雖然不斷改進(jìn)的電池技術(shù)在提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力方面吸引了很多人的注意，但這些機(jī)器的許多活動(dòng)部件在其整體性能中發(fā)揮著作用。弗勞恩霍夫可靠性和微集成研究所的科學(xué)家們通過(guò)重新設(shè)想電源逆變器將電流從電池傳遞到電動(dòng)機(jī)的方式，發(fā)明了一種新的電源逆變器設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的效率更高，有望將電動(dòng)車的續(xù)航能力提高6%。從傳統(tǒng)意義上講，電機(jī)和電源是兩個(gè)相對(duì)孤立的事物，電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，以相對(duì)恒定的電源電壓和頻率作為先決條件進(jìn)行，一般不考慮電源部分的影響。隨著調(diào)速和節(jié)能電機(jī)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可控電源很快進(jìn)入大眾視線，于是帶來(lái)了一個(gè)新問(wèn)題：可控電源如何與電機(jī)更好地匹配？
逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電子設(shè)備，在電動(dòng)汽車中，它從電池中獲取電力并將其轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。作為電池和電機(jī)之間的中介，逆變器及其晶體管被用來(lái)處理大電流，這導(dǎo)致它們?cè)谲囕v使用過(guò)程中溫度升高。從供電及運(yùn)行系統(tǒng)的配置對(duì)比，常規(guī)意義上的電機(jī)系統(tǒng)包括恒定電壓和頻率的交流電源、電機(jī)和被拖動(dòng)負(fù)載，而采用可控電源供電的系統(tǒng)引入了電子變換器，該變換器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)供電電壓和頻率的調(diào)節(jié)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，電動(dòng)汽車中的功率逆變器使用固體冷卻元件，其特點(diǎn)是將管道置于水中以引導(dǎo)熱量的消散。這些冷卻元件正是弗勞恩霍夫的科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)，他們一直在為由碳化硅半導(dǎo)體制成的逆變器開(kāi)發(fā)先進(jìn)的晶體管，這些晶體管在電動(dòng)汽車運(yùn)行時(shí)可提供較低的功率損耗率。大多數(shù)電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備都已更換為可控電源，分割為許多精密度非常高的功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)高、低電壓等級(jí)，以及電源頻率的靈活轉(zhuǎn)換，滿足高低壓電機(jī)、工頻和變頻電機(jī)試驗(yàn)的不同需求。對(duì)于電機(jī)的終端客戶，不可能、也沒(méi)必要配置各類高精度模塊，直接以最小配置單元用變頻器給電機(jī)供電，具備最基本的電壓和頻率調(diào)整功能，適應(yīng)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，但是變頻器品質(zhì)的不同會(huì)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行可靠性產(chǎn)生比較大的影響。
該團(tuán)隊(duì)著手為這些先進(jìn)的晶體管設(shè)計(jì)冷卻元件，同時(shí)不影響碳化硅半導(dǎo)體提供的功率增益。他們利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出壁厚更薄的冷卻元件，并將晶體管放置在一塊厚度僅為幾毫米的薄金屬板上�？煽仉娫垂╇姷碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)成為環(huán)保、城市供熱和供水在節(jié)能改造方面的重要途徑，但可控電源所固有的高頻波對(duì)電機(jī)繞組沖擊的危害開(kāi)始以各種形式顯現(xiàn)出來(lái)。如不明原因的振動(dòng)、噪音故障，軸承發(fā)熱，現(xiàn)場(chǎng)繞組溫升明顯高于工廠試驗(yàn)狀態(tài)等一些問(wèn)題。因此，電機(jī)的設(shè)計(jì)和分析階段，應(yīng)對(duì)電機(jī)的機(jī)械特性、電氣性能進(jìn)行模擬仿真，針對(duì)客戶現(xiàn)場(chǎng)反饋的問(wèn)題，優(yōu)化專項(xiàng)指標(biāo)。
這種更薄的設(shè)計(jì)的結(jié)果是晶體管更接近冷卻水，從而提高了冷卻效果。冷卻管道作為結(jié)構(gòu)部件，支撐著金屬板，而材料的纖薄特性使它們能夠在逆變器加熱和冷卻時(shí)通過(guò)輕微變形吸收應(yīng)力。此外，靈活的銅線將整個(gè)部件綁在一起，而不是實(shí)心的銅軌，進(jìn)一步減少了運(yùn)行期間的壓力。在電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中我們可以發(fā)現(xiàn)，專門(mén)用于變頻器驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)，對(duì)繞組的可靠性要求非常高，軸承系統(tǒng)也更容易受到軸電流的侵蝕而發(fā)生故障或崩潰。盡管不少的電機(jī)廠家采取了一些改進(jìn)措施，但以上提及的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)仿真分析和針對(duì)性優(yōu)化措施才是穩(wěn)步改進(jìn)、徹底消除各類故障問(wèn)題的關(guān)鍵。英飛凌稱，其客戶為現(xiàn)代汽車，現(xiàn)代旗下基于E-GMP平臺(tái)打造的現(xiàn)代IONIQ（艾尼氪） 5和起亞EV6車型，將搭載英飛凌的800V技術(shù)。“英飛凌的CoolSiC解決方案損耗更低，從而提高了效率，使得純電動(dòng)車的續(xù)航提升了5％以上�！爆F(xiàn)代汽車集團(tuán)電氣化發(fā)展團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人稱。據(jù)悉，新的SiC功率模塊已經(jīng)在生產(chǎn)中，并將于2021年6月上市。
預(yù)計(jì)通過(guò)以這種方式優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)汽車的續(xù)航能力最終將延長(zhǎng)6%。英飛凌將推出一種應(yīng)用于汽車的新型電源模塊，該模塊采用CoolSiC MOSFET技術(shù)，在相同條件下，該模塊使用SiC（碳化硅），使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率模塊可擁有更高的性能。據(jù)悉，該電源模塊將在現(xiàn)代IONIQ（艾尼氪）5上首先搭載。
但是，要把這個(gè)原型變成生產(chǎn)車輛的功能部件，還有很長(zhǎng)的路要走，盡管研究人員將在接下來(lái)的幾個(gè)月里對(duì)其潛力有更好的了解。這包括與博世以及保時(shí)捷合作進(jìn)行測(cè)試，后者將在專門(mén)為其設(shè)計(jì)的新傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝和測(cè)試逆變器。英飛凌稱，該模塊提供兩種不同的芯片數(shù)版本――400A或200A額定電流版本，產(chǎn)品最高可提供250kW的功率，更小的電池尺寸以及以更低的成本。新的CoolSiC模塊使用英飛凌的碳化硅溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，能獲得更高的芯片密度，英飛凌創(chuàng)新與新興技術(shù)主管MarkMünzer表示：“隨著SiC器件價(jià)格的大幅下降，SiC解決方案的商業(yè)化將加速，從而使SiC技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提升電動(dòng)車的續(xù)航里程�！� | 
