Na świecie, jak i w Polsce, dużo mówi się o samochodach elektrycznych i ich coraz większym udziale w rynku. To co jest najbardziej ekscytujące we wszelkich nowych pojazdach jest zwiększanie zasięgu - obecnie jest to około 300..450 kilometrów, co pozwala tym pojazdom realnie konkurować z samochodami spalinowymi na tym polu we wszystkich warunkach wykorzystania auta.
Kluczową dla sukcesu aut elektrycznych jest ich akceptacja przez kierowców. Klienci potencjalnie zainteresowani elektromobilnością nie zwracają obecnie wielkiej uwagi na ceny tych pojazdów, jako że wszystko wskazuje, że spadną one w najbliższym czasie, tak jak obecnie spadają ceny ogniw litowo-jonowych. Konsumenci najbardziej zmartwieni są czasem i prędkością ładowania akumulatorów pojazdu. Samochody spalinowe tankuje się kilka minut, czy przyzwyczajeni do tego kierowcy wykażą się odpowiednią cierpliwością, by czekać, aż ich auto się naładuje?
Kwestia ładowania pojazdów elektrycznych jest złożona. O ile zatankowanie większości aut na niemalże całym świecie zajmuje poniżej pięciu minut, to naładowanie samochodu elektrycznego nie jest już aż tak szybkie. Dodatkowo nakłada się na to niewielka ilość stacji ładowania - nie dość, że stacja może znajdować się daleko od naszej trasy, to być może zmuszeni będziemy czekać w kolejce, aż inni naładują swoje samochody. Pracuje się obecnie nad zwiększeniem mocy ładowarek, jakie stosuje się w autach elektrycznych, jest to jedna ze ścieżek, jednakże ma ona swoje ograniczenia w zakresie przyspieszania ładowania.
Akumulatory aut elektrycznych są ładowane, dla bezpieczeństwa, stałym prądem. Można przyspieszać ładowanie zwiększając wydajność systemu ładowania, zmniejszając rezystancję doprowadzeń etc. Niestety z uwagi na ładowanie stałym prądem nie można go zbytnio zwiększyć, aby nie narazić się na ryzyko uszkodzenia akumulatorów litowo-jonowych. Dodatkowo, większy prąd ładowania oznacza grubsze kable w aucie, a to z kolei zwiększa jego ciężar. Co zatem można zrobić innego?
Jednym z zaproponowanych rozwiązań jest zwiększenie napięcia przy jakim pracują ogniwa. Proponuje się podwyższenie go do poziomu 400 V lub więcej, co pozwoli na zwiększenie mocy ładowania. Niestety ciągnie to za sobą konieczność wykorzystania nowej klasy układów mocy. Proponuje się tutaj urządzenia półprzewodnikowe wykonane z materiałów szerokoprzerwowych, takich jak węglik krzemu (SiC).
Węglik krzemu to półprzewodnik charakteryzujący się szeroką przerwą energetyczną. Niedawno wszedł on z impetem na rynek układów mocy deklasując swoimi parametrami tranzystory polowe (MOSFET) i bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) wykonane z krzemu. Już teraz wielu producentów aut elektrycznych czy systemów ładowania sięga po SiC, gdyż pozwala on zmniejszyć straty układu - zwiększyć wydajność ładowania. Dodatkowo elementy wykonane z tego materiału pracować mogą z wyższym napięciem i w wyższej temperaturze, co pozwala zastosować te elementy w systemach pracujących przy wyższym napięciu (400 V i wyżej) w pojazdach elektrycznych i w systemach ładowania o wysokiej mocy (powyżej 10 kW dla wbudowanych ładowarek i powyżej 50 kW dla ładowarek zewnętrznych).
Niskie straty i możliwość pracy z wysokim napięciem nie jest problemem dla węglika krzemu, z uwagi na wyjątkowe własności elektryczne tego półprzewodnika. SiC charakteryzuje się między innymi niską rezystancją, wysoką przewodnością cieplną, wysokim napięciem przebicia i nasycenia w porównaniu do krzemu. Parametry te pokazane są w tabeli obok.
By stosować elementy wykonane z węgliku krzemu, koniecznie trzeba zdawać sobie sprawę, jak sterować bramki tych elementów. Aby układ działał wydajnie, konieczne jest stosowanie dedykowanych kontrolerów tych układów. Jest to kluczowy element, będący interfejsem pomiędzy układami kontrolnymi a układami mocy. Zajmują się one wzmacnianiem napięcia i prądu, do poziomu wymaganego przez elementy SiC.
Sterowanie bramkami tranzystorów FET z węglika krzemu jest krytyczne, gdyż od odpowiedniego sterowania zależy wydajność układu. Dodatkowo, sterowanie nimi jest inne niż krzemowymi MOSFETami czy modułami IGBT. Więcej informacji na temat dedykowanych układów do sterowania układami z SiC znaleźć można na stronie Texas Instruments. Znajdziemy tam informacje o sterownikach bramek, układach kontrolnych, systemach przeciwzwarciowych i innych.
Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2018/03/06/can-you-charge-your-ev-faster
Kluczową dla sukcesu aut elektrycznych jest ich akceptacja przez kierowców. Klienci potencjalnie zainteresowani elektromobilnością nie zwracają obecnie wielkiej uwagi na ceny tych pojazdów, jako że wszystko wskazuje, że spadną one w najbliższym czasie, tak jak obecnie spadają ceny ogniw litowo-jonowych. Konsumenci najbardziej zmartwieni są czasem i prędkością ładowania akumulatorów pojazdu. Samochody spalinowe tankuje się kilka minut, czy przyzwyczajeni do tego kierowcy wykażą się odpowiednią cierpliwością, by czekać, aż ich auto się naładuje?
Kwestia ładowania pojazdów elektrycznych jest złożona. O ile zatankowanie większości aut na niemalże całym świecie zajmuje poniżej pięciu minut, to naładowanie samochodu elektrycznego nie jest już aż tak szybkie. Dodatkowo nakłada się na to niewielka ilość stacji ładowania - nie dość, że stacja może znajdować się daleko od naszej trasy, to być może zmuszeni będziemy czekać w kolejce, aż inni naładują swoje samochody. Pracuje się obecnie nad zwiększeniem mocy ładowarek, jakie stosuje się w autach elektrycznych, jest to jedna ze ścieżek, jednakże ma ona swoje ograniczenia w zakresie przyspieszania ładowania.
Akumulatory aut elektrycznych są ładowane, dla bezpieczeństwa, stałym prądem. Można przyspieszać ładowanie zwiększając wydajność systemu ładowania, zmniejszając rezystancję doprowadzeń etc. Niestety z uwagi na ładowanie stałym prądem nie można go zbytnio zwiększyć, aby nie narazić się na ryzyko uszkodzenia akumulatorów litowo-jonowych. Dodatkowo, większy prąd ładowania oznacza grubsze kable w aucie, a to z kolei zwiększa jego ciężar. Co zatem można zrobić innego?
Jednym z zaproponowanych rozwiązań jest zwiększenie napięcia przy jakim pracują ogniwa. Proponuje się podwyższenie go do poziomu 400 V lub więcej, co pozwoli na zwiększenie mocy ładowania. Niestety ciągnie to za sobą konieczność wykorzystania nowej klasy układów mocy. Proponuje się tutaj urządzenia półprzewodnikowe wykonane z materiałów szerokoprzerwowych, takich jak węglik krzemu (SiC).
Węglik krzemu to półprzewodnik charakteryzujący się szeroką przerwą energetyczną. Niedawno wszedł on z impetem na rynek układów mocy deklasując swoimi parametrami tranzystory polowe (MOSFET) i bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) wykonane z krzemu. Już teraz wielu producentów aut elektrycznych czy systemów ładowania sięga po SiC, gdyż pozwala on zmniejszyć straty układu - zwiększyć wydajność ładowania. Dodatkowo elementy wykonane z tego materiału pracować mogą z wyższym napięciem i w wyższej temperaturze, co pozwala zastosować te elementy w systemach pracujących przy wyższym napięciu (400 V i wyżej) w pojazdach elektrycznych i w systemach ładowania o wysokiej mocy (powyżej 10 kW dla wbudowanych ładowarek i powyżej 50 kW dla ładowarek zewnętrznych).
Niskie straty i możliwość pracy z wysokim napięciem nie jest problemem dla węglika krzemu, z uwagi na wyjątkowe własności elektryczne tego półprzewodnika. SiC charakteryzuje się między innymi niską rezystancją, wysoką przewodnością cieplną, wysokim napięciem przebicia i nasycenia w porównaniu do krzemu. Parametry te pokazane są w tabeli obok.
By stosować elementy wykonane z węgliku krzemu, koniecznie trzeba zdawać sobie sprawę, jak sterować bramki tych elementów. Aby układ działał wydajnie, konieczne jest stosowanie dedykowanych kontrolerów tych układów. Jest to kluczowy element, będący interfejsem pomiędzy układami kontrolnymi a układami mocy. Zajmują się one wzmacnianiem napięcia i prądu, do poziomu wymaganego przez elementy SiC.
Sterowanie bramkami tranzystorów FET z węglika krzemu jest krytyczne, gdyż od odpowiedniego sterowania zależy wydajność układu. Dodatkowo, sterowanie nimi jest inne niż krzemowymi MOSFETami czy modułami IGBT. Więcej informacji na temat dedykowanych układów do sterowania układami z SiC znaleźć można na stronie Texas Instruments. Znajdziemy tam informacje o sterownikach bramek, układach kontrolnych, systemach przeciwzwarciowych i innych.
Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2018/03/06/can-you-charge-your-ev-faster
Fajne? Ranking DIY
