ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct # TME square

ETNtv

Watch ECF videos

 
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

TECHNICAL ARTICLES

Piikarbidi tuo lisää tehoa energian varastointiin

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 14.08.2023
  • Devices
  • Power

Akkuihin voidaan varastoida uusiutuvista lähteistä, kuten auringosta ja tuulesta tuotettua energiaa huippuaikoina, jolloin energiaa voidaan käyttää silloin, kun ympäristöolosuhteet ovat epäsuotuisat energiantuotannon kannalta. Yksi varastoinnin suorituskykyä parantava tekniikka on piikarbidi eli SiC.

Artikkelin on kirjoittanut Kane Jia, joka toimii sovellusmarkkinointi-insinöörinä onsemillä.

Tässä artikkelissa tarkastellaan asuin- ja kaupallisten akkuenergian varastointijärjestelmien (BESS, battery energy storage systems) topologioita ennen kuin esittelemme onsemin EliteSiC-ratkaisuja, jotka voivat parantaa BESS:n suorituskykyä silikoni-MOSFET- tai IGBT-kytkimien tilalle.

Kuva 1: Akkutallennusjärjestelmän toteutuksen yleiskuva.

Energian varastoinnin edut

Neljä yleisimmin käytettyä energian varastointimenetelmää ovat sähkökemiallinen, kemiallinen, lämpö ja mekaaninen. cakut, joka on tunnetuin sähkökemiallinen varastointijärjestelmä, ovat tehotiheydeltään ja energiatehokkuudeltaan korkeita, kooltaan kompanteja ja modulaarisia. Lisäksi kyse on kypsästä akkutekniikasta, mikä tekee siitä luotettavan ja edullisen. Litiumioniakkujen jatkuvasti laskeva hinta lisää niiden käyttöä energian varastointijärjestelmissä. Verkkoon liitettynä tai ei, aurinkoinvertterijärjestelmien käyttö yhdessä akkuvaraston kanssa tarjoaa monia etuja koti- ja yrityskäyttäjille. Näitä ovat:

  • Hinnoittelu: energian varastointi alentaa sähkökustannuksia, kun sähkön tuottajien hinta on korkeampi.
  • Omavaraisuus: energian varastointi vähentää (tai poistaa) riippuvuutta verkosta.
  • Varavirtalähde: varastoitu sähkö tarjoaa vaihtoehdon verkkovirtakatkon sattuessa.

Varastointijärjestelmä sisältää tyypillisesti neljä päärakennusosaa:

  • Ladattava akkumoduuli koostuu telineeseen asennetuista akkukennoista, joiden nimellisjännite on 50 V - yli 1000 V.
  • Akunhallintajärjestelmä (BMS) suojaa ja hallitsee ladattavia akkuja varmistaen, että ne toimivat turvallisten käyttöparametrien sisällä.
  • Virranmuunnosjärjestelmä (PCS) yhdistää akun verkkoon ja kuormaan ja on merkittävä tekijä järjestelmän kustannusten, koon ja yleisen suorituskyvyn suhteen.
  • Energianhallintajärjestelmä (EMS) on ohjelmisto valvoo, ohjaa ja optimoi tuotanto- tai siirtojärjestelmää.
Asuinalueen akkuvarasto

Varastojen kanssa käytetyt tehonmuunnosjärjestelmät luokitellaan sen mukaan, miten ne kytkevät energiaa (AC tai DC) ja myös tehotason mukaan (asuinalue tai kaupallinen). DC-kytketty järjestelmä tai hybridi-invertteri vaatii vain yhden tehonmuunnosvaiheen. Vaikka vaihtovirtaan kytketty energiavarasto on helppo päivittää olemassa oleviin aurinko- tai tuulijärjestelmiin, se vaatii ylimääräisen virranmuunnosvaiheen akun lataamiseksi ja purkamiseksi, ja siksi enemmän tehoa voidaan menettää. Esimerkiksi asuinrakennuksen sähkönmuuntojärjestelmä voidaan lisätä olemassa olevaan aurinkoinvertterijärjestelmään, jotta tuotettua energiaa voidaan käyttää vara-akun lataamiseen tai kodinkoneiden virransyöttöön.

Kuva 2. Asuinalueen AC- (vasemmalla) ja DC-kytkentäinen (oikealla) varasto.

