Rafbílar eru nú að verða vinsælir vegna vistvænna eiginleika þeirra hvað varðar gæði, hagnýtan einfaldleika og orkunýtni. Hagnýtur þrýstingur er knúinn áfram af rafmótor, sem hefur einfalda uppbyggingu miðað við brunavél. Varðandi orkunýtingu er samanburður á brunabílum og rafknúnum farartækjum táknrænn: Brunabílar eru með orkunýtni upp á 16 prósent, en rafbílar eru með orkunýtni upp á 85 prósent. Rafmagns eðli knúnings hefur forskot á eðli sem byggir á brennslu - endurnýjanlegri orku.
Rafmagn býður upp á mikinn sveigjanleika, þar á meðal notkun ýmiss konar orkuöflunar sem hjálpar til við að hlaða rafhlöðuna og lengja notkunartíma ökutækisins sjálfs. Þess vegna er orkuuppskerutækni möguleiki á rannsóknum og þróunarlausnum fyrir rafbíla.
Sjálfræði rafknúinna ökutækja endurspeglar beint skilvirkni aflrásar og orkustjórnunarkerfa þeirra. Að auki þarf nauðsynlega innviði, svo sem öflug hraðhleðslukerfi sem ná nú hundruðum kílóvötta, til að uppfylla ströng forstillt stærð og skilvirknimörk. Með sérstökum eðliseiginleikum sínum getur kísilkarbíð (SiC) brugðist við þessum nýju markaðsþörfum á áhrifaríkan hátt.
Meðal tvinn- og rafknúinna ökutækja eru leiðandi raforkukerfin DC/DC örvunarbreytir og DC/AC invertarar. Rafeindakerfi þróuð fyrir rafbíla eru allt frá hita-, straum- og spennuskynjara til hálfleiðara byggða á SiC og gallíumnítríði (GaN).
Kísilkarbíð er öflugt
Í dag hefur sjálfræði og langur hleðslutími orðið mikilvægar hindranir fyrir innleiðingu rafknúinna ökutækja. Fyrir hraðhleðslu þarf meira afl til að hlaða á styttri tíma. Vegna takmarkaðs pláss sem er í bílnum verða hleðslukerfi rafhlöðunnar að veita mikla aflþéttleika. Aðeins þá verður hægt að samþætta þessi kerfi í farartækið.
Í miðju hvers rafknúins farartækis (EV) eða tengitvinnbíls (HEV), getum við fundið háspennu rafhlöður (200 til 450 VDC) og hleðslukerfi þeirra. Hleðslutæki um borð (OBC) bjóða upp á leið til að hlaða rafhlöður úr straumafl á heimili þínu eða á opinberri eða einkahleðslustöð. Allt frá 3,6 kW þriggja fasa aflbreytum upp í 22 kW einfasa verða OBC-tæki í dag að hafa sem mesta afköst og áreiðanleika til að tryggja hraðhleðslu og uppfylla kröfur um takmarkað pláss og þyngd.
Öll hraðhleðslukerfi krefjast þéttrar og skilvirkrar hleðslustöðvar og núverandi SiC afleiningar gera kleift að búa til kerfi með nauðsynlegan aflþéttleika og skilvirkni. Til að ná metnaðarfullum markmiðum varðandi aflþéttleika og skilvirkni kerfisins verður að nota SiC smára og díóða.
Framúrskarandi rafsviðsstyrkur SiC hvarfefna með mikilli hörku gerir kleift að nota þynnri undirlag. Í samanburði við kísilþekjulagið getur þetta náð einum tíunda af þykktinni. Þróunin í rafhlöðum er að auka afkastagetu og þessi eiginleiki tengist styttri hleðslutíma. Þetta krefst aftur á móti OBC með miklu afli og skilvirkni, eins og 11 kW og 22 kW.
Með tilkomu SCT3xHR seríunnar býður ROHM nú breiðustu vörulínuna á AEC-Q101 hæfu SiC MOSFET sviðinu, sem tryggir þann mikla áreiðanleika sem krafist er fyrir innbyggða hleðslutæki og DC/DC breyta fyrir bifreiðar (Mynd 1). STMicroelectronics er einnig með mikið úrval af AEC-Q101 samhæfðum MOSFET, kísil- og kísilkarbíðdíóðum (SiC) og 32-bita SPC5 bifreiða örstýringum sem veita skalanlegar, hagkvæmar og orkusparandi lausnir til að útfæra þessa krefjandi breyta. (Mynd 2).
