Меню

Патент на зарядное устройство электромобилей



Ford стал обладателем патента на сеть для подзарядки батарей электромобилей

Ford стал обладателем патента на сеть для подзарядки батарей электромобилей

Один из крупнейших автопроизводителей Ford запатентовал систему для быстрой зарядки аккумуляторов электромобилей. Сеть пунктов «заправки» батарей, получившая название Fastor Charge, будет маркироваться зелёно-голубым логотипом с буквой F, верхняя часть которой переходит в изображение провода с вилкой. Этой системой будут пользоваться владельцы Mustang Mach-E, который в скором времени пополнит рынок автомобилей на электрической тяге.

Впрочем, новый логотип может быть использован не только для общественной сети подзарядки, но и для бытового зарядного устройства.

Fastor Charge должна стать конкурентом распространённой действующей сети Supercharger для электромобилей производства Tesla. Ford позиционирует её как будущую крупнейшую сеть зарядки транспортных средств на территории Северной Америки. В ней предусмотрено 12 тыс. пунктов с 35 тыс. разъёмов.

При разработке системы для зарядки аккумуляторов машин производители делали упор на скорость самой зарядки и её эффективность, поскольку это напрямую влияет на возможность движения на таком авто. Очевидно, что процент заряда должен быть как можно выше при минимальном времени, которое владельцу машины придётся провести рядом с пунктом «заправки».

Ford удалось добиться следующих показателей: ожидается, что после 10 минут зарядки автомобиль Mustang Mach-E RWD сможет проехать 80 км. Достичь 80% заряда батареи можно будет через 38 минут.

Испытать запатентованную сеть Fastor Charge автовладельцы смогут уже в этом году, после начала поставок для Mach-E.

Источник

Apple запатентовала робо-зарядку для электромобилей

Слухи о Project Titan, таинственном автомобиле Apple, ходят довольно давно, периодически находя подтверждение в действиях компании. Apple продолжает отмалчиваться на счёт хода разработок в этой области, зато периодически патентует различные идеи для разработок, связанные с автотранспортом. Не забывает компания и о полезных аксессуарах, которые могут пригодиться владельцу «эпл-авто». Один из новейших патентов пригодится забывчивым автолюбителям и тем, кто просто ещё не привык к электромобилю и необходимости регулярно его подзаряжать.

Фанатский концепт электромобиля от Apple.

В патенте, выданном Apple американским Ведомством по патентам и товарным знакам, описывается зарядная система, способная полностью взять на себя всю заботу об автомобильных аккумуляторах. Описание к патенту содержит информацию о некоем устройстве, предположительно роботе, который может самостоятельно подавать питание на автомобиль, предварительно подключившись к местной электросети. На чертеже видно, что сам автомобиль предлагается заряжать без помощи проводов.

Заходите к нам в Яндекс.Дзен! Там регулярно публикуются материалы, которых нет на сайте.

Предполагается, что робот способен двигаться самостоятельно, а также планировать свой маршрут при помощи системы датчиков, которые также позволят ему избежать неожиданных препятствий. Чтобы робот не запутался в собственном кабеле, его наверняка планируется снабдить направляющей системой из магнитных и радиодатчиков, благодаря которым он точно сможет определять своё положение в пространстве и расстояние до автомобиля.

Робот заряжает аккумулятор без проводов.

В разработке этих и других устройств активно принимают участие бывшие ключевые сотрудники из Tesla и других автомобилестроительных компаний. Apple активно продолжает нанимать сотрудников с большим опытом работы, а так же ищет партнёров, занятых разработкой и производством в этой и смежных сферах.

Ещё один футуристичный концепт-арт Aple Car.

Проектирование автомобильных систем и их тестирование, судя по всему, проходят в удалении от штаб-квартиры Apple, кроме того, похоже, что даже не все сотрудники, работающие над Project Titan, знают до конца, с чем имеют дело, поэтому существует мнение, что Project Titan больше связан с программным обеспечением для машин, чем с самими автомобилями, но в новостях это мнение иногда опровергается.

Варианты подачи питания на робо-зарядник.

Описанный выше патент — лишь один из многих документов, свидетельствующих о разработках Apple в области транспорта. В одном из июньских патентов инженеры Apple зарегистрировали собственную систему замены аккумуляторов на электроавто. Есть и более смелые патентные заявки, которые, впрочем, также были удовлетворены. А в 2018 году, например, Apple зарегистрировала высоковольтный преобразователь, предназначенный для спортивных автомобилей.

Учитывая, что наличие патента вовсе не означает, что в итоге такой робот уже находится в разработке и вообще когда-нибудь будет создан, надеяться на то, что в скором времени такие маленькое помощники будут заряжать электрокары по всему миру, пока преждевременно, но ход мыслей авторов этого проекта определённо нравится руководству. Кто знает, может, в обозримом будущем Apple вместе с очередным смартфоном анонсирует, наконец, и собственное средство передвижения.

