تقود المخاوف المناخية وتفضيلات المستهلكين المتطورة الابتكارات التكنولوجية للسيارات الكهربائية كوسيلة نحو مستقبل نقل أكثر اخضرارًا.
تتراوح الابتكارات الخاصة بسوق التنقل الإلكتروني المتوسع هذا من العاكسات الذكية ، التي تساعد على دمج الطاقة الشمسية وموارد الطاقة الموزعة الأخرى في الشبكة الكهربائية ، إلى معدات توريد المركبات الكهربائية فائقة السرعة (EVSE) وخلايا البطاريات القوية بشكل متزايد. تساعد هذه التقنيات أيضًا على توفير ضمان المدى ودفع اعتماد المركبات الكهربائية.
ارتفعت مبيعات السيارات الكهربائية بنسبة 160٪ في النصف الأول من عام 2021 عن العام السابق ، لتصل إلى 2.6 مليون وحدة على مستوى العالم ، على الرغم من الوباء العالمي. الابتكارات التكنولوجية بما في ذلك أساليب التصميم والاختبار الأفضل عبر العوالم المصغرة الإلكترونية لأجهزة الطاقة والمحولات والبطاريات وأجهزة الشحن ، ليست سوى بعض التطورات التي تساعد على تعزيز النمو العام للنظام البيئي للتنقل الإلكتروني. دعنا نستكشف بعض ابتكارات السيارات الحديثة وطرق الاختبار التي تمكّن الهيكل المتداول.
DPT لأجهزة الطاقة SiC و GaN
داخل النظام البيئي للطاقة الكهربائية توجد أشباه موصلات للطاقة – تساعد هذه الشرائح الصغيرة في تحويل الطاقة بين الأنظمة المختلفة – مثل نظام التوجيه المعزز والفرامل ونظام المعلومات والترفيه والإضاءة وتكييف الهواء وبالطبع مجموعة نقل الحركة الكهربائية. على نحو متزايد ، يتحول المصممون إلى أجهزة SiC و GaN ذات فجوة النطاق العريض (WBG) للاستفادة من ترددات التحويل الأسرع ، فضلاً عن نطاقات التشغيل الحراري والجهد العالي.
بينما تعمل أجهزة WBG على تحسين الكفاءة الوظيفية وتساعد على تقليل حجم التصميم والتكلفة ، فإنها تعاني أيضًا من خسائر تحويل أعلى بسبب التذبذبات السريعة للغاية ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة محول الطاقة.
يتحول مصممو محولات الطاقة إلى طريقة جديدة نسبيًا تسمى تقنية اختبار النبض المزدوج (DPT) لإجراء قياسات قابلة للتكرار وموثوق بها لتحديد خسائر التحويل هذه.
يمكن أن تساعد DPTs المصممين على ضمان توافق منتجاتهم النهائية مع معايير الصناعة ، مثل تلك التي وضعتها JEDEC ، الشركة العالمية الرائدة في تطوير المعايير والمنشورات المفتوحة لصناعة الإلكترونيات الدقيقة.
الاختبار والادخار بالطاقة المتجددة
يحدث تحويل الطاقة في جميع أنحاء EV. تتراوح مستويات الطاقة من ~ 50 كيلو واط إلى وأكثر من 180 كيلو واط. تدعم معظم المكونات في EV تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. إلى جانب البطارية المتواضعة 12-V التي تشغل نوافذ السيارة وأضواءها ، فإن بطاريات EVs الرياضية اليوم من 280 فولت إلى 800 فولت.
لا يعد الاختبار عند الطاقة العالية امتدادًا بسيطًا لاختبار الطاقة المنخفضة الذي يتم إجراؤه للسيارات ذات محركات الاحتراق التقليدية. من خلال العمل بمئات الفولتات ، يجب على صانع السيارات إعطاء الأولوية لسلامة كل من البشر والأجهزة قيد الاختبار. يولد اختبار الطاقة العالية أيضًا كميات هائلة من الحرارة ، مما يزيد من تكاليف تشغيل تكييف الهواء.
