弗劳恩霍夫研究所提出新逆变器设计,有望将电动汽车的续航里程提升6%

云晋 2021-05-17 17:00:27

谈到提升电动汽车的续航里程,人们首先想到的是电池技术。实际上,传动系统也起着举足轻重的作用,比如可将电池中的直流电转变成电机中使用的交流电的逆变器。


弗劳恩霍夫研究所提出新逆变器设计,有望将电动汽车的续航里程提升6%


(图片来源:弗劳恩霍夫研究所)


据外媒报道,德国弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所(Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration)的专家,提出一种新的功率逆变器设计,其工作效率更高,预计可将电动汽车的续航里程提升6%。


在车辆行驶过程中,作为电池和电机之间的中间媒介,功率逆变器及其晶体管需要处理大电流,这会导致它们温度升高。为了解决这一问题,电动汽车中的功率逆变器采用固态冷却元件,其特征是将导管置于水中,引导热量消散。该研究所科学家的重点研究即为这些冷却元件。


科学家们一直在开发先进的晶体管,以用于由碳化硅半导体制成的逆变器。在电动汽车运行时,这些晶体管的功率损耗较少。该团队利用3D打印技术,为这些高级晶体管设计壁厚更薄的冷却元件,并将晶体管置于仅几毫米厚的薄金属板上。这些冷却元件不会影响碳化硅半导体所提供的功率增益。


基于这种设计,晶体管更加接近冷却水,从而提升冷却效果。冷却导管可以同时作为支撑金属板的结构组件。由于金属板非常薄,所以变形程度很低,在逆变器升温和冷却时,可以吸收应力。另外,通过柔软的细铜线,使SiC晶体管与电子系统其他部分相连接,而不是坚硬的铜导电带(copper track),可以在运行时进一步减少应力。


项目负责人Eugen Erhardt表示:“通过这种方式来优化传动系统,预计最终可将电动汽车的续航里程提升6%。”但是,要使其转化为量产车辆中使用的功能组件,还有很长的路要走。


重新设计的电源逆变器有望提升电动汽车的续航能力


弗劳恩霍夫研究所提出新逆变器设计,有望将电动汽车的续航里程提升6%


虽然不断改进的电池技术在提高电动汽车的续航能力方面吸引了很多人的注意,但这些机器的许多活动部件在其整体性能中发挥着作用。弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所的科学家们通过重新设想电源逆变器将电流从电池传递到电动机的方式,发明了一种新的电源逆变器设计,这种设计的效率更高,有望将电动车的续航能力提高6%。


逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子设备,在电动汽车中,它从电池中获取电力并将其转换为电动机的运行。作为电池和电机之间的中介,逆变器及其晶体管被用来处理大电流,这导致它们在车辆使用过程中温度升高。


为了解决这个问题,电动汽车中的功率逆变器使用固体冷却元件,其特点是将管道置于水中以引导热量的消散。这些冷却元件正是弗劳恩霍夫的科学家们关注的焦点,他们一直在为由碳化硅半导体制成的逆变器开发先进的晶体管,这些晶体管在电动汽车运行时可提供较低的功率损耗率。


该团队着手为这些先进的晶体管设计冷却元件,同时不影响碳化硅半导体提供的功率增益。他们利用3D打印技术生产出壁厚更薄的冷却元件,并将晶体管放置在一块厚度仅为几毫米的薄金属板上。


这种更薄的设计的结果是晶体管更接近冷却水,从而提高了冷却效果。冷却管道作为结构部件,支撑着金属板,而材料的纤薄特性使它们能够在逆变器加热和冷却时通过轻微变形吸收应力。此外,灵活的铜线将整个部件绑在一起,而不是实心的铜轨,进一步减少了运行期间的压力。

弗劳恩霍夫研究所提出新逆变器设计,有望将电动汽车的续航里程提升6%

预计通过以这种方式优化驱动系统,电动汽车的续航能力最终将延长6%。


但是,要把这个原型变成生产车辆的功能部件,还有很长的路要走,尽管研究人员将在接下来的几个月里对其潜力有更好的了解。这包括与博世以及保时捷合作进行测试,后者将在专门为其设计的新传动系统中安装和测试逆变器。

来源:盖世汽车资讯、cnBeta

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