Читайте также:  Isa сетевое зарядное устройство

Всех желающих обсудить последние новости и помечтать об этом и чём-нибудь другом, приглашаем в наш телеграм-чат.

Источник

Tesla запатентовала зарядную станцию с «холодильником»

Компания Tesla запатентовала автоматизированную станцию ускоренной зарядки для электромобилей, в конструкции которой предусмотрена возможность дополнительного охлаждения. На патент обратил внимание портал Electrek.

Аккумуляторные батареи во время зарядки (и при разрядке) могут ощутимо нагреваться. При быстрой зарядке аккумулятора существует опасность перегрева, что, в свою очередь, может привести к возгоранию. Для контроля за температурой аккумуляторов в электромобилях Tesla Model S предусмотрена жидкостная система охлаждения. В зависимости от температуры батареи жидкость или охлаждается (при интенсивной езде или подзарядке), или подогревается (для корректной работы при низкой температуре окружающей среды). Однако система спроектирована с учетом существующих зарядных устройств Supercharger, что ограничивает потенциальное применение более мощных станций подзарядки.

В новом патенте Tesla описывается скоростное зарядное устройство, которое поддерживает во время ускоренной зарядки оптимальную температуру аккумулятора. Автомобиль самостоятельно связывается с зарядной станцией по беспроводной сети, после чего система к разъему в днище подключает штекер для заряда батареи. Во время зарядки автомобиль постоянно передает на зарядную станцию информацию о температуре аккумулятора для правильного выбора температуры.

Стоит отметить, что не все патентуемые технологии доходят до воплощения в серийных устройствах или хотя бы работающих прототипах, поэтому неизвестно, будет ли подобная станция ускоренной зарядки реализована на самом деле. Известно, что у Tesla уже есть прототип другого примечательного зарядного устройства — это робозмея, которая самостоятельно находит нужный разъем и подключается к нему для «заправки» электромобиля.

Проблема контроля температуры аккумулятора актуальна в самых разных устройствах, поэтому над решением этой проблемы постоянно работают ученые. Например, в 2016 году в Стэнфордском университете представили литий-ионные аккумуляторы, способные самостоятельно отключаться при повышении температуры, а ученые из Университета штата Пенсильвания создали «всесезонный» литий-ионный аккумулятор, способный к самонагреву при переохлаждении.

Источник

О быстрой зарядке аккумуляторов электромобилей

11 октября 2019

Прадип Чатержи, Маркус Хермвил (Infineon)

Чтобы электромобиль стал по-настоящему распространенным, необходимы доступные средства быстрой зарядки его аккумулятора. В ассортименте Infineon уже сейчас имеется все необходимое для этого.

В настоящее время правительства разных стран прилагают серьезные усилия, направленные на сокращение выбросов углерода. Использование электрического транспорта помогает решить эту проблему, что приводит к постоянному росту интереса к электромобилям (Battery Electric Vehicles, BEV). Рынок электромобилей расширяется и предлагает все более богатый выбор моделей по все более привлекательным ценам. Тем не менее, ограниченная дальность передвижения такого транспорта по-прежнему вызывает опасения у потребителей. Ситуация усугубляется существующими проблемами подзарядки. Подзарядка припаркованного автомобиля в течение рабочего дня кажется идеальным решением, но отсутствие инфраструктуры приводит к тому, что многие владельцы электрокаров вынуждены выполнять зарядку аккумуляторов дома. Кроме того, потребители хотят, чтобы в длительных поездках, например, в путешествиях во время отпуска, зарядка занимала столько же времени, сколько занимает заправка обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Большинство электромобилей имеет возможность зарядки аккумуляторов в домашних условиях от бытовой однофазной сети переменного напряжения. Благодаря этому подзарядку удобно производить ночью. Существуют различные варианты подключения к сети: от простых кабелей, подключаемых к электрической розетке и кабелей со встроенными устройствами управления и защиты (IC-CPD) до сложных настенных зарядных устройств, снабженных комплексной защитой и обладающих расширенным функционалом, например, возможностью обмена данными с транспортным средством.

Непосредственная зарядка аккумуляторов производится от источника постоянного напряжения, причем преобразование из переменного напряжения в постоянное происходит в силовых блоках, встроенных в автомобиль. Этот подход подразумевает, что каждое транспортное средство должно иметь собственное зарядное устройство, которое разрабатывается с учетом требований по отводу тепла, КПД и весу, то есть по тем факторам, которые в конечном итоге ограничивают мощность зарядки и, следовательно, скорость ее выполнения. Очевидно, что следующим шагом в развитии отрасли станет разработка универсальных автономных зарядных устройств, размещаемых вне кузова автомобиля.

