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200 kVA/L逆天功率密度!穩(wěn)定輸出600kW!這款逆變器是怎么做到的?

Hobby觀察 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:梁浩斌 ? 2025-05-12 09:31 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/梁浩斌)最近,德國(guó)弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所(Fraunhofer IZM)聯(lián)合保時(shí)捷、博世開發(fā)出一種新型的“Dauerpower”逆變器,旨在解決長(zhǎng)時(shí)間高功率輸出的問題。

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來源:Fraunhofer IZM


據(jù)介紹,Dauerpower逆變器可以提供可持續(xù)輸出的強(qiáng)大動(dòng)力,在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)可以保持約600kW的穩(wěn)定輸出,而在短時(shí)間爆發(fā)模式下甚至可以輸出高達(dá)720kW的功率。

為了實(shí)現(xiàn)超高功率的輸出,Dauerpower逆變器采用了全新的碳化硅技術(shù)。

另外因?yàn)槟孀兤鞯淖饔檬菍㈦姵剌敵龅闹绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)槠囼?qū)動(dòng)電機(jī)的三相交流電,逆變器輸出功率越高,電流就越大。根據(jù)焦耳定律,Q=I2Rt,逆變器在大功率輸出的情況下,系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量成指數(shù)級(jí)上升,導(dǎo)致難以維持長(zhǎng)時(shí)間的高功率運(yùn)行。所以在Dauerpower逆變器中,還采用了創(chuàng)新的冷卻系統(tǒng)。

功率模塊方面,Dauerpower逆變器基于SiC MOSFET模塊,集成48個(gè)SiC MOSFET,實(shí)現(xiàn)了1.1nH的低電感。為了提高系統(tǒng)的功率密度,采用了基于PolyCharge公司的NanoLam直流母線電容器,整體逆變器體積僅3L,輸出密度高達(dá)200 kVA/L。

值得關(guān)注的是,為了提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率,該逆變器采用了PCB嵌入功率模塊的技術(shù)。功率模塊嵌入PCB技術(shù)讓逆變器供電導(dǎo)體和回流導(dǎo)體布置得更加緊密,從而降低漏電感。模塊的漏電感降低后,可以實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)轉(zhuǎn)換,進(jìn)而意味著半導(dǎo)體中的損耗會(huì)更低。

Fraunhofer IZM表示該技術(shù)也已準(zhǔn)備好應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)高效的量產(chǎn)流程。

在散熱系統(tǒng)上,為了確保功率電子元件在滿負(fù)荷狀態(tài)下依然可靠運(yùn)行,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套基于兩個(gè)核心要素的冷卻系統(tǒng):首先是采用3D打印技術(shù)制造的冷卻元件,Dauerpower逆變器上選擇了銅作為材料,因?yàn)橄噍^于鋁合金,銅具有更好的熱導(dǎo)率,能夠讓熱量更快消散。同時(shí)關(guān)鍵部件通過銀燒結(jié)直接安裝在冷卻系統(tǒng)上,進(jìn)一步優(yōu)化了熱集成效果。

熱量最終通過水冷系統(tǒng)排出,這是整個(gè)冷卻系統(tǒng)的第二部分。該水冷系統(tǒng)采用鋁材3D打印而成,水流經(jīng)平行冷卻通道設(shè)計(jì),優(yōu)化了系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布。系統(tǒng)以每分鐘10升的流速運(yùn)行,但僅損失150毫巴的壓力,充分證明了冷卻技術(shù)的高效性。即使連續(xù)運(yùn)行15分鐘后,外殼與冷卻液之間的溫差仍低于20開爾文(K),而冷卻輸出端測(cè)得的最大溫升僅為41開爾文。憑借先進(jìn)的冷卻技術(shù),即使在高負(fù)載工況下,逆變器始終能保持最佳工作溫度。

對(duì)于逆變器而言,軟件控制能力同樣是保障輸出效率和性能的關(guān)鍵。Dauerpower逆變器的各個(gè)模塊通過Fraunhofer IZM專門為該項(xiàng)目開發(fā)的獨(dú)特軟件進(jìn)行精確協(xié)調(diào)。

這種智能模塊設(shè)計(jì)讓系統(tǒng)在功率密度方面達(dá)到了前所未有的高度:200 kVA/L的體積功率密度是目前電動(dòng)汽車的2-4倍。即便與現(xiàn)今高端車型相比,其輸出密度也高出三分之一。這意味著未來的高性能電動(dòng)汽車中逆變器的尺寸將會(huì)變得更小,同時(shí)輸出更大的功率。

值得一提的是,Dauerpower設(shè)計(jì)還采用了模塊化的理念,各組件易于維護(hù)和更換,既節(jié)省資源又延長(zhǎng)了車輛使用壽命。


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