(Notícias Nanowerk) É possível carregar veículos elétricos no conforto da sua garagem – em teoria. Em comparação com os carregadores rápidos comerciais, continua a ser uma opção ineficiente: quando a corrente alternada que vem da tomada doméstica é convertida na corrente contínua necessária ao carro eléctrico, perde-se uma quantidade considerável de energia na transição. Mesmo as Wallboxes modernas de propriedade de muitos proprietários de veículos elétricos não resolvem totalmente esse problema basic.
Como parte do projeto EnerConnect financiado pelo Ministério da Educação e Pesquisa da Alemanha, cientistas do Instituto Fraunhofer de Confiabilidade e Microintegração IZM e da Universidade Técnica de Berlim se uniram aos seus parceiros industriais Delta Electronics Inc., BIT GmbH e Infineon Applied sciences AG para produzir um sistema com transistores GaN de bloqueio bidirecional inovadores. Esses transistores trazem benefícios substanciais em termos de densidade de potência e eficiência e prometem tornar o carregamento de veículos elétricos em tomadas domésticas comuns muito mais eficaz.
Como funcionam os transistores GaN bidirecionais?
Retificadores ativos como os usados em veículos elétricos já utilizam os recursos dos semicondutores de nitreto de gálio (GaN) ou carboneto de silício (SiC), que podem lidar com frequências de comutação mais altas em {hardware} passivo menor e mais barato. No entanto, os sistemas atuais poderiam bloquear a tensão em apenas uma direção, ao contrário dos transistores GaN bidirecionais. Eles possuem duas estruturas de portas para lidar com tensões negativas e positivas, tornando a nova arquitetura de comutação particularmente atraente para conversores e retificadores usados na rede pública.
A topologia de circuito especial em que os investigadores estão a trabalhar nunca desempenhou um papel importante na electrónica de potência, uma vez que teria sido demasiado complexa com componentes convencionais. O sistema é chamado de conversor buck-boost, que pode funcionar com tensões de entrada mais altas ou mais baixas. O truque está nos transistores de bloqueio bidirecionais, que podem aproveitar todos os benefícios desse design.
A prática atual para veículos elétricos é ter retificadores ativos operando em altas tensões. O novo circuito atualmente em construção no Fraunhofer IZM permitiria que a tensão fosse menor, reduzindo, por sua vez, as perdas de comutação no transistor.
O sistema também permite a inclusão de um estágio de conversão: normalmente, um retificador precisa de dois componentes separados para que a tensão de entrada seja primeiro aumentada e depois reduzida até a tensão alvo da bateria. O uso de transistores GaN de bloqueio bidirecional significa que essas duas etapas podem ser simplificadas em um único estágio de conversão, o que novamente melhora a eficiência, evitando materials desnecessário e reduzindo o custo do sistema.
Transistores mais eficientes não limitados a veículos elétricos
Ambos os efeitos significam que a eficiência dos transistores aumenta para perto de 99%, enquanto frequências de comutação aumentadas e maior densidade de potência também são possíveis com a nova arquitetura. Os pesquisadores estão trabalhando para atingir uma frequência de comutação alvo de 300 kHz, o que permitiria aumentar a densidade de potência para até 15 kW por litro – 800% em relação aos carregadores atualmente no mercado.
A tecnologia parece feita sob medida para uso em veículos elétricos, já que os conversores são instalados a bordo dos veículos e precisam ser tão pequenos quanto possível. Um dos objetivos do projeto EnerConnect é otimizar o circuito para uso com a rede pública para permitir o carregamento rápido de carros elétricos, mesmo em tomadas domésticas normais.
A topologia do circuito permite que a eletricidade se mova em ambas as direções, o que os torna uma escolha perfeita para a ideia de utilizar baterias de automóveis como armazenamento de eletricidade e para utilização em sistemas fotovoltaicos.