• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

AktueltDesign & udviklingPower30. 08. 2023 | Rolf Sylvester-Hvid

Siliciumcarbid hjælper onboard-ladespændingen opad

AktueltDesign & udviklingPower30. 08. 2023 By Rolf Sylvester-Hvid

Teknisk artikel af Kevin Keller, Product Line Manager, Onsemi

Elbilerne bliver i dag accepteret i alle former (ren el, hybrid eller lignende) trods den fortsatte bekymring om rækkevidden. Bilproducenterne fortsætter med at gøre rækkevidden med en samtidig reduktion af ladetiden for at imødegå kundernes ”rækkeviddeangst”. Måden, hvorpå elbiler bliver opladede, har i høj grad indflydelse på bilernes anvendelighed. Med et kun begrænset antal højeffekt-ladestationer stoler størstedelen af elbil-ejere på deres onboard-ladere (OBC’er) til opladning af køretøjerne. Af hensyn til OBC-ydelsen bruger designere i stigende grad de nye WBG-teknologier (wide bandgap) som SiC (siliciumcarbid). Vi skal i det følgende se på, hvordan fremskridt inden for halvlederteknologien flytter ladeydelsen til næste niveau.

Man skal i dag skelne imellem de biltyper, som findes på markedet. Hybride modeller kombinerer den interne forbrændingsmotor (ICE) med hybrid elektrisk support (xHEV), mens de ”rene” elektriske køretøjer (xEV) kun bruger batterier. xHEV’erne er igen opdelt som enten ”milde” hybridkøretøjer (MHEV) og fuldt elektriske hybridkøretøjer (FHEV).

MHEV’er bruger primært en intern forbrændingsmotor parret med et relativt lille batteri (typisk 48V). MHEV’erne kan ikke køre elektrisk alene, så elmotoren skal kun minimere brændstofforbruget.

FHEV’er har en øget fleksibilitet, da de sømløst kombinerer forbrændings- og elmotorerne forsynet af et batteri (som regel mellem 100V og 300V). FHEV’er genoplader deres batterier gennem regenerative bremser, så bremseenergien bidrager til effektiviteten.

Alle xEVs, inklusive plug-in hybrider og ”rene” batteridrevne elektriske biler (BEV), har dog regenerative bremser. Men med større batterikapacitet er BEV’erne primært afhængige af deres onboard-ladere til genopladning af deres batterier.

De forskellige elbiler er i dag opdelt som MHEV, FHEV, PHEV og BEV

Ladesystemer

Den enkleste lader består kun af et kabel, der forbinder bilens OBC til et vægmonteret netstik (jordbeskyttelse er normalt et krav) Disse praktiske Level1-systemer (eller SAE AC Level1 efter J1772-standarden) findes typisk i hjemmene og ”mormorladerne” er helt ned til 1,2kW hvilket giver omtrent 8km kørsel pr. ladetime. Level2-systemer (eller SAE AC Level2) bruger som regel en trefaset AC-forsyning fra nettet og optræder primært i offentlige eller kommercielle bygninger. Med ladeeffekter op til 22kW, kan man regne med ca. 145km rækkevidde pr. ladetime.

Både Level1 og Level2 leverer AC-spænding til elbilen, så OBC’en skal konvertere AC til batteriernes DC for opladning. For tiden er de fleste installerede ladere i kategorien Level2.

Højeffekt DC-opladere – internt kendt som Level3, SAE Level1 og to DC-ladere eller IEC Mode4-ladere – leverer en DC-spænding, der kan oplade batteriet direkte, så en OBC ikke er nødvendig. Effektniveauet for DC-opladerne spænder mellem 50kW og over 350kW, så man kan oplade til 80 procents batterikapacitet på rundt regnet 15 til 20 minutter. Med henblik på den høje effekt, DC-laderne kræver, stiller infrastrukturen også nye krav til elnettet, så antallet af hurtigladere er endnu ret begrænset.

Mange bilproducenter overgår for tiden fra 400V- til 800V-systemer med det formål at øge elbilens rækkevidde gennem en højere systemeffektivitet og ydelse, hurtigere batteriopladning og lavere vægt af kabler og batterier.

Anatomien i en OBC

En OBC er typisk en totrins konverter med et PFC-trin (Power Factor Correction) fulgt af et isoleret DC/DC-konvertertrin. PFC-trinnet ensretter AC-inputtet og sikrer en power factor >0,9 og genererer en reguleret busspænding til DC/DC-trinnet.

Over de seneste år har der været en betydelig forøgelse i behovet for tovejs-op- og afladesystemer. Disse systemer gør det muligt for elbiler at sende energi tilbage til elnettet fra batteriet – blandt andet for at give en dynamisk balancering af netbelastningen (V2G: vehicle-to-grid) eller to forsyning af andre belastninger i nærområdet (V2L: vehicle-to-load).

