لجعل المركبات الكهربائية فعالة ، من المهم تقليل أوقات الشحن على الطريق وزيادة راحة السائق. يساعد التخطيط المناسب للبنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية على تقليل القلق بشأن المدى ويحفز الطلب العالمي على استخدام المركبات الكهربائية. يجب أن تكون شبكة شحن السيارات الكهربائية سريعة ورخيصة وآمنة وقوية وموثوقة ومرنة. في الواقع ، يجب أن توفر البنية التحتية للشحن شبكة مرنة بدرجة كافية لتوليد وتخزين ونقل وتوزيع الطاقة اللازمة للمسار العالمي نحو الكهربة. وبهذا المعنى ولتحقيق هذا الهدف عالميًا ، تعد تقنية أشباه موصلات الطاقة عاملاً أساسيًا في جعل شحن المركبات الكهربائية أكثر ملاءمة واقتصادية واستدامة. في الواقع ، يتطلب السوق الحالي أجهزة شحن للسيارات الكهربائية ، والتي تتميز بالسرعة والكفاءة.
من خلال تصور مستقبل كهربائي بالكامل ، ستوفر تقنية أشباه الموصلات لمشغلي الشبكات قدرًا أكبر من المرونة لإدارة البنية التحتية للطاقة بشكل أفضل وتحسينها. يتضمن السيناريو الحرج آلاف المركبات الكهربائية التي تتصل في وقت واحد وتفرض متطلبات طاقة غير مسبوقة على شبكة توزيع الكهرباء. على سبيل المثال ، عندما ينتقل معظم الأشخاص إلى العمل ، يجب عليهم إدارة احتياجات الشحن الخاصة بهم في وقت واحد.
تقنية GaN: خيار استراتيجي لشحن المركبات الكهربائية
يعني الشحن الأسرع للمركبات الكهربائية وجود المزيد من المركبات الكهربائية على الطريق في وقت واحد. يعد هذا جانبًا مهمًا جدًا لمشتري المركبات الكهربائية المحتملين ، الذين يحتاجون إلى الراحة وسهولة الوصول والأمان والثقة فيما يتعلق بنطاق محطات الشحن وتوافرها ، والوقت اللازم لإعادة شحن سياراتهم والعودة إلى السفر على الطريق. ستلعب أحدث التقنيات دورًا مهمًا في ضمان متطلبات السفر الصحيحة. تعمل تقنية المعالجة المتكاملة مع المعالجات المتكاملة ، مثل وحدات التحكم الدقيقة في الوقت الفعلي ، بسلاسة مع محركات البوابة المعزولة وأجهزة الطاقة المتكاملة بالكامل من نيتريد الغاليوم (GaN) لزيادة كفاءة وسرعة عملية الشحن. تعمل أجهزة الطاقة GaN على زيادة كثافة الطاقة والكفاءة والموثوقية ومزايا التكلفة. يمكن استخدام دوائر Gallium Nitride (GaN) المتكاملة في تطبيقات مختلفة ، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية والخوادم ومحركات المحركات ومحولات الكمبيوتر المحمول ، ولكن بشكل خاص في أجهزة الشحن المدمجة للسيارات الكهربائية. تتبدل ترانزستورات GaN بشكل أسرع بكثير من ترانزستورات السيليكون MOSFET ، مما يحتمل أن تحقق خسائر تحويل أقل بكثير.
