Solutions EliteSiC pour la recharge des véhicules électriques
Vue d'ensemble
Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) constituent un marché industriel en pleine croissance pour répondre aux besoins de stockage d'énergie résultant du passage des sources d'énergie à base de carbone vers des méthodes plus renouvelables et durables. De nombreux pays offrent également des incitations pour installer ces systèmes de stockage d'énergie, ce qui a augmenté la demande de stockage d'énergie dans les applications résidentielles, industrielles et commerciales. Les systèmes de stockage d'énergie sont nécessaires dans les systèmes solaires et les stations de recharge de véhicules électriques, en utilisant également des composants et des topologies similaires.
Mise en œuvre du système
Description du système
Quatre éléments pour construire BESS
Un BESS est composé de 4 parties, qu'il soit destiné à un usage résidentiel ou commercial. Les packs de batteries se composent de centaines ou de milliers de cellules pour configurer un système de niveau commercial, et des modules haute tension sont intégrés dans les racks ou banques de batteries pour une capacité supérieure. Les tensions de charge et de décharge varient généralement de 50 V à 1100 V, en fonction de la tension de la batterie et de la topologie du circuit. Le BMS (système de gestion de la batterie) est un système électronique qui gère les batteries rechargeables en s'assurant que les batteries fonctionnent dans la SOA (zone de fonctionnement sûre), en surveillant les états de fonctionnement, en calculant et en rapportant les données en temps réel, etc., pour garantir une durée de vie opérationnelle plus longue. Le PCS est un autre sous-système important pour la conversion bidirectionnelle de l'énergie entre le pack de batteries et le réseau et/ou la charge, un facteur déterminant le coût, la taille et la performance du système. L'EMS est un système basé sur un logiciel d'outils assistés par ordinateur utilisé par les opérateurs de réseaux électriques pour surveiller, contrôler et optimiser la performance du système de production ou de transmission.
Système à couplage AC et Système à couplage DC
Le BESS est actuellement segmenté en 2 types, les systèmes couplés CA et les systèmes couplés CC. Le BESS couplé CA est un système séparé qui peut être ajouté à un système ou réseau de génération solaire/énergie existant, ce qui en fait une mise à niveau facile. Cependant, il nécessite des étapes supplémentaires de conversion de puissance pour accomplir une charge/décharge complète, entraînant des pertes plus élevées. En revanche, le système couplé CC, couramment utilisé dans les onduleurs solaires hybrides résidentiels, offre une capacité de stockage énergétique supplémentaire en se connectant au bus CC. Il implique une seule étape de conversion CC-CC mais nécessite une décision lors de la conception du produit, car la tension du bus CC est souvent élevée et peut poser des défis de sécurité ou de rétrofit.
Figure 2 : Système couplé en AC
Figure 3 : Système couplé en courant continu
Fonctionnement bidirectionnel
Le stade de conversion de puissance du BESS nécessite une opération bidirectionnelle. Généralement, les onduleurs triphasés peuvent être bidirectionnels et se comporter comme un convertisseur AC-DC lorsqu'ils fonctionnent en mode inverse, en mode réactif pour les UPS ou en mode freinage pour l'entraînement moteur. En général, les convertisseurs de puissance, et en particulier les topologies, sont optimisés pour un cas d'utilisation et une direction du flux de puissance à travers la sélection et la taille relative des interrupteurs et des diodes. Les onduleurs triphasés utilisés comme convertisseurs AC-DC en mode PFC ne seront pas aussi efficaces qu'un convertisseur PFC AC-DC optimisé. Même les topologies DC-AC conçues pour être bidirectionnelles montreront de meilleures performances dans un sens que dans l'autre. Il est donc important de garder à l'esprit quel sera le cas d'utilisation le plus fréquent. De plus, la bidirectionnalité ne sera pas réalisable avec toutes les topologies, il est donc important de choisir la bonne dès le départ. Lisez AND90142 - Démystifier les topologies de correction du facteur de puissance triphasé pour comprendre la technologie à trois niveaux et les circuits PFC à trois niveaux présentés.
Utilisez des produits en carbure de silicium dans le PCS
Par rapport aux IGBT, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) présentent plus d'avantages dans les applications à haute tension et fort courant, tels que la possibilité de commutation à haute fréquence. Bien que l'IGBT reste le choix préféré dans la conception BESS, en considérant différentes stratégies de commutation, l'incorporation de dispositifs SiC dans certaines sections peut offrir des performances supérieures. Par exemple, dans l'onduleur bidirectionnel utilisant A-NPC, les dispositifs SiC peuvent être sélectionnés dans les branches internes pour réduire les pertes de commutation en raison de la stratégie de commutation dédiée nécessitant une fréquence de commutation élevée des interrupteurs internes, tandis que les autres interrupteurs peuvent encore utiliser des IGBT à faible VCE(SAT) pour maintenir un coût contrôlable.
En savoir plus sur les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) en téléchargeant le Guide de solutions système BESS de onsemi ici !
