Редкоземельные элементы и преобразование энергии: их роль в системах DCDC, DCAC и OBC

Когда мы говорим о «сердце» электромобиля, в центре внимания часто находятся высокопроизводительные двигатели. Однако для питания электромобиля требуется нечто большее, чем просто сильное «сердце». Столь же сложная и важная «нейронная сеть» и «система кровообращения» работают бесшумно в фоновом режиме – это относится к системе силовой электроники, состоящей из преобразователя постоянного тока, бортового зарядного устройства (OBC) и инвертора (DCAC). Интересно, что в этой области, где доминируют полупроводники на основе кремния, те самые редкоземельные элементы, которые придают двигателям исключительные магнитные свойства, также играют незаменимую закулисную роль.

Речь идет не о самих магнитах, а о неустанном стремлении к эффективности, стабильности и плотности мощности. В каждой точке, где необходимо точно преобразовать электрическую энергию, уникальные характеристики редкоземельных материалов помогают инженерам расширить границы возможного.

​1. Бортовое зарядное устройство (OBC): более компактный и быстрый партнер по зарядке.

Ваш OBC — это устройство, которое преобразует переменный ток (AC), поступающий от зарядной станции, в постоянный ток (DC), необходимый для аккумулятора. Его основными компонентами являются высокочастотные трансформаторы и катушки индуктивности. Чтобы увеличить скорость зарядки и уменьшить размеры агрегата, инженерам необходимо постоянно повышать рабочую частоту этих компонентов.

Но более высокие частоты обычно приводят к большим потерям в сердечнике, что приводит к выделению тепла и снижению эффективности. Именно здесь в игру вступают редкоземельные элементы. Использование редкоземельных материалов с постоянными магнитами, таких как неодим, железо, бор (NdFeB) для компенсации магнитного смещения, или использование высокоэффективных редкоземельных магнитомягких материалов, может значительно подавить магнитное насыщение на высоких частотах и ​​уменьшить потери. Это означает, что OBC может достичь более высокой номинальной мощности при более компактном размере, что делает быструю зарядку более эффективной и надежной.

​2. Преобразователь DCDC: стабильный и надежный «регулятор напряжения»​​

Преобразователь постоянного тока отвечает за понижение высокого напряжения тягового аккумуляторного блока (например, 400 В или 800 В) для питания низковольтных систем автомобиля (12 В/48 В), включая освещение, информационно-развлекательную систему и блоки управления. Эта система должна быть чрезвычайно стабильной и эффективной.

Здесь температурная чувствительность элементов индуктора, используемых в преобразователе, напрямую связана со стабильностью всей системы. Некоторые конструкции индукторов, в которых используются постоянные магниты из самария-кобальта (SmCo), выигрывают от превосходной температурной стабильности SmCo (его магнитные свойства изменяются с температурой гораздо меньше по сравнению с другими материалами). Это позволяет им обеспечивать чрезвычайно стабильные значения индуктивности в широком диапазоне температур от -40°C до 150°C. Это гарантирует, что преобразователь постоянного тока может обеспечить чистое и стабильное питание низковольтной сети, как в мороз, так и в палящую жару, гарантируя абсолютную безопасность электронных систем автомобиля.

​3. Инвертор (DCAC): основа точного управления

Инвертор является ключевым компонентом, который преобразует постоянный ток батареи (DC) в переменный ток (AC), необходимый для привода двигателя. Он напрямую определяет реакцию крутящего момента двигателя и точность регулирования скорости. Пределы производительности инвертора часто ограничиваются скоростью переключения и токовой способностью его внутренних силовых модулей (таких как IGBT или SiC MOSFET).

На пути к достижению более высоких частот переключения и увеличения тока рассеивание тепла является одной из самых больших проблем. Хотя редкоземельные элементы не используются непосредственно в полупроводниковых чипах, в некоторых передовых решениях по терморегулированию материалы термоинтерфейса или керамика, содержащая редкоземельные элементы, используются в корпусах силовых модулей и распределителях тепла из-за их превосходной теплопроводности. Это помогает основным компонентам быстро рассеивать тепло, тем самым позволяя инвертору поддерживать пиковую выходную мощность.

​Заключение: синергия на системном уровне​

В PUMBAA мы понимаем, что трансмиссия электромобиля — это высокоинтегрированная система. Наше понимание редкоземельных материалов выходит за рамки производства мощных двигателей с постоянными магнитами и охватывает весь поток и преобразование электрической энергии. Понимая и применяя уникальные преимущества редкоземельных металлов в магнитных и тепловых свойствах, мы можем достичь следующих результатов в системах DCDC, OBC и DCAC:

Более высокая плотность мощности делает компоненты более компактными и легкими.

Более широкая температурная адаптация, улучшающая всеклиматические характеристики.

Превосходная электрическая эффективность, что в конечном итоге увеличивает запас хода.

Речь идет не только о выборе лучших материалов; речь идет о том, как эти материалы синергетически работают вместе в целостной системе для достижения эффекта «1+1>2».

Хотите глубже понять, как мы интегрируем материаловедение с технологиями силовой электроники? Посетите наш официальный сайт, чтобы ознакомиться с комплексными решениями PUMBAA в области систем электронного привода.​​

​www.pumbaaev.com