Trecerea la mașini electrice depinde nu doar de baterii și de stațiile de încărcare, ci și de componentele ascunse în interiorul vehiculului. Un proiect finanțat de Uniunea Europeană, HiPower 5.0, dezvoltă un încărcător de bord mai mic și mai eficient, care ar putea reduce spațiul ocupat în mașină, pierderile de energie și costurile sistemelor electrice.
Pe scurt
-
HiPower 5.0 dezvoltă un încărcător de bord de 22 kW pentru mașini electrice.
-
Noul sistem ar urma să ocupe 4 litri, față de media actuală de aproximativ 12 litri.
-
Proiectul folosește semiconductori pe bază de nitrură de galiu, o tehnologie care permite conversie mai eficientă a energiei.
-
Încărcătoarele de bord transformă energia electrică din rețea în energie compatibilă cu bateria mașinii.
-
Tehnologia este testată și pentru aplicații în transportul naval, nu doar pentru automobile.
Încărcătorul de bord este componenta care transformă curentul electric din rețea în energie pe care bateria mașinii o poate stoca. Pentru șofer, el nu este la fel de vizibil ca autonomia bateriei sau viteza de încărcare la o stație publică, dar influențează direct eficiența, greutatea, spațiul disponibil în vehicul și costul final al tehnologiei.
Problema este că actualele încărcătoare de bord, bazate în mare parte pe tehnologie convențională cu siliciu, devin tot mai greu de adaptat la cerințe mai mari de putere. Pe măsură ce mașinile electrice trebuie să se încarce mai rapid și să gestioneze fluxuri mai mari de energie, apar pierderi de eficiență, căldură suplimentară și componente mai voluminoase.
HiPower 5.0 încearcă să rezolve această limitare printr-un încărcător de bord de 22 kW care ocupă doar 4 litri. Pentru comparație, articolul CORDIS indică o medie actuală de piață de aproximativ 12 litri. Diferența este importantă mai ales pentru vehiculele mai mici, unde spațiul și răcirea sunt constrângeri reale.
Tehnologia centrală a proiectului este nitrura de galiu, cunoscută în industrie ca GaN. Semiconductoarele de acest tip pot funcționa mai eficient decât soluțiile clasice cu siliciu, mai ales în aplicații de putere. În proiect, componentele GaN sunt furnizate de Infineon Technologies.
Un element important este caracterul bidirecțional al comutatoarelor GaN folosite. Acestea pot controla fluxul de electricitate în ambele direcții, ceea ce înseamnă că un singur comutator poate îndeplini rolul a două semiconductoare convenționale. Rezultatul poate fi un sistem mai simplu, mai compact și cu pierderi mai mici.
Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, partenerul care coordonează cazul de utilizare auto al proiectului, lucrează la integrarea componentelor direct în plăcile de circuit. Această abordare scurtează traseele electrice critice, reduce pierderile potențiale de energie și economisește spațiu.
Pentru mașinile electrice, astfel de progrese pot avea efecte practice. Un încărcător mai mic lasă mai mult spațiu pentru alte componente sau pentru designul vehiculului. Un încărcător mai eficient reduce energia pierdută sub formă de căldură. Un sistem care generează mai puțină căldură poate avea nevoie de o răcire mai simplă, ceea ce contează pentru greutate, cost și fiabilitate.
Proiectul nu se limitează la automobile. HiPower 5.0 analizează și aplicații în transportul naval, inclusiv unități de încărcare de mare putere pentru nave, surse de curent continuu de 3 kV cu izolare galvanică și întrerupătoare electronice pentru rețelele de curent continuu de la bordul navelor.
În total, echipa proiectului lucrează pe șase cazuri de utilizare. Acestea includ comutatoare bidirecționale de nouă generație, invertoare auto hibride multi-nivel, convertoare auxiliare pentru autoturisme și vehicule grele, sisteme electrice de propulsie integrate și un geamăn digital al unui invertor bazat pe componente GaN.
Miza este legată de obiectivele climatice ale Uniunii Europene. Transportul produce o parte importantă din emisiile UE, iar traficul rutier reprezintă cea mai mare parte a emisiilor din acest sector. Electrificarea transportului are nevoie de baterii mai bune, infrastructură de încărcare, rețele electrice pregătite și componente de putere mai eficiente în interiorul vehiculelor.
HiPower 5.0 este programat să se încheie în 2028. Dacă tehnologia ajunge la maturitate industrială, proiectul ar putea contribui la vehicule electrice mai eficiente, mai compacte și mai accesibile, dar și la sisteme de propulsie electrică pentru alte forme de transport.