Читайте также:  Подделки на оригинальные зарядные устройства

Зачем нужна быстрая зарядка аккумуляторов

Типовое зарядное устройство мощностью 22 кВт способно за 120 минут зарядить аккумулятор электромобиля до уровня, необходимого для выполнения пробега 200 км. Однако для сокращения времени зарядки до 16 минут (при той же дальности пробега 200 км) необходимо использовать зарядную станцию мощностью 150 кВт. При мощности 350 кВт время зарядки может быть уменьшено до 7 минут, что примерно соответствует времени, затрачиваемому для дозаправки обычного автомобиля с ДВС. Разумеется, все вышесказанное возможно только в том случае, если аккумулятор поддерживает такие скорости зарядки. К этому нужно прибавить, что пользователи ожидают, что процесс зарядки будет одинаковым вне зависимости от места заправки, точно так же, как стандартизован процесс заправки обычных автомобилей.

В Европе организация CharIN e.V. сосредоточила усилия на разработке и продвижении комбинированной системы зарядки (Combined Charging System, CCS). Стандарт, разработанный организацией, определяет тип зарядной вилки, последовательность зарядки и даже передачу данных. В других регионах, таких как Япония и Китай, есть аналогичные организации – CHAdeMO и GB/T соответственно. Собственная запатентованная система зарядки есть у компании Tesla.

Спецификация CharIN предусматривает возможность зарядки от источников как переменного, так и постоянного напряжения с помощью специализированных вилок и розеток. Спецификация также определяет максимальный постоянный выходной ток 500 А при напряжении 700 В DC, а также максимальное напряжение 920 В DC. КПД системы установлен на уровне 95%, хотя в будущем он будет увеличена до 98%. Следует отметить, что для зарядного устройства мощностью 150 кВт уровень потерь 1% соответствует 1,5 кВт. Таким образом, уменьшение потерь до минимально возможного значения является приоритетной задачей для быстрых зарядных устройств.

Архитектура быстрого зарядного устройства

Существуют два варианта реализации зарядных устройств. Первый подход подразумевает преобразование входного переменного трехфазного напряжения в регулируемое постоянное напряжение, которое, в свою очередь, преобразуется с помощью DC/DC-преобразователя. Точное значение выходного постоянного напряжения согласуется в ходе обмена данными с заряжаемым электромобилем. Альтернативный подход заключается в преобразовании входного переменного напряжения в постоянное напряжение фиксированного уровня, после чего второй DC/DC-преобразователь регулирует выходное напряжение в соответствии с потребностями аккумулятора транспортного средства (рисунок 1). Поскольку ни один из представленных подходов не имеет явных преимуществ или недостатков, то выбор оптимального решения становится достаточно сложной задачей. Столь мощные зарядные устройства не могут быть моноблочными, вместо этого требуемая выходная мощность набирается путем объединения нескольких зарядных модулей, каждый из которых имеет выходную мощность 15…60 кВт. Таким образом, основными задачами, решаемыми в процессе разработки, становятся упрощение системы охлаждения, обеспечение высокой удельной мощности и уменьшение общего размера системы.

Рис. 1. Варианты организации зарядных устройств большой мощности

Рис. 1. Варианты организации зарядных устройств большой мощности

Проектирование начинается с разработки AC/DC-преобразователя. Корректор коэффициента мощности обычно строится на базе однонаправленного трехфазного трехуровневого выпрямителя с ШИМ-управлением, выполненного по схеме Вина (Vienna rectifier). Возможность использования активных компонентов с рейтингом напряжения 600 В помогает достичь оптимального соотношения стоимости и эффективности. Благодаря наличию высоковольтных SiC-устройств обычный двухуровневый AC/DC-каскад с ШИМ-управлением также становится популярным в диапазоне мощностей 50 кВт или даже выше. При использовании любого из предложенных вариантов построения AC/DC-каскада можно обеспечить управление выходным напряжением, синусоидальный входной ток с коэффициентом мощности выше 0,95, THD ниже 5% и КПД 97% или выше. В тех случаях, когда зарядное устройство может быть изолировано от сети с помощью трансформатора среднего напряжения, часто используют диодные или тиристорные выпрямители. Их популярность объясняется простотой и надежностью, а также высокой эффективностью.

В настоящее время DC/DC-преобразователи, как правило, строятся на базе резонансных топологий, которые оказываются предпочтительными из-за их высокой эффективности и наличия гальванической развязки. Резонансные топологии обеспечивают высокую плотность мощности и компактные габариты, а переключения при нулевых напряжениях (ZVS) гарантируют уменьшение динамических потерь и способствуют повышению общей эффективности системы. Мостовая топология со сдвигом фазы на базе силовых SiC-устройств является альтернативным вариантом при необходимости получения изолированного решения. Для изолированных архитектур наиболее предпочтительными становятся многофазные DC/DC-преобразователи. Среди их преимуществ можно отметить распределение нагрузки между фазами, снижение уровня пульсаций и уменьшение габаритов фильтра. Однако расплатой за перечисленные достоинства становится усложнение схемной реализации и увеличение числа используемых компонентов.

