Kendaraan listrik (EV) membutuhkan waktu pengisian DC yang lebih cepat untuk bersaing dengan mesin pembakaran internal tradisional, sehingga sistem pengisian daya EV bergerak cepat menuju solusi daya keluaran hingga 350 kW untuk mengurangi waktu pengisian hingga kurang dari 20 menit. Dengan kekuatan seperti itu, tegangan dan tingkat saat ini memimpin desainer ke dalam tantangan teknik baru.
Dalam sebuah wawancara dengan Power Electronics News, Jinsong Dai, manajer pemasaran global senior yang berfokus pada elektrifikasi di Sensata Technologies, menunjukkan bahwa tantangan utama untuk pengisian cepat DC terkait dengan voltase dan level daya yang lebih tinggi. Migrasi ke tegangan yang lebih tinggi dan tingkat daya yang lebih tinggi menyebabkan beberapa masalah perlindungan listrik.
“Banyak tantangan untuk aplikasi pengisian cepat DC mulai dari standar pengisian cepat hingga masalah infrastruktur pengisian daya hingga manajemen efisiensi termal hingga melindungi sistem kelistrikan dari kesalahan,” kata Dai. “Di Sensata, kami fokus pada perlindungan listrik untuk sistem pengisian cepat DC. Untuk mempersingkat waktu pengisian, banyak pengisi daya berdaya tinggi bermigrasi dari 400 V ke 1,000 V dan dari 50 kW ke 350 kW atau bahkan lebih tinggi. Ini membawa banyak tantangan pada komponen perlindungan listrik dalam sistem pengisian — peningkatan level tegangan dan pengisian daya mendorong peningkatan kemampuan komponen tegangan tinggi seperti kontaktor dan sekering.”
Dai menunjukkan bahwa kekhawatiran yang paling jelas di sini adalah bahwa tegangan yang lebih tinggi lebih cenderung menghasilkan busur, yang membutuhkan jarak pemisahan yang lebih besar sebelum dapat dipadamkan. “Ini membutuhkan kontaktor dan sekering untuk menggunakan teknik untuk meningkatkan jarak pemisahan untuk memadamkan busur dengan cepat,” katanya. “Jika tidak, busur yang tidak terputus dapat menyebabkan kontaktor atau sekring meledak dengan hebat. Masalah lain adalah pasangan kontaktor dan sekering selama kondisi arus lebih. Saat kontaktor mulai rusak sirkit, ia dapat mulai menghilangkan sebagian arus lebih di dalam dirinya sendiri, mencegah arus itu tersedia untuk mengganggu sekring dengan benar. Dampak potensial bisa menjadi bencana kegagalan seluruh sistem. Solusi pemutusan Sensata, di mana kontaktor dan sekering dipasangkan untuk bekerja bersama, membantu mencegah risiko itu.”
Bermigrasi ke tegangan yang lebih tinggi
Sementara tingkat tegangan dan arus yang lebih tinggi mengurangi waktu pengisian daya, hal itu meningkatkan risiko keselamatan dan tantangan desain sistem. Kontaktor tegangan tinggi memberikan kontinuitas sirkuit yang aman, sementara sekering diperlukan bersama-sama untuk melindungi sirkuit jika terjadi peristiwa hubung singkat yang berbahaya.
Solusi perlindungan sirkuit Sensata (Sumber: Sensata Technologies)
Sekering termal DC tradisional teknologi dirancang untuk situasi hubung singkat, yang berarti jika terjadi arus pendek dan tinggi, sekering menggunakan peleburan sambungan untuk memutus rangkaian. Dai menunjukkan bahwa tantangan bagi sekering termal DC tradisional adalah situasi arus berlebih ketika arus tidak cukup tinggi dan membutuhkan waktu lebih lama untuk melelehkan sekering termal.
