تحتاج المركبات الكهربائية (EVs) إلى أوقات شحن أسرع للتيار المستمر للتنافس مع محركات الاحتراق الداخلي التقليدية ، لذلك تتحرك أنظمة شحن المركبات الكهربائية بسرعة نحو حلول طاقة خرج تصل إلى 350 كيلو وات لتقليل أوقات الشحن إلى أقل من 20 دقيقة. بهذه الصلاحيات ، الجهد االكهربى والمستويات الحالية تقود المصممين إلى تحديات هندسية جديدة.
في مقابلة مع Power Electronics News ، أشار Jinsong Dai ، مدير التسويق العالمي الأول الذي يركز على الكهربة في Sensata Technologies ، إلى أن التحديات الرئيسية لشحن التيار المباشر السريع تتعلق بجهد أعلى ومستويات طاقة. يؤدي الانتقال إلى الفولتية العالية ومستويات الطاقة الأعلى إلى حدوث بعض مشكلات الحماية الكهربائية.
قال داي: "العديد من التحديات التي تواجه تطبيقات الشحن السريع للتيار المستمر تتراوح من معايير الشحن السريع إلى مشكلات البنية التحتية للشحن إلى إدارة الكفاءة الحرارية إلى حماية الأنظمة الكهربائية من الأعطال". "في Sensata ، نركز على الحماية الكهربائية لنظام الشحن السريع للتيار المستمر. لتقصير وقت الشحن ، تنتقل العديد من أجهزة الشحن عالية الطاقة من 400 فولت إلى 1,000 فولت ومن 50 كيلو واط إلى 350 كيلو واط أو أعلى. وهذا يجلب الكثير من التحديات لمكونات الحماية الكهربائية في نظام الشحن - حيث أدت الزيادات في مستويات الجهد وشحن محرك الطاقة إلى زيادة القدرة في المكونات عالية الجهد مثل الموصلات والصمامات. "
أشار داي إلى أن القلق الأكثر وضوحًا هنا هو أن الفولتية العالية من المرجح أن تولد قوسًا ، الأمر الذي يتطلب مسافة فصل أكبر قبل أن يتم إخماده. وقال: "هذا يتطلب من الموصلات والصمامات استخدام تقنيات لزيادة مسافة الفصل لإخماد أي أقواس بسرعة". "خلاف ذلك ، يمكن أن يتسبب القوس غير المنقطع في انفجار قواطع أو فتيل بعنف. هناك مشكلة أخرى تتمثل في اقتران الموصل والصمامات أثناء حالة التيار الزائد. عندما يبدأ الموصل في كسر ملف الدارة الكهربائية، يمكن أن يبدأ في تبديد بعض التيار الزائد داخل نفسه ، مما يمنع هذا التيار من التوفر لتعطيل المصهر بشكل صحيح. يمكن أن يكون التأثير المحتمل فشلًا كارثيًا للنظام بأكمله. حل فصل Sensata ، حيث يتم إقران كل من الموصل والصمام للعمل معًا ، يساعد في منع هذا الخطر ".
الهجرة إلى الجهد العالي
في حين أن الجهد العالي والمستويات الحالية تقلل من أوقات الشحن ، فإنها تزيد من مخاطر السلامة وتحديات تصميم النظام. توفر الموصلات عالية الجهد استمرارية آمنة للدائرة ، في حين أن الصمامات مطلوبة جنبًا إلى جنب لحماية الدائرة في حالة حدوث ماس كهربائي خطير.
حلول حماية الدوائر من Sensata (المصدر: Sensata Technologies)
الصمامات الحرارية التقليدية DC التكنلوجيا تم تصميمه لحالات الدائرة القصيرة، مما يعني أنه في حالة وجود تيار قصير ومرتفع، يستخدم المصهر ذوبان الاتصال لقطع الدائرة. وأشار داي إلى أن التحدي الذي يواجه الصمامات الحرارية التقليدية التي تعمل بالتيار المستمر يكمن في حالات التيار الزائد عندما لا يكون التيار مرتفعًا بدرجة كافية ويستغرق ذوبان المصهر الحراري وقتًا أطول.
