Bộ sạc xe tải điện hiệu quả nhất thế giới cung cấp công suất 1 MW với hiệu suất đạt 99,26%

Bộ chuyển đổi DC/DC cách ly điện dịch với công suất đầu ra 250 kW, hiệu suất đạt 99,26% và mật độ công suất thể tích là 9 kW/l. Ảnh: Fraunhofer ISE

Các nhà nghiên cứu Đức vừa công bố một hệ thống sạc xe điện công suất megawatt hoàn toàn mới dành cho vận tải hạng nặng, có thể cung cấp hơn 1 megawatt điện với hiệu suất kỷ lục lên tới 99,26%.

Được phát triển trong dự án HV-MELA-BAT, hệ thống đột phá này được thiết kế để sạc siêu nhanh cho xe tải điện và các phương tiện chở khách cỡ lớn mà không gây quá tải cho lưới điện.

Dự án do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems điều phối, với sự tham gia của nhiều đối tác như Motion Control & Power Electronics GmbH, STS Spezial-Transformatoren, Mercedes-Benz Energy và Fraunhofer IVI.

“Dự án tập trung nâng cấp hạ tầng sạc nhanh hiện có dựa trên tiêu chuẩn quốc tế CCS (Combined Charging System) lên hệ thống sạc megawatt mới - MCS”, ông Stefan Reichert, nhà nghiên cứu tại Fraunhofer ISE, cho biết.

Sạc siêu nhanh cho xe tải điện

Xe tải và xe buýt điện ngày càng đòi hỏi công suất sạc lớn hơn. Theo dự báo, đến năm 2030, riêng xe tải điện sẽ chiếm gần 65% nhu cầu năng lượng trong lĩnh vực này.

Để đáp ứng mức sạc “khủng” đó, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các linh kiện điện tử công suất siêu hiệu quả với một hệ thống lưu trữ đệm tích hợp. Họ phát triển một loạt thành phần, bao gồm bộ chỉnh lưu phía lưới điện, các bộ chuyển đổi DC/DC dạng mô-đun để cách ly điện và hệ thống điều khiển điện áp chính xác.

Hệ thống còn được trang bị giao diện tiếp xúc dòng điện lớn, thiết kế chắc chắn để xử lý an toàn điện áp và tải sạc cực cao. Đáng chú ý, bộ lưu trữ đệm được chế tạo từ pin “second-life” - tức pin xe điện đã qua sử dụng từ ô tô con nhưng vẫn còn khả năng lưu trữ.

Công suất sạc cao hơn dành cho xe tải đặt ra những thách thức mới cho hệ thống điện tử công suất, hệ thống tiếp điểm của trạm sạc và khả năng kết nối của lưới điện hiện có. Ảnh: Adobe Stock.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống lưu trữ này giúp giảm công suất kết nối cần thiết với lưới điện của trạm sạc xuống chỉ còn 500 kW, đồng thời hấp thụ các đỉnh tải lớn, qua đó giảm áp lực lên lưới điện.

Hệ thống MCS cũng rất linh hoạt, có thể hỗ trợ nhiều loại phương tiện khác nhau và vẫn tương thích ngược với chuẩn sạc CCS hiện tại. Ngoài ra, nhóm còn thử nghiệm cấu hình mô-đun gồm tối đa 4 điểm sạc 250 kW, kết hợp với điện mặt trời - nguồn điện này có thể dùng trực tiếp để sạc hoặc lưu trữ trong bộ đệm.

“Công suất sạc càng cao thì càng đặt ra nhiều thách thức cho điện tử công suất, hệ thống tiếp xúc và cả khả năng kết nối với lưới điện,” ông Reichert cho biết.

Thân thiện hơn với lưới điện

Hệ thống sạc MCS cùng bộ lưu trữ đệm đã được lắp đặt và thử nghiệm tại Trung tâm Điện tử Công suất và Mạng lưới Bền vững của Fraunhofer ISE ở Freiburg.

Trong hệ thống này, pin, lưới điện xoay chiều (AC) và đầu ra sạc được kết nối thông qua một bus DC chung, sử dụng các bộ chuyển đổi DC/DC mô-đun linh hoạt. Nhờ thiết kế này, hệ thống vẫn có thể đạt công suất sạc trên 1 megawatt ngay cả khi kết nối lưới điện bị giới hạn ở mức 500 kW - phần công suất còn lại được bổ sung từ bộ lưu trữ đệm.

Trong quá trình thử nghiệm với nhiều thời lượng sạc và quy mô lưu trữ khác nhau, hệ thống luôn đạt hiệu suất truyền tải điện từ lưới đến pin xe ở mức cao vượt trội.

Trình diễn hệ thống sạc Megawatt (MCS) tại phòng thí nghiệm đa Megawatt của Fraunhofer ISE trong buổi họp mặt của đội ngũ dự án. Ảnh: Fraunhofer ISE.

Đáng chú ý, dự án còn phát triển một bộ chuyển đổi DC/DC cách ly điện siêu nhỏ gọn với công suất 250 kW. Khi kết hợp 4 mô-đun, hệ thống đạt mức 1 megawatt, đồng thời vẫn duy trì hiệu suất lên tới 99,26% nhờ thiết kế tần số cao giúp giảm kích thước và vật liệu.

Dựa trên cấu trúc cộng hưởng nối tiếp, bộ chuyển đổi hoạt động ở tần số chuyển mạch lên tới 200 kHz. Điều này cho phép sử dụng các máy biến áp và linh kiện nhỏ hơn, qua đó giảm đáng kể kích thước và tài nguyên cần thiết cho toàn hệ thống.

“Nhờ tần số chuyển mạch cao, bộ chuyển đổi đạt mật độ công suất theo thể tích lên tới 9 kW/lít, và với hiệu suất tối đa 99,26% trong dải công suất này, đây là lần đầu tiên trên thế giới đạt được mức này,” nhóm nghiên cứu cho biết trong thông cáo báo chí.

Theo IE

Thu Quyên