Kako poboljšati efikasnost punjača za EV

U svetu električnih vozila, efikasnost punjenja postaje sve važnija tema. Naime, struja u mreži dolazi u obliku naizmenične struje (AC), dok se u baterijama automobila skladišti jednosmerna struja (DC). Ovo stvara potrebu za konvertovanjem između ta dva oblika energije, a gubici tokom ovog procesa su neizbežni.

U okviru projekta „EnerConnect“, koji podržava nemačka vlada, istraživači iz Fraunhofer instituta za pouzdanost i mikrointegraciju IZM u saradnji sa Tehničkim univerzitetom u Berlinu, a uz pomoć kompanija Delta Electronics Inc., BIT GmbH i Infineon Technologies AG, testiraju inovativne sklopove koristeći dvostrano blokirajuće GaN tranzistore. Ovi poluprovodnici od nitrida galija omogućavaju visoke frekvencije prebacivanja, što dovodi do manjih i potencijalno jeftinijih komponenti.

Za razliku od konvencionalnih tranzistora, koji samo blokiraju naponski tok u jednom pravcu, dvostrano blokirajući GaN tranzistori mogu obraditi pozitivne i negativne napone kroz svoje dve strukturne komponente. Ova osobina otvara vrata novim topologijama sklopova koje se mogu koristiti sa javnim napajanjem i u uređajima za pretvaranje struje.

Projekat istražuje takozvani Buck-Boost topologiju, koja omogućava prilagođavanje ulaznog napona i može smanjiti i povećati napon prema potrebama. Ovaj pristup čini moguće smanjenje gubitaka tokom prebacivanja, što je posebno važno za napajanje električnih vozila.

Tradicionalno, aktivni ispravljači u električnim automobilima rade sa visokim naponom, ali novo rešenje istraživača omogućava smanjenje napona, što dodatno smanjuje energetske gubitke. Osim toga, ovaj novi sklop omogućava eliminaciju jedne od faza pretvaranja, čime se efikasnost dodatno povećava, a troškovi i upotreba materijala smanjuju.

Rezultat ovog inovativnog pristupa je da je efikasnost konvertora povećana na čak 99%, pri čemu se razmatra dalja optimizacija sa ciljanom frekvencijom od 300 kHz. Ovo stvara mogućnosti za povećanje gustine snage na 15 kW po litru, što je osam puta više od trenutnih komercijalnih punjača.

Kako navode istraživači, efikasno brzo punjenje na domaćoj utičnici postaje realnost. Iako to ne znači punjenje na nivou DC brzih punjača, prednost bi bila u razvoju kompaktnog 22-kW on-board punjača. Trenutno, trofazni 11-kW on-board punjači sa 16 ampera su standard, a mnogi proizvođači izostavljaju 22-kW verzije zbog troškova i prostora. Sa GaN tranzistorima, problemi sa mestom i troškovima mogli bi se lakše prevazići, čineći 22-kW on-board punjače dostupnijim.