وقال: "هذا يخلق منطقة رمادية حيث قد تطغى المستويات الحالية على قدرة الموصل على مقاطعة الحمل دون الوصول إلى النقطة الحرارية لبدء الصمامات". "يتم التخلص من هذه الفترة الزمنية قبل أن يتم تنشيط الصمام الحراري مع تجاوز قدرة الكسر للموصل باستخدام GigaFuse. يساعد GigaFuse في سد الفجوة بين ما يمكن أن تقوم به الموصلات [التشغيل العادي] وعندما ينطلق المصهر ، مما يساعد على توفير الحماية من التيار الزائد والدائرة القصيرة.
وأضاف داي: "تعتبر الموصلات والصمامات من المكونات الحيوية للمهمة داخل أجهزة الشحن السريع للتيار المستمر". "توفر الموصلات استمرارية آمنة للدائرة أثناء الشحن العادي أو تفصل التيار الزائد ، بينما تحمي الصمامات نظام الشحن أثناء ظروف الدائرة القصيرة والتيار الزائد الخطرة. المفتاح هو أن يكون لديك موصلات وصمامات يمكنها العمل جنبًا إلى جنب لضمان حماية سلسة لأجهزة الشحن أثناء التشغيل العادي وظروف التيار الزائد ".
الموصلات والصمامات
قال داي إن مستويات الجهد العالي وشحن الطاقة الأعلى للموصلات تعني أن المنتجات بحاجة إلى زيادة القدرة على الانهيار ، ويطلب العملاء موصلات مصنفة على 1,000 فولت و 500 أمبير. بالإضافة إلى ذلك ، هناك وظيفة أخرى مطلوبة وهي ثنائية الاتجاه للموصل الذي يسمح بشحن بطاريات EV من الشبكة ونظام السيارة إلى الشبكة (V2G) الذي يسمح باستغلال ذكاء الشبكة في سوق تبادل الطاقة.
قال داي: "بالإضافة إلى V2G ، فإن تخصيص الطاقة الديناميكي هو اتجاه تقني يصمم الشحن حسب الطلب الفعلي من خلال الجمع بين الطاقة أو مشاركتها من منافذ الشحن المتعددة". "تتيح وظيفة الموصلات ثنائية الاتجاه لأجهزة الشحن تخصيص الطاقة ديناميكيًا من خلال السماح بالتدفق الحالي إما للأمام أو للخلف."
تقنية الموصل التي تستخدمها Sensata Technologies محكمة الإغلاق ومليئة بالغاز ، وبالتالي توفر الطاقة اللازمة للتبديل بالقوة المطلوبة بحجم صغير نسبيًا مقارنة بموصلات الهواء الطلق. تواصل Sensata استراتيجيتها في تقنيات التبديل المغلقة بإدخال منتجات الصمامات عالية الجهد. GigaFuse عبارة عن فتيل كهروميكانيكي مغلق بإحكام مصمم لمتطلبات تطبيقات الصمامات عالية الجهد وعالية الطاقة. "تشتمل سلسلة GiagFuse على منتجات الصمامات ذات التوليفات السلبية والسلبية / النشطة ؛ إنه يزيد بشكل كبير من كفاءة النظام ، ويزيل الشيخوخة الحرارية ، ويوفر مرونة في التصميم للحماية الكهربائية ، "قال داي.
تعمل آلية التشغيل الكهروميكانيكية الخاصة بـ GigaFuse من Sensata على زيادة كفاءة النظام ، وتقضي على الشيخوخة الحرارية ، وتوفر مرونة في التصميم للحماية الكهربائية. (المصدر: Sensata Technologies)
لمواجهة التحديات التقنية الناشئة للتطبيقات عالية الطاقة ، توفر Sensata تقنية متكاملة جديدة للحماية الكهربائية. قال داي: "الحل الجديد الذي سنقوم بأخذ عينات للعملاء قبل الإطلاق الكامل هو PyroTactor ، أول موصل في العالم مزود بفتيل حراري مدمج". "يجمع GFC PyroTactor بين وظيفة الصمامات عالية الجهد والموصلات في جهاز واحد ، مما يلغي الحاجة إلى تغيير حجم كل مكون على حدة. سلسلة GFC ثنائية الاتجاه وقادرة على التعامل مع الفولتية حتى 1,500 فولت ، وتشمل الميزات التشغيل السلبي والنشط. يقلل هذا التصميم الجديد بشكل كبير من تعقيد تصميم اقتران الملامس والصمامات ، ويزيل الشيخوخة الحرارية ، ويقلل بشكل كبير من وقت التثبيت ، والتعقيد ، والتكلفة. "
نُشر المقال في الأصل في المنشور الشقيق Power Electronics News.