EliteSiC Lösungen für EV-Laden

Übersicht

Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) sind ein schnell wachsender Industriemarkt, um den Energiespeicherbedarf beim Wechsel von kohlenstoffbasierten Energiequellen zu erneuerbaren und nachhaltigeren Methoden zu decken. Viele Länder bieten auch Anreize für die Installation dieser Energiespeichersysteme, was den Bedarf an Energiespeicherung in Wohn-, Industrie- und gewerblichen Anwendungen erhöht hat. Energiespeichersysteme werden in Solarsystemen und EV-Ladestationen benötigt und verwenden ähnliche Komponenten und Topologien.

Systemimplementierung

Systembeschreibung

Vier Elemente zum Bau von BESS

Ein BESS besteht aus 4 Teilen, egal ob es für Wohn- oder Gewerbezwecke genutzt wird. Batteriepakete bestehen aus Hunderten oder Tausenden von Batteriezellen, um ein gewerbliches System einzurichten, und Hochspannungsmodule sind in die Batteriegestelle oder -banken integriert, um eine höhere Kapazität zu erreichen. Lade- und Entladespannungen reichen typischerweise von 50 V bis 1100 V, abhängig von der Batteriespannung und der Schaltungstopologie. Das BMS (Battery Management System) ist ein elektronisches System, das wiederaufladbare Batterien verwaltet, indem es sicherstellt, dass die Batterien im SOA (Safe Operating Area) arbeiten, Betriebszustände überwacht, Echtzeitdaten berechnet und meldet, etc., um eine längere Lebensdauer zu gewährleisten. PCS ist ein weiteres wichtiges Subsystem für die bidirektionale Energiewandlung zwischen dem Batteriepaket und dem Netz und/oder der Last, ein entscheidender Faktor zur Bestimmung der Systemkosten, Größe und Leistung. EMS ist ein softwarebasiertes System aus computergestützten Werkzeugen, die von Betreibern von Stromversorgungsnetzen verwendet werden, um die Leistung des Erzeugungs- oder Übertragungssystems zu überwachen, zu steuern und zu optimieren.

AC-gekoppeltes System und DC-gekoppeltes System

BESS ist derzeit in 2 Typen unterteilt, AC-gekoppelte und DC-gekoppelte Systeme. AC-gekoppelte BESS ist ein separates System, das einem bestehenden Solar-/Energieerzeugungssystem/netz hinzugefügt werden kann und so ein einfaches Upgrade ermöglicht. Es erfordert jedoch zusätzliche Leistungsumwandlungsstufen, um das vollständige Laden/Entladen zu ermöglichen, was zu höheren Verlusten führt. Andererseits bietet das DC-gekoppelte System, das häufig in hybriden Solarwechselrichtern für Privathaushalte eingesetzt wird, zusätzliche Energiespeicherkapazität durch Anschluss an den DC-Bus. Es beinhaltet einen einzigen DC-DC-Umwandlungsschritt, erfordert jedoch eine Entscheidung während der Produktentwicklung, da die DC-Bus-Spannung oft hoch ist und Sicherheits- oder Nachrüstherausforderungen darstellen kann.

Bidirektionaler Betrieb

Die Leistungsumwandlungsphase von BESS erfordert bidirektionalen Betrieb. Drei-phasige Wechselrichter können oft bidirektional sein und als AC-DC-Wandler fungieren, wenn sie im Rückwärtsmodus, im reaktiven Modus für USV oder im Bremsmodus für Antriebe arbeiten. Im Allgemeinen sind Leistungskonverter und insbesondere Topologien für einen Anwendungsfall und eine Richtung des Leistungsflusses optimiert, durch die Auswahl und relative Größe der Schalter und Dioden. Drei-phasige Wechselrichter, die als AC-DC-Wandler im PFC-Modus eingesetzt werden, werden nicht so effizient sein wie ein optimierter AC-DC-PFC-Wandler. Selbst DC-AC-Topologien, die bidirektional ausgelegt sind, zeigen in eine Richtung bessere Leistung als in der anderen. Es ist daher wichtig, den häufigsten Anwendungsfall im Auge zu behalten. Außerdem wird mit allen Topologien keine Bidirektionalität erreichbar sein, daher ist die Auswahl der richtigen Topologie im Voraus ein wichtiger Faktor. Lesen Sie AND90142 - Entmystifizierung von Drei-Phasen-Leistungsfaktorkorrektur-Topologien, um die Drei-Ebenen-Technologie und vorgestellte Drei-Ebenen-PFC-Schaltungen zu verstehen.

Verwenden Sie Siliciumkarbid-Produkte in der PCS

Im Vergleich zu IGBT bieten Siliziumkarbid (SiC)-Geräte mehr Vorteile bei Hochspannungs- und Hochstromanwendungen, wie zum Beispiel die Möglichkeit des Hochfrequenzschaltens. Obwohl IGBT die bevorzugte Wahl im BESS-Design bleibt, kann die Berücksichtigung unterschiedlicher Schaltstrategien und die Einbindung von SiC-Geräten in bestimmten Abschnitten zu einer besseren Leistung führen. Beispielsweise können in dem bidirektionalen Wechselrichter mit A-NPC SiC-Geräte in den inneren Schenkeln ausgewählt werden, um Schaltverluste zu reduzieren, da die spezielle Schaltstrategie eine hohe Schaltfrequenz der inneren Schalter erfordert, während die restlichen Schalter weiterhin IGBTs mit niedrigem V_CE(SAT) verwenden können, um die Kosten kontrollierbar zu halten.

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Zusätzliche Links