О быстрой зарядке аккумуляторов электромобилей

11 октября 2019

управление питаниемответственные примененияInfineonстатьядискретные полупроводники

Прадип Чатержи, Маркус Хермвил (Infineon)

Чтобы электромобиль стал по-настоящему распространенным, необходимы доступные средства быстрой зарядки его аккумулятора. В ассортименте Infineon уже сейчас имеется все необходимое для этого. 

В настоящее время правительства разных стран прилагают серьезные усилия, направленные на сокращение выбросов углерода. Использование электрического транспорта помогает решить эту проблему, что приводит к постоянному росту интереса к электромобилям (Battery Electric Vehicles, BEV). Рынок электромобилей расширяется и предлагает все более богатый выбор моделей по все более привлекательным ценам. Тем не менее, ограниченная дальность передвижения такого транспорта по-прежнему вызывает опасения у потребителей. Ситуация усугубляется существующими проблемами подзарядки. Подзарядка припаркованного автомобиля в течение рабочего дня кажется идеальным решением, но отсутствие инфраструктуры приводит к тому, что многие владельцы электрокаров вынуждены выполнять зарядку аккумуляторов дома. Кроме того, потребители хотят, чтобы в длительных поездках, например, в путешествиях во время отпуска, зарядка занимала столько же времени, сколько занимает заправка обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Большинство электромобилей имеет возможность зарядки аккумуляторов в домашних условиях от бытовой однофазной сети переменного напряжения. Благодаря этому подзарядку удобно производить ночью. Существуют различные варианты подключения к сети: от простых кабелей, подключаемых к электрической розетке и кабелей со встроенными устройствами управления и защиты (IC-CPD) до сложных настенных зарядных устройств, снабженных комплексной защитой и обладающих расширенным функционалом, например, возможностью обмена данными с транспортным средством.

Непосредственная зарядка аккумуляторов производится от источника постоянного напряжения, причем преобразование из переменного напряжения в постоянное происходит в силовых блоках, встроенных в автомобиль. Этот подход подразумевает, что каждое транспортное средство должно иметь собственное зарядное устройство, которое разрабатывается с учетом требований по отводу тепла, КПД и весу, то есть по тем факторам, которые в конечном итоге ограничивают мощность зарядки и, следовательно, скорость ее выполнения. Очевидно, что следующим шагом в развитии отрасли станет разработка универсальных автономных зарядных устройств, размещаемых вне кузова автомобиля.

Зачем нужна быстрая зарядка аккумуляторов

Типовое зарядное устройство мощностью 22 кВт способно за 120 минут зарядить аккумулятор электромобиля до уровня, необходимого для выполнения пробега 200 км. Однако для сокращения времени зарядки до 16 минут (при той же дальности пробега 200 км) необходимо использовать зарядную станцию мощностью 150 кВт.

При мощности 350 кВт время зарядки может быть уменьшено до 7 минут, что примерно соответствует времени, затрачиваемому для дозаправки обычного автомобиля с ДВС. Разумеется, все вышесказанное возможно только в том случае, если аккумулятор поддерживает такие скорости зарядки. К этому нужно прибавить, что пользователи ожидают, что процесс зарядки будет одинаковым вне зависимости от места заправки, точно так же, как стандартизован процесс заправки обычных автомобилей.

В Европе организация CharIN e.V. сосредоточила усилия на разработке и продвижении комбинированной системы зарядки (Combined Charging System, CCS). Стандарт, разработанный организацией, определяет тип зарядной вилки, последовательность зарядки и даже передачу данных. В других регионах, таких как Япония и Китай, есть аналогичные организации –

CHAdeMO и GB/T соответственно. Собственная запатентованная система зарядки есть у компании Tesla.

