Elektriske kjøretøy blir nå populære på grunn av deres miljøvennlige egenskaper når det gjelder kvalitet, funksjonell enkelhet og energieffektivitet. Den funksjonelle skyvekraften drives av en elektrisk motor, som har en enkel struktur sammenlignet med en forbrenningsmotor. Når det gjelder energieffektivitet, er sammenligningen mellom forbrenningsbiler og elektriske kjøretøy symbolsk: Forbrenningsbiler har en energieffektivitet på 16 prosent, mens elbiler har en energieffektivitet på 85 prosent. Den elektriske naturen til fremdrift har en fordel fremfor naturen basert på forbrenning - fornybar energi.
Elektrisitet gir mye fleksibilitet, inkludert bruk av ulike former for energiutvinning som bidrar til å lade batteriet, og forlenger driftstiden til selve kjøretøyet. Derfor er energihøstingsteknologi et perspektiv for løsninger for forskning og utvikling av elektriske kjøretøy.
Autonomien til elektriske kjøretøy gjenspeiler direkte effektiviteten til drivverket og energistyringssystemene deres. I tillegg er nødvendig infrastruktur, som kraftige hurtigladesystemer som nå når hundrevis av kilowatt, også nødvendig for å overholde strenge forhåndsinnstilte størrelses- og effektivitetsgrenser. Gjennom sine spesifikke fysiske egenskaper kan silisiumkarbid (SiC) effektivt svare på disse nye markedsbehovene.
Blant hybrid- og elektriske kjøretøy er de ledende elektroniske kraftsystemene DC/DC boost-omformere og DC/AC-omformere. Elektroniske systemer utviklet for elektriske kjøretøy spenner fra temperatur-, strøm- og spenningssensorer til halvledere basert på SiC og galliumnitrid (GaN).
Silisiumkarbid er kraftig
I dag har autonomi og lange ladetider blitt viktige barrierer for bruk av elektriske kjøretøy. For hurtiglading kreves det mer strøm for å lade på kortere tid. På grunn av den begrensede plassen som er tilgjengelig i bilen, må batteriladesystemer gi høy effekttetthet. Først da vil det være mulig å integrere disse systemene i kjøretøyet.
I sentrum av ethvert elektrisk kjøretøy (EV) eller plug-in hybrid kjøretøy (HEV), kan vi finne høyspenningsbatterier (200 til 450 VDC) og deres ladesystemer. On-board ladere (OBC) gir en måte å lade batterier fra vekselstrøm i hjemmet ditt eller på en offentlig eller privat ladestasjon. Fra 3,6 kW trefase høyeffektomformere til 22 kW enfase, må dagens OBC-er ha høyest mulig effektivitet og pålitelighet for å sikre hurtiglading og møte begrensede plass- og vektkrav.
Alle hurtigladesystemer krever en kompakt og effektiv ladestasjon, og nåværende SiC-kraftmoduler gjør det mulig å lage systemer med nødvendig effekttetthet og effektivitet. For å oppnå ambisiøse mål om effekttetthet og systemeffektivitet, må SiC-transistorer og -dioder brukes.
Den utmerkede elektriske feltstyrken til SiC-substrater med høy hardhet tillater bruk av tynnere underlag. Sammenlignet med silisiumepitaksiallaget kan dette nå en tidel av tykkelsen. Trenden innen batterier er å øke kapasiteten, og denne funksjonen er forbundet med kortere ladetider. Dette krever igjen en OBC med høy effekt og effektivitet, som 11 kW og 22 kW.
Med introduksjonen av SCT3xHR-serien tilbyr ROHM nå den bredeste produktlinjen i det AEC-Q101-kvalifiserte SiC MOSFET-feltet, og garanterer den høye påliteligheten som kreves for innebygde ladere og DC/DC-omformere for bilapplikasjoner (Figur 1). STMicroelectronics har også et bredt utvalg av AEC-Q101-kompatible MOSFET-er, silisium- og silisiumkarbiddioder (SiC) og 32-bit SPC5 bilmikrokontrollere som gir skalerbare, kostnadseffektive og energieffektive løsninger for implementering av disse krevende omformerne (Figur 2).
