elektrik meningkat, begitu juga keperluan untuk menyokong infrastruktur pengecasan. Teknologi pengecasan yang inovatif untuk kenderaan elektrik boleh menjadi pemangkin kepada perubahan, membantu menggalakkan penggunaan kenderaan elektrik, dan menyumbang banyak kepada matlamat mengurangkan pelepasan karbon.
Elektronik kuasa kenderaan elektrik diperkaya dengan peranti kuasa SiC untuk memenuhi keperluan penambahbaikan: kecekapan tenaga sistem; kekuatan dan ketumpatan kuasa kenderaan elektrik; dan aplikasi berkuasa tinggi yang memerlukan voltan dan kuasa tinggi - sekali gus memberikan sumbangan penting kepada prestasi sistem dan kebolehpercayaan jangka panjang. MOSFET SiC dan diod penghalang SiC Schottky (SBD) memastikan kecekapan pensuisan tertinggi pada frekuensi tinggi.