Спецификация CharIN предусматривает возможность зарядки от источников как переменного, так и постоянного напряжения с помощью специализированных вилок и розеток. Спецификация также определяет максимальный постоянный выходной ток 500 А при напряжении 700 В DC, а также максимальное напряжение 920 В DC. КПД системы установлен на уровне 95%, хотя в будущем он будет увеличена до 98%. Следует отметить, что для зарядного устройства мощностью 150 кВт уровень потерь 1% соответствует 1,5 кВт. Таким образом, уменьшение потерь до минимально возможного значения является приоритетной задачей для быстрых зарядных устройств.

Архитектура быстрого зарядного устройства

Существуют два варианта реализации зарядных устройств. Первый подход подразумевает преобразование входного переменного трехфазного напряжения в регулируемое постоянное напряжение, которое, в свою очередь, преобразуется с помощью DC/DC-преобразователя. Точное значение выходного постоянного напряжения согласуется в ходе обмена данными с заряжаемым электромобилем. Альтернативный подход заключается в преобразовании входного переменного напряжения в постоянное напряжение фиксированного уровня, после чего второй DC/DC-преобразователь регулирует выходное напряжение в соответствии с потребностями аккумулятора транспортного средства (рисунок 1).

Поскольку ни один из представленных подходов не имеет явных преимуществ или недостатков, то выбор оптимального решения становится достаточно сложной задачей. Столь мощные зарядные устройства не могут быть моноблочными, вместо этого требуемая выходная мощность набирается путем объединения нескольких зарядных модулей, каждый из которых имеет выходную мощность 15…60 кВт. Таким образом, основными задачами, решаемыми в процессе разработки, становятся упрощение системы охлаждения, обеспечение высокой удельной мощности и уменьшение общего размера системы.

Рис. 1. Варианты организации зарядных устройств большой мощности

Проектирование начинается с разработки AC/DC-преобразователя. Корректор коэффициента мощности обычно строится на базе однонаправленного трехфазного трехуровневого выпрямителя с ШИМ-управлением, выполненного по схеме Вина (Vienna rectifier). Возможность использования активных компонентов с рейтингом напряжения 600 В помогает достичь оптимального соотношения стоимости и эффективности. Благодаря наличию высоковольтных SiC-устройств обычный двухуровневый AC/DC-каскад с ШИМ-управлением также становится популярным в диапазоне мощностей 50 кВт или даже выше. При использовании любого из предложенных вариантов построения AC/DC-каскада можно обеспечить управление выходным напряжением, синусоидальный входной ток с коэффициентом мощности выше 0,95, THD ниже 5% и КПД 97% или выше. В тех случаях, когда зарядное устройство может быть изолировано от сети с помощью трансформатора среднего напряжения, часто используют диодные или тиристорные выпрямители. Их популярность объясняется простотой и надежностью, а также высокой эффективностью.

В настоящее время DC/DC-преобразователи, как правило, строятся на базе резонансных топологий, которые оказываются предпочтительными из-за их высокой эффективности и наличия гальванической развязки. Резонансные топологии обеспечивают высокую плотность мощности и компактные габариты, а переключения при нулевых напряжениях (ZVS) гарантируют уменьшение динамических потерь и способствуют повышению общей эффективности системы.

Мостовая топология со сдвигом фазы на базе силовых SiC-устройств является альтернативным вариантом при необходимости получения изолированного решения. Для изолированных архитектур наиболее предпочтительными становятся многофазные DC/DC-преобразователи. Среди их преимуществ можно отметить распределение нагрузки между фазами, снижение уровня пульсаций и уменьшение габаритов фильтра. Однако расплатой за перечисленные достоинства становится усложнение схемной реализации и увеличение числа используемых компонентов.

В диапазоне мощностей 15…30 кВт зарядные модули могут быть реализованы с помощью дискретных компонентов (рисунок 2). Для создания бюджетных трехфазных выпрямителей с ШИМ-управлением идеально подходит комбинация из IGBT TRENCHSTOP™ 5 и диодов Шоттки CoolSiC™. Некоторое повышение КПД может быть достигнуто, если вместо IGBT использовать МОП-транзисторы

CoolMOS™ P7 SJ. Что касается DC/DC-преобразователя, то для получения хорошего КПД подойдут МОП-транзисторы семейства CoolMOS CF D7. Если же требуется максимальная эффективность, то следует воспользоваться МОП-транзисторами из семейства CoolSiC.