تمكن GaN من الشحن الأسرع والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. نظرًا لقدرتها على العمل بترددات تحويل أعلى في طبولوجيا إمداد الطاقة متعدد المستويات ، تتيح تقنية Gallium Nitride شحنًا أسرع وأكثر كفاءة من المواد التقليدية القائمة على السيليكون. نتيجة لذلك ، يمكن لمهندسي التصميم صنع مغناطيس أصغر في أنظمة الطاقة ، مما يقلل من تكلفة المكونات التي تستخدم النحاس والمواد الخام الأخرى. يمكن أن تكون الهياكل متعددة المستويات أكثر كفاءة ، مما يقلل من الطاقة المطلوبة لتبديد الحرارة أو التبريد. تضاعف GaN بشكل فعال كثافة الطاقة لمصدر الطاقة أو نظام إدارة الطاقة في تطبيقات مثل أجهزة الشحن على متن السيارة الكهربائية ومحطات شحن المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. وهذا يؤدي إلى تصميمات شحن أسرع وأنظمة أصغر حجمًا ويقلل التكاليف الإجمالية لمالكي المركبات الكهربائية. زادت سعة محطات الشحن السريع بالتيار المستمر بشكل ملحوظ بمرور الوقت. حيث كان المعيار في السابق 150 كيلوواط ، فإننا نشهد الآن سعة شحن تبلغ 350 كيلو وات وأكثر ، وستستمر التحسينات بالتأكيد مع مرور الوقت بينما نبحث عن حلول طاقة جديدة وأكثر كفاءة وأفضل أداءً. ونتيجة لذلك ، سيتم إعادة شحن المركبات الكهربائية بشكل أسرع ، مما سيساعد على ضمان عدم اعتبار أجهزة الشحن عنصرًا حاسمًا في كهربة السيارات. على نطاق واسع ، يعد التوزيع الأمثل للطاقة ومشاركة الأحمال أمرًا أساسيًا لضمان مرونة البنية التحتية للشحن بدرجة كافية أثناء ذروة الاستخدام. قد تسمح تقنية جهاز أشباه الموصلات بمزيد من المرونة في إدارة توزيع الطاقة من خلال قياس الطاقة الذكي الذي يبسط الشحن.
الشحن ثنائي الاتجاه للسيارات الكهربائية
تجري دراسة تقنيات جديدة لتبسيط إعادة الشحن على أساس أشباه الموصلات وأجهزة الشحن المحمولة. في هذا الصدد ، هناك معيار آخر محدد لتصميم السيارات المكهربة وهو حجم أجهزة الشحن المحمولة بالتيار المستمر. عندما تريد زيادة كفاءة النظام ، فإن الحجم مهم للغاية. يمكن أن يؤدي تقليل حجم أجهزة الشحن المحمولة التي تعمل بالتيار المستمر ، مثل شاحن wallbox DC ، إلى مكاسب كبيرة وفعالية أفضل من حيث التكلفة. يمكن أن تساعد شواحن Wallbox DC في جعل السيارات الكهربائية (EV) ميسورة التكلفة من خلال توفير أجهزة شحن بمستويات طاقة مختلفة بناءً على احتياجات شحن العملاء ، مما يسهل مراقبة الطاقة في الوقت الفعلي وتوصيلات الشبكة. تتمتع محطات الشحن الأصغر والأخف وزنًا بمزيد من المرونة وتسمح لمشغلي الشبكات بنشرها في أماكن مختلفة بسهولة أكبر. كما أن وجود المزيد من الأنظمة المحمولة مثل DC wallboxes يوفر مزيدًا من الراحة للمنزل لمالكي المركبات الكهربائية الذين يرغبون في إعادة شحن أو تزويد منازلهم بالطاقة عند الحاجة. تسمح تقنية مركبة إلى الشبكة ، المعروفة أيضًا باسم V2G ، بإعادة تغذية الطاقة المخزنة في السيارات الكهربائية إلى شبكة الكهرباء للمساعدة في توفير الطاقة خلال فترات ذروة الطلب. يمكن استخدام هذه الطاقة لموازنة الشبكة بحيث يكون هناك ما يكفي من الكهرباء على الشبكة عندما نحتاجها جميعًا ، وهذا يتطلب الحاجة إلى وجود محولات ثنائية الاتجاه في محطات شحن السيارات الكهربائية.
