Elektromobily jsou nyní populární díky svým ekologickým vlastnostem, pokud jde o kvalitu, funkční jednoduchost a energetickou účinnost. Funkční tah je poháněn elektromotorem, který má oproti spalovacímu motoru jednoduchou konstrukci. Pokud jde o energetickou účinnost, srovnání mezi spalovacími automobily a elektrickými vozidly je symbolické: spalovací automobily mají energetickou účinnost 16 procent, zatímco elektrická vozidla mají energetickou účinnost 85 procent. Elektrický charakter pohonu má oproti přírodě založené na spalování výhodu – obnovitelná energie.
Elektřina nabízí velkou flexibilitu, včetně využití různých forem získávání energie, které pomáhají nabíjet baterii, čímž se prodlužuje doba provozu samotného vozidla. Technologie získávání energie je proto perspektivou pro řešení výzkumu a vývoje elektrických vozidel.
Autonomie elektrických vozidel přímo odráží účinnost jejich hnacího ústrojí a systémů řízení energie. Kromě toho je také zapotřebí nezbytná infrastruktura, jako jsou výkonné systémy rychlého nabíjení, které nyní dosahují stovek kilowattů, aby byly splněny přísné předem stanovené limity velikosti a účinnosti. Díky svým specifickým fyzikálním vlastnostem může karbid křemíku (SiC) účinně reagovat na tyto nové potřeby trhu.
Mezi hybridními a elektrickými vozidly jsou předními elektronickými napájecími systémy DC/DC zesilovací měniče a DC/AC měniče. Elektronické systémy vyvinuté pro elektrická vozidla sahají od snímačů teploty, proudu a napětí až po polovodiče na bázi SiC a nitridu galia (GaN).
Karbid křemíku je výkonný
Autonomie a dlouhé doby nabíjení se dnes staly důležitými překážkami pro přijetí elektrických vozidel. Pro rychlé nabíjení je potřeba více energie k nabití za kratší dobu. Vzhledem k omezenému prostoru dostupného ve voze musí systémy nabíjení baterií poskytovat vysokou hustotu výkonu. Teprve poté bude možné tyto systémy integrovat do vozidla.
V centru každého elektromobilu (EV) nebo plug-in hybridního vozidla (HEV) najdeme vysokonapěťové baterie (200 až 450 V DC) a jejich nabíjecí systémy. Palubní nabíječky (OBC) poskytují způsob, jak nabíjet baterie ze střídavého proudu u vás doma nebo na veřejné nebo soukromé nabíjecí stanici. Od 3,6 kW třífázových vysoce výkonných měničů po 22 kW jednofázové musí mít dnešní OBC nejvyšší možnou účinnost a spolehlivost, aby zajistily rychlé nabíjení a splnily omezené požadavky na prostor a hmotnost.
Všechny rychlonabíjecí systémy vyžadují kompaktní a efektivní nabíjecí stanici a současné výkonové moduly SiC umožňují vytvářet systémy s požadovanou hustotou výkonu a účinností. K dosažení ambiciózních cílů týkajících se hustoty výkonu a účinnosti systému je nutné použít SiC tranzistory a diody.
Vynikající intenzita elektrického pole vysoce tvrdých SiC substrátů umožňuje použití tenčích substrátů. Ve srovnání s křemíkovou epitaxní vrstvou může dosahovat až desetiny tloušťky. Trendem u baterií je navyšování kapacity a tato vlastnost je spojena s kratší dobou nabíjení. To zase vyžaduje OBC s vysokým výkonem a účinností, jako je 11 kW a 22 kW.
Se zavedením řady SCT3xHR nyní ROHM nabízí nejširší produktovou řadu v oblasti SiC MOSFET kvalifikovaných podle AEC-Q101, která zaručuje vysokou spolehlivost požadovanou pro palubní nabíječky a DC/DC měniče pro automobilové aplikace (obrázek 1). STMicroelectronics má také širokou řadu MOSFETů vyhovujících AEC-Q101, diod křemíku a karbidu křemíku (SiC) a 32-bitových SPC5 automobilových mikrokontrolérů, které poskytují škálovatelná, cenově výhodná a energeticky účinná řešení pro implementaci těchto náročných měničů (Obrázek 2).
