I ricercatori del Fraunhofer IZM stanno testando transistor a blocco bidirezionale realizzati in nitruro di gallio (GaN) nell'ambito del progetto EnerConnect. L'obiettivo è di utilizzarli per sviluppare un circuito che verrà impiegato negli inverter e nei raddrizzatori attivi di prossima generazione. Utilizzando i nuovi componenti è possibile eliminare uno stadio del convertitore e raggiungere un'efficienza del 99%.
Sebbene la ricarica delle auto elettriche tramite una normale presa da garage sia tecnicamente possibile, risulta inefficiente rispetto all'utilizzo di stazioni di ricarica rapida: la conversione della corrente alternata proveniente dalla rete elettrica nella corrente continua richiesta dal veicolo comporta perdite di carica significative. Persino le wallbox, sempre più diffuse, non eliminano completamente queste perdite.
Nell'ambito del progetto EnerConnect, finanziato dal BMBF, i ricercatori del Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM e dell'Università Tecnica di Berlino, con il supporto di Delta Electronics Inc., BIT GmbH e Infineon Technologies AG, stanno testando un circuito con nuovi transistor GaN a blocco bidirezionale, per sfruttarne i vantaggi in termini di densità di potenza ed efficienza e rendere così più efficace il processo di ricarica tramite energia elettrica domestica.
Il circuito su cui stanno lavorando i ricercatori non ha mai avuto un ruolo nell'elettronica di potenza. L'implementazione con componenti convenzionali sarebbe troppo complessa. Si tratta di una cosiddetta topologia circuitale buck-boost, con la quale la tensione di ingresso può essere impostata sia più alta che più bassa. I vantaggi di questo circuito possono essere sfruttati utilizzando transistor di blocco bidirezionali.
Tradizionalmente, i raddrizzatori attivi delle auto elettriche sono collegati ad alte tensioni. Tuttavia, grazie al circuito innovativo in fase di studio presso il Fraunhofer IZM, la tensione può essere impostata anche a un valore più basso. La conseguente riduzione della tensione di commutazione riduce le perdite di commutazione nel convertitore di potenza.
Inoltre, il circuito consente di risparmiare uno stadio convertitore: solitamente, in un raddrizzatore, la tensione di ingresso deve essere prima aumentata in due componenti separate e poi ridotta nuovamente alla tensione della batteria richiesta. Utilizzando transistor GaN a blocco bidirezionale, queste due fasi possono essere combinate in un unico stadio di conversione, aumentando ulteriormente l'efficienza e riducendo al contempo i requisiti e i costi dei materiali.
Entrambi gli effetti possono aumentare l'efficienza del convertitore fino al 99%. Con il nuovo circuito è concepibile anche un ulteriore aumento della frequenza di commutazione e della densità di potenza. L'obiettivo è una frequenza di commutazione di 300 kHz. Ciò ha il potenziale per aumentare la densità di potenza a 15 kW per litro, che è 8 volte quella degli attuali caricabatterie disponibili in commercio
Questa tecnologia è particolarmente adatta all'impiego nei veicoli elettrici, poiché il convertitore è installato in modo fisso nel veicolo e deve quindi essere molto compatto. L'obiettivo del progetto EnerConnect è ottimizzare il circuito per il funzionamento sulla rete di distribuzione pubblica. Ciò dovrebbe consentire, ad esempio, la ricarica rapida delle auto elettriche utilizzando la corrente elettrica domestica.
Il trasferimento di energia del convertitore può avvenire in entrambe le direzioni. Oltre a utilizzare la batteria del veicolo come accumulatore di energia, questa tecnologia è quindi predestinata anche all'impiego in impianti fotovoltaici.
pubblicazione originale:
https://www.izm.fraunhofer.de/de/news_events/tech_news/enerconnect.html
