Với sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện, sạc nhanh là một thách thức vì nó đòi hỏi công suất cung cấp vượt quá 1 MW (có thể cung cấp điện cho khoảng 1.000 hộ gia đình). Các trạm sạc thông thường sử dụng biến áp tần số dòng (LFT) cồng kềnh, đắt tiền. Các trạm này cũng có nhiều giai đoạn chuyển đổi, gồm tăng hoặc giảm dòng điện, chuyển đổi AC sang DC và ngược lại. Điều này có thể làm tăng đáng kể chi phí và giảm hiệu suất.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Khoa kỹ thuật điện, Viện khoa học Ấn Độ (IISc), hợp tác với Delta Electronics Ấn Độ, phát triển bộ chuyển đổi DC đa cổng dựa trên cầu H xếp tầng (CHB) mới, kết nối trực tiếp với lưới điện AC trung áp (MVAC). Điều này giúp loại bỏ nhu cầu về các LFT lớn và đắt tiền.
Được công bố trên IEEE Transactions on Industrial Electronics, nghiên cứu cho thấy các bộ chuyển đổi như vậy, có thể giúp giải quyết nhu cầu điện năng ngày càng tăng của các trạm sạc nhanh, yếu tố quan trọng để mở rộng cơ sở hạ tầng xe điện của Ấn Độ.
Các bộ sạc công suất cao hiện nay rất phức tạp, với nhiều giai đoạn chuyển đổi giữa lưới điện, bộ lưu trữ năng lượng và pin xe. Phát minh của nhóm nghiên cứu đơn giản hóa quy trình này và cải thiện hiệu suất năng lượng từ 3-5%. Ở quy mô megawatt, điều này giúp tiết kiệm năng lượng, giảm đáng kể chi phí và giảm sử dụng vật liệu, giúp các trạm sạc thân thiện với môi trường.
Bộ chuyển đổi như vậy sẽ đặc biệt hữu ích cho các trạm sạc nơi nhiều xe cần sạc cùng lúc, Harisyam PV, tác giả chính và nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành Kỹ thuật điện cho biết. Chuyển từ giải pháp sử dụng biến áp tần số dòng (LFT) sang biến áp bán dẫn, nhóm nghiên cứu tạo ra giải pháp tinh gọn hơn nhiều so với các giải pháp hiện có.
Cùng với khả năng chuyển đổi điện năng, công nghệ này còn tạo ra một trung tâm sạc hai chiều nhỏ gọn, mang lại lợi thế quan trọng. Ngoài việc cung cấp điện năng cho nhiều phương tiện, nó còn cho phép lưu trữ điện năng cục bộ trong pin và có thể dễ dàng kết nối với các nguồn năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời.
Việc lưu trữ điện năng cục bộ trong pin, cho phép sạc khi lưới điện phân phối có nhu cầu điện năng cao đột ngột, khi nhiều xe đang cùng sạc. Bộ chuyển đổi hai chiều không chỉ có thể truyền điện từ lưới điện đến xe mà còn từ bộ lưu trữ của trạm sạc trở lại lưới điện trong những điều kiện quan trọng. Tính năng này cho phép trạm sạc hoạt động với nguồn điện liên tục. Nó cũng có khả năng hỗ trợ các cơ sở thiết yếu như bệnh viện trong thời gian mất điện.
Nhóm nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm một nguyên mẫu quy mô phòng thí nghiệm công suất 1,2 kW và nhận thấy nó có thể cung cấp điện một chiều để sạc xe điện với hiệu suất cao hơn 95%. Hiện tại, họ đang có kế hoạch mở rộng hệ thống để xử lý các tải cao hơn.
Ngoài sạc xe điện, công nghệ này còn hứa hẹn ứng dụng trong các trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo, hệ thống năng lượng gió, bằng cách cho phép chuyển đổi điện năng hiệu suất cao trực tiếp ở điện áp trung bình.
Dự án này là một phần trong nỗ lực nhằm triển khai công nghệ sạc nhanh cho xe điện trên khắp Ấn Độ trong vòng năm năm tới. Với nguồn tài trợ từ Bộ Khoa học và Công nghệ (DST) và hợp tác với Delta Electronics, nhóm nghiên cứu đang xây dựng phòng thí nghiệm tại IISc. Cơ sở này sẽ được sử dụng để trình diễn bộ chuyển đổi cấp megawatt, có khả năng sạc đồng thời một xe buýt 200 kW và một xe ô tô 50 kW trực tiếp từ lưới điện 11 kV.