Kaksisuuntainen DC-DC-muunnin yhdistää akun ja DC-linkin. Yksivaiheisen järjestelmän väyläjännite on yleensä alle 600 V, eikä lataus- ja purkausteho ylitä 10 kW. Tässä buck-boost-muunnin on yleisin kaksisuuntainen DC-DC-topologia, koska se vaatii vähemmän komponentteja ja on helppo hallita. Kaksi 650 V IGBT:tä tai MOSFETia rinnakkaisilla diodeilla riittää tämän tyyppiseen kaksisuuntaiseen järjestelmään. Esimerkiksi onsemin FGH4L75T65MQDC50 650 V FS4 IGBT integroidulla SiC-diodilla tarjoaa alhaiset johtavuus- ja kytkentähäviöt tässä sovelluksessa.

Kuva 3: Kaksisuuntaisen DC-DC:n buck-boost.

Eristäminen voi varmistaa akkuvaraston käyttäjien turvallisuuden, ja kaksoisaktiivinen siltamuunnin (DAB) tai CLLC-topologiat tarjoavat eristettyjä kaksisuuntaisia DC-DC-muunninratkaisuja alustoille. Kaskadikäyttöinen etupään buck-boost-piiri voi tarjota laajemman valikoiman tulo- ja lähtöjännitteitä, jos akun jännitteessä tapahtuu merkittävää vaihtelua. Tämä lähestymistapa alentaa myös loistehoa ja suurentaa pehmeän kytkentävyöhykkeen kokoa. Onsemin komponenteista 150 voltin NTP5D0N15MC N-kanavan mosfet (Shield Gate PowerTrench MOSFET) on ihanteellinen näille topologioille.

Kolmivaiheinen on vakiovirtalähde liike- ja liiketiloissa sekä kodeissa, joissa tehotarve on korkeampi. Kolmivaiheisten sovellusten tehokytkimien on kestettävä käyttöjännite ja virrat, jotka pystyvät toimittamaan jopa 15 kW:n ja korkeamman DC-välipiirin jännitteen kuin asuinrakennuksissa (jopa 1000 V). Tämä voidaan toteuttaa korvaamalla aiemmin tarkastelut 650 V kytkimet 1200 V laitteilla mahdollisesti osana kolmitasoista symmetristä buck-boost -topologiaa. Näin saadaan pienemmät kytkentähäviöt, koska vain puolet lähtöjännitteestä näkyy kytkimissä ja diodeissa. Tällä on myös se etu, että se vaatii pienempiä keloja ja parantaa EMI-suorituskykyä. Valitettavasti tämä lähestymistapa vaatii enemmän komponentteja, mikä lisää suunnittelun monimutkaisuutta, ohjausta ja järjestelmäkustannuksia.

Kaupalliset varastot

Kaupallisen energian varastointijärjestelmän syöttö- ja lähtötehoalue on tyypillisesti 100 kW ja 2 MW välillä. Nämä suuret laitokset voivat koostua useista kolmivaiheisista osajärjestelmistä, joiden teho vaihtelee kymmenistä kilowateista yli 100 kilowattiin. Näissä järjestelmissä kriittinen määritys on suurin DC-jännite, joka riippuu olemassa olevan aurinkojärjestelmän väyläjännitteestä tai akun jännitteestä. Tavallisten kaupallisten aurinkoinvertterien DC-väyläjännite on tyypillisesti 1100 V, mutta se voi olla jopa 1500 V sähkölaitosluokassa. Tietyllä tehotasolla DC-väylän jännitteen lisääminen vähentää virtaa ja siten alentaa liitäntäkaapelin kustannuksia.

AC-kytkentäisiä järjestelmiä käytetään yleisemmin kaupallisissa akkuvarastoissa, koska ne voidaan helposti lisätä olemassa olevaan suunnitteluihin. DC-kytkentäisissä järjestelmissä on suhteellisen korkeat vaatimukset sähköasennukselle erityisesti kaupallisissa tapauksissa, koska ne on kytkettävä DC-väylään, joka on yleensä alkuperäisen järjestelmän sisällä ja jolla on korkea jännite ja virta. Kolmitasoinen I-NPC on topologia, jota käytetään yleisesti invertterien kanssa suuritehoisissa teollisuussovelluksissa. Siinä on neljä kytkintä, neljä käänteisdiodia ja kaksi kuristindiodia, joiden läpilyöntijännite on pienempi kuin todellinen DC-välipiirin jännite. Näin 650 V kytkimet ovat riittävät 1100 V järjestelmässä.

