Come funzionano inverter e convertitori nei veicoli ibridi ed elettrici

Christine e Scott Gable sono esperti di auto ibride e carburanti alternativi che hanno prodotto il proprio biodiesel e hanno viaggiato per 125.000 miglia con olio vegetale esausto.

In un veicolo ibrido e in altri veicoli elettrici (EV), due elementi chiave lavorano insieme per gestire la potenza e ricaricare i circuiti. Ecco come questi componenti critici, ovvero l'inverter e il convertitore, funzionano in tandem.

In generale, un inverter è un dispositivo elettrico che converte l'elettricità derivata da una fonte CC (corrente continua) in CA (corrente alternata) del tipo che può essere utilizzato per azionare un dispositivo o apparecchio. In un sistema di energia solare, ad esempio, l'energia immagazzinata dalle batterie caricate dai pannelli solari viene convertita in alimentazione CA standard dall'inverter, che fornisce energia alle prese di corrente e ad altri dispositivi standard da 120 volt.

Un inverter svolge lo stesso tipo di funzione in un'auto ibrida o elettrica e la teoria del funzionamento è relativamente semplice. La potenza CC, proveniente da una batteria ibrida, ad esempio, viene alimentata all'avvolgimento primario in un trasformatore all'interno dell'alloggiamento dell'inverter. . Attraverso un interruttore elettronico (generalmente un insieme di transistor a semiconduttore), la direzione del flusso di corrente viene invertita continuamente e regolarmente (la carica elettrica viaggia nell'avvolgimento primario, quindi si inverte bruscamente e rifluisce). Il flusso in entrata/in uscita dell'elettricità produce corrente alternata nel circuito dell'avvolgimento secondario del trasformatore. In definitiva, questa corrente alternata indotta fornisce energia per un carico CA, ad esempio il motore di trazione elettrica di un veicolo elettrico (EV).

Un raddrizzatore è un dispositivo simile a un inverter, tranne per il fatto che fa il contrario, convertendo la corrente alternata in corrente continua.

Più propriamente chiamato convertitore di tensione, questo dispositivo elettrico modifica effettivamente la tensione (AC o DC) di una fonte di alimentazione elettrica. Esistono due tipi di convertitori di tensione: convertitori step up (che aumentano la tensione) e convertitori step down (che diminuisce la tensione). L'uso più comune di un convertitore è quello di prendere una sorgente di tensione relativamente bassa e aumentarla all'alta tensione per lavori pesanti con un carico ad alto consumo energetico, ma possono anche essere usati al contrario per ridurre la tensione per una luce fonte di caricamento.

Un inverter/convertitore è, come suggerisce il nome, una singola unità che ospita sia un inverter che un convertitore. Questi sono i dispositivi utilizzati sia dai veicoli elettrici che dagli ibridi per gestire i loro sistemi di guida elettrica. Insieme a un controller di carica integrato, l'inverter/convertitore fornisce corrente al pacco batteria per la ricarica durante la frenata rigenerativa e fornisce anche elettricità al motore/generatore per la propulsione del veicolo. Sia gli ibridi che i veicoli elettrici utilizzano batterie CC a tensione relativamente bassa (circa 210 volt) per mantenere le dimensioni fisiche ridotte, ma generalmente utilizzano anche motori/generatori CA ad alta tensione (circa 650 volt) ad alta efficienza. L'unità inverter/convertitore coreografa il modo in cui queste tensioni e tipi di corrente divergenti lavorano insieme.

A causa dell'uso di trasformatori e semiconduttori (e della relativa resistenza incontrata), questi dispositivi emettono enormi quantità di calore. Un raffreddamento e una ventilazione adeguati sono fondamentali per mantenere operativi i componenti. Per questo motivo le installazioni inverter/converter nei veicoli ibridi dispongono di propri sistemi di raffreddamento dedicati, completi di pompe e radiatori, del tutto indipendenti dal sistema di raffreddamento del motore.

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