Ozbiljna njemačka inovacija: Novi inverter za električne automobile omogućuje rekordnu učinkovitost!

Manji gubitak energije donosi nekoliko prednosti: veći domet, manje otpadne topline i manja potreba za sustavima hlađenja, manju masu i više prostora u vozilu

U Fraunhofer institutu IZM konstruiran je novi inverter. Sustav obrađuje 500 kilovata snage, odnosno oko 680 KS, i potreban mu je volumen od samo jedne litre. To je otprilike ekvivalentno maloj vrećici mlijeka. Prema institutu, pretvarač postiže učinkovitost veću od 99 posto. Dakle, gotovo sva energija iz baterije završava u motoru – a ne, kao kod mnogih dašanjih invertera, dijelom u sustavu hlađenja, što smanjuje učinkovitost sustava.

Elektromotor ne radi izravno s istosmjernom strujom iz baterije. Potrebna mu je trofazna izmjenična struja. Ova pretvorba događa se pretvarač/inverteru. Što je ovaj proces učinkovitiji, to je cijelo vozilo bolje. Manji gubitak energije donosi nekoliko prednosti: veći domet, manje otpadne topline i manja potreba za sustavima hlađenja, manju masu i više prostora u vozilu. Fraunhofer IZM razvio je novi pretvarač u ime Mitsubishi Heavy Industries. Prema institutu, sustav pet puta premašuje uobičajene alternative, gledajući gustoću snage.

Novi pretvarač posebno se ističe svojom veličinom, cijeli sustav zauzima minimalan prostor (na primjer, kartonske ambalaže od 1 litre). Ipak, obrađuje 0,5 megavata snage. U kutiji se nalaze tri modula napajanja, po jedan po fazi motora. Svaki modul ima dvanaest silicij-karbidnih prekidača, takozvanih SiC MOSFET-ova. Ove komponente se prebacuju znatno brže od klasičnih silicijskih poluvodiča. Zauzimaju manje prostora i uzrokuju manje gubitaka. Budući da su ugrađene izravno u tiskanu pločicu, cijeli modul je kompaktniji. Rezultat je izuzetno niska induktivnost od samo nanohenrija. To omogućuje vrlo brzo prebacivanje s malim gubitkom energije. Brzina prebacivanja je oko 65 volti po nanosekundi. Manji gubitak snage također znači manje topline. Stoga je dovoljan ravni aluminijski hladnjak ispod modula. Unutra se nalazi više od 40 tankih mostova. Povećavaju površinu za rashladnu tekućinu i poboljšavaju izmjenu topline. Put od poluvodiča do hlađenja ostaje kratak, što brže raspršuje toplinu. Aluminij donosi drugu prednost: jeftiniji je od mnogih posebnih materijala. Cijeli hladnjak se izrađuje u jednom proizvodnom koraku s pomoću preša s remenom. To štedi trud i troškove proizvodnje. Umjesto klasičnih vijaka koristi se lasersko zavarivanje. Vijci zahtijevaju više prostora i povećavaju električne gubitke. Novi dizajn štedi oboje.

Strujne tračnice su toliko blizu jedna drugoj da se njihova elektromagnetska polja gotovo međusobno poništavaju. To također poboljšava učinkovitost. Osim toga, ugrađeni su i međukrugni kondenzatori. Oni ublažavaju vršne vrijednosti snage i stabiliziraju protok struje. U suradnji s PolyChargeom, zananstvenici su razvili takozvane NanoLam kondenzatore. Šest kondenzatora nalazi se odmah pored energetskih tračnica. Tamo kompenziraju kratke vršne vrijednosti snage i održavaju stabilnim protok struje. Unatoč visokim performansama, dolazi do malo električnih smetnji. To je važno jer pretvarač samo tada može raditi brzo i učinkovito. Bakreni spojevi učinkovito raspršuju toplinu. Cijeli sustav radi s arhitekturom od 800 volti.