新技术有望提高电动汽车的续航里程

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经开发出了一种新型的逆变器设备,该设备采用更小巧,更轻的包装,具有更高的效率-这将改善混合动力和电动汽车的燃油效率并提高其行驶里程。

电动和混合动力车辆依靠逆变器来确保在车辆运行期间有足够的电能从电池传递到电动机。常规的逆变器依赖于由半导体材料硅制成的部件。

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现在,位于北卡罗来纳州立大学的未来可再生能源分配和管理(FREEDM)系统中心的研究人员已经开发了一种逆变器,该逆变器使用了由宽带隙半导体材料碳化硅(SiC)制成的现成组件-取得了可喜的结果。

“我们的碳化硅原型逆变器可以将99%的能量传递给电机,这比正常情况下最好的基于硅的逆变器高出约2%,” NC State的ABB电气和计算机工程杰出教授Iqbal Husain说道。 FREEDM中心主任。

侯赛因说:“同样重要的是,碳化硅逆变器可以比硅逆变器更小,更轻,从而进一步扩大了电动汽车的适用范围。”与该工作相关的两篇论文的共同撰写者侯赛因说。 “而且,我们在逆变器组件方面取得的新进展将使我们能够使逆变器甚至更小。”

范围是一个重要的问题,因为所谓的“范围焦虑”是限制公众对电动汽车的接受的主要因素。人们担心自己无法走得很远,否则会卡在路边。

新型基于SiC的逆变器每升可输送12.1千瓦的功率(kW / L),接近美国能源部制定的到2020年可实现13.4 kW / L逆变器的目标。相比之下,2010年电动汽车只能达到4.1 kW / L。

侯赛因说:“自2010年以来,传统的硅基逆变器可能已有所改善,但仍远未达到12.1 kW / L。”

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

侯赛因说:“但是,坦率地说,我们非常确定我们可以进一步改善此原型所显示的能量密度。”

这是因为新的逆变器原型是使用现成的SiC组件制造的-FREEDM研究人员最近已经制造出了新的超高密度SiC功率组件,他们希望这些功率组件一旦达到DOE的13.4 kW / L目标,便会接近。集成到下一代逆变器中。

而且,新功率组件的设计比以前的版本在散热方面更有效。这样可以创建风冷型逆变器,而无需使用笨重(和重型)的液体冷却系统。

侯赛因说:“我们预计,使用新模块,我们将能够制造出功率高达35 kW的风冷逆变器,用于摩托车,混合动力汽车和小型摩托车。” “而且即使在功率更大的车辆中与液体冷却系统一起使用时,也将提高能量密度。”

当前的SiC逆变器原型设计可达到55 kW,这是混合动力汽车所能看到的那种功率。研究人员现在正在使用现成的组件将其功率提升到100 kW(类似于您在全电动汽车中看到的功率)。他们还正在开发逆变器,这些逆变器将利用他们在现场开发的新型超高密度SiC功率组件。

关于新逆变器的论文“使用SiC功率模块的平面化高功率密度EV / HEV牵引驱动器的设计方法论”将在9月18日至22日于美国举行的IEEE能源大会暨展览会(ECCE)上发表。密尔沃基。该论文的主要作者是Dhrubo Rahman,博士。北卡罗来纳州立大学的学生。该论文由博士学位的亚当·摩根(Adam Morgan),杨旭(Yang Xu)和高瑞(Rui Gao)合着。 NC State的学生;华盛顿州立大学电气与计算机工程系的研究教授Wensong Yu和Douglas Hopkins;和侯赛因

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。该论文的主要作者是杨旭。该论文由Yu,Husain和Hopkins以及北卡罗来纳州立大学Edward and F. Fitts工业与系统工程学系的研究教授Harvey West共同撰写。

这项研究是在PowerAmerica研究所的支持下完成的,该研究所是位于NC State的公共和私人研究计划,由DOE的能源效率和可再生能源办公室资助,编号为DE-EE0006521。 FREEDM是国家科学基金会工程研究中心,旨在促进新的可再生电能技术的开发和实施。

Source: //news.ncsu.edu/2016/09/inverters-boost-ev-range-2016/

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