يمكن لشحن المركبات ثنائي الاتجاه والجاهز للشبكة (V2G) أن يسمح للعملاء بخطط طاقة مخصصة لتحويل سيارتهم الكهربائية إلى نظام تخزين للطاقة ، وبالتالي تعظيم الفائدة الاقتصادية لامتلاك سيارة تعمل بالطاقة الكهربائية. سيساعد الابتكار التكنولوجي للحلول التي تزداد كفاءة ، جنبًا إلى جنب مع التصميمات الذكية والشحن ثنائي الاتجاه ، على إدارة تحديات الطاقة بشكل أفضل من خلال تقديم مقياس لعادات المستهلكين والتكيف في الوقت الفعلي مع احتياجاتهم من الطاقة. يعمل الشحن ثنائي الاتجاه على تمكين تقنيات V2G (مركبة إلى شبكة) و V2H (مركبة إلى منزل). مع ظهور حلول جديدة لشحن البطاريات وتخزين الطاقة ، أصبحت فكرة الشحن ثنائي الاتجاه من السيارة إلى الشبكة (V2G) والشحن من السيارة إلى المنزل (V2H) شائعة بشكل متزايد ، والتقنيات التي توفر بها السيارات الكهربائية طاقة البطارية زيادة احتياجاتك من الكهرباء. تجعل تقنيات توصيل الطاقة والاستشعار والنطاق العريض الجديدة تخزين الطاقة بأساليب V2G و V2H حقيقة وتساهم في إدارة طاقة أكثر فاعلية واستدامة وفعالية من حيث التكلفة. تصميمات الشحن ثنائية الاتجاه مناسبة بشكل خاص لمحطات شحن المركبات الكهربائية وتطبيقات تخزين الطاقة نظرًا لمزاياها في كثافة الطاقة والتكلفة والوزن والعزل الجلفاني ونسبة تحويل الجهد العالي. يسمح الشحن ثنائي الاتجاه للمستهلكين بإعادة الطاقة الزائدة مباشرة إلى الشبكة. لهذا السبب ، تحتاج تقنية قياس الطاقة إلى قياس تدفقات توزيع الطاقة بين السيارات الكهربائية والبطاريات الاستهلاكية والشبكة نفسها. لذلك ، يمكن لمحطات الشحن ثنائية الاتجاه المزودة بقياس ذكي للطاقة أن تحول رؤية جديدة لمكان العمل ، حيث تظل السيارات الكهربائية في وضع الخمول أثناء عمل سائقيها. يسمح ذلك لمشغلي الشبكة بمطابقة توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مع طلب المستخدم. يساعد استشعار استقرار التيار والجهد المتزايد أيضًا في توفير الاتصال بالشبكة مع تحسين استهلاك الطاقة.
خاتمة
يمر العالم كله بمرحلة انتقالية نحو الكهربة. لكي تصبح كهربة المركبات المصدر الرئيسي للنقل المستدام ، يصبح من المهم بشكل متزايد تقصير عملية الشحن وجعلها أكثر كفاءة. أصبحت أبحاث إلكترونيات الطاقة وتقنية أشباه الموصلات جاهزة الآن لتقديم كل ما هو مطلوب لتصميم محطة شحن سريع من الجيل التالي. تكتسب أشباه موصلات GaN أهمية متزايدة في مشاريع إنشاء بنية تحتية لشحن المركبات الكهربائية. فلماذا تختار تقنية GaN لتحسين عملية شحن المركبات الكهربائية؟ أولاً ، يوفر GaN كثافة طاقة أعلى وتشغيلًا أكثر موثوقية وكفاءة أفضل من الحلول التقليدية القائمة على السيليكون فقط. علاوة على ذلك ، يمكن أن تساعد أجهزة GaN في تقليل وزن التصميم وحجمه وتكلفته.
مراجع
1https://news.ti.com/blog/2022/02/08/building-fast-flexible-ev-charging-network
2https://www.ti.com/solution/dc-wallbox-charger
3https://www.ti.com/lit/an/slla497/slla497.pdf
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