"Ini menciptakan zona abu-abu di mana level arus dapat melebihi kemampuan kontaktor untuk menghentikan beban tanpa mencapai titik termal untuk memicu sekering," katanya. “Peregangan waktu sebelum sekering termal dapat diaktifkan sementara melebihi kemampuan pemutusan kontaktor dihilangkan dengan GigaFuse. GigaFuse membantu menjembatani kesenjangan antara apa yang dapat dilakukan kontaktor [operasi normal] dan saat sekring putus, membantu memberikan perlindungan arus lebih dan hubung singkat.
“Kontaktor dan sekering adalah komponen penting dalam pengisi daya cepat DC,” tambah Dai. “Kontaktor menyediakan kontinuitas sirkuit yang aman selama pengisian normal atau memisahkan arus lebih, sementara sekering melindungi sistem pengisian selama kondisi hubung singkat dan arus berlebih yang berbahaya. Kuncinya adalah memiliki kontaktor dan sekering yang dapat bekerja bersama-sama untuk memastikan perlindungan yang mulus bagi pengisi daya selama pengoperasian normal dan kondisi arus berlebih.”
Kontaktor dan sekering
Tingkat tegangan yang lebih tinggi dan pengisian daya yang lebih tinggi untuk kontaktor berarti produk harus memiliki peningkatan kemampuan pemutusan, dan pelanggan meminta kontaktor dengan nilai 1,000 V dan 500 A, kata Dai. Selain itu, fungsi lain yang diperlukan adalah kontaktor dua arah yang memungkinkan pengisian baterai EV dari jaringan dan sistem kendaraan-ke-jaringan (V2G) yang memungkinkan eksploitasi kecerdasan jaringan di pasar pertukaran energi.
“Selain V2G, alokasi daya dinamis adalah tren teknologi yang menyesuaikan pengisian daya dengan permintaan aktual dengan menggabungkan atau berbagi daya dari beberapa port pengisian daya,” kata Dai. “Fungsi dua arah kontaktor memungkinkan pengisi daya untuk mengalokasikan daya secara dinamis dengan memungkinkan aliran arus maju atau mundur.”
Teknologi kontaktor yang digunakan oleh Sensata Technologies tertutup rapat dan diisi dengan gas, sehingga memberikan daya yang diperlukan untuk beralih dengan ketahanan yang diperlukan dalam ukuran yang relatif kecil dibandingkan dengan kontaktor terbuka. Sensata melanjutkan strateginya dalam teknologi switching yang disegel dengan memperkenalkan produk sekering tegangan tinggi. GigaFuse adalah sekering elektromekanis tertutup rapat yang dirancang untuk persyaratan aplikasi sekering tegangan tinggi dan daya tinggi. “Seri GiagFuse mencakup produk sekering dengan kombinasi pasif dan pasif/aktif; itu secara signifikan meningkatkan efisiensi sistem, menghilangkan penuaan termal, dan memberikan fleksibilitas desain untuk perlindungan listrik, ”kata Dai.
Mekanisme pemicu elektromekanis dari GigaFuse Sensata meningkatkan efisiensi sistem, menghilangkan penuaan termal, dan memberikan fleksibilitas desain untuk perlindungan listrik. (Sumber: Sensata Technologies)
Untuk mengatasi tantangan teknis yang muncul dari aplikasi berdaya tinggi, Sensata menyediakan teknologi terintegrasi baru untuk perlindungan listrik. “Solusi baru yang akan kami contohkan untuk pelanggan sebelum peluncuran penuh adalah PyroTactor, kontaktor pertama di dunia dengan pyro fuse terintegrasi,” kata Dai. “GFC PyroTactor menggabungkan fungsi sekering HV dan kontaktor dalam satu perangkat, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk mengukur setiap komponen secara terpisah. Seri GFC bersifat dua arah dan mampu menangani tegangan sistem hingga 1,500 V, dan fitur-fiturnya termasuk pemicu pasif dan aktif. Desain baru ini secara signifikan mengurangi kerumitan desain pemasangan kontaktor dan sekering, menghilangkan penuaan termal, dan secara signifikan mengurangi waktu pemasangan, kerumitan, dan biaya.”
Artikel tersebut awalnya diterbitkan di publikasi saudara perempuan Power Electronics News.