Электромобилям (электромобилям) требуется более короткое время зарядки постоянным током, чтобы конкурировать с традиционными двигателями внутреннего сгорания, поэтому системы зарядки электромобилей быстро переходят к решениям с выходной мощностью до 350 кВт, чтобы сократить время зарядки до менее 20 минут. С такими силами, напряжение а текущие уровни подталкивают дизайнеров к решению новых инженерных задач.
В интервью Power Electronics News Джинсонг Дай, старший менеджер по глобальному маркетингу в Sensata Technologies, специализирующийся на электрификации, отметил, что основные проблемы быстрой зарядки постоянным током связаны с более высокими напряжениями и уровнями мощности. Переход к более высоким напряжениям и более высоким уровням мощности вызывает некоторые проблемы с электрической защитой.
«Множество проблем для приложений быстрой зарядки постоянного тока, начиная от стандартов быстрой зарядки и заканчивая проблемами инфраструктуры зарядки, управлением тепловой эффективностью и защитой электрических систем от сбоев», - сказал Дай. «В Sensata мы уделяем особое внимание электрической защите системы быстрой зарядки постоянного тока. Чтобы сократить время зарядки, многие зарядные устройства высокой мощности переходят с 400 В на 1,000 В и с 50 кВт на 350 кВт или даже выше. Это создает множество проблем для компонентов электрической защиты в системе зарядки - повышение уровней напряжения и мощность зарядки приводят к увеличению возможностей высоковольтных компонентов, таких как контакторы и предохранители ».
Дай указал, что наиболее очевидная проблема здесь заключается в том, что более высокое напряжение с большей вероятностью приведет к возникновению дуги, что требует большего разделительного расстояния, прежде чем ее можно будет погасить. «Это требует, чтобы контакторы и предохранители использовали методы увеличения разделительного расстояния для быстрого гашения любых дуг», - сказал он. «В противном случае непрерывная дуга может привести к сильному взрыву контактора или предохранителя. Другой проблемой является соединение контактора и предохранителя во время перегрузки по току. Когда контактор начинает отключать схема, он может начать рассеивать часть перегрузки по току внутри себя, препятствуя тому, чтобы этот ток был доступен для правильного отключения предохранителя. Потенциальным ударом может стать катастрофический отказ всей системы. Решение Sensata по отключению, в котором контактор и предохранитель соединены для совместной работы, помогает предотвратить этот риск ».
Переход на более высокое напряжение
Хотя более высокие уровни напряжения и тока сокращают время зарядки, они увеличивают риски безопасности и проблемы при проектировании системы. Высоковольтные контакторы обеспечивают безопасную непрерывность цепи, а предохранители необходимы в тандеме для защиты цепи в случае опасного короткого замыкания.
Решения Sensata для защиты цепей (Источник: Sensata Technologies)
Традиционный термопредохранитель постоянного тока technology предназначен для ситуаций короткого замыкания, а это означает, что в случае короткого замыкания и сильного тока предохранитель использует плавление соединения для разрыва цепи. Дай отметил, что проблема традиционных термопредохранителей постоянного тока заключается в ситуациях перегрузки по току, когда ток недостаточно велик и термопредохранителю требуется больше времени, чтобы расплавиться.
«Это создает серую зону, в которой уровни тока могут превысить способность контактора отключать нагрузку, не достигнув тепловой точки для срабатывания предохранителя», - сказал он. «Этот промежуток времени до того, как плавкий предохранитель может сработать при превышении отключающей способности контактора, устраняется с помощью GigaFuse. GigaFuse помогает устранить разрыв между тем, что контакторы могут выполнять [нормальная работа], и моментом срабатывания предохранителя, обеспечивая защиту как от перегрузки по току, так и от короткого замыкания.
«Контакторы и предохранители являются критически важными компонентами в устройствах быстрой зарядки постоянного тока», - добавил Дай. «Контакторы обеспечивают безопасное замыкание цепи во время нормальной зарядки или отделяют перегрузку по току, в то время как предохранители защищают систему зарядки во время опасных коротких замыканий и перегрузок по току. Ключевым моментом является наличие контакторов и предохранителей, которые могут работать в тандеме, чтобы обеспечить бесперебойную защиту зарядных устройств в нормальных рабочих условиях и в условиях перегрузки по току ».
Контакторы и предохранители
Более высокие уровни напряжения и более высокая зарядка контакторов означает, что продукты должны иметь повышенную отключающую способность, и клиенты просят контакторы на 1,000 В и 500 А, сказал Дай. Кроме того, еще одна необходимая функциональность - это двунаправленность контактора, которая позволяет заряжать аккумуляторы электромобилей как от сети, так и от транспортного средства к электросети (V2G), что позволяет использовать интеллектуальную сеть на рынке обмена энергией.
«Помимо V2G, динамическое распределение мощности - это технологическая тенденция, которая адаптирует зарядку к фактическому спросу за счет объединения или распределения мощности от нескольких портов зарядки», - сказал Дай. «Двунаправленная функциональность контакторов позволяет зарядным устройствам динамически распределять мощность, позволяя току течь вперед или назад».
Технология контакторов, используемая Sensata Technologies, герметично закрыта и заполнена газом, что обеспечивает необходимую мощность для переключения с требуемой надежностью при относительно небольших размерах по сравнению с контакторами открытого типа. Компания Sensata продолжает свою стратегию в области технологий герметичной коммутации, предлагая высоковольтные предохранители. GigaFuse - это герметичный электромеханический предохранитель, разработанный для высоковольтных и высокомощных предохранителей. «Серия GiagFuse включает предохранители как с пассивными, так и с пассивными / активными комбинациями; он значительно увеличивает эффективность системы, устраняет термическое старение и обеспечивает гибкость конструкции для электрической защиты », - сказал Дай.
Электромеханический пусковой механизм GigaFuse от Sensata увеличивает эффективность системы, устраняет термическое старение и обеспечивает гибкость конструкции для электрической защиты. (Источник: Sensata Technologies)
Для решения возникающих технических проблем, связанных с приложениями большой мощности, Sensata предлагает новую интегрированную технологию электрической защиты. «Новое решение, образцы которого мы будем опробовать для клиентов перед полным запуском, - это PyroTactor, первый в мире контактор со встроенным пироплавким предохранителем», - сказал Дай. «GFC PyroTactor сочетает в себе функции высоковольтных предохранителей и контакторов в одном устройстве, тем самым устраняя необходимость индивидуального определения размеров каждого компонента. Серия GFC является двунаправленной и способна работать с системным напряжением до 1,500 В, а функции включают пассивный и активный запуск. Эта новая конструкция значительно снижает сложность конструкции пары контактора и предохранителя, устраняет термическое старение и значительно сокращает время, сложность и стоимость установки ».
Статья изначально была опубликована в дочернем издании Power Electronics News.