Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новый тип инверторного устройства с большей эффективностью в меньшем и легком корпусе, что должно улучшить топливную экономичность и запас хода гибридных и электрических транспортных средств.
Электрические и гибридные транспортные средства полагаются на инверторы, чтобы обеспечить передачу достаточного количества электроэнергии от аккумулятора к двигателю во время работы автомобиля. Обычные инверторы основаны на компонентах, изготовленных из полупроводникового материала кремния.
Теперь исследователи из Центра систем распределения и управления возобновляемой электрической энергией будущего (FREEDM) в штате Северная Каролина разработали инвертор с использованием готовых компонентов, изготовленных из широкозонного полупроводникового материала карбида кремния (SiC) с многообещающие результаты.
«Наш прототип инвертора из карбида кремния может передавать 99 процентов энергии двигателю, что примерно на два процента выше, чем у лучших инверторов на основе кремния в нормальных условиях», - говорит Икбал Хусейн, заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники ABB. Инженер в штате Северная Каролина и директор Центра FREEDM.
«Не менее важно, что инверторы из карбида кремния могут быть меньше и легче, чем их кремниевые аналоги, что еще больше увеличивает ассортимент электромобилей», - говорит Хусейн, который является соавтором двух статей, связанных с работой. «И новые достижения, которые мы сделали в компонентах инверторов, должны позволить нам сделать инверторы еще меньше».
Запас хода - важный вопрос, потому что так называемая «беспокойство по поводу запаса хода» является основным фактором, ограничивающим общественное признание электромобилей. Люди боятся, что не смогут далеко уехать или застрянут на обочине.
Новый инвертор на основе карбида кремния способен передавать 12,1 киловатт мощности на литр (кВт/л), что близко к цели Министерства энергетики США по разработке инверторов, которые могут достичь 13,4 кВт/л к 2020 году. для сравнения, электромобиль 2010 года мог развивать только 4,1 кВт/л.
«Обычные инверторы на основе кремния, вероятно, улучшились с 2010 года, но они все еще далеки от 12,1 кВт/л», - говорит Хусейн.
Удельная мощность новых материалов SiC позволяет инженерам делать инверторы и их компоненты, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, меньше и легче.
«Но, честно говоря, мы почти уверены, что можем еще больше улучшить плотность энергии, которую мы показали с этим прототипом», - говорит Хусейн.
Это потому, что новый прототип инвертора был изготовлен с использованием готовых компонентов SiC, а исследователи FREEDM недавно изготовили новые силовые компоненты SiC сверхвысокой плотности, которые, как они ожидают, позволят им приблизиться к мощности 13,4 кВт Министерства энергетики. Цель /L после включения в инверторы следующего поколения.
Более того, конструкция нового силового компонента более эффективно рассеивает тепло, чем в предыдущих версиях. Это может позволить создавать инверторы с воздушным охлаждением, устраняя необходимость в громоздких (и тяжелых) системах жидкостного охлаждения.
«Мы прогнозируем, что сможем изготовить инвертор с воздушным охлаждением мощностью до 35 кВт с использованием нового модуля для использования в мотоциклах, гибридных транспортных средствах и скутерах», - говорит Хусейн. «И это повысит плотность энергии даже при использовании с жидкостными системами охлаждения в более мощных автомобилях».
Нынешний прототип инвертора SiC рассчитан на мощность до 55 кВт - такую мощность можно увидеть в гибридном автомобиле. Исследователи сейчас находятся в процессе увеличения его мощности до 100 кВт - сродни тому, что вы увидите в полностью электрическом транспортном средстве - с использованием готовых компонентов. И они также находятся в процессе разработки инверторов, в которых используется новый силовой компонент SiC сверхвысокой плотности, который они разработали на месте.
Доклад о новом инверторе «Методология проектирования планарного тягового привода электромобилей и гибридных автомобилей с высокой плотностью мощности с использованием силовых модулей SiC» будет представлен на Конгрессе и выставке IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), которая состоится в сентябре..18-22 в Милуоки. Ведущим автором статьи является Дхрубо Рахман, доктор философии. студент штата Северная Каролина. Статья была написана в соавторстве с Адамом Морганом, Ян Сюй и Руи Гао, докторами наук. студенты штата Северная Каролина; Венсон Ю и Дуглас Хопкинс, профессора-исследователи Департамента электротехники и вычислительной техники штата Северная Каролина; и Хусейн.
Доклад о новом компоненте питания SiC сверхвысокой плотности «Разработка чипа питания сверхвысокой плотности на шинном модуле» также будет представлен на ECCE.