雖然不斷改進的電池技術(shù)在提高電動汽車的續(xù)航能力方面吸引了很多人的注意，但這些機器的許多活動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)家們通過重新設(shè)想電源逆變器將電流從電池傳遞到電動機的方式，發(fā)明了一種新的電源逆變器設(shè)計，這種設(shè)計的效率更高，有望將電動車的續(xù)航能力提高6%。從傳統(tǒng)意義上講，電機和電源是兩個相對孤立的事物，電機設(shè)計過程中，以相對恒定的電源電壓和頻率作為先決條件進行，一般不考慮電源部分的影響。隨著調(diào)速和節(jié)能電機的開發(fā)和應(yīng)用，可控電源很快進入大眾視線，于是帶來了一個新問題：可控電源如何與電機更好地匹配？
逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電子設(shè)備，在電動汽車中，它從電池中獲取電力并將其轉(zhuǎn)換為電動機的運行。作為電池和電機之間的中介，逆變器及其晶體管被用來處理大電流，這導(dǎo)致它們在車輛使用過程中溫度升高。從供電及運行系統(tǒng)的配置對比，常規(guī)意義上的電機系統(tǒng)包括恒定電壓和頻率的交流電源、電機和被拖動負(fù)載，而采用可控電源供電的系統(tǒng)引入了電子變換器，該變換器可以實現(xiàn)對電機供電電壓和頻率的調(diào)節(jié)。
為了解決這個問題，電動汽車中的功率逆變器使用固體冷卻元件，其特點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，他們一直在為由碳化硅半導(dǎo)體制成的逆變器開發(fā)先進的晶體管，這些晶體管在電動汽車運行時可提供較低的功率損耗率。大多數(shù)電機試驗設(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，可以實現(xiàn)高、低電壓等級，以及電源頻率的靈活轉(zhuǎn)換，滿足高低壓電機、工頻和變頻電機試驗的不同需求。對于電機的終端客戶，不可能、也沒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)用場合，但是變頻器品質(zhì)的不同會對電機的運行可靠性產(chǎn)生比較大的影響。
該團隊著手為這些先進的晶體管設(shè)計冷卻元件，同時不影響碳化硅半導(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驅(qū)動系統(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電機繞組沖擊的危害開始以各種形式顯現(xiàn)出來。如不明原因的振動、噪音故障，軸承發(fā)熱，現(xiàn)場繞組溫升明顯高于工廠試驗狀態(tài)等一些問題。因此，電機的設(shè)計和分析階段，應(yīng)對電機的機械特性、電氣性能進行模擬仿真，針對客戶現(xiàn)場反饋的問題，優(yōu)化專項指標(biāo)。
這種更薄的設(shè)計的結(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通過輕微變形吸收應(yīng)力。此外，靈活的銅線將整個部件綁在一起，而不是實心的銅軌，進一步減少了運行期間的壓力。在電機的實際應(yīng)用中我們可以發(fā)現(xiàn)，專門用于變頻器驅(qū)動的變頻電機，對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。盡管不少的電機廠家采取了一些改進措施，但以上提及的設(shè)計環(huán)節(jié)仿真分析和針對性優(yōu)化措施才是穩(wěn)步改進、徹底消除各類故障問題的關(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)�！坝w凌的CoolSiC解決方案損耗更低，從而提高了效率，使得純電動車的續(xù)航提升了5％以上�！爆F(xiàn)代汽車集團電氣化發(fā)展團隊負(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)計通過以這種方式優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)，電動汽車的續(xù)航能力最終將延長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，要把這個原型變成生產(chǎn)車輛的功能部件，還有很長的路要走，盡管研究人員將在接下來的幾個月里對其潛力有更好的了解。這包括與博世以及保時捷合作進行測試，后者將在專門為其設(shè)計的新傳動系統(tǒng)中安裝和測試逆變器。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)用于提升電動車的續(xù)航里程�！� | 
