רכבים חשמליים זקוקים לזמני טעינה מהירים יותר של DC כדי להתחרות במנועי בעירה פנימית מסורתיים, כך שמערכות הטעינה ל- EV נעות במהירות לעבר פתרונות הספק של עד 350 קילוואט כדי להפחית את זמני הטעינה לפחות מ -20 דקות. עם סמכויות כאלה, מתח והרמות הנוכחיות מובילות את המעצבים לאתגרים הנדסיים חדשים.
בראיון ל- Power Electronics News, ציין ג'ינסונג דאי, מנהל שיווק גלובלי בכיר המתמקד בחשמול בחברת Sensata Technologies, כי האתגרים העיקריים לטעינה מהירה של DC קשורים במתח גבוה יותר ורמות הספק. מעבר למתח גבוה יותר ורמות הספק גבוהות גורם לבעיות הגנה חשמלית מסוימות.
"אתגרים רבים ליישומי טעינה מהירה של DC החל מתקני טעינה מהירה וכלה בתשתיות טעינה ועד ניהול יעילות תרמית ועד הגנה על מערכות חשמל מפני תקלות", אמר דאי. "בסנסטה אנו מתמקדים בהגנה חשמלית למערכת הטעינה המהירה של DC. כדי לקצר את זמן הטעינה, מטענים רבים בהספק גבוה עולים מ -400 וולט ל -1,000 וולט ומבין 50 כ"ס ל -350 כ"ס ואף יותר. הדבר מביא לאתגרים רבים לרכיבי ההגנה החשמלית במערכת הטעינה-עלייה ברמות המתח והטעינה של כונן החשמל בכוח ברכיבי מתח גבוה כגון מגעים ונתיכים. "
דאי ציין כי החשש הברור ביותר כאן הוא כי מתח גבוה יותר סביר יותר ליצור קשת, מה שדורש מרחק הפרדה גדול יותר לפני שניתן לכבות אותו. "זה דורש מגעים ונתיכים להשתמש בטכניקות להגדלת מרחק ההפרדה כדי להרוות במהירות כל קשתות", אמר. "אחרת, הקשת ללא הפרעה עלולה לגרום למגע או לנתיך להתפוצץ באלימות. סוגיה נוספת היא זיווג המגע והפיוזים בזמן זרם יתר. כשהמגע מתחיל לשבור א מעגל, הוא יכול להתחיל לפזר חלק מזרם היתר בתוך עצמו, ולמנוע מזרם זה להיות זמין כדי לשבש כראוי את הנתיך. ההשפעה האפשרית יכולה להיות כישלון קטסטרופלי של המערכת כולה. פתרון הניתוק של סנסאטה, שבו שני המגעים והפיוזים משויכים לעבודה משותפת, מסייע במניעת סיכון זה ”.
מעבר למתח גבוה יותר
בעוד שרמות מתח וזרם גבוהות יותר מפחיתות את זמני הטעינה, הן מגדילות את סיכוני הבטיחות ואתגרי עיצוב המערכת. מגעי מתח גבוה מספקים המשכיות מעגל בטוחה, בעוד שנתיכים נדרשים במקביל להגנה על המעגל במקרה של אירוע קצר חשמלי.
פתרונות ההגנה על מעגלים של Sensata (מקור: Sensata Technologies)
נתיך תרמי DC מסורתי טֶכנוֹלוֹגִיָה מיועד למצבי קצר חשמלי, מה שאומר שבמקרה של זרם קצר וגבוה, נתיך משתמש בהיתוך החיבור כדי לשבור את המעגל. דאי ציין כי האתגר של נתיכים תרמיים DC מסורתיים הוא במצבי זרם יתר כאשר הזרם אינו גבוה מספיק ולוקח יותר זמן עד שהנתיך התרמי נמס.
"זה יוצר אזור אפור שבו רמות הנוכחיות עשויות להציף את יכולתו של המגע להפריע את העומס מבלי להגיע לנקודה התרמית כדי להפעיל נתיך", אמר. "פרק הזמן הזה עד שניתן יהיה להפעיל את הנתיך התרמי תוך חריגה מיכולת השבירה של המגע מתבטל באמצעות ה- GigaFuse. ה- GigaFuse מסייע לגשר על הפער בין מה שהמגעים יכולים לעשות [פעולה רגילה] וכאשר הנתיך פועל, עוזר לספק הגנה על זרם יתר וקצר.
