ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
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

ETN

Sep # TME square
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
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

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.

MORE NEWS

Operaattori tuo parhaan Wi-Fin Suomeen

Suomeen laajentunut ruotsalaisoperaattori Bahnhof on päässyt testaamaan ensimmäisten joukossa tulevaa Wi-Fi 8 -tekniikkaa. Esisarjalaitteilla tehdyssä testissä Wi-Fi 8 oli haastavissa olosuhteissa keskimäärin 54 prosenttia Wi-Fi 7:ää nopeampi. Ensimmäisiä Wi-Fi 8 -reitittimiä odotetaan markkinoille ensi vuoden alussa.

Unohda datalehdet! Kerro tekoälylle, mitä haluat suunnitella

Elektroniikkasuunnittelu on saamassa uuden lähtöpisteen. NXP:n verkkosivuilla suunnittelija voi nyt kertoa tekoälylle, millaisen laitteen haluaa rakentaa. Celusin tekniikka ehdottaa sen perusteella järjestelmäarkkitehtuurin ja sopivat NXP-komponentit ja vie suunnitelman aina kytkentäkaavioon asti.

Erillisverkot valjastaa 5G-verkon droonien havaitsemiseen

Erillisverkot on testannut Helsingissä tekniikkaa, jolla luvattomia drooneja voidaan havaita, paikantaa ja seurata 5G-verkon avulla. Vuosaaren satamassa tehdyssä kokeessa droonin ei tarvitse olla yhteydessä verkkoon tai lähettää omaa radiosignaaliaan tullakseen havaituksi.

Yhdelle palvelimelle jo 12 teratavua DDR5-muistia

Micron on esitellyt uuden 512 gigatavun DDR5 RDIMM -muistimoduulin, jonka avulla kaksikantaiseen palvelimeen voidaan asentaa jopa 12 teratavua keskusmuistia. Uutuus yltää jopa 9 200 MT/s:n siirtonopeuteen.

Tämä kamera näkee 96 väriä

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimuslaitos imec on saanut uuden 96-kaistaisen hyperspektrianturinsa kaupalliseen tuotantovaiheeseen. Suoraan CMOS-kennolle integroidut spektrisuodattimet mahdollistavat hyperspektrikuvauksen tavallisen RGB-kameran kokoisella laitteella.

Puheluun ei tarvitse enää vastata

Suomalainen ei tunnetusti mielellään puhu, eikä kohta tarvitse puhua enää puhelimessakaan. Elisa, Nokia ja Scailarc esittelivät Helsingissä uuden tekniikan, jossa puhelun syyn näkee jo ennen vastaamista ja asian voi jopa hoitaa puhumatta sanaakaan.

Pendulum mittaa tehon ja taajuuden 27 gigahertsiin

Pendulum Instruments on tuonut markkinoille PFA-127-analysaattorin, joka yhdistää mikroaaltosignaalien tehon ja taajuuden mittauksen samaan laitteeseen. Pulssitetuilla RF-signaaleilla laite mittaa rinnakkain myös pulssin leveyden ja toistovälin.

Spansion-nimi tekee paluun flash-markkinoille

Taiwanilainen Winbond ostaa Infineonin NOR Flash- ja F-RAM-liiketoiminnan 1,12 miljardilla dollarilla. Kaupan toteuduttua liiketoiminta saa nimekseen Spansion. Alalla pidempään toimineet muistavat nimen hyvin, sillä sen juuret ulottuvat AMD:n ja Fujitsun flash-muisteihin yli kahden vuosikymmenen taakse.

Lattice toi tekoälyn FPGA-suunnitteluun

Lattice Semiconductor tuo tekoälyn avuksi FPGA-piirien suunnitteluun. Uusi ilmainen Lattice Prompt -työkalu antaa suunnittelijan kuvata haluamansa toiminnon luonnollisella kielellä ja vie tehtävän aina käännökseen, simulointiin ja validointiin asti.

Näin verkon suorituskykyä mitataan ilman mittalaitteita

ETN - Technical articleAnritsu tuo verkon suorituskyvyn mittauksen paikkoihin, joihin fyysisiä testilaitteita on hankala viedä. Virtual Network Master -ratkaisun ohjelmistopohjaisilla testipisteillä voidaan mitata datakeskus-, pilvi-, 5G- ja edge-yhteyksien välityskykyä, latenssia, viivevaihtelua ja kehyshäviöitä.

Rikolliset myyvät pääsyä kaupallisiin kielimalleihin

Varastetuista tekoälypalvelujen käyttöoikeuksista on syntynyt oma rikollinen markkinansa. Check Point Researchin mukaan kaupan on pääsyä kaupallisiin kielimalleihin, niiden turvarajojen kiertämistä sekä rajoittamattomia malleja haittaohjelmien ja haavoittuvuuksien hyödyntämisratkaisujen kehittämiseen.

