逆变器助力混合动力和电动汽车

电动和混合动力汽车依靠逆变器来确保在车辆运行期间有足够的电力从电池输送到电机。传统的逆变器依赖于由半导体材料硅制成的组件。

现在，北卡罗来纳州立大学(NC State)未来可再生电力分配和管理(FREEDM)系统中心的研究人员开发了一种使用碳化硅(SiC)的逆变器，碳化硅是一种宽带隙半导体材料。

“我们的碳化硅逆变器原型可以将99%的能量传输到电机，这比正常情况下最好的硅基逆变器高出约2%，”北卡罗来纳州电气和计算机工程ABB杰出教授、FREEDM中心主任Iqbal Husain说。

Husain补充说:“同样重要的是，碳化硅逆变器可以比硅逆变器更小、更轻，进一步提高电动汽车的续航里程。”Husain与人合著了两篇与这项工作相关的论文。“我们在逆变器组件方面取得的新进展应该可以让逆变器变得更小。”

据报道，这种新型sic逆变器的功率为每升12.1千瓦(kW/L)，据称这接近美国能源部的目标，即到2020年开发出能达到13.4千瓦/升的逆变器。

Husain在一份声明中表示:“自2010年以来，传统的硅基逆变器可能已经有所改进，但仍远未达到12.1kW/L。”

新型碳化硅材料的功率密度使工程师能够使逆变器及其组件(如电容器和电感器)更小更轻。

Husain说:“但是，坦率地说，我们非常确定我们可以进一步提高这个原型的能量密度。”

FREEDM研究人员最近制造了新的超高密度SiC功率组件，他们预计一旦将其纳入下一代逆变器，将使他们更接近DOE 13.4 kW/L的目标。

据称，新功率组件的设计在散热方面比以前的版本更有效，允许开发风冷逆变器，并消除对庞大液冷系统的需求。

Husain说:“我们预测，我们将能够使用新模块制造一个高达35kW的风冷逆变器，用于摩托车、混合动力汽车和滑板车。”“即使在更强大的车辆上与液体冷却系统一起使用，它也会提高能量密度。”

目前SiC逆变器原型的设计功率最高可达55kW，现在正在使用现成的组件将其扩展到kW 100kW。该团队还在开发利用他们现场开发的新型超高密度SiC功率组件的逆变器。

一篇关于新型逆变器的论文，“使用SiC功率模块的平面化高功率密度EV/HEV牵引驱动的设计方法”将于9月18日至22日在密尔沃基举行的IEEE能源转换大会和博览会(ECCE)上发表。一篇关于新型超高密度SiC功率组件的论文，“总线模块上超高密度功率芯片的开发”也将在ECCE上发表。