Рис. 2. Построение зарядных устройств на базе дискретных компонентов

Если предполагается создание зарядного устройства с возможностью дальнейшей модификации или модернизации, а также при необходимости получения максимальной мощности, рекомендуется создавать зарядные блоки на базе силовых модулей. Обычно при работе с таким уровнем мощности предпочтительным становится жидкостное охлаждение, однако вариант с воздушным охлаждением также остается возможным. Трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением может быть построен с помощью модулей CoolSiC Easy 2B, работающих с частотой переключений до 40 кГц. Для построения DC/DC-преобразователей, как правило, используются трехфазные или многофазные понижающие регуляторы с рабочей частотой до нескольких сотен кГц. В данном случае для получения высокого КПД оптимальным выбором станет комбинация модулей

CoolSiC Easy 1B и дискретных диодов CoolSiC.

Силовой модуль F3L15MR12WM1_B69 из семейства CoolSiC представляет собой трехфазный выпрямитель с ШИМ-управлением, выполненный в корпусном исполнении Easy 2B. Благодаря малому значению сопротивления открытого канала R_DS(ON) 15 мОм модуль имеет высокую плотность мощности и компактные размеры, что упрощает построение зарядного устройства. Модуль поставляется в керамическом корпусе, заполненном гелем, и отличается малой паразитной емкостью, кроме того, потери на его переключения не зависят от температуры. Полумостовые топологии доступны как в корпусах Easy 2B, так и в корпусах Easy 1B меньшего размера. Для таких модулей сопротивление открытого канала R

DS_(ON) составляет всего 6 мОм (рисунок 3).

Рис. 3. Построение зарядных устройств на базе силовых модулей

Контроль, связь и безопасность

Управление силовыми каскадами обычно осуществляется с помощью микроконтроллеров. Микроконтроллеры семейства XMC4000 имеют в своем составе аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с возможностью гибкой настройки, а также многофункциональные таймеры и периферийные модули, позволяющие организовать ШИМ-управление. Наличие CAN-контроллера гарантирует, что зарядные модули смогут общаться друг с другом и согласовывать свою работу при использовании различных типов аккумуляторов. Защита при оплате услуг, проверка подлинности обновлений программного обеспечения или аппаратных изменений может выполняться с помощью HSM-модуля (Hardware Security Module) семейства микроконтроллеров AURIX™. Это семейство часто используется в автомобильных приложениях, связанных с безопасностью.

Аутентификация отдельных модулей и защита от подделок может быть обеспечена с помощью специализированных чипов OPTIGA ™ Trust B. Для организации более надежной и целостной системы защиты следует использовать микроконтроллеры семейства OPTIGA TPM.

Заключение

Организация инфраструктуры быстрой зарядки аккумуляторов является важной частью стратегии по увеличению числа электромобилей. Без эффективных решений, обеспечивающих приемлемое время зарядки, электромобили неизбежно останутся привлекательными только для сторонников экологического транспорта и для потребителей, передвигающихся на незначительные расстояния. Подготовительные работы по определению параметров зарядных устройств и разъемов уже выполнены. Кроме того, имеются необходимые инновационные полупроводниковые решения. Эти решения включают как традиционные кремниевые силовые компоненты, так и карбид-кремниевые, которые обеспечивают высокую частоту переключений и большой  КПД, при этом гарантируя высокую надежность зарядных устройств. Если учесть наличие современных микроконтроллеров и продуманных решений для проверки подлинности и безопасности, то становится очевидным, что модульные зарядные устройства способны выполнить существующие требования электротранспорта и обеспечить дальнейшее развитие отрасли.

