Elektrikli araçlar (EV'ler), geleneksel içten yanmalı motorlarla rekabet edebilmek için daha hızlı DC şarj sürelerine ihtiyaç duyar, bu nedenle EV şarj sistemleri, şarj sürelerini 350 dakikanın altına indirmek için hızla 20 kW'a kadar çıkış gücü çözümlerine doğru ilerliyor. Bu tür yetkilerle, Voltaj ve mevcut seviyeler tasarımcıları yeni mühendislik zorluklarına yönlendiriyor.
Sensata Technologies'in elektrifikasyona odaklanan kıdemli küresel pazarlama müdürü Jinsong Dai, Power Electronics News ile yaptığı röportajda, DC hızlı şarjın ana zorluklarının daha yüksek voltaj ve güç seviyeleriyle ilgili olduğuna dikkat çekti. Daha yüksek voltajlara ve daha yüksek güç seviyelerine geçiş, bazı elektriksel koruma sorunlarına neden olur.
Dai, "Hızlı şarj standartlarından şarj altyapısı sorunlarına, termal verimlilik yönetimine ve elektrik sistemlerinin arızalardan korunmasına kadar DC hızlı şarj uygulamaları için birçok zorluk var" dedi. “Sensata olarak DC hızlı şarj sistemi için elektriksel korumaya odaklanıyoruz. Şarj süresini kısaltmak için birçok yüksek güçlü şarj cihazı 400 V'tan 1,000 V'a, 50 kW'tan 350 kW'a ve hatta daha yükseğe geçiş yapıyor. Bu, şarj sistemindeki elektriksel koruma bileşenlerine pek çok zorluk getiriyor; voltaj seviyelerindeki artışlar ve şarj gücü, kontaktörler ve sigortalar gibi yüksek voltajlı bileşenlerde kapasitenin artmasına neden oluyor."
Dai, buradaki en bariz endişenin, daha yüksek gerilimlerin ark oluşturma olasılığının daha yüksek olması ve bunun söndürülebilmesi için daha büyük bir ayırma mesafesi gerektirmesi olduğuna dikkat çekti. "Bu, kontaktörlerin ve sigortaların herhangi bir arkı hızlı bir şekilde söndürmek için ayırma mesafesini artıracak teknikleri kullanmasını gerektirir" dedi. “Aksi takdirde kesintisiz ark, bir kontaktörün veya sigortanın şiddetli bir şekilde patlamasına neden olabilir. Diğer bir konu ise aşırı akım durumunda kontaktör ve sigortanın eşleştirilmesidir. Kontaktör kırılmaya başladığında devre, aşırı akımın bir kısmını kendi içinde dağıtmaya başlayabilir ve bu akımın sigortayı uygun şekilde bozacak şekilde kullanılabilir olmasını engelleyebilir. Potansiyel etki, tüm sistemin felaketle sonuçlanabilecek bir arızası olabilir. Sensata'nın hem kontaktörün hem de sigortanın birlikte çalışacak şekilde eşleştirildiği bağlantı kesme çözümü bu riski önlemeye yardımcı oluyor."
Daha yüksek gerilime geçiş
Daha yüksek voltaj ve akım seviyeleri şarj sürelerini azaltırken güvenlik risklerini ve sistem tasarımı zorluklarını artırır. Yüksek gerilim kontaktörleri güvenli devre sürekliliği sağlarken, tehlikeli bir kısa devre durumunda devreyi korumak için sigortaların birlikte kullanılması gerekir.
Sensata'nın devre koruma çözümleri (Kaynak: Sensata Technologies)
Geleneksel DC termal sigorta teknoloji kısa devre durumları için tasarlanmıştır; bu, kısa ve yüksek akım durumunda sigortanın devreyi kesmek için bağlantının erimesini kullanması anlamına gelir. Dai, geleneksel DC termal sigortalar için zorluğun, akımın yeterince yüksek olmadığı ve termal sigortanın erimesinin daha uzun sürdüğü aşırı akım durumlarında olduğuna dikkat çekti.
"Bu, akım seviyelerinin kontaktörün sigortanın tetikleyeceği termal noktaya ulaşmadan yükü kesme yeteneğini aşabileceği gri bir bölge yaratıyor" dedi. “Kontaktörün kesme kapasitesi aşıldığında termal sigortanın etkinleştirilebilmesi için gereken bu süre, GigaFuse ile ortadan kaldırılıyor. GigaFuse, kontaktörlerin yapabilecekleri [normal çalışma] ile sigortanın atması arasındaki boşluğu doldurmaya yardımcı olarak hem aşırı akım hem de kısa devre koruması sağlamaya yardımcı olur.
