System ładowania wysokiego napięcia o dużej mocy
Fraunhofer ISE – Jörg BornwasserInfrastruktura ładowania pojazdów ciężarowych i osobowych z napędem akumulatorowym jest istotna dla pomyślnej transformacji sektora transportowego. Obecny trend zmierza w kierunku zwiększania mocy ładowania, a co za tym idzie – wyższych prądów i napięć ładowania. W ramach projektu „HV-MELA-BAT” opracowano zatem przetworniki mocy niezbędne do ładowania w trybie XXL, a także system styków przystosowany do wysokich prądów i napięć.
– Projekt skupiał się na modernizacji istniejącej infrastruktury szybkiego ładowania opartej na międzynarodowym standardzie Combined Charging System (CCS) do nowego systemu Megawatt Charging System (MCS). Wyższa moc ładowania stawia nowe wyzwania przed elektroniką mocy, systemem styków i dostępną przepustowością przyłącza do sieci – wyjaśnia inż. Stefan Reichert z Instytutu Fraunhofera dla Systemów Energii Słonecznej (Fraunhofer ISE), który koordynował projekt „HV MELA BAT”. Partnerami projektu były firmy Motion Control & Power Electronics, STS Spezial-Transformatoren Stockach, Mercedes-Benz Energy, a także Fraunhofer IVI.
System ładowania dla szerokiej gamy pojazdów i przyłączy sieciowych
W ramach projektu badawczego zespół projektowy opracował kluczowe komponenty niezbędne do ładowania w skali XXL: przetworniki elektroniczne mocy, takie jak prostownik po stronie sieci, modułowy układ przetworników DC/DC zapewniający izolację galwaniczną oraz przetworniki DC/DC służące do regulacji napięć ładowania, a także układ styków do wysokich napięć i prądów. System ładowania został uzupełniony o buforowy system magazynowania energii wykonany z akumulatorów samochodów osobowych z drugiego życia. System magazynowania zmniejszył wymaganą moc przyłączeniową stacji ładowania do 500 kW. Buforuje on również wysokie szczyty obciążenia, zmniejszając w ten sposób obciążenie sieci.
Opracowany w ramach projektu system MCS został zaprojektowany z myślą o elastyczności, aby objąć jak najszerszy zakres napięć ładowania i typów pojazdów. Jest on kompatybilny z istniejącym standardem ładowania CCS. Zespół projektowy zbadał również konfigurację modułową obejmującą do czterech punktów ładowania o mocy 250 kW oraz integrację odnawialnych źródeł energii (np. systemów fotowoltaicznych) i obciążeń w ramach systemu. Energia słoneczna może być wykorzystywana bezpośrednio do zasilania stacji ładowania lub przekazywana do magazynu buforowego.
Kompletny system ładowania MCS wraz z magazynem buforowym został zainstalowany, uruchomiony i przetestowany w Centrum Elektroniki Mocy i Zrównoważonych Sieci Fraunhofer ISE we Fryburgu. Dzięki zastosowaniu modułowych i elastycznie konfigurowalnych przetworników DC/DC firmy Motion Control & Power Electronics akumulator, sieć prądu przemiennego i wyjście ładowania zostały połączone za pośrednictwem wspólnej magistrali prądu stałego. Umożliwiło to wykazanie mocy ładowania przekraczającej 1 MW przy ograniczonej mocy przyłączeniowej do sieci wynoszącej 500 kW. Pozostałe 500 kW dostarczał system magazynowania buforowego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
System przetestowano przy procesach ładowania o różnym czasie trwania, a także zmieniano wielkość systemu magazynowania buforowego. W ten sposób system osiągnął ponadprzeciętną ogólną sprawność przesyłu z sieci prądu przemiennego do akumulatora pojazdu.
Innowacyjne topologie obwodów i wysokie częstotliwości przełączania zapewniające rekordową sprawność
Innowacyjnym elementem projektu jest nowy, ultrakompaktowy, izolowany galwanicznie przetwornik DC/DC o mocy przesyłowej 250 kW. Żeby zapewnić moc ładowania wynoszącą 1 MW, cztery takie modułowe przetworniki zostały połączone równolegle. Przetwornik mocy opiera się na podstawowej topologii przetwornika rezonansowego szeregowego. Działa on z bardzo wysoką częstotliwością przełączania, sięgającą 200 kHz, co pozwala na zaprojektowanie mniejszych elementów indukcyjnych, takich jak transformator wysokiej częstotliwości i obwód rezonansowy. Zmniejsza to zużycie materiałów i rozmiar przetwornicy. Dzięki wysokiej częstotliwości przełączania przetwornica osiąga gęstość mocy objętościowej na poziomie 9 kW/l, co przy maksymalnej sprawności wynoszącej 99,26% w tym zakresie mocy stanowi światową nowość.
źródło: Fraunhofer ISE
