وحدة شحن سيارات كهربائية عالية الكفاءة بقدرة 40 كيلوواط من كربيد السيليكون

تتمتع وحدة الشحن عالية الكفاءة المصنوعة من كربيد السيليكون بإمكانيات كبيرة نظراً للطلب المتزايد على الشحن السريع عالي الجهد. بعد العرض العالمي الأول لسيارة تايكان ذات منصة الجهد العالي 800 فولت من بورش في سبتمبر 2019، أطلقت شركات السيارات الكهربائية الكبرى طرازات مزودة بتقنية الشحن السريع بجهد 800 فولت، مثل هيونداي أيونيك، ولوتس إليتر، وبي واي دي دولفين، وأودي آر إس إي-ترون جي تي، وغيرها. وقد تم تسليم جميعها أو دخلت مرحلة الإنتاج الضخم خلال العامين الماضيين. وبات الشحن السريع بجهد 800 فولت هو السائد في السوق. تتوقع شركة سيتيك للأوراق المالية أن يصل عدد طرازات الشحن السريع عالي الجهد إلى 5.18 مليون طراز بحلول عام 2025، وأن ترتفع نسبة انتشارها من ما يزيد قليلاً عن 10% حاليًا إلى 34%. وسيشكل هذا المحرك الرئيسي لنمو سوق الشحن السريع عالي الجهد، ومن المتوقع أن تستفيد الشركات العاملة في هذا المجال بشكل مباشر. وفقًا للمعلومات العامة، فإن وحدة الشحن هي المكون الأساسي لمنصة الشحن، حيث تمثل حوالي 50٪ من التكلفة الإجمالية لمنصة الشحن؛ ومن بينها، يمثل جهاز طاقة أشباه الموصلات 30٪ من تكلفة وحدة الشحن، أي أن وحدة طاقة أشباه الموصلات تمثل حوالي 15٪ من تكلفة منصة الشحن، وستصبح سلسلة المستفيدين الرئيسية في عملية تطوير سوق منصات الشحن. تُستخدم حاليًا في محطات الشحن الإلكتروني أجهزة طاقة من نوع IGBT وMOSFET، وكلاهما مصنوع من السيليكون. وقد فرض تطوير محطات الشحن الإلكتروني للشحن السريع بالتيار المستمر متطلبات أعلى على أجهزة الطاقة. ولجعل شحن السيارات سريعًا كالتزود بالوقود في محطات البنزين، يبحث مصنّعو السيارات بنشاط عن مواد تُحسّن الكفاءة، ويُعدّ كربيد السيليكون حاليًا الخيار الأمثل. يتميز كربيد السيليكون بمقاومته العالية للحرارة والضغط، وقدرته العالية على نقل الطاقة، مما يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة ويُقلّل حجم المنتج. تعتمد معظم المركبات الكهربائية على أنظمة شحن التيار المتردد المدمجة، والتي تستغرق عدة ساعات لإتمام الشحن. وقد أصبح استخدام طاقة عالية (مثل 30 كيلوواط فأكثر) لتحقيق الشحن السريع للمركبات الكهربائية التوجهَ المهم التالي لتصميم محطات الشحن. على الرغم من مزايا بطاريات الشحن عالية الطاقة، إلا أنها تُثير العديد من التحديات، مثل الحاجة إلى تحقيق عمليات تبديل عالية الطاقة وعالية التردد، والحرارة الناتجة عن فقدان الطاقة أثناء التحويل. مع ذلك، تتميز منتجات MOSFET والدايود المصنوعة من كربيد السيليكون بمقاومة عالية للجهد ودرجة الحرارة، وسرعة تبديل عالية، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في وحدات بطاريات الشحن. بالمقارنة مع الأجهزة التقليدية المصنوعة من السيليكون، يمكن لوحدات كربيد السيليكون زيادة طاقة خرج بطاريات الشحن بنسبة تقارب 30%، وتقليل الفاقد بنسبة تصل إلى 50%. كما تُعزز أجهزة كربيد السيليكون استقرار بطاريات الشحن. لا تزال التكلفة أحد أهم العوامل التي تحد من تطوير محطات الشحن، لذا تُعدّ كثافة الطاقة فيها بالغة الأهمية، وتُمثّل أجهزة كربيد السيليكون (SiC) مفتاح تحقيق كثافة طاقة عالية. وباعتبارها أجهزة عالية الجهد والسرعة والتيار، تُبسّط أجهزة كربيد السيليكون بنية الدائرة الكهربائية لوحدة شحن التيار المستمر، وترفع مستوى الطاقة للوحدة، وتُحسّن كثافة الطاقة بشكل ملحوظ، مما يُمهّد الطريق لخفض تكلفة نظام محطة الشحن. من منظور التكلفة طويلة الأجل وكفاءة الاستخدام، فإن محطات الشحن عالية الطاقة التي تستخدم أجهزة SiC ستفتح آفاقاً واسعة في السوق. وفقًا لبيانات CITIC Securities، فإن معدل اختراق أجهزة كربيد السيليكون في أعمدة شحن مركبات الطاقة الجديدة يبلغ حاليًا حوالي 10٪ فقط، مما يترك أيضًا مجالًا واسعًا لأعمدة الشحن عالية الطاقة. بصفتها موردًا رائدًا في صناعة الشحن بالتيار المستمر، طورت شركة MIDA Power وأطلقت وحدة شحن ذات كثافة طاقة عالية، وهي أول وحدة شحن بمستوى حماية IP65 مزودة بتقنية قنوات تهوية مستقلة. وبفضل فريق البحث والتطوير المتميز لديها، والتزامها بمبادئ السوق، بذلت MIDA Power جهودًا كبيرة ونجحت في تطوير وحدة شحن SiC عالية الكفاءة بقدرة 40 كيلوواط. تتميز هذه الوحدة بكفاءة قصوى مذهلة تتجاوز 97%، ونطاق جهد دخل واسع للغاية يتراوح من 150 إلى 1000 فولت تيار مستمر، ما يجعلها تلبي جميع معايير الإدخال العالمية تقريبًا، مع توفير كبير في الطاقة. ومع النمو السريع في عدد محطات الشحن، من المتوقع أن يزداد استخدام ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، ووحدة شحن MIDA Power SiC بقدرة 40 كيلوواط، في محطات الشحن التي تتطلب كثافة طاقة أعلى في المستقبل.