Jak kompaktowe i wydajne ładowarki pokładowe mogą zrewolucjonizować mobilność elektryczną
W miarę jak Europa dąży do realizacji swoich ambitnych celów klimatycznych, kluczowe znaczenie ma ograniczenie emisji pochodzących z ruchu drogowego — który odpowiada za 80% udziału sektora transportowego odpowiadającego za 28% całkowitych emisji w UE. Pojazdy elektryczne odgrywają kluczową rolę w tej transformacji, jednak ich rozwój jest obecnie hamowany przez ograniczenia związane z technologią ładowarek pokładowych (OBC). Finansowany ze środków UE projekt HiPower 5.0(odnośnik otworzy się w nowym oknie) ma na celu pokonanie tych przeszkód poprzez opracowanie ładowarek pokładowych nowej generacji, które będą mniejsze, wydajniejsze i bardziej opłacalne.
Z 12 do 4 litrów
Ładowarki OBC, montowane w pojazdach elektrycznych, przekształcają energię elektryczną z sieci w energię odpowiednią dla akumulatorów. Jednak wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną obecne urządzenia OBC stoją przed poważnymi wyzwaniami. Tradycyjne rozwiązania krzemowe borykają się z problemami związanymi ze spadkiem wydajności, generowaniem ciepła oraz nieporęczną konstrukcją. Ładowarki OBC wysokiej mocy często wymagają rozbudowanych układów chłodzenia, przez co nie nadają się do stosowania w mniejszych pojazdach. HiPower 5.0 rozwiązuje te problemy, wprowadzając przełomowy moduł ładowania pokładowego o mocy 22 kW, który zajmuje zaledwie 4 litry przestrzeni — czyli znacznie mniej niż wynosi obecna średnia rynkowa wynosząca 12 litrów. Innowacyjność projektu polega na wykorzystaniu półprzewodników z azotku galu (GaN) dostarczonych przez partnera projektu, firmę Infineon Technologies. Jak możemy przeczytać w informacji prasowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na stronie Instytutu Fraunhofera ds. Niezawodności i Mikrointegracji IZM, partnera nadzorującego zastosowanie projektu w branży motoryzacyjnej: „Te monolitycznie zintegrowane, dwukierunkowe przełączniki GaN umożliwiają bardziej wydajną konwersję w mniejszej obudowie, ponieważ zostały zaprojektowane do sterowania przepływem prądu w obu kierunkach”. Co za tym idzie pojedynczy przełącznik GaN zastępuje dwa tradycyjne elementy półprzewodnikowe, a to zmniejsza złożoność systemu i tworzy podstawy pod nowe możliwości technologicznych. Doświadczenie Instytutu Fraunhofera w dziedzinie upakowywania i rozwoju systemów odegrało kluczową rolę w optymalizacji całego systemu OBC. Zamiast skupiać się na poszczególnych elementach, konsorcjum HiPower 5.0 przyjęło podejście całościowe, polegające na wbudowywaniu komponentów elektronicznych bezpośrednio w płytki drukowane. Taka konstrukcja skraca krytyczne ścieżki elektryczne, minimalizuje potencjalne straty energii i pozwala zaoszczędzić miejsce, co daje wysoce zintegrowany i wydajny systemu.
Motoryzacja i nie tylko
Znaczenie rozwiązania HiPower 5.0 wykracza poza sektor motoryzacyjny. W ramach projektu badane są również możliwości zastosowania takiej ładowarki w żegludze morskiej, co pozwoliłoby jeszcze lepiej wykorzystać zalety GaN i półprzewodników z szeroką przerwą energetyczną. W trakcie realizacji projektu zespół HiPower 5.0 będzie pracował nad sześcioma przypadkami użycia. Należą do nich dwukierunkowe przełączniki blokujące nowej generacji, które radykalnie zmniejszają straty związane z przełączaniem i przewodzeniem, hybrydowe wielopoziomowe falowniki samochodowe, które optymalizują wydajność i koszty, oraz przetworniki pomocnicze nowej generacji przeznaczone zarówno do samochodów osobowych, jak i pojazdów ciężarowych. Kolejne dwa przykłady zastosowań dotyczą opracowania w pełni zintegrowanych układów napędów elektrycznych, zapewniających większą wydajność, niezawodność i zrównoważony charakter, a także cyfrowego bliźniaka trójpoziomowego falownika opartego na komponentach z GaN. Wreszcie, w dziedzinie żeglugi morskiej w ramach projektu badane są rozwiązania obejmujące zintegrowany falownik i silnik elektryczny, stację ładowania o dużej mocy dla statków, źródło prądu stałego o napięciu 3 kV z izolacją galwaniczną oraz wyłączniki półprzewodnikowe do sieci prądu stałego na statkach. Innowacje w ramach projektu HiPower 5.0 (Leading edge Semiconductor, Integration, and Control System Technologies for highly compact and smart eDrive Components towards more sustainable Power Electronics 5.0) pozwalają sprostać kluczowym wyzwaniom w dziedzinie zrównoważonej mobilności i pomagają utorować drogę do niskoemisyjnej przyszłości. Prace w ramach projektu dobiegną końca w 2028 roku. Więcej informacji: strona internetowa projektu HiPower 5.0(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