Kuva 4: Kolmivaiheinen I-NPC -topologia.

Kolmitasoisten topologioiden käytöllä on useita etuja. Ensinnäkin niillä on pienemmät kytkentähäviöt (suhteessa kytkimiin ja diodeihin syötetyn jännitteen neliöön). Toiseksi niissä on pienempi virran aaltoilu (ripple) ja huipusta huippuun -jännite on puolet kokonaislähdöstä, mikä helpottaa suodatusta pienemmällä ja halvemmalla kelalla. Lopuksi johdettu EMI, joka liittyy virranaaltoiluun vähenee, samoin kuin säteilypäästöt. Päivitys A-NPC-topologiaan tarjoaa entistä paremman suorituskyvyn, koska se korvaa kaksi puristusdiodia kahdella pienemmän häviön aktiivisella kytkimellä. Tässä rakenteessa ajurien pariliitos ja viiveen sovitus ovat kuitenkin kriittisiä, mikä voi olla haitta joissakin sovelluksissa.

SiC-ratkaisut parantavat akuston suorituskykyä

SiC tarjoaa ylivoimaiset suorituskykyominaisuudet piihin verrattuna: leveämmän kaistaeron, suuremman läpilyöntikentän voimakkuuden ja korkeamman lämmönjohtavuuden. Nämä ominaisuudet mahdollistavat piikarbidi- eli SiC-laitteiden toiminnan korkeammilla taajuuksilla ilman, että lähtötehoa on laskettava induktorin koon kasvaessa. SiC:n käytön tehostaminen voi joissain tilanteissa mahdollistaa myös luonnollisen jäähdytyksen puhaltimen sijaan.

Onsemin 650 V NTH4L015N065SC1 ja NTBL045N065SC1 EliteSiC MOSFETit ovat erinomaisia valintoja piipohjaisten kytkimien korvaamiseen energian varastointijärjestelmäsovelluksissa, kun käytetään 1200 V NXH40B120MNQ0 (dual boost), NP2H40B120MNQ0 (half boost), NP2H40B120MNQ0 (half boost) ja NP2H40Pack10M-piirejä. Integroitu EliteSiC-moduuli voi tuottaa vielä suurempia tehotiheyksiä suuremmissa järjestelmissä. Onsemi tarjoaa myös useita muita komponentteja, mukaan lukien hilaohjaimet, virtatunnistinvahvistimet ja ethernetin MACPHY-ohjaimet, joita voidaan käyttää akkuvarastointisovelluksissa.

back to top
MORE NEWS

Sotilaskäyttöön kehitetty läppäri kestää ”vähän enemmän”

Panasonic Mobile Solutions on esitellyt kovien olosuhteiden Toughbook-läppäristään 40 Military -version, joka on kehitetty erityisesti sotilasajoneuvoissa käytettäväksi. Laite on kehitetty yhdessä roda computer GmbH:n kanssa, joka on jo pitkään konfiguroinut ja mukauttanut Panasonicin laitteita erilaisiin sotilassovelluksiin.

Alihankinta keräsi hyvin väkeä

Tampereen Alihankinta-messut täytti tällä viikolla jo 35 vuotta. Kolmipäiväinen tapahtuma keräsi hyvin väkeä, kaikkiaan 16 925 kävijää. Luku ei ole aivan ennätysvuoden 2016 tasolla, mutta selkeä parannus vaisuun viime vuoteen.

Zuken tuo tekoälyn piirikortin reititykseen

Japanilainen Zuken tunnetaan piirilevyjen suunnittelun työkaluistaan. Nyt yritys on tuomassa tekoälyn asiakkaidensa käyttöön. Tämä tapahtuu kolmessa vaiheessa Zukenin CR-8000-työkaluissa.

Raspberry Pi saa odotetun 5-version

Raspberry Pi on suosituin kehittäjien yhden kortin tietokone, mutta nykyinen 4-sukupolvi on jo neljän vuoden ikäinen. Tämä ongelma poistuu lokakuussa. Raspberry Pi 5 saa jopa 2-3 kertaa enemmän suorituskykyä, kun prosessoriksi vaihtuu Broadcomin BCM2712.

