Mae cerbydau trydan bellach yn dod yn boblogaidd oherwydd eu nodweddion eco-gyfeillgar o ran ansawdd, symlrwydd swyddogaethol, ac effeithlonrwydd ynni. Mae'r byrdwn swyddogaethol yn cael ei yrru gan fodur trydan, sydd â strwythur syml o'i gymharu ag injan hylosgi mewnol. O ran effeithlonrwydd ynni, mae'r gymhariaeth rhwng ceir hylosgi a cherbydau trydan yn symbolaidd: mae gan geir hylosgi effeithlonrwydd ynni o 16 y cant, tra bod gan gerbydau trydan effeithlonrwydd ynni o 85 y cant. Mae gan natur drydanol gyriad fantais dros y natur sy'n seiliedig ar hylosgi - ynni adnewyddadwy.
Mae trydan yn cynnig llawer o hyblygrwydd, gan gynnwys defnyddio gwahanol fathau o gynaeafu ynni sy'n helpu i godi tâl ar y batri, gan ymestyn amser gweithredu'r cerbyd ei hun. Felly, mae technoleg cynaeafu ynni yn obaith ar gyfer atebion ymchwil a datblygu cerbydau trydan.
Mae ymreolaeth cerbydau trydan yn adlewyrchu'n uniongyrchol effeithlonrwydd eu systemau pwer a rheoli ynni. Yn ogystal, mae angen y seilwaith angenrheidiol, megis systemau codi tâl cyflym pwerus sydd bellach yn cyrraedd cannoedd o gilowat, i gydymffurfio â therfynau maint ac effeithlonrwydd rhagosodedig llym. Trwy ei briodweddau ffisegol penodol, gall carbid silicon (SiC) ymateb yn effeithiol i'r anghenion marchnad newydd hyn.
Ymhlith cerbydau hybrid a thrydan, y prif systemau pŵer electronig yw trawsnewidwyr hwb DC/DC a gwrthdroyddion DC/AC. Mae systemau electronig a ddatblygwyd ar gyfer cerbydau trydan yn amrywio o synwyryddion tymheredd, cerrynt a foltedd i lled-ddargludyddion yn seiliedig ar SiC a gallium nitride (GaN).
Mae silicon carbid yn bwerus
Heddiw, mae ymreolaeth ac amseroedd gwefru hir wedi dod yn rhwystrau pwysig i fabwysiadu cerbydau trydan. Ar gyfer codi tâl cyflym, mae angen mwy o bŵer i godi tâl mewn llai o amser. Oherwydd y gofod cyfyngedig sydd ar gael yn y car, rhaid i systemau codi tâl batri ddarparu dwysedd pŵer uchel. Dim ond wedyn y bydd yn bosibl integreiddio'r systemau hyn i'r cerbyd.
Yng nghanol unrhyw gerbyd trydan (EV) neu gerbyd hybrid plug-in (HEV), gallwn ddod o hyd i fatris foltedd uchel (200 i 450 VDC) a'u systemau gwefru. Mae gwefrwyr ar fwrdd (OBC) yn darparu ffordd i wefru batris o bŵer AC yn eich cartref neu mewn gorsaf wefru gyhoeddus neu breifat. O drawsnewidwyr pŵer uchel tri cham 3.6 kW i 22 kW un cam, rhaid i OBCs heddiw fod â'r effeithlonrwydd a'r dibynadwyedd uchaf posibl i sicrhau codi tâl cyflym a chwrdd â gofynion gofod a phwysau cyfyngedig.
Mae angen gorsaf wefru gryno ac effeithlon ar bob system codi tâl cyflym, ac mae modiwlau pŵer SiC cyfredol yn caniatáu creu systemau gyda'r dwysedd pŵer a'r effeithlonrwydd gofynnol. Er mwyn cyflawni nodau uchelgeisiol o ran dwysedd pŵer ac effeithlonrwydd system, rhaid defnyddio transistorau SiC a deuodau.
Mae cryfder maes trydan ardderchog swbstradau SiC caledwch uchel yn caniatáu defnyddio swbstradau teneuach. O'i gymharu â'r haen epitaxial silicon, gall hyn gyrraedd un rhan o ddeg o'r trwch. Y duedd mewn batris yw cynyddu gallu, ac mae'r nodwedd hon yn gysylltiedig ag amseroedd codi tâl byrrach. Mae hyn, yn ei dro, yn gofyn am OBC gyda phŵer ac effeithlonrwydd uchel, megis 11 kW a 22 kW.
Gyda chyflwyniad y gyfres SCT3xHR, mae ROHM bellach yn cynnig y llinell gynnyrch ehangaf ym maes SiC MOSFET cymwys AEC-Q101, gan warantu'r dibynadwyedd uchel sydd ei angen ar gyfer gwefrwyr ar fwrdd a thrawsnewidwyr DC/DC ar gyfer cymwysiadau modurol (Ffigur 1). Mae gan STMicroelectronics hefyd ystod eang o MOSFETs sy'n cydymffurfio ag AEC-Q101, deuodau silicon a charbid silicon (SiC), a 32-microreolyddion modurol bit SPC5 sy'n darparu atebion graddadwy, cost-effeithiol ac ynni-effeithlon ar gyfer gweithredu'r trawsnewidwyr heriol hyn (Ffigur 2).
