Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un nuevo tipo de dispositivo inversor con mayor eficiencia en un paquete más pequeño y liviano, que debería mejorar la eficiencia del combustible y el rango de vehículos híbridos y eléctricos.
Los vehículos eléctricos e híbridos dependen de inversores para garantizar que se transmita suficiente electricidad de la batería al motor durante el funcionamiento del vehículo. Los inversores convencionales se basan en componentes hechos de silicio de material semiconductor.
Ahora los investigadores del Centro de Sistemas de Distribución y Gestión de Energía Eléctrica Renovable Futura FREEDM en NC State han desarrollado un inversor que utiliza componentes listos para usar hechos de carburo de silicio SiC de material de semiconductor de banda ancha - con resultados prometedores.
"Nuestro prototipo de inversor de carburo de silicio puede transferir el 99 por ciento de la energía al motor, que es aproximadamente un dos por ciento más alto que los mejores inversores a base de silicio en condiciones normales", dice Iqbal Husain, profesor distinguido de ABB de Ingeniería Eléctrica e Informática en Carolina del NorteEstado y director del Centro FREEDM.
"Igualmente importante, los inversores de carburo de silicio pueden ser más pequeños y livianos que sus equivalentes de silicio, mejorando aún más la gama de vehículos eléctricos", dice Husain, coautor de dos documentos relacionados con el trabajo ". Y nuevos avances que hemosfabricado en componentes de inversor debería permitirnos hacer aún más pequeños los inversores "
El alcance es un tema importante porque la llamada "ansiedad por el alcance" es un factor importante que limita la aceptación pública de los vehículos eléctricos. Las personas temen no poder viajar muy lejos o quedar atrapados del lado deEl camino.
El nuevo inversor basado en SiC puede transportar 12,1 kilovatios de potencia por litro kW / L, cerca del objetivo del Departamento de Energía de EE. UU. De desarrollar inversores que puedan alcanzar 13,4 kW / L para 2020. A modo de comparación, un vehículo eléctrico 2010 podría alcanzar solo 4.1 kW / L.
"Los inversores convencionales basados en silicio probablemente han mejorado desde 2010, pero todavía no están cerca de 12.1 kW / L", dice Husain.
La densidad de potencia de los nuevos materiales de SiC permite a los ingenieros hacer que los inversores, y sus componentes, como condensadores e inductores, sean más pequeños y livianos.
"Pero, francamente, estamos bastante seguros de que podemos mejorar aún más la densidad de energía que hemos mostrado con este prototipo", dice Husain.
Esto se debe a que el nuevo prototipo de inversor se fabricó con componentes de SiC disponibles en el mercado, y los investigadores de FREEDM han fabricado recientemente nuevos componentes de potencia de SiC de densidad ultraalta que esperan les permitirán acercarse a los 13.4 kW / L del DOEobjetivo una vez que se incorpora a los inversores de próxima generación.
Además, el diseño del nuevo componente de potencia es más efectivo para disipar el calor que las versiones anteriores. Esto podría permitir la creación de inversores refrigerados por aire, eliminando la necesidad de sistemas de refrigeración líquida voluminosos y pesados.
"Predecimos que podremos fabricar un inversor refrigerado por aire de hasta 35 kW usando el nuevo módulo, para usar en motocicletas, vehículos híbridos y scooters", dice Husain. "Y aumentará la densidad de energía incluso cuandousado con sistemas de refrigeración líquida en vehículos más potentes "
El prototipo actual de inversor SiC fue diseñado para alcanzar hasta 55 kW, el tipo de potencia que verías en un vehículo híbrido. Los investigadores ahora están en el proceso de aumentarlo a 100 kW, similar a lo que túLo vería en un vehículo totalmente eléctrico, utilizando componentes listos para usar, y también están en proceso de desarrollar inversores que hacen uso del nuevo componente de energía de SiC de ultra alta densidad que desarrollaron en el sitio.
Se presentará un documento sobre el nuevo inversor, "Metodología de diseño para un variador de tracción EV / HEV de densidad de alta potencia planificada utilizando módulos de potencia SiC", en el Congreso y Exposición de Conversión de Energía ECCE de IEEE, que se celebrará del 18 al 19 de septiembre.22 en Milwaukee. El autor principal del artículo es Dhrubo Rahman, un estudiante de doctorado en el estado de Carolina del Norte. El documento fue escrito por Adam Morgan, Yang Xu y Rui Gao, que son estudiantes de doctorado en el estado de Carolina del Norte;Wensong Yu y Douglas Hopkins, profesores de investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del Estado de Carolina del Norte, y Husain.
También se presentará en ECCE un documento sobre el nuevo componente de alimentación de SiC de densidad ultraalta, "Desarrollo de un chip de potencia de densidad ultraalta en el módulo de bus".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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