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李丰羽

2017-08-25 | 前沿

美国能源部宣布推出21项工业级和消费级高性能电路开发项目

据美国能源部网站2017年8月23日刊文,美国能源部(Department of Energy,DOE)能源先进研究计划署(Advanced Research Projects Agency-Energy,ARPA-E)获得3000万美元,用于资助21个创新项目研发新型高性能电力转换器件,这些项目是“利用创新型拓扑结构和半导体设计新型可靠电路项目(Creating Innovative and Reliable Circuits Using Inventive Topologies and Semiconductors,CIRCUITS)”的一部分。CIRCUITS项目将进一步加快新型电力转换装置的开发和部署速度,达到节省能源的目的,为美国在电气化经济中累积核心技术优势。

电力电子器件可以通过状态监控、控制和转换优化电能的传输、分配和使用。到2030年,全美将有80%的电能都将经过电力电子器件,因此电力电子器件对于整个国家而言具有重要意义。CIRCUITS项目将用碳化硅或氮化镓等材料替代目前处于主导地位的硅,利用宽带隙(wide bandgap,WBG)半导体技术研发新型高效、轻便、可靠的电源转换装置。

ARPA-E主管埃里克·罗尔芬博士表示:“采用WBG器件可以减小产品体积、减轻产品重量、提高产品的能源使用效率,可广泛应用于运输、信息技术、电网和消费电子产品等领域。随着CIRCUITS项目不断推进,研究成果未来将可能有助于研发电动汽车超快紧凑充电装置、船舶高效推进系统,实现飞机减重和降低燃油消耗等。

同传统半导体材料相比,WBG半导体器件的运行速度更快,同时具有耐高温、高压等特性,其封装能够做到更小、更轻。ARPA-E之前的主要工作集中在WBG材料研发和设备开发等方面,CIRCUITS项目将专注于新型电路拓扑结构和系统设计,最大限度地发挥新型WBG器件的性能优势。

以下为部分CIRCUITS项目案例。

Imagen Energy项目:研发应用于高速永磁同步电机(High Speed Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)的碳化硅基1200V极紧凑型500千瓦/2000赫兹变频器,项目总投资85万美元。

项目团队将开发基于碳化硅的小型电机驱动系统,实现有效控制大功率、高性能永磁电动机,电机转速大于20000转/分。Imagen Energy项目的目标是解决电机高速运行的瓶颈,即克服大型反电动势(large back electromotive forces,BEMF)。若项目研发成功,将最终展示能够应对大型BEMF的电机驱动器,实现在宽运行速域下提高电机系统的效率。

阿肯色大学项目:研发应用于重型设备的高可靠大功率密度变换器,项目投资216万美元。

项目团队将研发两套250千瓦电力逆变器系统,用于实现重型设备或其他大载重运输设备(如卡车、公共汽车、汽车)的电气化。该团队将利用碳化硅电力电子器件提高系统效率,同时大幅增加系统的体积功率密度和重量功率密度。同现有技术相比,若项目研发成功,该团队将功率密度提高四倍,同时将转换器成本降低50%。

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原文链接:美国能源部网站
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