Samochody elektryczne: francuskie centrum badawcze CEA (Komitet ds. Energii Atomowej i Alternatywnych Źródeł Energii) i Grupa Renault opracowują pokładową ładowarkę dwukierunkową wysokiej wydajności

A gdyby tak samochód stał się wsparciem dla sieci energetycznej? W niedługim czasie zasada V2G, czyli Vehicle-to-Grid, określająca technologię dwukierunkowej wymiany energii, pozwoli samochodom Renault na oddanie części energii elektrycznej zgromadzonej w akumulatorach, by zoptymalizować działanie sieci energetycznej i złagodzić wahania dostaw energii ze źródeł odnawialnych. CEA, główny gracz w dziedzinie badań naukowych oraz Grupa Renault, pionier i ekspert w dziedzinie pojazdów elektrycznych, chcą rozwijać tę technologię i pracują już nad przyszłymi generacjami V2G, które zostaną wdrożone do końca tej dekady. W tym celu CEA i Grupa Renault opracowały wspólnie nową architekturę układów elektronicznych konwertera napięcia bezpośrednio zintegrowanego z ładowarką samochodu. Konwerter napięcia* o bardziej kompaktowej budowie i opracowany w oparciu o innowacyjne materiały – wynik blisko trzyletnich prac badawczych, objęty jedenastoma wspólnie zgłoszonymi patentami – pozwoli na zmniejszenie strat energii o 30%, skrócenie czasu ładowania samochodu i zapewnienie lepszej trwałości akumulatora. I co więcej, będzie on działał dwukierunkowo – będzie przechowywał energię pobraną z sieci energetycznej.

Innowacyjne materiały

Działy badawczo-rozwojowe CEA i Grupa Renault połączyły swe siły i doświadczenia w dziedzinie energoelektroniki pokładowej, zwłaszcza w odniesieniu do materiałów półprzewodnikowych zawierających azotek galu (GaN) lub węglik krzemu (SiC), określanych jako „Grand Gap”.

Rezultatem jest nowa architektura elektroniczna, oparta na komponentach „Grand Gap”, która pozwala na zmniejszenie strat energii o 30% w procesie konwersji, a co więcej – ogranicza nagrzewanie się układu konwersji i ułatwia jego chłodzenie.

Zmniejszenie gabarytów ładowarki

Ponadto prace inżynierów mające na celu optymalizację komponentów czynnych (półprzewodniki) i biernych (kondensatory oraz elementy indukcyjne) pozwoliły na zmniejszenie gabarytów i ograniczenie kosztu ładowarki. Dzięki zastosowaniu materiałów ferrytowych przeznaczonych do pracy w układach o wysokiej częstotliwości oraz wdrożeniu procesu przesyłu formatowanego zwanego „Power Injection Molding” konwerter mógł zmniejszyć swe rozmiary.

Większa sprawność

Nowa struktura konwertera zapewnia moc ładowania sięgającą 22 kW w trybie trójfazowym, co umożliwia szybsze naładowanie samochodu i jest gwarancją trwałości akumulatora. Również dzięki niej, ładowarka jest dwukierunkowa, co sprawia, że energia zgromadzona w akumulatorze może być przykładowo przesłana do sieci energetycznej lub posłużyć do zaspokojenia potrzeb energetycznych domu autonomicznego pod warunkiem, że jest on wyposażony w dwukierunkowy licznik. Omawiane rozwiązanie jest zgodne z normami kompatybilności elektromagnetycznej (CEM) sieci energetycznych i pojazdów.

Jean-François Salessy, dyrektor zaawansowanej inżynierii w Grupie Renault, wyjaśnia: Projekt realizowany wspólnie z CEA przerósł nasze oczekiwania i potwierdził możliwość osiągnięcia oczekiwanej wydajności i wielkości urządzenia. Otwiera on realne perspektywy dla energoelektroniki stanowiącej poważne wyzwanie w dziedzinie samochodów elektrycznych, by w jak największym stopniu wykorzystywać pojemność akumulatorów. Dzięki funkcji ładowania dwukierunkowego samochód staje się wsparciem dla sieci energetycznej i pozwala odbiorcy finalnemu na ograniczenie wydatków na energię elektryczną.

Jesteśmy dumni, że wraz z Grupą Renault realizujemy ten projekt – dodaje Sébastien Dauvé, dyrektor Instytutu Leti (Laboratorium Elektroniki i Technik Informacyjnych) w CEA. Potrafiliśmy połączyć systemową wizję elektryfikacji pojazdu i jednostki napędowej Grupy Renault z kompetencjami naszych zespołów w pracach nad budową konwertera i jego komponentów. Ich wynikiem było stworzenie architektury układu dostosowanej do potrzeb i przedstawiającej wysoką wartość dodaną.

Zastosowanie innowacyjnych materiałów oraz wspólnych patentów Grupy Renault i CEA dotyczących konwertera pozwoliło na wyprodukowanie specjalnie dostosowanego transformatora stanowiącego kluczowy element w tego rodzaju urządzeniach, gdyż umożliwia zmniejszenie ich gabarytów przy zwiększeniu sprawności wykraczającym poza obecny stan takich rozwiązań – objaśnia François Legalland, dyrektor Instytutu Liten w CEA.

* Konwerter napięcia jest urządzeniem elektronicznym usytuowanym pomiędzy źródłem energii elektrycznej a urządzeniem zasilanym, które pozwala na dostosowanie źródła do urządzenia ładowanego oraz na kontrolowanie przesyłu energii pomiędzy tymi urządzeniami.