Ηλεκτρονικά Iσχύος: Αντλία ψεκασμού για ηλεκτρόνια

Ένα γρήγορο πάτημα του γκαζιού είναι το μόνο που χρειάζεται για να ξεκινήσει το όχημα με μια ισχυρή ώθηση από στάση.

Πολλοί οδηγοί που οδηγούν ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο για πρώτη φορά είναι έκπληκτοι και ενθουσιασμένοι για το πόσο σπορ μπορεί να είναι ένα τέτοιο ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Οι μηχανικοί αυτοκινήτων είναι πιο χαλαροί. Εξάλλου, γνωρίζουν ότι το καύσιμο που απαιτείται από έναν κινητήρα καύσης αντλείται πρώτα στο μπεκ ψεκασμού καυσίμου και στη συνέχεια, υπό υψηλή πίεση, στον κύλινδρο του κινητήρα.

Σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, από την άλλη πλευρά, η μπαταρία είναι το ρεζερβουάρ καυσίμου. Η πηγή ενέργειας ή ισχύος που αποθηκεύει αποτελείται από ηλεκτρόνια, τα σχεδόν χωρίς μάζα στοιχειακά σωματίδια που μπορούν να κινούνται με την ταχύτητα του φωτός ακριβώς σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, η αντίσταση μέσα στις γραμμές επιβραδύνει κάπως την ισχύ, αλλά ωστόσο ταξιδεύουν πολύ πιο γρήγορα από τα υγρά ή τα αέρια καύσιμα. Αυτή η διαφορά εξηγεί γιατί ένας ηλεκτρικός κινητήρας μπορεί να φτάσει την επιθυμητή ταχύτητα σε κλάσματα του δευτερολέπτου.

Όσο η τάση είναι σταθερή, η μηχανική ενέργεια που παράγεται εξαρτάται αποκλειστικά από τα πόσα ηλεκτρόνια παράγονται στις περιελίξεις του ηλεκτρικού κινητήρα.

Τα ηλεκτρονικά ισχύος ελέγχουν τη ροή των ηλεκτρονίων

Τι σημαίνει αυτό στην πράξη; Η ροή ηλεκτρονίων πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια προκειμένου να προσαρμόζεται η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα στην κατάσταση οδήγησης. Ακόμη και ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο χρειάζεται έναν τύπο συστήματος ψεκασμού, του οποίου ο χειρισμός γίνεται, στην περίπτωση αυτή, από τα ηλεκτρονικά ισχύος που συνδέονται με τον ηλεκτρικό κινητήρα. Επιπλέον, τα ηλεκτρονικά ισχύος έχουν έχει μια άλλη σημαντική δουλειά. Η μπαταρία του οχήματος, μια μπαταρία ιόντων λιθίου, μπορεί να αποδίδει και να λαμβάνει συνεχές ρεύμα αποκλειστικά. Τα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα κίνησης στα αυτοκίνητα, ωστόσο, χρησιμοποιούν πάντα εναλλασσόμενο ρεύμα και η παραγωγή του ελέγχεται από τα ηλεκτρονικά ισχύος.

Εάν το όχημα φρενάρει και ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί ως γεννήτρια, το παραγόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα πρέπει να ανορθωθεί πριν αποθηκευτεί στη μπαταρία. Όπως και στην καθημερινή χρήση, η ισχύς στα ηλεκτρονικά ισχύος συνεχώς συμβαίνει και προς τις δύο κατευθύνσεις, η αποδοτικότητα των ηλεκτρονικών ισχύος είναι καθοριστική για τον καθορισμό της απόστασης που μπορεί να διανύσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με μία φόρτιση της μπαταρίας. Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά ισχύος, όπως τα συστήματα που αναπτύσσει η ZF στο εργοστάσιο της, στο Auerbach, επιτυγχάνουν ήδη ένα επίπεδο απόδοσης μεγαλύτερο από 95% στον κύκλο WLTP.