Vozidlo na mřížku
Očekává se, že během příštího desetiletí se na silnicích objeví miliony elektromobilů poháněných bateriemi, což bude pro rozvodnou síť představovat obrovskou výzvu. S rozšiřováním produkce neprogramovatelných obnovitelných zdrojů roste i potřeba vyvážených sítí.
Když jsou autobaterie připojeny k síti prostřednictvím domácích nabíjecích wallboxů nebo firemních či veřejných nabíjecích stanic, stává se jejich inteligentní správa mimořádně atraktivní. Palubní baterie lze použít k napájení sítě i k odběru energie v závislosti na okamžité potřebě absorbovat energii.
Systém pomocí dálkového ovládání zajišťuje návrat energie naakumulované ve vozidle nebo rekuperaci prostřednictvím sítě (do baterie). Klíčovou technologií pro implementaci tohoto systému je obousměrný výkonový střídač, který je připojen přímo k vysokonapěťové baterii (300 až 500 voltů) na automatické straně a na straně nízkonapěťové sítě (obrázek 3).
Technologie Vehicle-to-grid (V2G) má potenciál učinit síť vyváženější a efektivnější. S rostoucí poptávkou po elektřině je zásadní vyrovnat nabídku a poptávku.
Bezdrátové nabíjení
Díky nabíjecím bodům umístěným v garážích nebo na veřejných parkovištích je vzrušující oblastí bezdrátové nabíjení elektromobilů. Nabíjecí bod nemusí být nutně přesně vyrovnán s přijímačem pod autem. Z dlouhodobého hlediska bude učiněn pokus vyvinout verzi pro mikronakládání, která dokáže integrovat dlouhé nakládací desky a veřejné komunikace pro nakládání vozidel EV / HEV i za jízdy, ale bude to záviset na počtu problémů, se kterými se setkáte na vnitrostátní a místní administrativní úrovně.
Aby technologie V2G fungovala bez přerušení, poskytovala výhody stability sítě a umožňovala vozidlům fungovat jako generátory a zdroje dat, musí být technologie bezdrátového nabíjení začleněna nejen do samotného vozidla, ale také do domácí a městské infrastruktury. Vozidlo je nabité. Díky tomu bude vozidlo v případě potřeby vysoce použitelné.
Bezdrátové nabíjení založené na technologii magnetické rezonance umožňuje automaticky a bezpečně nabíjet elektromobily bez ohledu na typ nebo velikost umístěním pružných cívek na zdrojovou desku pomocí materiálů, jako je beton a asfalt. Bezdrátové napájení umožní vozidlům nabíjet autonomně a implementovat technologii V2G, která nepřetržitě budí a tlumí bez lidského zásahu (obrázek 4).
závěr
Širokopásmové polovodičové technologie a rychlé nabíjecí stanice, které umožňují funkce digitální sítě, pomohou urychlit přijetí elektrických vozidel. S celosvětovou poptávkou po elektrických vozidlech roste i potřeba podporovat nabíjecí infrastrukturu. Inovativní nabíjecí technologie pro elektrická vozidla mohou být katalyzátorem změn, mohou pomoci podporovat přijetí elektrických vozidel a významně přispět k cíli snížení emisí uhlíku.
Výkonová elektronika elektrických vozidel je obohacena o výkonová zařízení SiC, aby vyhovovala potřebám zlepšení: energetické účinnosti systému; síla a hustota výkonu elektrických vozidel; a vysoce výkonné aplikace, které vyžadují vysoké napětí a výkon – což významně přispívá k výkonu systému a dlouhodobé spolehlivosti. SiC MOSFET a SiC Schottkyho bariérové diody (SBD) zajišťují nejvyšší účinnost spínání při vysokých frekvencích.