Voiko johtava muovi tuoda riittävän EMI-suojauksen 5G-sovellukseen?

On monia esteitä, jotka on voitettava, jotta 5G tuo lupaamansa paremman suorituskyvyn ja tehokkuuden, antaa uusia käyttökokemuksia ja yhdistää uusia toimialoja. Yksi avain näiden lupausten täyttämiselle on ainutlaatuisten EMI-suojausmateriaalien ja -tekniikoiden kehittäminen, jotka mahdollistavat sähkömagneettisten häiriöiden onnistuneen hallinnan ja parantavat sähkömagneettista yhteensopivuutta.

16-bittisellä lisää tehoa moottorinohjaukseen

Renesas Electronics on julkistanut uuden jäseniä suosittuun RL78-mikro-ohjainten perheeseensä. 16-bittinen RL78/G24 tuo tähän asti suurimman suorituskyvyn RL78-perheen ohjaimiin.

Telia testaa jo uusinta RedCap-tekniikkaa

Telia on tehnyt Nokian ja MediaTekin kanssa kenttätestejä Suomessa 5G Reduced Capability -teknologialla eli RedCapilla. RedCap on IoT:n eli esineiden internetin uusin 5G-tekniikka, joka auttaa Telian asiakkaita hyödyntämään IoT:t entistä paremmin.

Nokia yllättää: tuo 5G-päätelaitteet teollisuuskäyttöön

Vuosituhannen alussa Nokia valmisti suuria määriä Tetra-viranomaispuhelimia, mutta tämä liiketoiminta myytiin vuonna 2005 ranskalaiselle EADS:lle. Nyt yhtiö yllättää tuomalla kovaa käyttöä kestävät 5G-päätelaitteet langattomiin verkkoihin teollisissa ympäristöissä, kuten satamissa, kaivoksissa, kemianlaitoksissa ja öljynporauslautoilla.

Tamperelainen Radientum Nordicin eliittikumppaniksi

Tamperelainen Radientum tunnetaan antennien ja RF-suunnittelun työkaluistaan. Nyt yhtiö on päässyt mukaan Nordic Semiconductorin eliittikumppaniksi eli Elite Desing Partners -listalle.

Laser nostaa prosessorin datalinkin viisinkertaiseksi

Kupari on jo kauan sitten korvattu kuidulla verkkoyhteyksissä. Nyt ruotsalaisen Svers Semiconductorsin tytäryhtiö Sivers Photonics aikoo esitellä ECOC-messuilla Glasgow´ssa optista piiriä, joka yltää 4 terabitin datanopeuteen 8 eri aallonpituudella.

Microchip toi I3C-väylän pienelle ohjaimelle

Jo iäkkäät I2C- ja SPI-väylät ovat korvautumassa nopeammalla I3C-anturiväylällä monissa pienissä laitteissa. Microchip on nyt kehittänyt markkinoiden ensimmäisen pienen nastamäärän ohjainpiirin, joka tukee I3C-väylää.

Simulink osaa nyt analysoida bugeja lennossa

MathWorks on julkistanut vuoden toiset päivitykset sekä Matlabiin että Simulinkiin. Uusi 2023b-julkaisu esittelee kaksi tuotetta ja useita merkittäviä päivityksiä, joilla suunnittelijoiden työtä voidaan tehostaa ja virtaviivaistaa.

Demo osoittaa: universaaliprosessori on askeleen lähempänä

Tachyum on yritys, joka kehittää universaaliprosessoria. Siis suoritinta, joka kykenee ajamaan kaikkia eri käskykantoja samalla raudalla. Prodigy-prosessorin pitäisi tulla markkinoille ensi vuonna.

Renesas yhdistää AI- ja mikro-ohjainkehityksen

Mikro-ohjainmarkkinoiden kärkeen kuuluva Renesas aikoo mahdollistaa sen, että mikro-ohjainten kehittäjät pääsevät samoilla työkaluilla kiinni myös tekoälytoimintojen kehittämiseen. Yhti sanoo luoneensa rajapinnat Reality AI Tools -työkalujen ja e2 studio -kehitysympäristönsä välille.

