Guida elettrica efficiente: come evitare lo spreco di energia

Le auto elettriche immagazzinano energia elettrica in corrente continua (CC) all’interno  delle batterie, ma il motore elettrico richiede corrente alternata (CA) per funzionare. Per questo motivo, i veicoli elettrici, così come le auto ibride, necessitano di un inverter elettrico. Un inverter, chiamato anche convertitore, converte la corrente continua in corrente alternata, fornendo l’energia necessaria per far funzionare il motore elettrico. Tuttavia, l’inverter è un componente che contribuisce alle perdite di energia, limitando l’autonomia dell’auto. Quali sono i modi per ridurre le perdite di energia sull’inverter?

Come sviluppare inverter per ridurre la perdita di energia?

Tutta l’energia utilizzata in un veicolo elettrico è fornita dalla batteria, il che può sollevare preoccupazioni sull’autonomia del veicolo: esso dovrà essere collegato a una stazione di ricarica prima che la batteria si scarichi completamente. Poiché sono necessari almeno 30 minuti per ricaricare una batteria quasi scarica, anche utilizzando un caricabatterie rapido, questo può essere frustrante per chi è abituato a utilizzare veicoli con motore a combustione. Pertanto, la riduzione delle perdite elettriche aumenta l’attrattiva dei veicoli elettrici.

Queste perdite rappresentano la quantità di energia che non viene utilizzata, ad esempio, per guidare il veicolo o il sistema di aria condizionata, e che alla fine viene sprecata. L’inverter contribuisce a gran parte di queste perdite, quindi l’inverter doveva essere sviluppato in modo tale da ridurle. Per convertire la corrente continua in corrente alternata, gli inverter utilizzano un componente chiamato modulo di potenza con un dispositivo di commutazione a semiconduttore che si accende e si spegne per cambiare la direzione del flusso di corrente.

In un veicolo ibrido, la fonte principale di energia è il motore a combustione interna, supportato da un motore elettrico, mentre in un veicolo completamente elettrico, la fonte di energia è solo il motore elettrico. La forza che fa girare le ruote è chiamata coppia, e dipende principalmente dalla potenza del magnete del motore elettrico e dalla corrente che lo attraversa. Inoltre, maggiore è la corrente nel motore, maggiore è la coppia generata. Ciò significa che è necessaria una grande quantità di elettricità per mettere in moto il veicolo elettrico: a tale scopo vengono utilizzati inverter a bassa perdita e ad alta corrente.

Riduzione delle perdite del modulo di potenza

I moduli di potenza rappresentano i componenti più importanti degli inverter a basse perdite. La sfida maggiore è la riduzione delle perdite nei moduli di potenza, che costituiscono circa il 90% delle perdite dell’inverter. Molti produttori di inverter acquistano moduli di potenza disponibili in commercio e li integrano con i loro inverter. DENSO sviluppa e produce i propri inverter, chiamati “schede di potenza” per la loro forma.

I semiconduttori in carburo di silicio (SiC) vengono ora utilizzati in un numero crescente di veicoli elettrici perché aiutano a ridurre significativamente le perdite del modulo di potenza rispetto ai semiconduttori in silicio (Si) standard. DENSO utilizza anche semiconduttori SiC in quanto aiutano a ridurre le perdite di elettricità fino al 7%.

Il problema principale dei moduli di potenza che operano con corrente elevata è che, maggiore è la corrente che li attraversa, maggiori sono le perdite di energia e l’eccesso di calore generato in alcuni casi porta al loro guasto. Per rimediare a questo, DENSO ha applicato una tecnologia di raffreddamento proprietaria alla sua “scheda di alimentazione”, che è strettamente inserita tra due dispositivi di raffreddamento. Il loro compito è dissipare il calore da entrambi i lati del modulo di potenza. La tecnologia di raffreddamento di DENSO è 1,5 volte più efficiente delle tecnologie di altre aziende.

Un altro componente importante è l’unità di controllo elettronico (ECU). DENSO ha sviluppato una ECU con un chip per accendere e spegnere i dispositivi a semiconduttore di potenza e proteggerli in caso di guasto. I circuiti integrati sviluppati e le tecnologie di controllo del motore assicurano che gli inverter e i motori funzionino correttamente a seconda delle condizioni in cui viene utilizzato il veicolo.

NOTA: DENSO Aftermarket condivide conoscenze ed esperienze tecniche, tuttavia, tieni presente che la tecnologia descritta nell’articolo è una tecnologia OE e non è ancora disponibile nell’aftermarket.