Читайте также:  Зарядные устройства на генераторах тока

В диапазоне мощностей 15…30 кВт зарядные модули могут быть реализованы с помощью дискретных компонентов (рисунок 2). Для создания бюджетных трехфазных выпрямителей с ШИМ-управлением идеально подходит комбинация из IGBT TRENCHSTOP™ 5 и диодов Шоттки CoolSiC™. Некоторое повышение КПД может быть достигнуто, если вместо IGBT использовать МОП-транзисторы CoolMOS™ P7 SJ. Что касается DC/DC-преобразователя, то для получения хорошего КПД подойдут МОП-транзисторы семейства CoolMOS CF D7. Если же требуется максимальная эффективность, то следует воспользоваться МОП-транзисторами из семейства CoolSiC.

Рис. 2. Построение зарядных устройств на базе дискретных компонентов

Рис. 2. Построение зарядных устройств на базе дискретных компонентов

Если предполагается создание зарядного устройства с возможностью дальнейшей модификации или модернизации, а также при необходимости получения максимальной мощности, рекомендуется создавать зарядные блоки на базе силовых модулей. Обычно при работе с таким уровнем мощности предпочтительным становится жидкостное охлаждение, однако вариант с воздушным охлаждением также остается возможным. Трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением может быть построен с помощью модулей CoolSiC Easy 2B, работающих с частотой переключений до 40 кГц. Для построения DC/DC-преобразователей, как правило, используются трехфазные или многофазные понижающие регуляторы с рабочей частотой до нескольких сотен кГц. В данном случае для получения высокого КПД оптимальным выбором станет комбинация модулей CoolSiC Easy 1B и дискретных диодов CoolSiC.

Силовой модуль F3L15MR12WM1_B69 из семейства CoolSiC представляет собой трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением, выполненный в корпусном исполнении Easy 2B. Благодаря малому значению сопротивления открытого канала RDS(ON) 15 мОм модуль имеет высокую плотность мощности и компактные размеры, что упрощает построение зарядного устройства. Модуль поставляется в керамическом корпусе, заполненном гелем, и отличается малой паразитной емкостью, кроме того, потери на его переключения не зависят от температуры. Полумостовые топологии доступны как в корпусах Easy 2B, так и в корпусах Easy 1B меньшего размера. Для таких модулей сопротивление открытого канала RDS(ON) составляет всего 6 мОм (рисунок 3).

Рис. 3. Построение зарядных устройств на базе силовых модулей

Рис. 3. Построение зарядных устройств на базе силовых модулей

Контроль, связь и безопасность

Управление силовыми каскадами обычно осуществляется с помощью микроконтроллеров. Микроконтроллеры семейства XMC4000 имеют в своем составе аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с возможностью гибкой настройки, а также многофункциональные таймеры и периферийные модули, позволяющие организовать ШИМ-управление. Наличие CAN-контроллера гарантирует, что зарядные модули смогут общаться друг с другом и согласовывать свою работу при использовании различных типов аккумуляторов. Защита при оплате услуг, проверка подлинности обновлений программного обеспечения или аппаратных изменений может выполняться с помощью HSM-модуля (Hardware Security Module) семейства микроконтроллеров AURIX™. Это семейство часто используется в автомобильных приложениях, связанных с безопасностью.

Аутентификация отдельных модулей и защита от подделок может быть обеспечена с помощью специализированных чипов OPTIGA ™ Trust B. Для организации более надежной и целостной системы защиты следует использовать микроконтроллеры семейства OPTIGA TPM.

Заключение

Организация инфраструктуры быстрой зарядки аккумуляторов является важной частью стратегии по увеличению числа электромобилей. Без эффективных решений, обеспечивающих приемлемое время зарядки, электромобили неизбежно останутся привлекательными только для сторонников экологического транспорта и для потребителей, передвигающихся на незначительные расстояния. Подготовительные работы по определению параметров зарядных устройств и разъемов уже выполнены. Кроме того, имеются необходимые инновационные полупроводниковые решения. Эти решения включают как традиционные кремниевые силовые компоненты, так и карбид-кремниевые, которые обеспечивают высокую частоту переключений и большой КПД, при этом гарантируя высокую надежность зарядных устройств. Если учесть наличие современных микроконтроллеров и продуманных решений для проверки подлинности и безопасности, то становится очевидным, что модульные зарядные устройства способны выполнить существующие требования электротранспорта и обеспечить дальнейшее развитие отрасли.

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

Источник