Sähköajoneuvoista on tulossa suosittuja niiden ympäristöystävällisten ominaisuuksien vuoksi, jotka liittyvät laatuun, toiminnalliseen yksinkertaisuuteen ja energiatehokkuuteen. Toiminnallista työntövoimaa käyttää sähkömoottori, jonka rakenne on yksinkertainen polttomoottoriin verrattuna. Energiatehokkuuden osalta polttomoottoriautojen ja sähköajoneuvojen vertailu on symbolinen: polttoautojen energiatehokkuus on 16 prosenttia, kun taas sähköautojen energiatehokkuus on 85 prosenttia. Propulsion sähköisellä luonteella on etu polttoon perustuvaan luonteeseen verrattuna - uusiutuvaan energiaan.
Sähkö tarjoaa paljon joustavuutta, mukaan lukien erilaisten energiankeruumuotojen käyttö, jotka auttavat lataamaan akkua ja pidentämään itse ajoneuvon käyttöaikaa. Siksi energiankorjuuteknologia on mahdollisuus sähköajoneuvojen tutkimus- ja kehitysratkaisuihin.
Sähköajoneuvojen autonomia heijastaa suoraan niiden voimansiirron ja energianhallintajärjestelmien tehokkuutta. Lisäksi tarvitaan myös tarvittava infrastruktuuri, kuten tehokkaat, nyt satojen kilowattien tehoiset pikalatausjärjestelmät, jotta ne täyttäisivät tiukat esiasetetut koko- ja tehokkuusrajoitukset. Erityisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta piikarbidi (SiC) voi vastata tehokkaasti näihin uusiin markkinoiden tarpeisiin.
Hybridi- ja sähköajoneuvojen joukossa johtavat elektroniset tehojärjestelmät ovat DC/DC-boost-muuntimet ja DC/AC-invertterit. Sähköajoneuvoihin kehitetyt elektroniset järjestelmät vaihtelevat lämpötila-, virta- ja jänniteantureista piikarbidiin ja galliumnitridiin (GaN) perustuviin puolijohteisiin.
Piikarbidi on voimakas
Nykyään autonomiasta ja pitkistä latausajoista on tullut tärkeitä esteitä sähköajoneuvojen käyttöönotolle. Nopeaa latausta varten tarvitaan enemmän tehoa ladataksesi lyhyemmässä ajassa. Koska autossa on vain vähän tilaa, akun latausjärjestelmien tulee tarjota korkea tehotiheys. Vasta sitten nämä järjestelmät voidaan integroida ajoneuvoon.
Minkä tahansa sähköajoneuvon (EV) tai ladattavan hybridiauton (HEV) keskeltä löytyy suurjänniteakut (200-450 VDC) ja niiden latausjärjestelmät. Sisäänrakennetut laturit (OBC) tarjoavat tavan ladata akkuja verkkovirrasta kotona tai julkisella tai yksityisellä latausasemalla. 3,6 kW:n kolmivaiheisista suurtehomuuntimista 22 kW:n yksivaiheisiin OBC:iden on oltava mahdollisimman tehokkaita ja luotettavia, jotta ne takaavat nopean latauksen ja täyttävät rajalliset tila- ja painovaatimukset.
Kaikki pikalatausjärjestelmät vaativat kompaktin ja tehokkaan latausaseman, ja nykyiset SiC-tehomoduulit mahdollistavat tarvittavan tehotiheyden ja -tehokkuuden omaavien järjestelmien luomisen. Tehontiheyttä ja järjestelmän tehokkuutta koskevien kunnianhimoisten tavoitteiden saavuttamiseksi on käytettävä SiC-transistoreja ja -diodeja.
Korkeakovien SiC-alustojen erinomainen sähkökentän voimakkuus mahdollistaa ohuempien alustojen käytön. Pii-epitaksiaaliseen kerrokseen verrattuna tämä voi olla kymmenesosa paksuudesta. Akkujen trendi on lisätä kapasiteettia, ja tämä ominaisuus liittyy lyhyempiin latausaikoihin. Tämä puolestaan vaatii korkean tehon ja hyötysuhteen omaavan OBC:n, kuten 11 kW ja 22 kW.
SCT3xHR-sarjan julkaisun myötä ROHM tarjoaa nyt laajimman tuotevalikoiman AEC-Q101-hyväksyttyjen SiC MOSFET -kenttien osalta, mikä takaa autojen sisäisiltä latureilta ja DC/DC-muuntimilla vaaditun korkean luotettavuuden (kuva 1). STMicroelectronicsilla on myös laaja valikoima AEC-Q101-yhteensopivia MOSFETejä, pii- ja piikarbididiodeja (SiC) ja 32-bittisiä SPC5-automikrokontrollereita, jotka tarjoavat skaalautuvia, kustannustehokkaita ja energiatehokkaita ratkaisuja näiden vaativien muuntimien toteuttamiseen. (Kuva 2).
