Les véhicules électriques (VE) ont besoin de temps de charge CC plus rapides pour rivaliser avec les moteurs à combustion interne traditionnels, de sorte que les systèmes de charge EV évoluent rapidement vers des solutions de puissance de sortie allant jusqu'à 350 kW pour réduire les temps de charge à moins de 20 minutes. Avec de tels pouvoirs, Tension et les niveaux actuels conduisent les concepteurs vers de nouveaux défis d'ingénierie.
Dans une interview avec Power Electronics News, Jinsong Dai, directeur marketing mondial senior spécialisé dans l'électrification chez Sensata Technologies, a souligné que les principaux défis de la charge rapide CC sont liés à des tensions et des niveaux de puissance plus élevés. Une migration vers des tensions plus élevées et des niveaux de puissance plus élevés provoque des problèmes de protection électrique.
« De nombreux défis pour les applications de charge rapide CC, allant des normes de charge rapide aux problèmes d'infrastructure de charge, en passant par la gestion de l'efficacité thermique et la protection des systèmes électriques contre les pannes », a déclaré Dai. « Chez Sensata, nous nous concentrons sur la protection électrique du système de charge rapide DC. Pour raccourcir le temps de charge, de nombreux chargeurs haute puissance migrent de 400 V à 1,000 50 V et de 350 kW à XNUMX kW voire plus. Cela pose de nombreux défis aux composants de protection électrique du système de charge : l'augmentation des niveaux de tension et la puissance de charge entraînent une capacité accrue des composants haute tension tels que les contacteurs et les fusibles. »
Dai a souligné que la préoccupation la plus évidente ici est que des tensions plus élevées sont plus susceptibles de générer un arc, ce qui nécessite une plus grande distance de séparation avant de pouvoir être éteint. "Cela nécessite que les contacteurs et les fusibles utilisent des techniques pour augmenter la distance de séparation afin d'éteindre rapidement tous les arcs", a-t-il déclaré. « Sinon, l'arc ininterrompu peut faire exploser violemment un contacteur ou un fusible. Un autre problème est l'appariement du contacteur et du fusible pendant la condition de surintensité. Lorsque le contacteur commence à rompre un circuit, il peut commencer à dissiper une partie de la surintensité en lui-même, empêchant ce courant d'être disponible pour perturber correctement le fusible. L'impact potentiel pourrait être une défaillance catastrophique de l'ensemble du système. La solution de déconnexion de Sensata, où le contacteur et le fusible sont couplés pour fonctionner ensemble, aide à prévenir ce risque.
Migration vers une tension plus élevée
Alors que des niveaux de tension et de courant plus élevés réduisent les temps de charge, ils augmentent les risques de sécurité et les défis de conception du système. Les contacteurs haute tension assurent une continuité de circuit sûre, tandis que des fusibles sont nécessaires en tandem pour protéger le circuit en cas de court-circuit dangereux.
Les solutions de protection des circuits de Sensata (Source : Sensata Technologies)
Fusible thermique DC traditionnel sans souci est conçu pour les situations de court-circuit, ce qui signifie qu'en cas de courant court et élevé, un fusible utilise la fusion de la connexion pour couper le circuit. Dai a souligné que le défi des fusibles thermiques CC traditionnels réside dans les situations de surintensité lorsque le courant n'est pas suffisamment élevé et que le fusible thermique met plus de temps à fondre.
"Cela crée une zone grise où les niveaux de courant peuvent dépasser la capacité du contacteur à interrompre la charge sans atteindre le point thermique pour qu'un fusible se déclenche", a-t-il déclaré. « Ce laps de temps avant que le fusible thermique puisse être activé tout en dépassant la capacité de coupure du contacteur est éliminé avec le GigaFuse. Le GigaFuse aide à combler l'écart entre ce que les contacteurs peuvent faire [fonctionnement normal] et lorsque le fusible se déclenche, aidant à fournir à la fois une protection contre les surintensités et les courts-circuits.
« Les contacteurs et les fusibles sont des composants essentiels à la mission des chargeurs rapides CC », a ajouté Dai. « Les contacteurs assurent une continuité de circuit sûre pendant la charge normale ou séparent la surintensité, tandis que les fusibles protègent le système de charge lors de conditions dangereuses de court-circuit et de surintensité. La clé est d'avoir des contacteurs et des fusibles qui peuvent fonctionner en tandem pour assurer une protection transparente des chargeurs dans des conditions de fonctionnement normales et de surintensité.
Contacteurs et fusibles
Des niveaux de tension plus élevés et une charge de puissance plus élevée pour les contacteurs signifient que les produits doivent avoir une capacité de coupure accrue, et les clients demandent des contacteurs évalués à 1,000 500 V et 2 A, a déclaré Dai. En outre, une autre fonctionnalité requise est la bidirectionnalité du contacteur qui permet à la fois la charge des batteries de véhicules électriques à partir du réseau et du système de véhicule à réseau (VXNUMXG) qui permettrait l'exploitation de l'intelligence du réseau dans un marché d'échange d'énergie.
« En plus de la V2G, l'allocation dynamique de l'énergie est une tendance technologique qui adapte la charge à la demande réelle en combinant ou en partageant la puissance de plusieurs ports de charge », a déclaré Dai. "La fonctionnalité bidirectionnelle des contacteurs permet aux chargeurs d'allouer la puissance de manière dynamique en permettant le flux de courant vers l'avant ou vers l'arrière."
La technologie des contacteurs utilisée par Sensata Technologies est hermétiquement scellée et remplie de gaz, fournissant ainsi la puissance nécessaire pour commuter avec la robustesse requise dans un encombrement relativement réduit par rapport aux contacteurs à ciel ouvert. Sensata poursuit sa stratégie dans les technologies de commutation étanche avec l'introduction de produits fusibles haute tension. GigaFuse est un fusible électromécanique hermétiquement scellé conçu pour les exigences des applications de fusibles haute tension et haute puissance. « La série GiagFuse comprend des produits à fusibles avec des combinaisons passives et passives/actives ; il augmente considérablement l'efficacité du système, élimine le vieillissement thermique et offre une flexibilité de conception pour la protection électrique », a déclaré Dai.
Le mécanisme de déclenchement électromécanique du GigaFuse de Sensata augmente l'efficacité du système, élimine le vieillissement thermique et offre une flexibilité de conception pour la protection électrique. (Source : Sensata Technologies)
Pour relever les défis techniques émergents des applications haute puissance, Sensata propose une nouvelle technologie intégrée pour la protection électrique. « Une nouvelle solution que nous testerons pour les clients avant le lancement complet est le PyroTactor, le premier contacteur au monde avec fusible pyro intégré », a déclaré Dai. « Le GFC PyroTactor combine la fonction des fusibles HT et des contacteurs dans un seul appareil, éliminant ainsi le besoin de dimensionner chaque composant séparément. La série GFC est bidirectionnelle et capable de gérer des tensions système jusqu'à 1,500 XNUMX V, et les fonctionnalités incluent un déclenchement passif et actif. Cette nouvelle conception réduit considérablement la complexité de conception de l'appariement des contacteurs et des fusibles, élimine le vieillissement thermique et réduit considérablement le temps, la complexité et les coûts d'installation.
L'article publié à l'origine dans la publication sœur Power Electronics News.