Ericsson: mobiiliverkkoja ajetaan pian pilvessä

Mobiiliverkot eivät ole entisen kaltaisia. Aiemmin kyse oli valmistajakohtaisista suljetuista ratkaisuista, nyt verkkoja halutaan toteuttaa eri valmistajien komponenteilla ja ohjelmistoilla. Ericsson sanoo saavuttaneensa tärkeän virstanpylvään tulevaisuuden avoimissa verkoissa.

Nokia tarjoaa ”verkkoa koodina” – siis mitä?

Nokia on julkistanut uuden alustan, jolle on annettu nimeksi Networks as Code. Alustan tavoitteena on nopeuttaa sitä, miten operaattorit voivat muuttaa verkon ominaisuuksia liikevaihtoa kerryttäviksi tuotteiksi. Mistä siis on kyse?

UWB:llä voi paikantaa 1,4 millimetrin tarkkuudella

Monissa sovelluksissa olisi käyttöä äärimmäisen tarkalle paikannukselle. Toinen tärkeä ominaisuus olisi erittäin pieni virrankulutus. Belgialainen mikroelektroniikan tutkimuskeskus IMEC esitteli VLSI Technology Symposiumissa impulssiradion, joka vastaa molempiin vaatimuksiin komeasti.

Auton moottorinohjaus yhdellä kortilla

Saksalaisen Rutronikin System Solutions -suunnitteluyksikkö on esitellyt uuden kehityskortin autojen pienikokoisille moottorin ohjausyksiköille. RDK4-kortti on odotettu laajennus yhtiön kanta- ja sovitinkorttivalikoimaan.

Aurinkosähkön ja akkujen hinta on romahtanut 10 vuodessa

Berliinissä sijaitseva tieteellinen ajatushautomo Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) on julkaissut Energy Research & Social Science -lehdessä tutkimuksen, jonka perusteella aurinkosähkön hinta on laskenut 87 prosenttia ja akustojen 85 prosenttia viimeisen vuosikymmenen aikana.

Innokas Medical on nyt vain Innokas

Lääketieteen laite- ja sovelluskehityksen palveluita tarjoavat 200 kehittäjän Innokas Medical haluaa laajentua myös muille sulautetun kehityksen alueille. Tätä varten yhtiö uudelleenbrändää itsensä ytimekkäällä nimellä Innokas.

37 38 39 40  # pc-box
2023 # 50 år pc-box
 2022  # mobilbox
22/8 34 35 36 37 38 39 # pcbway klar
37 38 39 40 # mobilbox
2023 # 50 år mobilbox
Oct # mobilbox
TMSNet  advertisement
ALWAYS # ETNdigi nysbrev

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Voiko johtava muovi tuoda riittävän EMI-suojauksen 5G-sovellukseen?

On monia esteitä, jotka on voitettava, jotta 5G tuo lupaamansa paremman suorituskyvyn ja tehokkuuden, antaa uusia käyttökokemuksia ja yhdistää uusia toimialoja. Yksi avain näiden lupausten täyttämiselle on ainutlaatuisten EMI-suojausmateriaalien ja -tekniikoiden kehittäminen, jotka mahdollistavat sähkömagneettisten häiriöiden onnistuneen hallinnan ja parantavat sähkömagneettista yhteensopivuutta.

Lue lisää...

OPINION

Kolme tapaa pidentää tietokoneiden käyttöikää

Ilmastokriisin ratkaiseminen edellyttää teknologian käyttöiän pidentämistä ja laitteiden kierrättämistä jatkuvan uusien laitteiden ostelun ja pois heittämisen sijaan, kirjoittaa Panasonic TOUGHBOOKin Pohjoismaiden maajohtaja Stefan Lindau.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • GOODRAM-keskusmuistit teollisuudelle
  • Sotilaskäyttöön kehitetty läppäri kestää ”vähän enemmän”
  • Alihankinta keräsi hyvin väkeä
  • Zuken tuo tekoälyn piirikortin reititykseen
  • Raspberry Pi saa odotetun 5-version

NEW PRODUCTS

  • Sotilaskäyttöön kehitetty läppäri kestää ”vähän enemmän”
  • USB ja Bluetooth samassa pienessä paketissa
  • 65 wattia tehoa useammasta USB-portista
  • Markkinoiden suosituin korttitietokone nyt Mouserilta
  • Tähän asti tarkin anturi sähköautojen akustoihin
 

NEWSFLASH

Tweets by ETN_fi
 

Section Tapet