Traditionel PFC omfatter en ensretterbro sammen med en boost-konverter. Sidstnævnte løfter spændingsniveauet. En udbygning af dette basale kredsløb er den såkaldte ”interleaved” boost-topologi, hvor multiple konvertertrin er parallelkoblede for at minimere ripple-strømmen og forøge effektiviteten. Disse PFC-topologier bruger typisk siliciumteknologier som super-junction MOSFETs og lav-Vf dioder.

Fremkomsten af WBG-effektteknologier – især SiC – har gjort udvikling af nye designs mulige som følge af deres fremskridt inden for lavere switching-tab, lavere RDS(on), samt en low reverse-recovery body-diode.

Den broløse totempæl-topologi er blevet stadigt mere populær i mellem- til højeffekt PFC-applikationer, typisk 6,6kW og højere. Det viste totempæl-eksempel har halvledere, der switcher langsomt ved netfrekvensen (50- eller 60Hz) samt et hurtigere kredsløb (Q1-Q4), der former strømmen, og stepper spændingen op og arbejder ved en højere frekvens (typisk 65-110kHz) i hårdt-hard-switchet tilstand. Selv om den broløse totempæl-topologi forbedrer effektiviteten betydeligt og minimerer antallet af effektkomponenter, giver den dog en styringsmæssig højere kompleksitet.

Broløs totempæl topologi.

DC/DC-trinnet anvender som regel en isoleret topologi med en isolationstransformer og det formål at regulere output-spændingen baseret på batteriets ladestatus. Selv om halvbro-topologier kunne bruges, så bruger de gængse kredsløb i dag DAB-konvertere (dual-active-bridge) som resonanskonvertere (LLC eller CLLC) eller faseskiftede fuldbrokonvertere (PSFB). Resonanskonvertere har med deres mange fordele som et bredt soft-switching driftsområde og tovejs-muligheder samt den lette integration af resonansspolen og transformeren i én samlet effekttransformer meget naturligt fået en stor udbredelse.

Tovejs DC/DC-konverter tillader energi at blive returneret til elnettet, når der opstår peak-belastninger på nettet.

SiC i OBC-applikationer

SiC 650V er det foretrukne valg i 400V-batteripakker, men i 800V arkitekturer gør de højere spændinger 1.200V-komponenter til en nødvendighed.

Brugen af SiC i OBC-designs skyldes den fremragende ydelse, specielt i det såkaldte FoM (Figures of Merit). Her udviser SiC flere fordele i deres specifikke RDS(on) pr. arealenhed, i switching-tabene, for reverse-recovery dioden og i breakdown-spændingen. Disse fordele tillader SiC-baserede løsninger at arbejde pålideligt ved højere temperaturer. Ved at anvende de overlegne ydelseskarakteristika, kan man opnå mere effektive men lettere designs. Man kan derfor opnå højere effekter (op til 22kW) med designs, som ville være upraktiske at realisere med traditionelle siliciumbaserede løsninger (IGBT’er eller super-junction).

Selv om en OBC til en højere effekt ikke i sig selv påvirker en elbils rækkevidde, så spiller OBC’en dog en væsentlig rolle i at minimere rækkeviddeangsten gennem en betydelig reduktion af ladetiderne. Effektniveauet i OBC’erne giver hurtigere ladetider. SiC-teknologien spiller en vital rolle i at gøre disse systemer mere effektive og ved at sikre en effektiv konvertering fra elnettet med kun minimalt tab af energi. Resultatet er mere kompakte, lettere og alligevel mere pålidelige OBC-systemer.

Skrevet i: Aktuelt, Design & udvikling, Power

Seneste nyt fra redaktionen

Systematic fordobler overskud: Forsvarssoftware og kunstig intelligens driver væksten

BranchenytWireless & data15. 12. 2025

Det mærker den danske softwarevirksomhed Systematic, der fejrer 40-års jubilæum med sit stærkeste regnskab nogensinde: En omsætning på 2,2 milliarder kroner og et resultat (EBIT) på 803 millioner kroner, hvilket er mere end en fordobling i forhold til året før. Når en dansk fregat skal koordinere

Mangler virksomheden dygtige ingeniører?

BranchenytEvents15. 12. 2025

Danske virksomheder har lige nu en unik mulighed for at komme helt tæt på næste generation af DTU-talenter:DSE Messen 2026 finder sted den 25.–26. marts på DTU Lyngby, og vi har stadig enkelte ledige stande. Messen er Danmarks største karriereevent for studerende og nyuddannede inden for STEM

Nye standarder for termisk inspektion

Test & mål15. 12. 2025

Flir i65 fra Elma Instruments er fremtidens termiske kamera, der sætter nye standarder for termisk inspektion. Kameraet har en termisk detektor på 480x640 pixel, og er opbygget med en intuitiv app-baseret brugerflade, skarp billedkvalitet, indbygget mobilkommunikation (LTE) og cloud-integration –

