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)和约翰迪尔共同开发了一种热管理系统，该系统有望显著提高重型电动汽车中碳化硅(SiC)逆变器的功率密度。最近的研究表明，改进后的逆变器的功率密度比以前的纯硅逆变器高378%。

(来源:NREL)

在重型应用中，功率逆变器负责控制DC和交流电气系统之间的功率流，以运行车辆系统、附件和电动机，例如电动机和发电机。高效逆变器是环保型汽车替代品必不可少的关键部件。

NREL高级研究员、热管理专家凯文·贝宁恩(Kevin Bennion)表示:“NREL碳化硅热管理设计创新的关键在于提高传热系数，使系统在发动机冷却液运行过程中实现高效、持续的自冷却。这种创新设计可以大大提高功率密度，保持系统安全高效运行。”

一般来说，与普通轻型车相比，重型车在行驶过程中需要更大的功率和更高的扭矩。NREL在宽带隙功率模块的热管理方面有着深入的研究，可以帮助减少元件占用的空间，提高性能和效率，支持碳化硅逆变器在重载应用中的高频运行。

然而，功率输出取决于逆变器功率模块的最高温度限制，因为这些功率模块存在过热和停机的风险。因此，NREL的研究人员开发了一种热管理系统，它可以优化系统的效率，并调整碳化硅模块的工作温度(直接用115°C的水-乙二醇冷却剂冷却)。由Brij Singh博士领导的John Deere工程团队对这项技术进行了广泛评估。

电动汽车逆变器热管理的常见策略是在组件表面并行运行流体冷却剂，以传递热量并快速冷却系统。NREL设计的先进系统将垂直喷射与基于微通道和微歧管的冷却系统相结合，从逆变器和电源模块中提取热量。该设计可以实现超高的传热系数，高达93000 W/m2/Kelvin(W/[m2-K])，是目前商用系统的4倍多。

(来源:NREL)

此外，NREL的设计还使用了现有的柴油发动机冷却系统，以简化发动机冷却液结构。传统的重型逆变器需要单独的冷却系统才能成功运行，并确保逆变器的耐用性。通过消除对单独冷却回路的需求，NREL新颖的热学和热力学研究帮助逆变器实现了43千瓦/升的功率密度

碳化硅设计中的热和机械创新可以显著减小逆变器的尺寸，从而形成更小更轻的系统。重量减轻和性能提高将进一步提高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。由于碳化硅功率转换器的高成本，重视性能超过初始成本的市场更有可能采用这种创新技术。我们相信这种逆变器将对重型机械、航空和军事应用产生重大影响。“据国外媒体报道，美国国家可再生能源实验室(NREL)和约翰迪尔共同开发了一种热管理系统，该系统有望显著提高重型电动汽车中碳化硅(SiC)逆变器的功率密度。最近的研究表明，改进后的逆变器的功率密度比以前的纯硅逆变器高378%。

(来源:NREL)

在重型应用中，功率逆变器负责控制DC和交流电气系统之间的功率流，以运行车辆系统、附件和电动机，例如电动机和发电机。高效逆变器是环保型汽车替代品必不可少的关键部件。

NREL的高级研究员和热管理专家凯文·贝宁恩说:“NREL碳化硅热管理设计创新的关键是提高传热系数，这使它能够……系统在发动机冷却液运行过程中实现高效持续的自冷却。这种创新设计可以大大提高功率密度，保持系统安全高效运行。"

一般来说，与普通轻型车相比，重型车在行驶过程中需要更大的功率和更高的扭矩。NREL在宽带隙功率模块的热管理方面有着深入的研究，可以帮助减少元件占用的空间，提高性能和效率，支持碳化硅逆变器在重载应用中的高频运行。

然而，功率输出取决于逆变器功率模块的最高温度限制，因为这些功率模块存在过热和停机的风险。因此，NREL的研究人员开发了一种热管理系统，它可以优化系统的效率，并调整碳化硅模块的工作温度(直接用115°C的水-乙二醇冷却剂冷却)。由Brij Singh博士领导的John Deere工程团队对这项技术进行了广泛评估。

电动汽车逆变器热管理的常见策略是在组件表面并行运行流体冷却剂，以传递热量并快速冷却系统。NREL设计的先进系统将垂直喷射与基于微通道和微歧管的冷却系统相结合，从逆变器和电源模块中提取热量。该设计可以实现超高的传热系数，高达93000 W/m2/Kelvin(W/[m2-K])，是目前商用系统的4倍多。

(来源:NREL)

此外，NREL的设计还使用了现有的柴油发动机冷却系统，以简化发动机冷却液结构。传统的重型逆变器需要单独的冷却系统才能成功运行，并确保逆变器的耐用性。通过消除对单独冷却回路的需求，NREL新颖的热学和热力学研究帮助逆变器实现了43千瓦/升的功率密度

碳化硅设计中的热和机械创新可以显著减小逆变器的尺寸，从而形成更小更轻的系统。重量减轻和性能提高将进一步提高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。由于碳化硅功率转换器的高成本，重视性能超过初始成本的市场更有可能采用这种创新技术。我们相信这种逆变器将对重型机械、航空和军事应用产生重大影响。"

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