По-добри двигатели, по-добри инвертори = по-добри електрически автомобили

Колкото и да пишем за EV революцията тук в CleanTechnica, може би си мислите, че EV революцията е приключила, но тепърва започва. Първите автомобили бяха груби устройства - силни, миризливи и крехки. Днешните автомобили имат предимството на повече от 100 години развитие, процес, който ги прави по-тихи, по-ефективни и надеждни. Процесът на разработка на електрически автомобили и камиони тепърва започва и ще доведе до по-усъвършенствана технология, която ще направи тези превозни средства по-ефективни, по-надеждни и по-евтини. Ето новини за две разработки, за които трябва да сте наясно.

Подобрен захранващ инвертор на Fraunhofer

Инвертор на захранването Fraunhofer. Кредит за изображение: Fraunhofer

Електричеството се предлага в два вкуса - постоянен и променлив ток. Батериите са DC устройства, но електричеството за презареждане е AC. Повечето електрически двигатели за леки и товарни автомобили работят и с променлив ток. Нещо трябва да свърши работата по преобразуване на една форма на електричество в друга и обратно, за да функционират електрическите автомобили. Това нещо се нарича инвертор на мощност.

Докато инверторите на мощност са от съществено значение за процеса, те също имат значителен недостатък. Те не са 100% ефективни, което означава, че всеки път, когато се извърши процесът на преобразуване, част от електричеството, преминаващо през устройството, се губи, обикновено като топлина. Тези загуби могат да се добавят с течение на времето, което води до по-кратък обхват. Точно както машинните инженери са измислили как да направят бензиновите и дизеловите двигатели по-ефективни, така и електроинженерите работят усилено, за да разберат как да направят преобразувателите на енергия по-ефективни.

Хората от отдела за надеждност и микроинтеграция на института Фраунхофер обявиха наскоро подобрение в дизайна на инвертора на мощност, което може да доведе до 6% увеличение на обхвата на електрическите превозни средства. Тайната е в използването на полупроводници от силициев карбин, които работят по-ефективно. Това от своя страна води до по-малко натрупване на топлина и повече електричество на разположение за захранване на електрически двигатели. Полупроводниците SiC обаче са относително скъпи, което означава, че инверторът трябва да има възможно най-малко. Следователно охлаждането на тези полупроводници става критично. Frauhofer преработи инверторите на SiC, за да увеличи потока на охлаждащата течност.

Fraunhofer казва, че големи количества ток протичат напред-назад между батерията, двигателя и инвертора на захранването, когато превозното средство ускорява, спира или пътува с висока скорост. Точно при такива условия се случват повечето загуби на мощност. „Очакваме, че като оптимизираме задвижването по този начин, обхватът на електрическите автомобили в крайна сметка ще бъде разширен с до шест процента“, казва Eugen Erhardt на Fraunhofer. 6% може да изглежда тривиално за някои, но всъщност е голяма работа. Що се отнася до електрическите автомобили, подобно подобряване на производителността може да се постигне само чрез увеличаване на батерията, което увеличава разходите, или чрез значително количество изследвания и разработки, което също е скъпо.

Инженерите от Fraunhofer трябваше да създадат възможно най-тънката монтажна плоча за полупроводниците SiC, така че критичните устройства да са близо до околната охлаждаща течност. Но тънките монтажни плочи са склонни да се деформират при големи товари. За да разрешат този проблем, инженерите използват техники за 3D печат, за да създадат охлаждащи ребра, които поддържат плочата като колоните, които поддържат купол.

Различните материали се разширяват с различна скорост при нагряване. Когато инверторът на захранването се нагрее по време на употреба, тези различни степени на разширение могат да причинят появата на пукнатини в структурата на инвертора. Новият охлаждащ елемент с 3D печат решава и този проблем. Тъй като металните монтажни плочи са изключително тънки, те са в състояние да компенсират напреженията, които възникват при нагряването или охлаждането им, като се деформират леко. Тази гъвкавост щади скъпите полупроводници SiC и удължава техния експлоатационен живот.

Но Fruanhofer не е свършил подобряването на инверторите на мощността. Вместо да ги свързва с останалите компоненти на силовия механизъм по обичайния начин чрез използване на масивни медни проводникови релси, той ги свързва с останалата част от електронната система чрез многожилни, гъвкави, фини медни проводници.

„Все още има някакъв път, преди устройството да е готово да влезе в производство“, казва Ойген Ерхард. „На първо място ние събираме всичко, за да създадем прототип. След това отделните стъпки на процеса ще трябва да бъдат допълнително оптимизирани. " Тези прототипи ще бъдат тествани от Bosch през следващите няколко месеца, преди да бъдат инсталирани в електрическите автомобили на Porsche, чиито задвижващи механизми са точно съчетани с инверторите, оборудвани със силициев карбид.

Компактен електрически мотор с висока мощност от EVR

Израелският стартъп EVR Motors казва, че е създал нов дизайн на електрически двигател, който е наполовина по-малък от конвенционалния двигател с радиален поток, като тежи с 10% по-малко. „Успяхме да подобрим основния дизайн на електрическия двигател, който остана до голяма степен същият през последните няколко десетилетия, като същевременно запазихме традиционните предимства на двигателите с радиален поток“, казва Офер Дорон, главен изпълнителен директор на EVR.

Компанията нарича новия си двигател TSRF, което означава Trapezoidal Stator Radial Flux - трайно възбудена машина с 3D трапецовидни зъби и намотки. В него се казва, че TSRF „генерира увеличен магнитен поток и намалява потока от изтичане“и се очаква да започне серийно производство по-късно тази година. Новият компактен двигател, с подобреното си охлаждане, има по-голяма мощност и би трябвало да се възползва от по-ниските производствени разходи. Той може да работи с напрежение от 48 до 800, може да охлажда или течно, или атмосферно и може да бъде адаптиран към различни видове и размери магнити.

EVR казва, че води преговори с редица производители и доставчици. Прототип с въздушно охлаждане, предназначен за използване в дву- и 3-колесни превозни средства, тежи само 9 килограма и има 17 кВт мощност, за да върви с 40 Нютон метър въртящ момент. Други прототипи, които използват течно охлаждане, различни напрежения и феритни магнити вместо неодим, ще бъдат тествани през следващите месеци.

EVR твърди, че новата му архитектура на двигателя може да бъде адаптирана към „повечето мобилни и индустриални приложения“. Работи се за разработване на по-големи прототипи, които ще бъдат подходящи за леки автомобили и търговски превозни средства и да ги получи в ръцете на производителите и производителите на оригинално оборудване възможно най-скоро.

Бебешки стъпки

По-ефективни преобразуватели на мощност и по-малки двигатели - EV революцията ще зависи от такива малки подобрения. Независимо дали става въпрос за батерии или други компоненти на задвижванията на електрически автомобили, това, което е авангардно днес, ще остарее утре. Предизвикателствата ще задържат инженерите през нощта, но бенефициентите ще бъдат бенефициентите, тъй като автомобилите стават все по-добри. Нямаме търпение!