Cerbyd i'r grid
Disgwylir i filiynau o gerbydau trydan sy'n cael eu pweru gan fatri ymddangos ar y ffordd dros y degawd nesaf, gan osod her enfawr i'r grid. Wrth i gynhyrchiant adnoddau adnewyddadwy na ellir eu rhaglennu ehangu, felly hefyd yr angen am rwydweithiau cytbwys.
Pan fydd batris ceir wedi'u cysylltu â'r rhwydwaith trwy flychau wal codi tâl cartref neu orsafoedd codi tâl corfforaethol neu gyhoeddus, mae eu rheolaeth ddeallus yn dod yn hynod ddeniadol. Gellir defnyddio batris ar fwrdd i bweru'r rhwydwaith yn ogystal â thynnu pŵer, yn dibynnu ar yr angen uniongyrchol i amsugno pŵer.
Mae'r system yn defnyddio teclyn rheoli o bell i ddarparu dychweliad ynni a gronnwyd yn y cerbyd neu adferiad trwy'r rhwydwaith (i'r batri). Y dechnoleg allweddol i weithredu'r system hon yw gwrthdröydd pŵer deugyfeiriadol sydd wedi'i gysylltu'n uniongyrchol â'r batri foltedd uchel (300 i 500 folt) ar yr ochr awtomatig ac ar ochr y rhwydwaith foltedd isel (Ffigur 3).
Mae gan dechnoleg cerbyd-i-grid (V2G) y potensial i wneud y grid yn fwy cytbwys ac effeithlon. Wrth i'r galw am drydan gynyddu, mae cydbwyso cyflenwad a galw yn hollbwysig.
Codi tâl di-wifr
Diolch i bwyntiau gwefru sydd wedi'u lleoli mewn garejys neu lawer o barcio cyhoeddus, maes cyffrous yw gwefru cerbydau trydan yn ddi-wifr. Nid oes rhaid i'r pwynt gwefru gael ei alinio'n union â'r derbynnydd o dan y car o reidrwydd. Yn y tymor hir, gwneir ymgais i ddatblygu fersiwn micro-lwytho a all integreiddio platiau llwytho hir a ffyrdd cyhoeddus i lwytho cerbydau EV / HEV hyd yn oed wrth yrru, ond bydd hyn yn dibynnu ar nifer yr anawsterau a gafwyd yn y cenedlaethol a lefelau gweinyddol lleol.
Er mwyn i dechnoleg V2G weithredu'n ddi-dor, darparu manteision sefydlogrwydd rhwydwaith a chaniatáu i gerbydau weithredu fel generaduron a ffynonellau data, rhaid ymgorffori technoleg codi tâl di-wifr nid yn unig yn y cerbyd ei hun, ond hefyd yn seilwaith cartref a threfol. Codir tâl ar y cerbyd. Bydd hyn yn gwneud y cerbyd yn hynod ddefnyddiadwy os oes angen.
Mae codi tâl di-wifr yn seiliedig ar dechnoleg cyseiniant magnetig yn caniatáu i gerbydau trydan, waeth beth fo'u math neu eu maint, gael eu codi'n awtomatig ac yn ddiogel trwy osod coiliau hyblyg ar y plât ffynhonnell gan ddefnyddio deunyddiau fel concrit ac asffalt. Bydd pŵer diwifr yn galluogi cerbydau i wefru'n annibynnol a gweithredu technoleg V2G sy'n cyffroi ac yn gwanhau'n barhaus heb ymyrraeth ddynol (Ffigur 4).
casgliad
Bydd technolegau lled-ddargludyddion band eang a gorsafoedd gwefru cyflym a alluogir gan alluoedd rhwydwaith digidol yn helpu i gyflymu mabwysiadu cerbydau trydan. Wrth i'r galw byd-eang am gerbydau trydan gynyddu, felly hefyd yr angen i gefnogi seilwaith gwefru. Gall technolegau gwefru arloesol ar gyfer cerbydau trydan fod yn gatalydd ar gyfer newid, helpu i hyrwyddo mabwysiadu cerbydau trydan, a chyfrannu llawer at y nod o leihau allyriadau carbon.
Mae electroneg pŵer cerbydau trydan yn cael eu cyfoethogi â dyfeisiau pŵer SiC i ddiwallu anghenion gwelliant: effeithlonrwydd ynni'r system; cryfder a dwysedd pŵer cerbydau trydan; a chymwysiadau pŵer uchel sy'n gofyn am foltedd a phŵer uchel - gan wneud cyfraniad pwysig at berfformiad system a dibynadwyedd hirdymor. Mae SiC MOSFETs a deuodau rhwystr SiC Schottky (SBDs) yn sicrhau'r effeithlonrwydd newid uchaf ar amleddau uchel.