Ökutæki á netið
Búist er við að milljónir rafhlöðuknúinna rafknúinna farartækja muni birtast á veginum á næsta áratug, sem veldur gríðarlegri áskorun fyrir netið. Eftir því sem framleiðsla á óforritanlegum endurnýjanlegum auðlindum stækkar, eykst þörfin fyrir jafnvægi net.
Þegar bílarafhlöður eru tengdar við netið í gegnum hleðslubox fyrir heimili eða hleðslustöðvar fyrir fyrirtæki eða almennings, verður snjöll stjórnun þeirra mjög aðlaðandi. Hægt er að nota rafhlöður um borð til að knýja netið ásamt því að draga afl, allt eftir því hvort þörf sé á að taka upp orku.
Kerfið notar fjarstýringu til að skila orku sem safnast í ökutækið eða endurheimt í gegnum netið (í rafhlöðuna). Lykiltæknin til að innleiða þetta kerfi er tvíátta aflbreytir sem er tengdur beint við háspennu rafhlöðuna (300 til 500 volt) á sjálfvirku hliðinni og á lágspennukerfishliðinni (Mynd 3).
Vehicle-to-grid (V2G) tækni hefur möguleika á að gera netið meira jafnvægi og skilvirkara. Þar sem eftirspurn eftir raforku eykst skiptir sköpum að jafnvægi sé milli framboðs og eftirspurnar.
Þráðlaus hleðsla
Þökk sé hleðslustöðum í bílskúrum eða almenningsbílastæðum er spennandi svæði þráðlaus hleðsla rafbíla. Hleðslupunkturinn þarf ekki endilega að vera nákvæmlega í takt við móttakarann undir bílnum. Til lengri tíma litið verður reynt að þróa örhleðsluútgáfu sem getur samþætt langar hleðsluplötur og almenna vegi til að hlaða rafbíla / HEV ökutæki jafnvel í akstri, en það mun ráðast af fjölda erfiðleika sem upp koma á landsvísu og sveitarstjórnarstigum.
Til þess að V2G tækni geti starfað án truflana, veitt ávinning af stöðugleika netkerfisins og gert ökutækjum kleift að virka sem rafala og gagnagjafar, verður þráðlaus hleðslutækni að vera innlimuð ekki aðeins í ökutækið sjálft, heldur einnig innviði heimilis og þéttbýlis. Ökutækið er hlaðið. Þetta mun gera ökutækið mjög nothæft ef þörf krefur.
Þráðlaus hleðsla byggð á segulómunartækni gerir rafknúnum ökutækjum kleift, óháð gerð eða stærð, að hlaða sjálfvirkt og örugglega með því að setja sveigjanlega spóla á upprunaplötuna með því að nota efni eins og steypu og malbik. Þráðlaust afl mun gera ökutækjum kleift að hlaða sjálfvirkt og innleiða V2G tækni sem æsir stöðugt og deyfir án mannlegrar íhlutunar (Mynd 4).
Niðurstaða
Breiðbands hálfleiðaratækni og hraðhleðslustöðvar sem virkjar eru með stafrænni netgetu munu hjálpa til við að flýta fyrir innleiðingu rafknúinna farartækja. Eftir því sem alþjóðleg eftirspurn eftir rafknúnum ökutækjum eykst, eykst þörfin á að styðja við hleðslumannvirki. Nýstárleg hleðslutækni fyrir rafbíla getur verið hvati að breytingum, stuðlað að innleiðingu rafbíla og stuðlað mikið að því markmiði að draga úr kolefnislosun.
Afl rafeindatækni rafknúinna ökutækja er auðgað með SiC aflbúnaði til að mæta þörfum umbóta: orkunýtni kerfisins; styrkur og aflþéttleiki rafknúinna ökutækja; og mikil aflforrit sem krefjast mikillar spennu og afl – þannig að það er mikilvægt framlag til kerfisafkasta og langtímaáreiðanleika. SiC MOSFETs og SiC Schottky hindrunardíóða (SBDs) tryggja hæsta rofvirkni við há tíðni.