Công nghệ mới hứa hẹn thúc đẩy hiệu quả xe điện

Tin hoạt động

07/12/2016

Xe điện và hybrid dựa trên biến tần để đảm bảo đủ điện được vận chuyển từ pin cho động cơ khi vận hành xe. biến tần thông thường dựa trên các thành phần làm bằng các vật liệu bán dẫn silicon.

Bây giờ các nhà nghiên cứu phân phối tương lai tái tạo điện năng lượng và Quản lý (FREEDM) Trung tâm hệ thống tại NC Nhà nước đã phát triển một biến tần sử dụng off-the-shelf thành phần làm bằng rộng bandgap cacbua vật liệu bán dẫn silic (SiC) - với kết quả đầy hứa hẹn.

"Silicon carbide nguyên mẫu biến tần của chúng tôi có thể chuyển 99 phần trăm năng lượng cho động cơ, mà là cao hơn so với các biến tần silicon tốt nhất trong điều kiện bình thường khoảng hai phần trăm", Iqbal Husain, ABB giáo sư điện và Kỹ thuật Máy tính tại NC Nhà nước và nói giám đốc Trung tâm FREEDM.

"Quan trọng không kém, các biến tần silicon carbide có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn so với silicon của họ, tiếp tục nâng cao phạm vi của xe điện," Husain, người đồng tác giả của hai bài báo liên quan đến công việc nói. "Và những tiến bộ mới, chúng tôi đã thực hiện trong các thành phần biến tần nên cho phép chúng tôi để làm cho biến tần nhỏ hơn vẫn còn."

Range là một vấn đề quan trọng bởi vì cái gọi là "phạm vi lo lắng" là một yếu tố chính hạn chế sự chấp nhận của công chúng về xe điện. Người ta sợ họ sẽ không thể đi rất xa hoặc là họ sẽ gặp khó khăn ở phía bên đường.

Các biến tần mới SiC dựa trên là có thể truyền đạt 12,1 kW điện mỗi lít (kW / L) - gần Bộ Ngoại giao Mỹ Mục tiêu của biến tần phát triển Năng lượng có thể đạt 13,4 kW / L vào năm 2020. Bằng cách so sánh, một 2010 chiếc xe điện có thể đạt được chỉ 4.1 kW / L.

"Thông thường, biến tần silicon đã có khả năng cải thiện kể từ năm 2010, nhưng họ vẫn không nơi nào gần 12,1 kW / L", Husain nói.

Mật độ năng lượng của vật liệu SiC mới cho phép các kỹ sư để làm cho biến tần - và các thành phần của họ, chẳng hạn như tụ điện và cuộn cảm - nhỏ hơn và nhẹ hơn.

"Nhưng, thẳng thắn, chúng tôi khá chắc chắn rằng chúng tôi có thể cải thiện hơn nữa về mật độ năng lượng mà chúng tôi đã thể hiện với thiết kế này," Husain nói.

Đó là bởi vì các nguyên mẫu biến tần mới đã được thực hiện sử dụng off-the-shelf thành phần SiC - và các nhà nghiên cứu FREEDM gần đây đã thực hiện, siêu cao mật độ các thành phần điện SiC mới mà họ hy vọng sẽ cho phép họ để có được gần gũi hơn với 13,4 kW / L mục tiêu của DOE một lần nó đưa vào biến tần thế hệ tiếp theo.

Hơn nữa, thiết kế của các thành phần điện mới là hiệu quả hơn trong tản nhiệt hơn so với phiên bản trước. Điều này có thể cho phép tạo ra các biến tần làm mát bằng gió, loại bỏ sự cần thiết cho các hệ thống làm mát chất lỏng cồng kềnh (và nặng).

"Chúng tôi dự đoán rằng chúng tôi sẽ có thể làm cho một biến tần làm mát bằng gió lên đến 35 kW sử dụng các mô-đun mới, để sử dụng trong xe gắn máy, xe hybrid và xe tay ga," Husain nói. "Và nó sẽ làm tăng mật độ năng lượng ngay cả khi sử dụng với hệ thống làm mát chất lỏng trong xe mạnh mẽ hơn."

Các hiện SiC biến tần nguyên mẫu đã được thiết kế để đi lên đến 55 kW - các loại quyền lực mà bạn muốn nhìn thấy trong một chiếc xe hybrid. Các nhà nghiên cứu hiện đang trong quá trình mở rộng quy mô của nó lên đến 100 kW - tương tự như những gì bạn thấy trong một chiếc xe hoàn toàn bằng điện - sử dụng off-the-shelf thành phần. Và họ cũng đang trong quá trình phát triển của biến tần mà làm cho việc sử dụng, mật độ cực cao thành phần điện SiC mới mà họ phát triển tại chỗ.

Một bài báo về biến tần mới, "Thiết kế phương pháp cho một mật độ Planarized High Power EV / HEV Traction Drive bằng SiC điện Modules," sẽ được trình bày tại Đại hội chuyển đổi IEEE Năng lượng và Triển lãm (GDMN), được tổ chức ngày 18-22 tháng 9 năm Milwaukee. Tác giả chính của bài báo là Dhrubo Rahman, một tiến sĩ sinh viên tại bang NC. Bài báo đã được đồng tác giả Adam Morgan, Yang Xu và Rui Gao, là ai Ph.D. sinh viên ở NC; Wensong Yu và Douglas Hopkins, giáo sư nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật điện và máy tính của NC Nhà nước; và Husain.

Một bài báo về mới, mật độ cực cao thành phần điện SiC, "Phát triển một Mật độ điện Chip cực cao trên xe buýt Module," cũng sẽ được trình bày tại GDMN. Tác giả chính của bài báo là Yang Xu. Bài báo đã được đồng tác giả của Yu, Husain và Hopkins, cũng như bởi Harvey Tây, một giáo sư nghiên cứu tại Edward P. Fitts Khoa Kỹ thuật công nghiệp và hệ thống của NC Nhà nước.

Nghiên cứu được thực hiện với sự hỗ trợ của Viện PowerAmerica, một sáng kiến nghiên cứu công cộng và tư nhân đặt tại NC Nhà nước và được tài trợ bởi Văn phòng Bộ Năng lượng của năng lượng hiệu quả và năng lượng tái tạo theo số lượng giải thưởng DE-EE0006521. FREEDM, Trung tâm Khoa học Quốc gia Quỹ nghiên cứu kỹ thuật, nhằm tạo điều kiện cho sự phát triển và thực hiện các công nghệ điện năng lượng tái tạo mới.

Văn phòng CPSI

Theo Sciencedaily