Ajoneuvo verkkoon
Miljoonien akkukäyttöisten sähköajoneuvojen odotetaan ilmestyvän teille seuraavan vuosikymmenen aikana, mikä muodostaa valtavan haasteen verkkoon. Ohjelmoimattomien uusiutuvien luonnonvarojen tuotannon kasvaessa tasapainoisten verkkojen tarve kasvaa.
Kun auton akut liitetään verkkoon kotilatauslatauspisteiden tai yritysten tai julkisten latausasemien kautta, niiden älykäs hallinta tulee erittäin houkuttelevaksi. Sisäänrakennettuja akkuja voidaan käyttää sekä verkkovirtaan että virrankulutukseen, riippuen välittömästä virrankulutustarpeesta.
Järjestelmä palauttaa ajoneuvoon kertyneen energian tai palauttaa sen verkon kautta (akkuun) kaukosäätimen avulla. Avainteknologia tämän järjestelmän toteuttamiseksi on kaksisuuntainen tehonvaihtosuuntaaja, joka on kytketty suoraan suurjänniteakkuun (300–500 volttia) automaattipuolelta ja pienjänniteverkon puolelta (kuva 3).
Vehicle-to-grid (V2G) -tekniikalla on potentiaalia tehdä verkosta tasapainoisempi ja tehokkaampi. Sähkön kysynnän kasvaessa kysynnän ja tarjonnan tasapainottaminen on ratkaisevan tärkeää.
Langaton lataus
Autotallissa tai yleisillä pysäköintialueilla sijaitsevien latauspisteiden ansiosta jännittävä alue on sähköajoneuvojen langaton lataus. Latauspisteen ei välttämättä tarvitse olla tarkasti kohdakkain auton alla olevan vastaanottimen kanssa. Pitkällä tähtäimellä yritetään kehittää mikrokuormausversio, joka pystyy integroimaan pitkät kuormauslevyt ja yleiset tiet EV/HEV-ajoneuvojen kuormaamiseksi myös ajon aikana, mutta tämä riippuu valtakunnallisessa ja paikallishallinnon tasoilla.
Jotta V2G-tekniikka toimisi keskeytyksettä, tarjoaisi verkon vakauden edut ja sallisi ajoneuvojen toimia generaattoreina ja tietolähteinä, langaton lataustekniikka on sisällytettävä paitsi itse ajoneuvoon myös kodin ja kaupunkien infrastruktuuriin. Ajoneuvo on ladattu. Tämä tekee ajoneuvosta erittäin käyttökelpoisen tarvittaessa.
Magneettiresonanssiteknologiaan perustuva langaton lataus mahdollistaa sähköajoneuvojen tyypistä tai koosta riippumatta latauksen automaattisesti ja turvallisesti asettamalla taipuisia keloja lähdelevylle käyttämällä materiaaleja, kuten betonia ja asfalttia. Langaton virta mahdollistaa ajoneuvojen lataamisen itsenäisesti ja V2G-tekniikan käyttöönoton, joka virittää ja vaimentaa jatkuvasti ilman ihmisen puuttumista (kuva 4).
johtopäätös
Laajakaistapuolijohdeteknologiat ja digitaalisten verkkoominaisuuksien mahdollistamat pikalatausasemat auttavat nopeuttamaan sähköajoneuvojen käyttöönottoa. Sähköajoneuvojen maailmanlaajuisen kysynnän kasvaessa latausinfrastruktuurin tukemisen tarve kasvaa. Sähköajoneuvojen innovatiiviset lataustekniikat voivat olla muutoksen katalysaattori, edistää sähköajoneuvojen käyttöönottoa ja edistää merkittävästi hiilidioksidipäästöjen vähentämistä.
Sähköajoneuvojen tehoelektroniikkaa on rikastettu SiC teholaitteilla parannustarpeiden täyttämiseksi: järjestelmän energiatehokkuus; sähköajoneuvojen lujuus ja tehotiheys; ja suuritehoiset sovellukset, jotka vaativat suurta jännitettä ja tehoa – mikä lisää merkittävästi järjestelmän suorituskykyä ja pitkän aikavälin luotettavuutta. SiC MOSFETit ja SiC Schottky -sulkudiodit (SBD) varmistavat korkeimman kytkentätehokkuuden korkeilla taajuuksilla.