Kvanttiturvallista ohjausta FPGA-piirillä

Lattice Semiconductor tuo markkinoille Mach-N2-FPGA-perheen järjestelmien ohjaukseen ja suojaukseen. Piireihin yhdistyvät integroitu flash-muisti, laitteistopohjainen Root of Trust ja CNSA 2.0 -vaatimusten mukainen post-kvanttisalaus.

Pitääkö kvanttitekniikkaa pelätä?

Pitääkö kvanttiteknologiaa pelätä samalla tavalla kuin tekoälyä tai autonomisia järjestelmiä? Kysymys nousi esiin keskiviikkona Espoossa Nordeep-tapahtuman tulevaisuuden laskentaa käsitelleessä paneelissa. Vastaus oli varsin yksimielinen. Kvanttiteknologiaa ei tarvitse pelätä.

PX5 on nopein RTOS

PX5 RTOS nousi nopeimmaksi reaaliaikakäyttöjärjestelmäksi Beningo Embedded Groupin vuoden 2026 suorituskykyvertailussa. PX5 voitti kaikki seitsemän varsinaista suorituskykytestiä, kun käyttöjärjestelmät käännettiin raportin päävertailussa samalla GCC:n -Ofast-optimoinnilla.

Tarkka etäisyysmittaus tulee halpoihin Bluetooth-tageihin

Bluetoothin uusi tarkka etäisyysmittaus on tulossa myös pieniin ja edullisiin IoT-laitteisiin. Nordic Semiconductorin uusi nRF54LC10A tuo Bluetooth Channel Sounding -tekniikan erityisesti tageihin, seurantalaitteisiin ja yksinkertaisiin älykotisensoreihin.

Rakettitiede ostaa Sysartin: lähes 90 kehittäjän joukko pystyy isompiin hankkeisiin

– Nyt pystymme yksinkertaisesti tekemään isompia asioita, kun on enemmän tekijöitä, Rakettitieteen toimitusjohtaja Juha Huttunen kiteyttää yhtiön historian ensimmäisen yrityskaupan.

Fujitsu avasi kvanttisovellusten kehitysalustan kaikille

Fujitsu on julkaissut avoimena lähdekoodina kvanttisovellusten kehittämiseen tarkoitetun OpenQARP-ohjelmistonsa. Paketti tarjoaa yli sata ohjelmistokomponenttia, joiden avulla kvanttialgoritmeja voidaan rakentaa valmiista osista sen sijaan, että toteutus pitäisi ohjelmoida alusta lähtien.

Klinkmann vie data-analytiikan Liettuan kantaverkkoon

Suomalainen Klinkmann toimittaa data- ja analytiikkaratkaisun Liettuan kantaverkkoyhtiö Litgridille. Ratkaisulla kerätään, visualisoidaan ja analysoidaan sähköverkon operatiivista dataa, jotta verkon tilannekuvaa ja päätöksentekoa voidaan parantaa.

Kuinka kaukaa data ehtii millisekunnissa?

Pilvipalvelu voi tuntua paikalta, jolla ei ole fyysistä sijaintia. Reaaliaikaisissa sovelluksissa maantiede tulee kuitenkin nopeasti vastaan. Jos järjestelmän pitää reagoida millisekunnissa, palvelun pitäisi internetin verkko-operaattori DE-CIX:n laskelman mukaan sijaita alle 80 kilometrin päässä käyttäjästä.

Akku voi tehdä rahaa monella tavalla

Akkuvarastoa ei tarvitse käyttää vain sähkön varastoimiseen halvalla ja purkamiseen kalliilla. Saksalaisen Furon ohjelmisto optimoi reaaliajassa useita käyttötapoja ja valitsee jatkuvasti, missä akun kapasiteetista saadaan paras taloudellinen hyöty.

Sep # puffbox mobox till tme native
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Näin verkon suorituskykyä mitataan ilman mittalaitteita

ETN - Technical articleAnritsu tuo verkon suorituskyvyn mittauksen paikkoihin, joihin fyysisiä testilaitteita on hankala viedä. Virtual Network Master -ratkaisun ohjelmistopohjaisilla testipisteillä voidaan mitata datakeskus-, pilvi-, 5G- ja edge-yhteyksien välityskykyä, latenssia, viivevaihtelua ja kehyshäviöitä.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Operaattori tuo parhaan Wi-Fin Suomeen
  • Unohda datalehdet! Kerro tekoälylle, mitä haluat suunnitella
  • Erillisverkot valjastaa 5G-verkon droonien havaitsemiseen
  • Yhdelle palvelimelle jo 12 teratavua DDR5-muistia
  • Tämä kamera näkee 96 väriä

NEW PRODUCTS

  • 140 watin USB-C-laturi yltää 96 prosentin hyötysuhteeseen
  • ST vähentää komponentteja kilowattiluokan teholähteistä
  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
  • Uusi piiri tasapainottaa litiumkennot nopeammin
  • Mediatekin uusin tuo kielimallit kodinkoneisiin
 
 

Section Tapet