تُعد شركة اركنساس للطاقة الالكترونية إحدى الشركات التي تعمل على إيجاد حل لهذا التحدي . وتهدف شركة الأبحاث والتطوير الصغيرة التي يقع مقرها في فايتفيل، بولاية أركانساس،APEI حول ابتكار تقنية فريدة من نوعها لتطوير إلكترونيات الطاقة واستخدامها .
وقد قامت وكالة البحث الخاصة بقسم الطاقة بضم وكالةAPEI لتكون أحد الوكالات التي ستقوم بتمويلها في محاولة لتطوير إلكترونيات الطاقة لاستهلاك قدر أقل من الطاقة . وكجزء من مشروع Agile Delivery لتقنية الطاقة الكهربية، ستساعد أبحاث APEI على إنشاء نموذج طاقة يمكنه دعم متطلبات السيارات الكهربية المزودة بقابس .
ولقد أمضت وكالة APEI العشر سنوات الماضية تبحث عن طريقة لاستخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في إلكترونيات الطاقة لتحل محل أشباه موصلات السيليكون القياسية . يتم استخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في المواقف التي يكون فيها حرارة شديدة وتكون فيها الظروف البيئية صعبة، مثل أجنحة الطائرات أو أغطية محركات السيارات الهجينة .
ونظرًا للظروف الصعبة، فإن أشباه موصلات كربيد السيليكون مصممة لتحمل درجات الحرارة المحتملة التي تصل إلى 600 درجة سليزيوس .
وبشكل عام، لا تتمكن أشباه موصلات السيليكون الحديثة من تحمل درجات الحرارة أعلى من 150 درجة سلزيوس . لم تعد الحرارة عائقًا عند تصميم وحدات الطاقة من كربيد السليكون، لكنها أصبحت أحد عوامل التصميم . وقد فازت وحدة الطاقة المصنوعة من كربيد السليكون والتي ساعدت وكالة APEI في تطويرها مع جامعة أركانساس بإحدى جوائز البحث والتطوير المئة في عام ،2009 وذلك لكونها أحد الابتكارات التقنية العالمية المئة الجديدة .
وقد علق تاي ماكنوت، مدير تطوير العمل في APEI، قائلاً: يسمح كربيد السليكون بقليل من المقاومة للجهد الكهربي المضاد مقارنةً بالسليكون التقليدي . تتمتع المقاومة القليلة بالعديد من الميزات في أشباه الموصلات . وتابع كامنوت يمكن تصنيع مفاتيح أصغر وأسرع من دون فقد الكهرباء أثناء التوصيل والتحويل . وتعد أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السليكون أكثر توفيرًا للطاقة من أشباه موصلات السليكون .
ونتيجةً لتطوير أشباه موصلات كربيد السليكون، قامت APEI أيضًا بتصميم وحدة طاقة جديدة يمكنها توفير تحويل الطاقة اللازم لشحن السيارات الكهربية المزودة بقابس . وأضاف ماكنوت الميزات كثيرة، بدءًا من الكفاءة العالية وحتى الحجم والوزن الأقل الممكّن من خلال التشغيل عالي التردد .
وتسمى وحدة الطاقة الجديدة وحدة طاقة متعددة الرقائق، وهي مصممة بحيث تكون صغيرة جدًا، وذات تكلفة منخفضة، وتكون حل خفيف الوزن لمشكلة شحن السيارات المزودة بقابس . تجمع تقنية وحدة الطاقة التي تمتلكها APEI دوائر التحكم والطاقة في وحدة طاقة واحدة صغيرة .
ولقد أدى تطوير أشباه موصلات كربيد السليكون إلى الحاجة إلى وجود وحدات طاقة تعمل على تقليل التكلفة وزيادة كفاءة إلكترونيات الطاقة . وقد علق ماكنوت إن تقنية وحدة الطاقة متعددة الرقائق الخاصة بشركة APEI تم تصميمها باستخدام مكونات كربيد السليكون، نظرًا للتحويل عالي السرعة من أجل الحصول على كفاءة عالية، فيمكن لوحدات الطاقة تحمل درجات الحرارة التي تزيد عن 250 درجة سليزيوس ما يوفر للمستخدم النهائي حرارة أكبر من تلك التي توفرها إلكترونيات السليكون التقليدي .
ونظرًا لأن أشباه موصلات كربيد السليكون تعمل خلال درجات حرارة مرتفعة، فإن نظام الإدارة الحراري الموجود في وحدة الطاقة لن يلعب هذا الدور المتكامل في الوحدة . فمن خلال نظام إدارة حراري أخف وأصغر، يمكن أن تكون وحدة الطاقة متعددة الرقائق أصغر حجماً .
تهدف وحدات الطاقة الجديدة منAPEI إلى تقديم وحدة طاقة يتم شحنها بمعدل كفاءة أكبر من 96%، في الوقت الذي يتم فيه شحن وحدات الطاقة الحديثة بمعدلات كفاءة أقل من 92% .
وتعد تقنية وحدات الطاقة منAPEI وحدة متميزة لكفاءة الطاقة . فتعمل وحدة الطاقة المصنوعة من كربيد السليكون على إخراج الطاقة بمعدل 25 كيلو وات لكل كيلو جرام، في حين تقوم وحدات الطاقة الحديثة بإخراج 5 .2 كيلو وات لكل كيلو غرام .
وأضاف ماكنوت يمكن الحصول على درجة الحرارة المرتفعة وتردد التحويل العالي من خلال دمج هاتين التقنيتين ما سيسمح لأنظمة إلكترونيات المستهلكين بتقليل الحجم والوزن في حالة تصميم النظام وفقًا لهذه التقنية .
وتُعد وحدة الشحن من شركة APEI أحد التقنيات الجديدة التي مهدت الطريق لتصميم سيارات صديقة للبيئة في المستقبل . لقد أسهم تقليل الحجم وزيادة الكفاءة في جعل المستقبل أكثر إشراقًا للتقنيات التي تستخدم تقنية كربيد السليكون . تقدم السيارات الكهربية اتجاهًا مبتكرًا لوسائل النقل الشخصية، خاصة مع إمكانية شحنها بسرعة ما جعلها أكثر ملاءمة .
ونظرًا لتوفر هذا النوع من السيارات بشكل كبير، فمن المحتمل ألا تصبح السيارات التي تعمل بالجازولين هي أفضل الخيارات لوسائل النقل الشخصية .
