AC akkumulátor?

Tudjuk, mert tanultuk: energiatárolás csak DC – azaz egyen feszültség – formájában lehetséges. Mondtuk eddig – és mondjuk ezután is, mert az AC akkumulátor koncepciója azonban nem azt jelenti, hogy maga az akkumulátor AC-ben tárolná az energiát, hanem hogy az akkumulátor moduláris struktúrája és vezérlése lehetővé teszi az egyenfeszültségből közvetlenül váltakozó feszültséget előállítani. Nézzük hogyan!

Az AC akkumulátor koncepció célja, hogy egyesítse az akkumulátor-felügyeleti rendszert, az invertert, az alacsony feszültségű egyenáramú rendszert és a fedélzeti töltőt egyetlen, nagy teljesítményű komponensbe. Az integráció révén kisebb és könnyebb rendszert kapunk, amely közvetlenül képes a háromfázisú motor táplálására, valamint az AC hálózatra csatlakoztatva töltésre is alkalmas.

Felépítés tekintetében 18 modulból áll, amely három fázisra van osztva, és teljesítmény félvezető kapcsolókkal vezérelhető. Itt megállva, csak találgatni tudunk: IGBT tranzisztorok vagy SiC MOSFET térvezérlésű tranzisztorok lehetnek a főszereplők?  Ki fog derülni, de a gyártó által közzé tett ábrán jelenleg FET-eket (térvezérlésű tranzisztorokat) látunk.

Az autóiparban az utóbbi években egyre inkább terjednek a SiC (szilícium-karbid) MOSFET-ek, amelyek alacsonyabb kapcsolási veszteséget, nagyobb hatékonyságot és magasabb kapcsolási sebességet kínálnak, különösen nagyfeszültségű (>400 V) rendszerekben, például elektromos járművek hajtásláncában.Mivel a Porsche Engineering hangsúlyozza a nagy hatékonyságot és a valós idejű vezérlést, elképzelhető, hogy az AC akkumulátorban SiC MOSFET-eket alkalmaznak az IGBT-k helyett. Ha a cél a minimális veszteség és a nagy kapcsolási sebesség, akkor valószínűbb a SiC-alapú megoldás, míg ha a magas teljesítmény és megbízhatóság a fő szempont, akkor IGBT-k is szóba jöhetnek. (a Szerk.)

Az egyes modulok egy moduláris többszintű soros párhuzamos konverteren (MMSPC) keresztül működnek, amely dinamikus feszültségmodellezést tesz lehetővé. A konverter lehetővé teszi, hogy az akkumulátor egyenfeszültségéből közvetlenül háromfázisú váltakozó feszültség keletkezzen a motor számára, valamint, hogy az AC hálózatról történő töltés közvetlenül, külön egyenirányító nélkül megvalósuljon.

Ehhez a konverter egy többszintű átalakítási eljárást alkalmaz, amely során az egyes akkumulátormodulok feszültsége különböző kombinációkban kapcsolható, így fokozatosan és finoman alakítható ki a szükséges szinuszos feszültségforma. Az átalakítást SiC MOSFET (vagy IGBT) kapcsolók végzik, amelyek dinamikusan vezérlik az egyes modulokat, lehetővé téve a soros és párhuzamos kapcsolatok gyors átkonfigurálását a teljesítmény és a hatékonyság optimalizálása érdekében.

Az AC töltés közvetlen kezelését a konverter úgy hajtja végre, hogy az AC hálózat feszültségét egyenesen az akkumulátormodulokra bontja szét, elkerülve a hagyományos fedélzeti töltő egyenirányító fázisát, ami csökkenti az energiaátalakítási veszteségeket és növeli a töltési sebességet. Az „impulzusos” gyorstöltés megvalósításához a rendszer rugalmasan tudja szabályozni az egyes modulok töltését, lehetővé téve az optimális töltési görbe kialakítását és a töltési veszteségek minimalizálását. Mindezek eredményeként az MMSPC konverter egy intelligens rendszerként működik, amely nemcsak az elektromos hajtás energiaellátását teszi hatékonyabbá, hanem egyszerűsíti az AC töltési folyamatot is, miközben megszünteti az olyan különálló komponensek szükségességét, mint az inverter és a fedélzeti töltő, ezáltal csökkentve a jármű tömegét, költségeit és növelve a rendszer általános hatékonyságát.

A működés során az akkumulátormodulok feszültségéből közvetlenül generálható a motor számára szükséges szinuszos háromfázisú váltakozó feszültség, valamint közvetlen AC töltés is megvalósítható, ami lehetőséget biztosít az impulzusos gyorstöltésre.

Meghibásodás esetén a rendszer képes az érintett akkumulátormodul megkerülésére, így a jármű csökkentett teljesítménnyel tovább haladhat, míg a hagyományos rendszerekben ilyenkor teljes meghibásodás következne be. A megoldás előnyei közé tartozik a kisebb méret és tömeg, a megbízhatóság növekedése, valamint a szervizelhetőség javulása, mivel az MMSPC kikapcsolásával a rendszer egyes moduljai külön-külön mérhetővé és kezelhetővé válnak. Az extra követelmények közé tartozik a nagy teljesítményű valós idejű számítási platform biztosítása, a biztonsági protokollok kiterjesztése, valamint az újfajta töltési és meghibásodáskezelési megoldások bevezetése. Karbantartás szempontjából a rendszer a jövőben valószínűsíthetően kisebb mechanikai beavatkozást igényel majd a csökkentett alkatrészszám miatt, de szükséges a rendszeres diagnosztika, az akkumulátormodulok állapotának ellenőrzése és a biztonsági funkciók – például a konverter kapcsolási mechanizmusának és a limp-home (csökkentett teljesítményű vészüzem) funkciónak – folyamatos felülvizsgálata.

Forrás: automotivepowertraintechnologyinternational.com