Soluzioni EliteSiC per la ricarica dei veicoli elettrici

Panoramica

I sistemi di accumulo dell'energia della batteria (BESS) rappresentano un mercato industriale in rapida crescita per soddisfare le esigenze di accumulo di energia derivanti dal passaggio da fonti energetiche a base di carbonio a metodi più rinnovabili e sostenibili. Molti paesi offrono anche incentivi per l'installazione di questi sistemi di accumulo di energia, il che ha aumentato la necessità di accumulo di energia in applicazioni residenziali, industriali e commerciali. I sistemi di accumulo di energia sono necessari nei sistemi solari e nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, utilizzando anche componenti e topologie similari.

Implementazione del sistema

Descrizione del sistema

Quattro elementi per costruire BESS

Un BESS è composto da 4 parti, sia per uso residenziale che commerciale. I pacchi batteria consistono di centinaia o migliaia di celle della batteria per configurare un sistema a livello commerciale e i moduli ad alta tensione sono integrati nei rack o banchi batteria per una maggiore capacità. Le tensioni di carica e scarica tipicamente variano da 50 V a 1100 V, a seconda della tensione della batteria e della topologia del circuito. Il BMS (Battery Management System) è un sistema elettronico che gestisce le batterie ricaricabili garantendo che funzionino nell'area operativa sicura (SOA), monitorando gli stati operativi, calcolando e riportando i dati in tempo reale, ecc., per garantire una vita operativa più lunga. Il PCS è un altro sottosistema importante per la conversione bidirezionale dell'energia tra il pacco batteria e la rete e/o il carico, un fattore importante nella determinazione del costo, delle dimensioni e delle prestazioni del sistema. L'EMS è un sistema basato su software di strumenti assistiti da computer utilizzati dagli operatori delle reti di servizi elettrici per monitorare, controllare e ottimizzare le prestazioni del sistema di generazione o trasmissione.

Sistema accoppiato AC e Sistema accoppiato DC

Attualmente BESS è suddiviso in 2 tipi, sistemi accoppiati AC e sistemi accoppiati DC. BESS accoppiato AC è un sistema separato che può essere aggiunto a un sistema/generatore di energia/reticolo solare esistente, rendendolo un aggiornamento semplice. Tuttavia, richiede fasi aggiuntive di conversione di potenza per completare la carica/scarica totale, portando a perdite maggiori. D'altra parte, il sistema accoppiato DC, comunemente utilizzato negli inverter solari ibridi residenziali, offre una capacità di accumulo di energia aggiuntiva collegandosi al bus DC. Comporta un singolo passaggio di conversione DC-DC ma richiede una decisione durante la progettazione del prodotto, poiché la tensione del bus DC è spesso elevata e può comportare sfide di sicurezza o di retrofitting.

Operazione bidirezionale

La fase di conversione di potenza del BESS richiede un funzionamento bidirezionale. Comunemente, gli inverter trifase possono essere bidirezionali e comportarsi come un convertitore AC-DC quando operano in modalità inversa, in modalità reattiva per UPS o in modalità frenante per azionamenti motore. In generale, i convertitori di potenza, e in particolare le topologie, sono ottimizzati per un caso d'uso e una direzione del flusso di potenza attraverso la selezione e le dimensioni relative degli interruttori e dei diodi. Gli inverter trifase utilizzati come convertitori AC-DC in modalità PFC non saranno efficienti quanto un convertitore AC-DC PFC ottimizzato. Anche le topologie DC-AC progettate per essere bidirezionali mostreranno migliori prestazioni in una direzione rispetto all'altra. Pertanto, è importante tenere a mente quale sarà il caso d'uso più comune. Inoltre, la bidirezionalità non sarà raggiungibile con tutte le topologie, quindi la selezione della giusta in anticipo è un fattore importante. Leggi AND90142 - Demystifying Three-Phase Power Factor Correction Topologies per comprendere la tecnologia a tre livelli e i circuiti PFC a tre livelli in evidenza.

Utilizzare i prodotti in carburo di silicio nei PCS

Rispetto agli IGBT, i dispositivi al Carburo di Silicio (SiC) presentano più vantaggi nelle applicazioni ad alta tensione e alta corrente, come l'implementazione del commutazione ad alta frequenza. Sebbene gli IGBT rimangano la scelta preferita nel design BESS, considerando diverse strategie di commutazione, l'incorporazione di dispositivi SiC in certe sezioni può offrire prestazioni superiori. Ad esempio, nell'inverter bidirezionale con A-NPC, i dispositivi SiC possono essere selezionati nelle sezioni interne per ridurre le perdite di commutazione grazie alla strategia di commutazione dedicata che richiede alta frequenza di commutazione degli interruttori interni, mentre gli altri interruttori possono ancora utilizzare IGBT a basso V_CE(SAT) per mantenere un costo controllabile.

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