AI presser virksomhedernes infrastruktur uden moderne datalagring

Wireless & data15. 12. 2025

Den globale AI-æra betyder, at virksomheder i dag står midt i et teknologisk paradigmeskifte, hvor kunstig intelligens flytter sig fra pilotprojekter til at være en reel konkurrencefaktor, men it-infrastrukturen er i mange tilfælde ikke fulgt med. Konsekvensen er et voksende “AI readiness gap”, hvor

Industrivirksomheder bør tage ved lære af datacentre om risikovurdering

AktueltPower15. 12. 2025

I disse måneder er en ny virkelighed ved at gå op for ledelser i landets mange små og store industrivirksomheder – årtiers stabil elforsyning er ved at vige for et stort antal fluktueringer – udsving i spændingen – i elnettet. For almindelige husejere vil det måske opleves ved et glimt i pæren,

Dansk drone med edge AI er klar til kamp

Design & udviklingTop15. 12. 2025

AI er de seneste år rykket ud af forskermiljøet og ind i hverdagen, men de fleste løsninger kræver adgang til skyen og stor infrastruktur. Det er en udfordring i områder uden netværk eller strøm, hvor off-grid-løsninger er nødvendige. Sådan lyder det fra CEO Jacob Hesselballe, der ejer

FAMES CMOS-gennembrud for lav procestemperatur i 3D chip-stacking

AktueltDesign & udvikling15. 12. 2025

Af Jørgen Sarlvit Larsen, illustrationer: CEA Leti På IEDM 2025 konferencen i San Francisco primo december kunne CEA-Leti rapportere om en væsentlig milepæl for næste generation af 3D chip-stacking, nemlig fuldt funktionsdygtige 2,5 V SOI CMOS-komponenter fremstillet ved 400ºC. Komponenterne

IDA: Nye overraskende STEM/IT-kompetencer kan styrke dansk cybersikkerhed

Design & udviklingTopWireless & data12. 12. 2025

I en tid, hvor både cybertrusler og mangel på kvalificerede IT-specialister vokser, har Projekt ”Fast Track” i to år sat et nyt og menneskeligt aftryk på den digitale dagsorden.  Under ledelse af IDA og med støtte fra Industriens Fond, har 370 deltagere været igennem et intensivt

Nohau og Cryptera Device Security i strategisk partnerskab om embedded sikkerhed

AktueltBranchenytIoT & embedded12. 12. 2025

Nohau Solutions har indgået et strategisk kommercielt partnerskab med Cryptera Device Security. Samarbejdet styrker begge virksomheders evne til at hjælpe producenter med at reagere på de stigende krav til cybersikkerhed og compliance i hele Skandinavien. Europæiske regler som Cyber

3D integration på silicium baner vejen for prisgunstige RF front-ends

AktueltDesign & udvikling12. 12. 2025

Af Jørgen Sarlvit Larsen, foto: ST Microeletronics og CEA Leti På IEDM 2025 konferencen i San Francisco præsenterede CEA-Leti og STMicroelectronics en ny, højtydende og alsidig RF Si platform, som co-integrerer de bedste aktive og passive enheder til RF og optiske front-end moduler (FEM). Deres

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis

 
 
 
 
Aktuel Elektronik - underleverandøroversigt
Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser… Læs mere her

/Nyheder

  • InnoFour

    6 reasons why Jira users will love Polarion

  • Mouser Electronics

    The Latest News from Mouser Electronics

  • InnoFour

    What’s new in Xpedition, HyperLynx and Valor 2510 release?

  • RODAN Technologies A/S

    Glædelig jul fra alle os hos RODAN

  • Elma Instruments A/S

    Nye standarder for termisk inspektion med FLIR i65 og Elma Instruments

  • Mouser Electronics

    Explore the Evolution of Robotics to Autonomy in New eBook from Mouser Electronics and onsemi

  • InnoFour

    Polarion ALM 2512 – What’s new and noteworthy

  • Phoenix Contact A/S

    Berøringsbeskyttede printkortstik med skruetilslutning

  • InnoFour

    PCBflow: Cloud-Based DFM for PCB Manufacturing Readiness

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Halves the Power Required to Measure How Much Power Portable Devices Consume

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Systematic fordobler overskud: Forsvarssoftware og kunstig intelligens driver væksten

    15.12.2025

  • Mangler virksomheden dygtige ingeniører?

    15.12.2025

  • Nye standarder for termisk inspektion

    15.12.2025

  • AI presser virksomhedernes infrastruktur uden moderne datalagring

    15.12.2025

  • Industrivirksomheder bør tage ved lære af datacentre om risikovurdering

    15.12.2025

  • Dansk drone med edge AI er klar til kamp

    15.12.2025

  • FAMES CMOS-gennembrud for lav procestemperatur i 3D chip-stacking

    15.12.2025

  • IDA: Nye overraskende STEM/IT-kompetencer kan styrke dansk cybersikkerhed

    12.12.2025

  • Nohau og Cryptera Device Security i strategisk partnerskab om embedded sikkerhed

    12.12.2025

  • 3D integration på silicium baner vejen for prisgunstige RF front-ends

    12.12.2025

Alle nyheder ›

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik