সিআইসি কিভাবে ইলেকট্রিক গাড়ির পরিসীমা ৫ শতাংশ বাড়াতে পারে?

ক্রমাগত ক্রমবর্ধমান ভোক্তা চাহিদা, পরিবেশগত সচেতনতা/পরিবেশ সংক্রান্ত নিয়মাবলী বৃদ্ধি এবং উপলব্ধ বিকল্পগুলির বিস্তৃত পরিসীমা বৈদ্যুতিক যানবাহন (ইভি) গ্রহণকে চালিত করছে,তাদের ক্রমবর্ধমান জনপ্রিয় করে তোলেসাম্প্রতিক এক গবেষণায় দেখা গেছে যে, ২০২৩ সালের মধ্যে বৈদ্যুতিক গাড়ির বিক্রি বিশ্বব্যাপী মোটরগাড়ি বিক্রির ১০% হবে। ২০৩০ সালের মধ্যে এই সংখ্যা বাড়বে বলে আশা করা হচ্ছে।

৩০%; এবং ২০৩৫ সালের মধ্যে বৈদ্যুতিক গাড়ির বিক্রয় বিশ্বব্যাপী মোটরগাড়ি বিক্রির অর্ধেক হতে পারে।

তবে, "রেঞ্জ উদ্বেগ", একক চার্জে কভার করা মাইলিং যথেষ্ট নাও হতে পারে বলে উদ্বেগ, বৈদ্যুতিক যানবাহন ব্যাপকভাবে গ্রহণের জন্য একটি উল্লেখযোগ্য বাধা হিসাবে রয়ে গেছে।খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি ছাড়া গাড়ির পরিসীমা প্রসারিত করার জন্য এই চ্যালেঞ্জ অতিক্রম অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ.

এই নিবন্ধে আলোচনা করা হয়েছে যে প্রধান ইনভার্টারটিতে সিলিকন কার্বাইড (সিআইসি) ধাতু-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড-ইফেক্ট ট্রানজিস্টর (এমওএসএফইটি) ব্যবহার করে কীভাবে বৈদ্যুতিক গাড়ির পরিসীমা 5% পর্যন্ত বাড়ানো যায়।অতিরিক্তভাবে, it explores why some Original Equipment Manufacturers (OEMs) are hesitant to transition from Silicon-based Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) to SiC devices and the efforts of companies in the supply chain to address OEM concerns while boosting confidence in this mature wide-bandgap semiconductor technology.

বৈদ্যুতিক গাড়ির প্রধান ইনভার্টার ডিজাইনের প্রবণতা

বৈদ্যুতিক যানবাহনের প্রধান (প্রাথমিক) ইনভার্টার বৈদ্যুতিক ট্র্যাকশন মোটরের এসি ভোল্টেজের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য ধ্রুবক বর্তমান (DC) ব্যাটারি ভোল্টেজকে বৈদ্যুতিক বর্তমান (AC) ভোল্টেজে রূপান্তর করে,এটিকে যানবাহনটি মসৃণভাবে চালাতে সক্ষম করেপ্রধান ইনভার্টার ডিজাইনের সর্বশেষ প্রবণতাগুলির মধ্যে রয়েছেঃ

• শক্তি বৃদ্ধিঃএকটি বৃহত্তর ইনভার্টার আউটপুট শক্তি দ্রুত গাড়ির ত্বরণ এবং ড্রাইভারের জন্য দ্রুত প্রতিক্রিয়া করে।

• সর্বোচ্চ দক্ষতা অর্জন:গাড়ির চালনার জন্য উপলব্ধ শক্তি বাড়ানোর জন্য ইনভার্টার দ্বারা ব্যবহৃত শক্তির পরিমাণকে কমিয়ে আনা।

• ভোল্টেজ বাড়ানোঃযদিও সম্প্রতি পর্যন্ত ইলেকট্রিক যানবাহনে ৪০০ ভোল্টের ব্যাটারি সবচেয়ে সাধারণ স্পেসিফিকেশন ছিল, তবে বর্তমান, তারের বেধ এবং ওজন কমাতে অটোমোবাইল শিল্প ৮০০ ভোল্টের দিকে এগিয়ে চলেছে।অতএব, বৈদ্যুতিক যানবাহনের প্রধান ইনভার্টারকে এই উচ্চতর ভোল্টেজগুলি পরিচালনা করতে সক্ষম হতে হবে এবং উপযুক্ত উপাদানগুলি ব্যবহার করতে হবে।

• ওজন ও আকার কমানো:সিলিকন-ভিত্তিক আইজিবিটিগুলির তুলনায় সিআইসির একটি উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব (কেডব্লিউ / কেজি) রয়েছে। উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব সিস্টেমের আকার (কেডব্লিউ / এল) হ্রাস করতে, প্রধান ইনভার্টারকে হালকা করতে এবং মোটরের বোঝা হ্রাস করতে সহায়তা করে।গাড়ির কম ওজন একই ব্যাটারি ব্যবহার করে গাড়ির পরিসীমা প্রসারিত করতে অবদান রাখে, একই সাথে ট্রান্সমিশন সিস্টেমের ভলিউম হ্রাস করে এবং যাত্রী এবং ট্রাকের স্থান বৃদ্ধি করে.

সিলিকনের চেয়ে সিআইসির সুবিধা

সিলিকন এর তুলনায়, সিলিকন কার্বাইড উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলির ক্ষেত্রে বেশ কয়েকটি সুবিধা প্রদান করে, এটি প্রধান ইনভার্টার ডিজাইনের জন্য একটি উচ্চতর পছন্দ করে। প্রথমটি তার শারীরিক কঠোরতা,যার মোহস কঠোরতা রেটিং ৯সিলিকন এর ৬ এর তুলনায়.৫।5, SiC উচ্চ ভোল্টেজ sintering জন্য আরো উপযুক্ত এবং বৃহত্তর যান্ত্রিক অখণ্ডতা প্রদান করে।

উপরন্তু, SiC এর তাপ পরিবাহিতা (4,9W/cm.K) সিলিকন (1.15W/cm.K) এর চারগুণ, এটি কার্যকরভাবে তাপ dissipate এবং উচ্চ তাপমাত্রায় নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করার অনুমতি দেয়।SiC এর বিভাজন ভোল্টেজ (2500kV/cm) সিলিকনের (300kV/cm) চেয়ে আটগুণ বেশি, এবং এটির বিস্তৃত ব্যান্ডগ্যাপ বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা সিলিকনের তুলনায় দ্রুত স্যুইচিং এবং কম ক্ষতির অনুমতি দেয়,এটিকে বৈদ্যুতিক যানবাহনের ক্রমবর্ধমান ভোল্টেজ (800V) আর্কিটেকচারের জন্য আরও ভাল পছন্দ করে তোলে.

Ansys SiC প্যাকেজিং ব্যতিক্রমী কম তাপ প্রতিরোধের প্রস্তাব

সিআইসির সুস্পষ্ট সুবিধা সত্ত্বেও,কিছু অটোমোটিভ ই এম প্রধান ইনভার্টার ব্যবহারের জন্য আইসোলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর (আইজিবিটি) মত আরো ঐতিহ্যগত সিলিকন ভিত্তিক সুইচিং ডিভাইস থেকে রূপান্তর করতে অনিচ্ছুক হয়েছেসিআইসি গ্রহণ করতে দ্বিধা করার কারণগুলির মধ্যে রয়েছেঃ

• সিআইসিকে অপরিপক্ক প্রযুক্তি হিসেবে দেখা হচ্ছে।

• সিআইসি বাস্তবায়নকে চ্যালেঞ্জিং মনে হচ্ছে।

• সিআইসির প্রধান ইনভার্টার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত প্যাকেজিংয়ের অভাব রয়েছে বলে বিশ্বাস করে।

• যদি আমরা অনুমান করি যে সিলিকন ভিত্তিক ডিভাইসের তুলনায় সিআইসি সরবরাহ কম সুবিধাজনক।

• সিআইসি আইজিবিটি-র চেয়ে বেশি ব্যয়বহুল।

তাহলে কিভাবে ইলেকট্রিক গাড়ির প্রধান ইনভার্টারগুলিতে সিআইসি ব্যবহারে OEM-গুলিকে আরও আত্মবিশ্বাসী করা যায়?

OEM এর আত্মবিশ্বাস বাড়ানো

ইলেকট্রিক গাড়ির প্রধান ইনভার্টারগুলিতে সিআইসি ব্যবহারের ক্ষেত্রে OEM এর আস্থা বাড়ানোর প্রথম পদক্ষেপটি সিআইসি দিয়ে অর্জনযোগ্য উল্লেখযোগ্য পারফরম্যান্স সুবিধাগুলি প্রদর্শন করা।লেখক Ansys এর NVXR17S90M2SPB সিমুলেট করার জন্য সার্কিট ডিজাইন সফটওয়্যার ব্যবহার করেছেন (1.7mΩ Rdson) এবং NVXR22S90M2SPB (2.2mΩ Rdson) EliteSiC Power 900V ছয়-প্যাক পাওয়ার মডিউল এবং তাদের কর্মক্ষমতা 820A VE-Trac ডাইরেক্ট IGBT (এছাড়াও Ansys থেকে) এর সাথে তুলনা করে।প্রধান ইনভার্টার ডিজাইনের সিমুলেশন ফলাফল দেখিয়েছে যে:

• ১০ কিলোহার্টজ সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সিতে, ৪৫০ ভোল্ট ডিসি বাস ভোল্টেজ এবং ৫৫০ আর্ম পাওয়ার ট্রান্সমিশন দিয়ে,SiC মডিউলের জংশন তাপমাত্রা (Tvj) (111°C) একই শীতল অবস্থার অধীনে IGBT (142°C) এর তুলনায় 21% কম ছিল.

• NVXR17S90M2SPB এর জন্য গড় সুইচিং ক্ষতি 34.5% হ্রাস পেয়েছে, যখন NVXR22S90M2SPB এর জন্য IGBT এর তুলনায় 16.3% হ্রাস পেয়েছে।

• NVXR17S90M2SPB এর সাথে বাস্তবায়িত সম্পূর্ণ প্রধান ইনভার্টার ডিজাইনের সামগ্রিক ক্ষতি সিলিকন ভিত্তিক IGBT ডিজাইনের তুলনায় 40% এরও বেশি হ্রাস পেয়েছে,এবং NVXR22S90M2SPB ব্যবহার করার সময় শক্তির ক্ষতি 25% হ্রাস পেয়েছে.

যদিও এই উন্নতিগুলি প্রধান ইনভার্টারটির জন্য নির্দিষ্ট, তবে এগুলি বৈদ্যুতিক যানবাহনের সামগ্রিক দক্ষতা ৫% বৃদ্ধি করতে পারে, যার ফলে পরিসীমা ৫% বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ,১০০ কিলোওয়াট ব্যাটারি ও ৫০০ কিলোমিটার রেঞ্জের বৈদ্যুতিক যানবাহনAnsys এর EliteSiC পাওয়ার মডিউলগুলির উপর ভিত্তি করে একটি প্রধান ইনভার্টার ব্যবহার করলে, এটি 525 কিলোমিটার দূরত্ব অর্জন করতে পারে।এই ধরনের প্রধান ইনভার্টারগুলিতে SiC বাস্তবায়নের খরচ সিলিকন IGBTs এর তুলনায় 5% কম হবে বলে আশা করা হচ্ছে.

উপরন্তু, আইজিবিটি পরিত্যাগ করার কথা ভাবছেন এমন OEM-র জন্য,Ansys একই তাপীয় সীমাবদ্ধতার মধ্যে ইন্টিগ্রেশন সহজতর এবং বর্ধিত শক্তি সংক্রমণ প্রদর্শন করতে অনুরূপ আকারের SiC মডিউল সরবরাহ করেএছাড়াও, সিআইসি মডিউলগুলি একই জংশন তাপমাত্রায় উচ্চতর শক্তি স্তর পরিচালনা করার সুবিধা দেয়। উদাহরণস্বরূপ, এনভিএক্সআর 17 এস 90 এম 2 এসপিবি 760 আর্ম সরবরাহ করতে পারে,যখন IGBT (Tvj = 150°C) শুধুমাত্র 590Arms প্রদান করতে পারেনএছাড়াও, Ansys SiC চিপ সরাসরি তামার সাবস্ট্র্যাটের উপর আবদ্ধ করে,ডিভাইস সংযোগ এবং শীতল তরল মধ্যে তাপীয় প্রতিরোধের 20% পর্যন্ত হ্রাস (তরল থেকে Rth সংযোগ = 0.08°C/W) ।

উন্নত ইন্টারকানেকশন প্রযুক্তির সাথে চাপ-মোল্ড প্যাকেজ ব্যবহার করে সিআইসি মডিউলগুলির উচ্চ শক্তি ঘনত্ব আরও বাড়িয়ে তোলে এবং তাদের কম পরজীবী ইন্ডাক্ট্যান্স রয়েছে,উচ্চ গতির সুইচিং দক্ষতার জন্য গুরুত্বপূর্ণ. উপরন্তু, উচ্চতর সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি সিস্টেমের মধ্যে কিছু প্যাসিভ উপাদানগুলির আকার এবং ওজন হ্রাস করতে পারে।এই ধরনের প্যাকেজিং একাধিক তাপমাত্রা বিকল্প (২০০°C পর্যন্ত) প্রদান করে, যা OEM এর তাপীয় ব্যবস্থাপনার প্রয়োজনীয়তা হ্রাস করে এবং তাপীয় ব্যবস্থাপনার জন্য ক্ষুদ্রতর পাম্প ব্যবহারের অনুমতি দেয়।