Ημιαγωγοί ηλεκτρονικών ισχύος: Τα μπεκ ψεκασμού του ηλεκτρικού κινητήρα

Στα ηλεκτρονικά ισχύος, οι ημιαγωγοί είναι σημαντικά στοιχεία που καθορίζουν το επίπεδο απόδοσης. Παρόμοια με το πώς το άνοιγμα και το κλείσιμο των μπεκ ψεκασμού καυσίμου ρυθμίζει τον όγκο του καυσίμου, αυτοί οι ημιαγωγοί εμποδίζουν τη διαδρομή των ηλεκτρονίων σε μια κατάσταση αδράνειας. Ανάλογα με το σχεδιασμό, ο ημιαγωγός ανοίγει τη διαδρομή - είτε δημιουργώντας μια τάση σε αυτήν είτε δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτές οι διαδικασίες μπορούν επίσης να συνδυαστούν. Αυτό το σενάριο περιλαμβάνει ένα διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης ή για συντομία IGBT. Όλοι οι ημιαγωγοί ισχύος που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα έχουν ένα κοινό: Βασίζονται σε καθαρό πυρίτιο. Αυτό έχει πολλά οφέλη, συμπεριλαμβανομένου του γεγονότος ότι οι κρύσταλλοι πυριτίου μπορούν να κατασκευαστούν και να υποβληθούν σε περαιτέρω επεξεργασία χρησιμοποιώντας τις ίδιες διαδικασίες όπως αυτές για τα τσιπ υπολογιστών.

zf2
 
Με την ίδια απόδοση μπαταρίας, τα ηλεκτρονικά ισχύος με τσιπ βασισμένα σε καρβίδιο πυριτίου υπόσχονται μια αυτονομία του ηλεκτρικού οχήματος που είναι πέντε έως δέκα τοις εκατό μεγαλύτερη από αυτήν των ηλεκτρονικών ισχύος με βάση το πυρίτιο.

Τα μειονεκτήματα του φθηνού πυριτίου

Η αντίστροφη τάση ενός ημιαγωγού πυριτίου - με άλλα λόγια, η πίεση στην οποία πρέπει να αντισταθεί η ηλεκτρική βαλβίδα - εξαρτάται σχεδόν εξ ολοκλήρου από το πάχος της. Η συνέπεια είναι ότι όσο αυξάνεται η τάση, το ίδιο ισχύει και για το μέγεθος των ημιαγωγών, γεγονός που μειώνει το επίπεδο απόδοσης όταν το όχημα βρίσκεται σε λειτουργία. Ενώ οι κινητήρες σε όλα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα λειτουργούν μέχρι στιγμής με 400 Volt, το 2019 κυκλοφόρησαν στην αγορά τα πρώτα οχήματα που τροφοδοτούνται με 800 Volt. Ο λόγος του διπλασιασμού της τάσης δεν οφείλεται στα οδηγικά πλεονεκτήματα, αλλά αυτή η αύξηση μειώνει το σχετικό χρόνο φόρτισης κατά το ήμισυ.

Υπό το πρίσμα αυτό, η ZF εργάστηκε για μια νέα γενιά ηλεκτρονικών ισχύος. Βασίζεται σε ημιαγωγούς ισχύος από καρβίδιο πυριτίου. Σε αυτό το υλικό, κάθε άτομο πυριτίου συνδέεται με τέσσερα άτομα άνθρακα - και αντιστρόφως. Τα άτομα άνθρακα δεν είναι μόνο μικρότερα από τα αντίστοιχα στο πυρίτιο, αλλά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συνδέονται μεταξύ τους. Ισχύς πεδίου δέκα φορές υψηλότερη και έως και τρία megavolt ανά εκατοστό μπορεί να δημιουργηθεί στο πιο συμπαγές υλικό πριν διαρραγεί η δομή του πλέγματος.