Dai, "Kontaktörler ve sigortalar, DC hızlı şarj cihazlarında görev açısından kritik bileşenlerdir" diye ekledi. “Kontaktörler normal şarj sırasında güvenli devre sürekliliği sağlar veya aşırı akımı ayırır, sigortalar ise tehlikeli kısa devre ve aşırı akım koşullarında şarj sistemini korur. Önemli olan, normal çalışma ve aşırı akım koşullarında şarj cihazlarının kesintisiz korunmasını sağlamak için birlikte çalışabilen kontaktörlere ve sigortalara sahip olmaktır."
Kontaktörler ve sigortalar
Dai, kontaktörler için daha yüksek voltaj seviyeleri ve daha yüksek güç şarjının, ürünlerin daha fazla kesme kapasitesine sahip olması gerektiği anlamına geldiğini ve müşterilerin 1,000 V ve 500 A değerinde kontaktörler istediğini söyledi. Ek olarak, gerekli diğer bir işlevsellik de, hem EV pillerinin şebekeden şarj edilmesine hem de bir enerji değişim piyasasında şebeke zekasının kullanılmasına olanak sağlayacak araçtan şebekeye (V2G) sisteme izin veren kontaktörün çift yönlülüğüdür.
Dai, "V2G'ye ek olarak dinamik güç tahsisi, birden fazla şarj bağlantı noktasından gelen gücü birleştirerek veya paylaşarak şarjı gerçek talebe göre uyarlayan bir teknoloji trendidir" dedi. "Kontaktörlerin çift yönlü işlevselliği, şarj cihazlarının, akımın ileri veya geri akmasına izin vererek gücü dinamik olarak tahsis etmesini sağlar."
Sensata Technologies'in kullandığı kontaktör teknolojisi hava geçirmez şekilde kapatılmış ve gazla doldurulmuştur, böylece açık hava kontaktörlerine kıyasla nispeten küçük boyutta gerekli sağlamlıkta anahtarlama için gerekli gücü sağlar. Sensata, yüksek gerilim sigorta ürünlerinin piyasaya sürülmesiyle yalıtımlı anahtarlama teknolojilerindeki stratejisini sürdürüyor. GigaFuse, yüksek voltaj ve yüksek güçlü sigorta uygulama gereksinimleri için tasarlanmış, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir elektromekanik sigortadır. “GiagFuse serisi hem pasif hem de pasif/aktif kombinasyonlara sahip sigorta ürünlerini içeriyor; Dai, sistem verimliliğini önemli ölçüde artırıyor, termal yaşlanmayı ortadan kaldırıyor ve elektriksel koruma için tasarım esnekliği sağlıyor” dedi.
Sensata'nın GigaFuse ürününün elektromekanik tetikleme mekanizması sistem verimliliğini artırır, termal yaşlanmayı ortadan kaldırır ve elektriksel koruma için tasarım esnekliği sağlar. (Kaynak: Sensata Technologies)
Yüksek güçlü uygulamalarda ortaya çıkan teknik zorlukların üstesinden gelmek için Sensata, elektriksel korumaya yönelik yeni entegre teknoloji sağlar. Dai, "Tam lansmandan önce müşterilerimiz için örnekleyeceğimiz yeni bir çözüm, dünyanın ilk entegre piro sigortalı kontaktörü PyroTactor'dur" dedi. "GFC PyroTactor, HV sigortaların ve kontaktörlerin işlevini tek bir cihazda birleştiriyor, böylece her bileşeni ayrı ayrı boyutlandırma ihtiyacını ortadan kaldırıyor. GFC Serisi çift yönlüdür ve 1,500 V'a kadar sistem voltajlarını yönetebilir ve özellikleri arasında pasif ve aktif tetikleme bulunur. Bu yeni tasarım, kontaktör ve sigorta eşleştirmesinin tasarım karmaşıklığını önemli ölçüde azaltıyor, termal yaşlanmayı ortadan kaldırıyor ve kurulum süresini, karmaşıklığını ve maliyetini önemli ölçüde azaltıyor."
Makale ilk olarak kardeş yayın Power Electronics News'te yayınlandı.