Inwerter (falownik) wraz z akumulatorem i silnikiem jest niezbędnym elementem układu napędowego każdego pojazdu hybrydowego lub elektrycznego (EV), a jego rola to zamiana prądu stałego (DC) płynącego z akumulatora na prąd przemienny (AC), potrzebny do zasilania silnika elektrycznego. Aby zmienić prąd stały w przemienny, falowniki wykorzystują element zwany modułem zasilania z półprzewodnikowym urządzeniem przełączającym, które włącza się i wyłącza w celu zmiany kierunku przepływu prądu.
Uwaga: w artykule opisywana jest technologia OE, która nie jest jeszcze dostępna na rynku wtórnym.
Jak opracowywać inwertery przy narastającym tempie globalnej produkcji pojazdów elektrycznych?
Cała energia zużywana w pojeździe elektrycznym jest dostarczana przez akumulator, co może budzić obawy co do zasięgu – będzie on wymagał podłączenia do stacji ładującej, zanim wyczerpie się moc baterii. Ponieważ naładowanie prawie wyczerpanego akumulatora nawet przy użyciu szybkiej ładowarki zajmuje co najmniej 30 minut, może to frustrować osoby przyzwyczajone do obsługi pojazdów napędzanych silnikami spalinowymi. Dlatego zmniejszanie strat elektrycznych podnosi atrakcyjność pojazdów elektrycznych.
Wspomniane straty to ilość energii, która nie jest wykorzystywana na przykład do napędzania pojazdu czy układu klimatyzacji i ostatecznie jest marnowana. Falownik przyczynia się do znacznej części tych strat, dlatego należało opracować inwerter w taki sposób, by je zmniejszyć.
W pojeździe hybrydowym głównym źródłem energii jest silnik spalinowy wspomagany przez silnik elektryczny, a w pojeździe elektrycznym wyłącznie silnik elektryczny. Siła sprawiająca, że koła się obracają, nazywana jest momentem obrotowym. Im silniejszy jest magnes silnika, tym większy moment obrotowy może on wygenerować. Co więcej, im większy jest prąd w silniku, tym większy moment obrotowy jest generowany. Oznacza to, że do wprawienia pojazdu elektrycznego w ruch potrzebna jest duża ilość prądu – w tym celu wykorzystywane są niskostratne i wysokoprądowe falowniki.
Zmniejszenie strat modułu zasilania
Moduły zasilania są najważniejszymi komponentami niskostratnych falowników. Największym wyzwaniem jest ograniczenie strat właśnie w modułach zasilania, które stanowią około 90% strat falownika. Wielu producentów inwerterów kupuje powszechnie dostępne moduły zasilania i integruje je ze swoimi falownikami. Denso opracowuje i produkuje własne falowniki, które ze względu na swój kształt nazywane są „kartami zasilającymi”.
W coraz większej liczbie pojazdów elektrycznych stosuje się elementy półprzewodnikowe z węglika krzemu (SiC), ponieważ pomagają one znacznie zmniejszyć straty w modułach zasilania w porównaniu ze standardowymi półprzewodnikami krzemowymi (Si). Denso również wykorzystuje półprzewodniki SiC, ponieważ pomagają zmniejszyć straty energii elektrycznej nawet o 7%.
Głównym problemem modułów zasilania pracujących z dużym prądem jest to, że im większy prąd przez nie przepływa, tym większe są straty energetyczne, a wytwarzany nadmiar ciepła w niektórych przypadkach prowadzi do awarii. Wychodząc naprzeciw temu wyzwaniu, Denso zastosowało własną technologię chłodzenia w swojej „karcie zasilającej”, która jest ciasno umieszczona pomiędzy dwoma urządzeniami chłodzącymi. Ich zadaniem jest odprowadzanie ciepła z obu stron modułu zasilania. Technologia chłodzenia Denso zapewnia 1,5 razy wyższą wydajność niż technologie opracowane przez inne firmy.
Innym ważnym elementem jest elektroniczna jednostka sterująca (ECU). Denso opracowało jednostki ECU z układem scalonym, służącym do włączania i wyłączania półprzewodnikowych urządzeń mocy oraz ich ochrony w przypadku awarii.
Denso samodzielnie opracowuje układy scalone i technologie sterowania silnikami, aby zapewnić prawidłowe działanie falowników i silników w zależności od warunków, w jakich użytkowany jest pojazd.
Dodajmy, że omówione w tym artykule technologie są tylko częścią rozwiązań stosowanych przy produkcji inwerterów Denso, dlatego podczas ich opracowywania konieczna jest współpraca ekspertów z różnych dziedzin.
Komentarze (0)