Μεγαλύτερη αυτονομία λόγω των τσιπ καρβιδίου πυριτίου

Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι η ίδια τάση μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας τσιπ που είναι δέκα φορές πιο λεπτά. Για ένα σύστημα κίνησης των 800 Volt, αρκεί οι ημιαγωγοί να έχουν πάχος περίπου 100 μικρόμετρα. Το μειωμένο ύψος σχεδιασμού σημαίνει επίσης χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση. Κατά συνέπεια, λιγότερα ηλεκτρόνια χάνονται στο δρόμο προς τον κινητήρα - αυξάνοντας έτσι το επίπεδο απόδοσης. Οι μηχανικοί παρατηρούν επίσης αυτήν την πρόοδο, ακόμη και αν δεν καταλαβαίνουν τη φυσική των ημιαγωγών, επειδή χωρίς να αλλάξουν το μέγεθος της μπαταρίας, αυτοί οι νέοι ημιαγωγοί μπορούν να αυξήσουν την αυτονομία κατά πέντε έως δέκα τοις εκατό.

ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΑΡΘΡΟ

Tagged under

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΙΔΕΕΑ

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ

Εφημερίδα
Το Συνεργείο του Αυτοκινήτου

 

Σαρανταπόρου 70
Χαλάνδρι, 15231 - Χάρτης

 

Τ 210 2825611, 210 6754419
F 210 2842420

 

info [at] tosynergeio.gr

 

 

Social Media

Facebook-color Instagram-color youtube-color Twitter linkedin

Προγραμμα Σεμιναριων ιδεεα
banner AC

Αρχές Ηλεκτρισμού Πολύμετρο – Παλμογράφος – Έλεγχος Συστημάτων Ανάφλεξης, Φόρτισης, Εκκίνησης

  ΝΕΕΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΕΣ ΛΟΓΩ ΚΑΚΟΚΑΙΡΙΑΣ 
date_rangeΣάββατο 5 Φεβρουαρίου & Κυριακή 6 Φεβρουαρίου
access_time 09:00-17:00

Το σεμινάριο πραγματοποιείται μέσω υπολογιστή (Webinar) για όλη την Ελλάδα.


banner AC

Ηλεκτρονικά στο αυτοκίνητο, Αισθητήρες -Ενεργοποιητές, Έλεγχοι με Πολύμετρο – Παλμογράφο

date_range Σάββατο 26 Φεβρουαρίου & Κυριακή 27 Φεβρουαρίου
access_time 09:00-17:00

Το σεμινάριο πραγματοποιείται μέσω υπολογιστή (Webinar) για όλη την Ελλάδα.

Δηλώστε Συμμετοχή...

banner AC

Ψηφιακές επικοινωνίες εγκεφάλων Can bus, Lin bus, Most, Flexray, Bluetooth, Πολύμετρο – Παλμογράφος

date_rangeΣάββατο 19 Μαρτίου & Κυριακή 20 Μαρτίου
access_time 09:00-17:00

Το σεμινάριο πραγματοποιείται μέσω υπολογιστή (Webinar) για όλη την Ελλάδα.

Δηλώστε Συμμετοχή...

banner AC

2-ήμερο Τεχνικό Σεμινάριο Τεχνολογία Ηλεκτρικών Οχημάτων και Πρακτική σε Ηλεκτρικό Όχημα

date_range Σάββατο 7 & Κυριακή 8 Μαΐου
access_time 09:00-17:00

Το σεμινάριο πραγματοποιείται μέσω υπολογιστή (Webinar) για όλη την Ελλάδα.

Δηλώστε Συμμετοχή...

banner AC

“Προηγμένοι τρόποι Διάγνωσης” – 2 μέρες μόνο Πρακτική

date_rangeΣάββατο 28 Μαΐου & Κυριακή 29 Μαΐου
access_time 09:00-17:00

Σεμινάριο του Ινστιτούτου ΙΔΕΕΑ με Φυσική Παρουσία (2 μέρες μόνο Πρακτική – Χωρίς θεωρία). Η παρακολούθηση του Σεμιναρίου θα γίνει αποκλειστικά με φυσική παρουσία

Δηλώστε Συμμετοχή...