تمثل السيارات الكهربائية المزودة بقابس اتجاهاً جديداً في عالم وسائل النقل صديقة البيئة . ولسوء الحظ، فإن السيارات الكهربائية المزودة بقابس أصبحت إلكترونيات تتطلب الكثير من الطاقة والوقت لشحنها . ونظراً لاستخدام السيارات الكهربائية بشكل كبير، فستكون هناك حاجة كبيرة لاستخدام كميات كبيرة من الطاقة لشحن هذه السيارات بسرعة .
تُعد شركة Arkansas Power Electronics International (APEI) إحدى الشركات التي تعمل على إيجاد حل لهذا التحدي . وتهدف شركة الأبحاث والتطوير الصغيرة التي يقع مقرها في فايتفيل، بولاية أركنساس،APEI إلى ابتكار تقنية فريدة من نوعها لتطوير إلكترونيات الطاقة واستخدامها .
وقد قامت وكالة البحث الخاصة بقسم الطاقة بضم وكالةAPEI لتكون إحدى الوكالات التي ستقوم بتمويلها في محاولة لتطوير إلكترونيات الطاقة لاستهلاك قدر أقل من الطاقة . وكجزء من مشروع Agile Delivery لتقنية الطاقة الكهربائية، ستساعد أبحاثAPEI على إنشاء نموذج طاقة يمكنه دعم متطلبات السيارات الكهربائية المزودة بقابس .
ولقد أمضت وكالةAPEI العشر سنوات الماضية تبحث عن طريقة لاستخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في إلكترونيات الطاقة لتحل محل أشباه موصلات السيليكون القياسية . ويتم استخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في المواقف التي تكون 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 .
بشكل عام، لا تتمكن أشباه موصلات السيليكون الحديثة من تحمل درجات الحرارة أعلى من 150 درجة سلزيوس . لم تعد الحرارة عائقاً عند تصميم وحدات الطاقة من كربيد السليكون، لكنها أصبحت أحد عوامل التصميم . وقد فازت وحدة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون والتي ساعدت وكالةAPEI على تطويرها مع جامعة أركنساس بإحدى جوائز البحث والتطوير المئة في عام ،2009 وذلك لكونها أحد الابتكارات التقنية العالمية المئة الجديدة .
وعلق تاي ماكنوت، مدير تطوير العمل في APEI، قائلاً يسمح كربيد السليكون بقليل من المقاومة للجهد الكهربائي المضاد مقارنةً بالسيليكون التقليدي . وتتمتع 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 السيليكون أكثر توفيراً للطاقة من أشباه موصلات السيليكون .
ونتيجةً لتطوير أشباه موصلات كربيد السيليكون، قامتAPEI أيضاً بتصميم وحدة طاقة جديدة يمكنها توفير تحويل الطاقة اللازم لشحن السيارات الكهربائية المزودة بقابس . وأضاف ماكنوت الميزات كثيرة، بدءاً من الكفاءة العالية وحتى الحجم والوزن الأقل الممكّن من خلال التشغيل عالي التردد .
تسمى وحدة الطاقة الجديدة وحدة طاقة متعددة الرقائق، وهي مصممة بحيث تكون صغيرة جدًا، وذات تكلفة منخفضة، وتكون حلاً خفيف الوزن لمشكلة شحن السيارات المزودة بقابس . وتجمع تقنية وحدة الطاقة التي تمتلكهاAPEI دوائر التحكم والطاقة في وحدة طاقة واحدة صغيرة .
لقد أدى تطوير أشباه موصلات كربيد السيليكون إلى الحاجة إلى وجود وحدات طاقة تعمل على تقليل التكلفة وزيادة كفاءة إلكترونيات الطاقة . وقال ماكنوت إن تقنية وحدة الطاقة متعددة الرقائق الخاصة بشركةAPEI تم تصميمها باستخدام مكونات كربيد السيليكون، نظراً للتحويل عالي السرعة من أجل الحصول على كفاءة عالية، فيمكن لوحدات الطاقة تحمل درجات الحرارة التي تزيد على 250 درجة سليزيوس مما يوفر للمستخدم النهائي حرارة أكبر من تلك التي توفرها إلكترونيات السليكون التقليدية .
ونظراً لأن أشباه موصلات كربيد السيليكون 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 .
وتهدف 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 السيليكون على إخراج الطاقة بمعدل 25 كيلووات لكل كيلو غرام، في حين تقوم وحدات الطاقة الحديثة بإخراج 5 .2 كيلووات لكل كيلوغرام .
