NREL推出热管理系统 提高重载应用中SiC逆变器的功率密度

据外媒报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）与约翰迪尔公司（John Deere）合作开发出热管理系统，有望显著提高重型电动汽车应用中碳化硅（SiC）逆变器的功率密度。近期研究表明，改进后的逆变器设计使功率密度比以前的纯硅逆变器提高了378%。

在重载应用中，电源逆变器负责控制直流和交流电气系统之间的功率流，以运行车辆系统、附件和电机，例如电机和发电机。高效逆变器是环保汽车替代品所必需的关键部件。

NREL高级研究员和热管理专家Kevin Bennion表示：“NREL碳化硅热管理设计创新的关键是提高传热系数，这使得该系统能够在发动机冷却液运行过程中实现高效、持续地自我冷却。该创新设计可大大提高功率密度，并保持系统安全高效地运行。”

一般来说，与普通轻型轿车相比，重型车辆在运行过程中需要更多的动力和更高的扭矩。NREL在宽带隙功率模块热管理方面具有很深的研究，可有助于减少组件占用空间、提高性能和效率，并支持为重载应用中碳化硅逆变器的高频率运行。

然而，功率输出取决于逆变器功率模块的最高温度限制，因为这些功率模块会存在过热和关机的风险。因此，NREL研究人员开发出一种热管理系统，可优化系统效率，同时调节碳化硅模块（用115 °C水-乙二醇冷却剂直接冷却）的工作温度。由Brij Singh博士领导的约翰迪尔工程团队已对该项技术进行广泛地评估。

EV逆变器热管理的常见策略是在组件表面平行运行流体冷却剂，以传递热量并快速冷却系统。NREL设计的先进系统将垂直射流与基于微型通道和微型歧管的冷却系统相结合，以从逆变器和电源模块中提取热量。该设计可实现超高的传热系数，最高可达93,000瓦/平方米/开氏度（W/[m2-K]），是当前商业系统的四倍多。

此外，该NREL设计还将现有的柴油发动机冷却系统用于简化的发动机冷却剂架构。传统的重型逆变器需要单独的冷却系统才能成功运行，同时确保逆变器的耐用性。通过消除对单独冷却回路的需求，NREL新颖的热和热机械研究有助于逆变器实现43千瓦/升的功率密度。

该碳化硅设计中的热和机械创新可显著减小逆变器的尺寸，从而打造一个更小、更轻的系统。重量减轻及性能改进都将进一步改善燃油效率和运营成本。

Kevin Bennion表示：碳化硅逆变器技术在能效、燃油经济性、性能和系统集成方面都非常出色。由于碳化硅电源转换器成本较高，更看重性能而非初始成本的市场更可能会采用该创新技术。我们相信这款逆变器将对重型机械、航空和军事应用产生重大影响。”