Kjøretøy til nettet
Millioner av batteridrevne elektriske kjøretøy forventes å dukke opp på veien i løpet av det neste tiåret, noe som utgjør en stor utfordring for nettet. Ettersom produksjonen av ikke-programmerbare fornybare ressurser øker, øker også behovet for balanserte nettverk.
Når bilbatterier kobles til nettverket gjennom veggbokser for hjemmelading eller bedrifts- eller offentlige ladestasjoner, blir deres intelligente styring ekstremt attraktiv. Innebygde batterier kan brukes til å drive nettverket samt trekke strøm, avhengig av det umiddelbare behovet for å absorbere strøm.
Systemet bruker en fjernkontroll for å gi retur av energi akkumulert i kjøretøyet eller gjenvinning gjennom nettverket (til batteriet). Nøkkelteknologien for å implementere dette systemet er en toveis strømomformer som er koblet direkte til høyspentbatteriet (300 til 500 volt) på den automatiske siden og på lavspentnettverket (Figur 3).
Vehicle-to-grid (V2G) teknologi har potensial til å gjøre nettet mer balansert og effektivt. Når etterspørselen etter elektrisitet øker, er det avgjørende å balansere tilbud og etterspørsel.
Trådløs lading
Takket være ladepunkter plassert i garasjer eller offentlige parkeringsplasser er et spennende område trådløs lading av elbiler. Ladepunktet trenger ikke nødvendigvis være nøyaktig på linje med mottakeren under bilen. På sikt vil det bli forsøkt å utvikle en mikrolasterversjon som kan integrere lange lasteplater og offentlige veier for å laste EV/HEV-kjøretøy selv under kjøring, men dette vil avhenge av hvor mange vanskeligheter man møter på riks- og lokale administrative nivåer.
For at V2G-teknologi skal fungere uavbrutt, gi fordelene med nettverksstabilitet og la kjøretøyer fungere som generatorer og datakilder, må trådløs ladeteknologi inkorporeres ikke bare i selve kjøretøyet, men også i hjemme- og urban infrastruktur. Kjøretøyet er ladet. Dette vil gjøre kjøretøyet svært brukbart om nødvendig.
Trådløs lading basert på magnetisk resonansteknologi gjør at elektriske kjøretøy, uavhengig av type eller størrelse, kan lades automatisk og trygt ved å plassere fleksible spoler på kildeplaten ved bruk av materialer som betong og asfalt. Trådløs strøm vil gjøre det mulig for kjøretøy å lade autonomt og implementere V2G-teknologi som kontinuerlig begeistrer og demper uten menneskelig innblanding (Figur 4).
konklusjon
Bredbåndshalvlederteknologier og hurtigladestasjoner aktivert av digitale nettverksfunksjoner vil bidra til å akselerere bruken av elektriske kjøretøy. Ettersom den globale etterspørselen etter elektriske kjøretøy øker, øker også behovet for å støtte ladeinfrastruktur. Innovative ladeteknologier for elektriske kjøretøy kan være en katalysator for endring, bidra til å fremme bruken av elektriske kjøretøy, og bidra mye til målet om å redusere karbonutslipp.
Kraftelektronikken til elektriske kjøretøy er beriket med SiC-kraftenheter for å møte behovene for forbedring: energieffektiviteten til systemet; styrken og krafttettheten til elektriske kjøretøy; og høyeffektapplikasjoner som krever høy spenning og kraft – og gir dermed et viktig bidrag til systemytelse og langsiktig pålitelighet. SiC MOSFET-er og SiC Schottky-barrieredioder (SBD-er) sikrer den høyeste svitsjeeffektiviteten ved høye frekvenser.