Оригинал статьи

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Быстрая зарядка акб авто в категории «Авто — мото»

Быстрая зарядка в прикуриватель авто Baseus USB Car Charger USB 3.0+Type-C 30W Black (CCALL-YS01)

На складе в г. Коростень

Доставка по Украине

325 грн

285 грн

Купить

Быстрая зарядка в прикуриватель авто Baseus 2 USB порта QC3.0 5A/30W | быстрое зарядное устройство в машину

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

338 грн

298 грн

Купить

Быстрая зарядка в авто XIAOMI Mi Car Charger 100W 1A1C | CC07ZM | BHR4460CN Black

На складе в г. Кривой Рог

Доставка по Украине

1 299 грн

Купить

Быстрая зарядка в авто Xiaomi 37W 2USB CC06ZM (GDS4131CN/GDS4147GL) Black

На складе в г. Кривой Рог

Доставка по Украине

699 грн

594. 15 грн

Купить

Быстрая зарядка в авто 40W Baseus Golden Contactor Pro Dual Quick Car Charger U+C Gray TZCCJD-03

На складе в г. Кривой Рог

Доставка по Украине

699 грн

650.07 грн

Купить

Зарядка XTrobb MF-2B, 10А, 12-24V для автомобильного аккумулятора (АКБ), зарядное устройство для авто.

На складе в г. Черкассы

Доставка по Украине

2 399 грн

Купить

Зарядное устройство для аккумулятора авто 10А GEKO импульсное автоматическое зарядное быстрая зарядка

На складе в г. Бровары

Доставка по Украине

6 000 грн

3 499 грн

Купить

Корпус для зовнішнього акумулятора на 6 АКБ корпус 6×18650 Power Bank Case Dual USB ШВИДКА ЗАРЯДКА

На складе

Доставка по Украине

590 грн

Купить

Зарядное устройство для аккумулятора авто 10А GEKO импульсное автоматическое зарядное быстрая зарядка

На складе в г. Бровары

Доставка по Украине

4 000 грн

2 799 грн

Купить

Зарядное устройство 15А для аккумулятора авто GEKO 6В 12В импульсное автоматическое зарядное быстрая зарядка

На складе в г. Бровары

Доставка по Украине

3 000 грн

2 299 грн

Купить

Зарядное устройство для аккумулятора авто GEKO 4.2А 6В 12В импульсное автоматическое зарядное быстрая зарядка

На складе в г. Бровары

Доставка по Украине

3 000 грн

1 799 грн

Купить

Быстрая зарядка в прикуриватель авто Baseus USB порт QC3.0 3A/18W Max | быстрое зарядное устройство в машину

На складе

Доставка по Украине

278 грн

198 грн

Купить

Разборной повербанк M8-PD, Емкость 20800мАч (8шт АКБ 18650 по 2600мАч).с быстрой зарядкой Type C + micro-USB

На складе в г. Харьков

Доставка по Украине

1 630 грн

Купить

Мощная быстрая зарядка для авто 2 USB Quick Charger Car Charger U+U 40W Dark Gray

Доставка по Украине

649 грн

Купить

Быстрая USB зарядка для телефона авто ACADU10CBE

Доставка по Украине

104 — 144 грн

от 3 продавцов

105 грн

Купить

Смотрите также

USB зарядка в авто врезная — QC3. 0 х2 Quick Charge быстрая зарядка в панель автомобиля, зеленая

Доставка по Украине

368 грн

Купить

Повербанк 10000mAh Power Bank внешний акб для зарядки портативных устройств

Доставка из г. Днепр

849 грн

Купить

Быстрая QC 3.0 зарядка в авто для телефона

Доставка из г. Луцк

99 грн

Купить

Быстрая QC 3.0 зарядка в авто для телефона белая

Доставка из г. Луцк

99 грн

Купить

Быстрая QC 3.0 зарядка в авто для телефона

Доставка из г. Луцк

99 грн

Купить

АВТО зарядка USB режим быстрого заряда QC 3.0 USB 4в1 тестер вольтметр

На складе в г. Кривой Рог

Доставка по Украине

265 грн

Купить

Быстрое зарядное устройство в машину Baseus 2 порта (USB и type-C) QC4.0 5A/30W | зарядка в прикуриватель авто