"מגעים ונתיכים הם מרכיבים קריטיים למשימה בתוך מטענים מהירים DC", הוסיף דיי. "מגעים מספקים המשכיות בטוחה של המעגל במהלך טעינה רגילה או מפרידים את זרם היתר, בעוד שנתיכים מגינים על מערכת הטעינה במהלך תנאים קצרים וזרם יתר. המפתח הוא שיהיה לו מגעים ונתיכים שיכולים לפעול במקביל להבטחת הגנה חלקה של המטענים במהלך תפעול רגיל ותנאי זרם יתר ".
מגעים ונתיכים
רמות מתח גבוהות יותר וטעינת הספק גבוהה יותר עבור מגעים פירושה שהמוצרים צריכים להיות בעלי יכולת שבירה מוגברת, והלקוחות מבקשים מגעים בדירוג של 1,000 V ו- 500 A, אמר דאי. בנוסף, פונקציונליות נוספת הנדרשת היא הדו-כיווניות של המגע המאפשר הן טעינת סוללות EV מהרשת והן מערכת לרכב לרשת (V2G) שתאפשר ניצול מודיעין רשת בשוק חילופי אנרגיה.
"בנוסף ל- V2G, הקצאת חשמל דינאמית היא מגמה טכנולוגית המתאימה את הטעינה לביקוש בפועל על ידי שילוב או שיתוף של כוח מנמלי טעינה מרובים", אמר דאי. "הפונקציונליות הדו -כיוונית של מגעים מאפשרת למטענים להקצות את הכוח באופן דינמי על ידי מתן זרימה זרם קדימה או אחורה."
טכנולוגיית המגעים בה משתמשת Sensata Technologies אטומה הרמטית ומלאת גז, ובכך מספקת את הכוח הדרוש למעבר עם החוסן הנדרש בגודל קטן יחסית בהשוואה למגעים באוויר הפתוח. סנסטה ממשיכה את האסטרטגיה שלה בטכנולוגיות מיתוג אטומות עם הכנסת מוצרי נתיכים במתח גבוה. GigaFuse הוא נתיך אלקטרומכני אטום הרמטית המיועד לדרישות יישום נתיכים במתח גבוה ועוצמה גבוהה. "סדרת GiagFuse כוללת מוצרי נתיכים עם שילובים פסיביים ופסיביים/אקטיביים כאחד; זה מגביר משמעותית את יעילות המערכת, מבטל הזדקנות תרמית ומספק גמישות עיצובית להגנה חשמלית ", אמר דאי.
מנגנון ההפעלה האלקטרומכני של GigaFuse של Sensata מגביר את יעילות המערכת, מבטל הזדקנות תרמית ומספק גמישות עיצובית להגנה חשמלית. (מקור: Sensata Technologies)
כדי להתמודד עם אתגרים טכניים חדשים של יישומים בעלי הספק גבוה, Sensata מספקת טכנולוגיה משולבת חדשה להגנה על חשמל. "פתרון חדש שנדגום ללקוחות לקראת ההשקה המלאה הוא ה- PyroTactor, המגע הראשון בעולם עם נתיך פירו משולב", אמר דאי. "ה- GFC PyroTactor משלב את הפונקציה של נתיכי HV ומגעים במכשיר אחד, ובכך מבטל את הצורך בגודל כל רכיב בנפרד. סדרת GFC דו כיוונית ומסוגלת להתמודד עם מתח מערכת עד 1,500 וולט, והתכונות כוללות הפעלה פסיבית ופעילה. עיצוב חדש זה מקטין באופן משמעותי את מורכבות העיצוב של זיווג מגעים ונתיכים, מבטל הזדקנות תרמית ומפחית משמעותית את זמן ההתקנה, המורכבות והעלות ".
המאמר פורסם במקור בפרסום האחות Power Electronics News.