يتمثل أحد الحلول الأكثر شيوعًا لخفض التكلفة في استخدام أنظمة الطاقة المتجددة المتاحة تجاريًا والتي توفر طاقة تيار مستمر أو تيار متردد ثنائي الاتجاه أو متجدد. تسمح القدرات التجديدية لمصادر الطاقة هذه بإعادة الطاقة المستهلكة إلى الشبكة بشكل نظيف بدلاً من تبديدها كحرارة ، وبالتالي توفير التكاليف من استهلاك الطاقة والتبريد.
فهم التفريغ الذاتي للخلية لصنع بطاريات تدوم طويلاً
تحسنت بطاريات المركبات الكهربائية بشكل كبير منذ أوائل عام 2010 ، عندما كانت توفر 50-60 ميلاً فقط لكل شحنة كاملة. في هذه الأيام ، يوفر متوسط بطارية EV 250 ميلاً لكل شحنة كاملة ، وهو ما يكفي لتهدئة قلق المدى لدى معظم السائقين.
يبدأ إنشاء بطاريات أفضل من فهم كيمياء الخلايا. شكوى مصممي الخلايا هي ظاهرة التفريغ الذاتي السريع بشكل غير طبيعي في خلايا الليثيوم أيون. التفريغ الذاتي للخلية هو تقليل الشحن المخزن للبطارية حتى في حالة عدم توصيلها بأي جهاز. يقلل التفريغ الذاتي من العمر الافتراضي لخلايا Li-ion ويؤدي إلى أن يكون لها في البداية أقل من شحنة كاملة عند استخدامها.
للكشف عن التفريغ الذاتي غير الطبيعي في خلايا Li-ion ، اعتمد المطورون والمصنعون تقليديًا على قياس انخفاض جهد الدائرة المفتوحة للخلية على مدى عدة أسابيع أو حتى أشهر للحصول على نتائج تحقق جيدة. الاضطرار إلى الانتظار كل هذا الوقت أثناء التطوير يؤدي إلى ضياع الفرص من خلال التأخر في دخول السوق بتصميمات جديدة. ويزداد هذا تعقيدًا إذا كان يجب تكرار اختبار التفريغ الذاتي. في التصنيع ، يمثل تخزين كميات كبيرة من الخلايا لفترة طويلة لفحصها للتفريغ الذاتي مشاكل كبيرة في النفقات واللوجستيات والسلامة.
EV & EVSE: ضمان التشغيل البيني
يتم توصيل EV بالشبكة عبر شبكة متطورة بشكل متزايد من EVSE. وفقا ل تقرير رويترز ، هناك أكثر من 300 شركة شحن على مستوى العالم. قم بدمج ذلك مع أكثر من 500 طراز من طرازات EV ، وأنماط شحن مختلفة ومعايير شحن حول العالم ، ويمكننا أن نرى لماذا لا يعد شحن المركبات الكهربائية في محطات الشحن المختلفة أمرًا بسيطًا مثل ملء خزان الغاز.
لمواجهة تحدي التشغيل البيني وتسريع وقت الوصول إلى السوق ، يستثمر العديد من مصنعي المركبات الكهربائية والمركبات الكهربائية في حلول المحاكاة التي يمكن أن توفر لهم الوقت والمال.
تستخدم عمليات التحقق من التصميم هذه آلات يمكنها محاكاة كل من المركبات الكهربائية أو محطات الشحن ، مما يحل تحديات الاختبار الفريد لمنتج جديد تحت طرز EV أو EVSE مختلفة.
إنشاء نظام بيئي للطاقة المستدامة
ستواجه صناعة السيارات مطالب المستهلكين المتطورة ، مثل ما إذا كان المنتج يلبي الأهداف البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG). ستحتاج تقنية الاختبار الجديدة إلى التطور جنبًا إلى جنب للمساعدة في تطوير عوالم مصغرة إلكترونية أفضل مثل أجهزة الطاقة والمحولات والخلايا والبطاريات ومحركات الأقراص. على مستوى العالم الكلي ، سنرى شبكات أكثر ذكاءً تسخر الطاقة المتجددة لتشغيل الأساطيل المتنامية من المركبات الكهربائية وتلبية أهداف ESG كحضارة.
قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة