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

388 грн

338 грн

Купить

Силиконовый коврик в авто с быстрой беспроводной зарядкой 15w Qinetiq Car Wireless Pad C1 беспроводная зарядка

Доставка из г. Днепр

1 199 грн

999 грн

Купить

Акція ПОВЕРБАНК, корпус зі швидкою зарядкою QC3.0 PD 18650 на гвинтах (16 АКБ типу 18650)

На складе в г. Харьков

Доставка по Украине

1 600 грн

Купить

Силиконовый коврик в авто с быстрой беспроводной зарядкой 15W QINETIQ Car Wireless Pad C1

Доставка из г. Днепр

999 грн

Купить

Импульсное зарядное устройство ZYX-J10 быстрое автоматическое для АКБ 12В/6А 4-100Ah

Доставка из г. Киев

1 949 грн

Купить

Быстрая зарядка авто QC3.0 TypeC комплект (Borofone)

Доставка по Украине

264 грн

Купить

СТЕК Multi XS 0,8A Wet MF AGM GEL 1.2-32Ah Зарядное устройство зарядка для автомобильного аккумулятора авто 2

На складе в г. Сумы

Доставка по Украине

5 039 грн

3 779 грн

Купить

Плафон светильник лампа для салона авто с магнитным креплением (цвет свечения БЕЛЫЙ АКБ USB зарядка)

На складе

Доставка по Украине

389 грн

346. 21 грн

Купить

Аккумуляторы для электромобилей с быстрой зарядкой и никелевой фольгой

Интернет, защищенный от морских монстров

Все иллюстрации: Грег Мабли

В начале 2023 года загорится начальный участок того, что станет первой подводной волоконно-оптической линией, соединяющей Японию и Европу. Исландия в Ирландию. В последующие годы в рамках проекта Far North Fiber будет проложен кабель через Северо-Западный проход, соединяющий Исландию с Гренландией, затем с Канадой, Аляской и, наконец, с Японией. Far North Fiber поможет увеличить географическое разнообразие мировой оптоволоконной сети; в настоящее время подводные кабели проложены по нескольким хорошо проторенным маршрутам, что делает сеть уязвимой для локальных опасностей, таких как якоря судов, землетрясения или морские монстры, поедающие волокна.

Воздушные шары против гиперзвуковых ракет

Претендуя на наиболее достойную МакГайвера оборонную стратегию, Пентагон запланировал семикратное увеличение расходов на воздушные шары в 2023 году. до 27 000 метров, чтобы отслеживать торговцев наркотиками. Есть надежда, что эти плавающие левиафаны будут сотрудничать со спутниками для обнаружения гиперзвуковых ракет, подобных тем, которые разрабатываются Россией и Китаем. В качестве бонуса техника на борту воздушных шаров работает на солнечной энергии.

Приближаются правила ИИ

Регулирование должно увеличить использование искусственного интеллекта в Интернете, поскольку в конце 2022 года вступил в силу Закон Европейского парламента и Совета о цифровых услугах. Закон требует, чтобы крупнейшие платформы принимали меры по борьбе с дезинформацией и защищали от дискриминационной целевой рекламы. . Возможно, самое главное, это требует прозрачности алгоритмов, используемых для предоставления рекомендаций по продуктам и контенту. Вероятно, это предшественник более крупного Закона ЕС об искусственном интеллекте, который в настоящее время проходит через законодательные механизмы.

Месть геосинхронных спутников!

По сравнению с загромождающими небо роями крошечных спутников Starlink, планы Astranis из Сан-Франциско могут показаться старомодными. Он нацелен на запуск банального одинокого геостационарного спутника. Но этот спутник — первый спутник нового поколения, получивший название microGEO. Это примерно одна двадцатая размера геостационарных спутников размером с микроавтобус, уже находящихся на орбите, что обеспечивает дешевое и быстрое развертывание. Этот первый microGEO будет запущен в начале 2023 года и начнет предоставлять услуги на Аляске, утроив пропускную способность спутников штата и сократив их стоимость. В том же году компания планирует запустить еще четыре микроГЕО. Один будет обеспечивать интернетом сельские районы Перу, два будут обслуживать самолеты и круизные лайнеры, а окончательное назначение спутника еще не разглашается.

Капитальный ремонт модели Hurricane

Американские модели отслеживания и прогнозирования ураганов получат столь необходимое обновление перед сезоном 2023 года. Американская модель отстает по точности от европейской версии, и эта проблема впервые стала очевидной во время урагана «Сэнди» в 2012 году. Теперь Национальное управление океанических и атмосферных исследований США ввело в эксплуатацию новый набор суперкомпьютеров для обеспечения моделирования следующего поколения. Улучшения будут включать более высокое разрешение, более реалистичную физику для представления облаков и осадков, большее количество симуляций и более эффективное использование данных наблюдений.

Крупные гидроэлектростанции Китая

Китай находится в процессе гигантского наращивания гидроэнергетического потенциала. В 2023 году планируется завершить второй этап строительства крупнейшей в мире насосно-аккумулирующей станции — техники, которая накапливает энергию, перекачивая ее в резервуар. Станция под названием Фэннин, расположенная примерно в 200 км к северу от хранить до 40 гигаватт-часов энергии и поддерживать чистоту энергосистемы, когда не дует ветер или не светит солнце. Кроме того, гидроэлектростанция Лянхэкоу в Тибете также должна быть полностью введена в эксплуатацию в 2023 году и, как ожидается, будет ежегодно вырабатывать колоссальные 11 тераватт-часов электроэнергии (примерно энергопотребление Литвы). Эти масштабные строительные проекты призваны помочь Китаю достичь нулевого уровня выбросов углерода к 2060 году9.0006

Призовой бой за Rain-Forest Tech

Весной 2023 года Сингапур примет 15 команд в джунглях для участия в полуфинале соревнования XPrize Rainforest. Полуфиналисты со всего мира продемонстрируют свои технологии тестирования биоразнообразия в надежде выйти в финал, назначенный на 2024 год. Судьи будут искать «процесс улучшения автономных операций, новые методологии обнаружения, и методы быстрой интеграции данных, обеспечивающие беспрецедентный уровень детализации в режиме реального времени». Конкурс стартовал в 2019 году, а чистые инвестиции XPrize составляют 10 миллионов долларов США. XPrize надеется, что мотивация и соревновательный дух помогут спасти тропические леса.

Модульная ядерная энергетика зарождается

Корейский производитель Doosan собирается начать производство компонентов для первой в мире модульной атомной электростанции в конце 2023 года. Компоненты предназначены для стартапа NuScale, чей дизайн обещает резко сократить затраты и время установки. В отличие от сегодняшних электростанций, которые полностью строятся на месте, эти реакторы могут производиться серийно на заводе и поставляться на электростанции по всему миру. В каждом из них находится от 4 до 12 автономных реакторных модулей в зависимости от местных потребностей. Первая электростанция, использующая технологию NuScale, должна начать вырабатывать электроэнергию в 2029 году.в Национальной лаборатории Айдахо в рамках проекта «Безуглеродная энергетика».

С бюрократией, с волокном

Германия стремится утроить количество проложенных оптоволоконных кабелей к концу 2025 года в рамках инициативы Gigabitstrategie. Одна из стратегий, которую правительство Германии будет использовать для достижения этой амбициозной цели, состоит в том, чтобы к концу 2022 года избавиться от некоторых бюрократических проволочек, связанных с проектами оптоволокна. Оно планирует централизовать процесс утверждения проектов, который в настоящее время рассматривается как бюрократический кошмар, зависящий от муниципалитета. , расчищая путь для масштабного наращивания объемов строительства в начале 2023 года. Правительство также планирует использовать инновационную технику микротраншейной прокладки для прокладки волокна в узких каналах шириной 5 сантиметров, вырытых на обочине дороги, не мешая движению транспорта.

Ветер Соединенных Штатов на проводе

Крупнейший инфраструктурный проект в области возобновляемых источников энергии в истории США — ветряная электростанция и линия электропередачи стоимостью 8 миллиардов долларов — должны начаться в 2023 году. Компания Pattern Energy из Сан-Франциско взяла на себя проекты SunZia Wind и SunZia Transmission от Southwestern. Power Group в июле 2022 года. В ветровой части проекта планируется в общей сложности 3000 мегаватт от ветряных электростанций, которые будут построены в трех округах Нью-Мексико. 885-километровая двунаправленная высоковольтная линия электропередачи постоянного тока протянется из Нью-Мексико и южно-центральной Аризоны. Линия электропередачи позволит обойти растущие трудности с подключением возобновляемых источников энергии к энергосистеме.

NASCAR May Lean Electric

Согласно документам, просочившимся ранее в этом году, гигант автогонок NASCAR планирует представить прототип электромобиля (EV) перед гонкой открытия сезона в феврале 2023 года. Документы предполагают, что этот прототип затем будет использоваться в электромобиле. гоночная серия позже в этом году. Серия будет состоять из двух гонок продолжительностью 30 минут каждая, без замены батарей или зарядки. Эта информация, хотя и неподтвержденная, будет соответствовать ранее заявленным планам NASCAR по тестированию возможностей в области электромобилей. Несмотря на сильное давление, направленное на переход к электричеству, NASCAR утверждает, что развлекательная ценность для ее поклонников является главным приоритетом.

Одно зарядное устройство, чтобы править всеми

Европейский Союз принял директиву, предписывающую заряжать ряд устройств с помощью портов USB-C. Apple с ее уникальным портом Lightning не станет исключением: iPhone, iPad и другие небольшие устройства будут вынуждены перейти на USB-C к 2024 году. Ноутбуки должны будут перейти на USB-C где-то в 2026 году. Этот закон является первым в своем роде. во всем мире. Это должно повысить удобство для потребителя, а также сократить отходы электроники, образующиеся при использовании различных зарядных устройств, которые в настоящее время составляют около 11 000 тонн в год. Несколько сенаторов США настаивали на принятии аналогичного закона, но пока безрезультатно.

Французская ядерная бомба

Более чем на десятилетие отставание от графика и превышение бюджета на миллиарды долларов. Ожидается, что французский ядерный реактор нового поколения во Фламанвиле, наконец, будет заправлен топливом в начале 2024 года. Станция будет лишь четвертым в мире реактором EPR — водо-водяным реактором третьего поколения. дизайн, который должен быть более безопасным и эффективным, чем его предшественники. Проект страдает от проблем с безопасностью, инженерных ошибок и, совсем недавно, проблем с цепочкой поставок из-за пандемии. Но теперь, Électricité de France (EDF) говорит, что они находятся на последнем этапе. Завод не мог появиться слишком рано, чтобы уменьшить зависимость Европы от российской нефти и газа.

Благодаря этой новой батарее зарядка электромобиля стала намного быстрее

Vroom vroom

Изобретение может решить большую проблему владельцев электромобилей.

Dani Ferrasanjose/Moment/Getty Images

Joanna Thompson

21 октября 2022 г.

После десятилетий разработки рынок электромобилей США наконец оживает.

Благодаря недавним субсидиям администрации Байдена на электромобили, растущему доступу к зарядным станциям и растущей популярности таких брендов, как Tesla, больше американцев ездят на батареях, чем когда-либо прежде.

Но у электромобилей есть некоторые технические ограничения. Например, большинству электромобилей требуется относительно много времени для зарядки — по сравнению с быстрой заправкой водителям обычно нужно ждать не менее 20 минут (и это с самым быстрым оборудованием).

Но скоро все может измениться. Согласно новому исследованию Nature , новая батарея может заряжаться примерно за 11 минут.

Этот новый аккумулятор может достичь 75-процентной емкости примерно за 11 минут. ЕС мощность

Вот предыстория — Хотите верьте, хотите нет, но первый электрический автомобиль, произведенный в США, дебютировал в 1890 году (по сути, это был электрифицированный фургон). популярности автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Теперь ситуация изменилась, поскольку потребители все чаще покупают с учетом климата (и цен на газ).

Итак, почему революция электромобилей затянулась? Во-первых, электромобили исторически были дорогими и тяжелыми благодаря своим большим литий-ионным батареям.

Они также, как правило, требуют большего количества замен аккумуляторов, чем традиционные автомобили с двигателем внутреннего сгорания, что увеличивает их стоимость.

Возможно, одной из самых больших проблем, стоящих перед рынком электромобилей, является «беспокойство по поводу запаса хода» или боязнь разрядиться в середине поездки.

«Если присмотреться, все эти проблемы связаны с батареей», — говорит Прабудда Чакраборти, инженер-электрик из Университета штата Мэн, не участвовавший в новом исследовании.

Первые коммерческие электромобили могли проезжать на одном заряде всего около 100 миль, но благодаря увеличению емкости аккумуляторов самые дальнобойные электромобили на рынке сегодня могут преодолевать более 500 миль. Несмотря на этот прогресс, время зарядки все еще остается проблемой.

Хотя большие батареи могут показаться решением для более быстрой зарядки, Ван считает, что ключевым фактором является эффективность. Артур Дебат/Момент/Getty Images

«Большинство аккумуляторов электромобилей можно зарядить только до 25 процентов энергии за 10 минут», — говорит Чао-Янг Ван, инженер-механик из Университета штата Пенсильвания и старший автор исследования. При таком тарифе каждая поездка на зарядную станцию ​​может занять более 40 минут.

Хотя более крупная батарея, способная вместить больше сока, может показаться решением, она не очень практична — такие ингредиенты батареи, как литий, кобальт, графит и марганец, дороги и трудны в добыче.

Вместо этого, Ван считает, что материаловеды должны сосредоточиться на повышении емкости батареи и сокращении времени зарядки. Это может позволить производителям электромобилей устанавливать батареи меньшего размера, но гораздо более эффективные.

«Благодаря более совершенным технологиям мы можем сократить стоимость аккумуляторов на две трети, сократить потребление сырья на две трети и [уменьшить] выбросы углерода при производстве аккумуляторов», — говорит он.

Что нового — Имея это в виду, команда Вана разработала аккумулятор с быстрой зарядкой, который может достичь 70-процентной емкости примерно за 11 минут.

Чтобы создать быстродействующую батарею, исследователи воспользовались техникой, называемой асимметричной температурной модуляцией, которая быстро нагревает, а затем охлаждает элемент, чтобы ускорить перемещение заряда. Они также работали с очень пористым анодом или положительно заряженным электродом, способным принимать сразу много заряженных ионов.

Новый аккумулятор может появиться в вашем автомобиле в не столь отдаленном будущем. alengo/E+/Getty Images

Эта комбинация теоретически должна работать с любым типом катода или отрицательно заряженным электродом. Из практических соображений команда внедрила отраслевой стандарт: литий-ионный катод.

Расчетный срок службы новой батареи сравним с текущими батареями электромобилей: около 2000 циклов зарядки или около 500 000 миль.

Что дальше — Чтобы сделать быструю зарядку доступной для широких масс, Ван основал стартап под названием EC Power.

Завод компании в Пенсильвании уже производит аккумуляторы для быстрой зарядки электромобилей, в том числе те, которые использовались для питания автобусов на зимних Олимпийских играх 2022 года. По словам Вана, этот последний прорыв должен позволить им производить еще более эффективные батареи.