Sähköautojen pikalataus kotitalouspistorasioista

Saksalaisessa EnerConnect-projektissa Fraunhofer IZM:n tutkijat testaavat kaksisuuntaisia estotyyppisiä galliumnitriditransistoreja (GaN) suunnitellakseen järjestelmän, jota voitaisiin käyttää seuraavan sukupolven aktiivisissa muuntimissa ja tasasuuntaajissa.

Nämä transistorit tuovat huomattavia hyötyjä tehotiheyden ja tehokkuuden suhteen ja lupaavat tehdä sähköajoneuvojen lataamisesta tavallisista kotipistorasioista paljon tehokkaampaa.

Nykyiset sähköautoihin suunnitellut aktiiviset tasasuuntausjärjestelmät voivat lukita jännitteen vain yhteen suuntaan, toisin kuin kaksisuuntaiset GaN-transistorit. Niissä on kaksi hilarakennetta, jotka käsittelevät sekä negatiivisia että positiivisia jännitteitä, mikä tekee uudesta kytkentäarkkitehtuurista erityisen houkuttelevan vaihtovirtaverkon kanssa käytettäville muuntimille ja tasasuuntaajille.

Erityinen piiritopologia, jonka parissa tutkijat työskentelevät, ei ole koskaan vielä näytellyt suurta roolia tehoelektroniikassa, koska se olisi aivan liian monimutkaista perinteisillä komponenteilla toteutettuna.

Järjestelmää kutsutaan buck-boost konvertteriksi, joka voi toimia suuremmilla tai pienemmillä tulojännitteillä. Nykyinen käytäntö sähköajoneuvoissa on, että aktiiviset tasasuuntaajat toimivat korkealla jännitteellä. Parhaillaan työstettävä uusi piiri sallisi jännitteen laskemisen, mikä sitten pienentäisi transistorin kytkentähäviöitä.

Järjestelmä mahdollistaa myös muunnosvaiheen sisällyttämisen: Normaalisti tasasuuntaaja tarvitsee kaksi erillistä komponenttia, mutta kaksisuuntaisten esto-GaN-transistoreiden käyttö mahdollistaa tehdä muunnos yhdessä vaiheessa.

Molemmat vaikutukset tarkoittavat, että transistorien hyötysuhde nousee lähelle 99 %, samalla kun uudella arkkitehtuurilla on mahdollista lisätä kytkentätaajuuksia ja kasvattaa tehotiheyttä.

Tutkijat pyrkivät tavoittelemaan 300 kHz:n kytkentätaajuutta, mikä mahdollistaisi tehotiheyden nostamisen 15 kW:iin litraa kohti, mikä on täydet 800 % markkinoilla oleviin latureihin verrattuna.

Tekniikka sopii sähköajoneuvoihin, sillä jos muuntimet asennetaan ajoneuvoihin, niiden on oltava mahdollisimman pieniä. Piiritopologia mahdollistaa sähkön liikkumisen molempiin suuntiin mikä mahdollistaa käyttää auton akkuja sähkön varastoina ja käyttää aurinkosähköjärjestelmissä.

Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM ja Berliinin teknillisen yliopiston tutkijoiden lisäksi EnerConnect-projektin yhteistyökumppaneita ovat Delta Electronics Inc, BIT GmbH ja Infineon Technologies AG.

Aiheesta aiemmin:

Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa

Nanotekniikkaa tehotransistoriin

Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille