Výkonová elektronika

Výkonová elektronika je velmi důležitou a nedílnou součástí pohonné jednotky každého elektromobilu. Výkonová elektronika řídí přenos energie mezi hlavními částmi elektrických vozidel, jako jsou baterie, elektromotor a nabíječka. Efektivita daného elektrického pohonu je do značné míry ovlivněna právě architekturou výkonové elektroniky.

Výkonová elektronika je základní řídící jednotkou každého elektrifikovaného pohonu. Je tedy součástí nejen plně elektrických vozidel typu BEV, ale také hybridních vozidel typu PHEV a HEV. Díky výkonové elektronice mohou automobily s elektrickým pohonem efektivně využívat energii z baterie, nebo naopak ukládat kinetickou energii naspořenou během brzdění pomocí rekuperace. Výkonová elektronika také řídí proces dobíjení baterie. Další důležutou funkcí je převod stejnosměrného napětí na různé napěťové hladiny (12V/48V/400V/800V). Správné a efektivní fungování výkonové elektroniky ve všech zmíněných funkcích závisí především na chytrých polovodičových obvodech. Tyto obvody musí zajišťovat efektivní přeměnu energie podle aktuálních požadavků, minimalizovat ztráty a zároveň odolávat vysokým teplotám i náročným provozním podmínkám.

Automobil využívající elektrický nebo elektrohybridní pohon musí umět pracovat se stejnosměrným i střídavým proudem. Trakční baterie totiž dodává energii ve formě stejnosměrného proudu, zatímco elektromotory ke svému provozu potřebují střídavý třífázový proud. Tento převod zajišťuje právě modul výkonové elektroniky, který energii přizpůsobuje požadovanému typu a zároveň optimalizuje její tok.

U rychlonabíječek, které dodávají stejnosměrný proud přímo, výkonová elektronika ve vozidle monitoruje a řídí tok energie, aby zajistila bezpečné a efektivní nabíjení baterie, chránila ji před přepětím nebo přehřátím a optimalizovala rychlost nabíjení. Tímto způsobem přispívá k bezpečnému, spolehlivému a rychlému doplnění energie do elektromobilu.


Řez výkonovou elektronikou

Modul výkonové elektroniky má kompaktní rozměry a často je připojen přímo k elektromotoru. Hmotnost celého modulu je kolem osmi kilogramů. Výkonová elektronika má i vlastní chlazení, jelikož je tepelně velmi namáhaná.

výkonová elektronika


Jak funguje výkonová elektronika v elektromobilu:

Modul výkonové elektroniky se skládá z několika částí. Každá část plní svou specifickou funkci. Když se vozidlo nabíjí z domácí elektrické sítě (např. 220 V), usměrňovač [1] převádí střídavý proud (AC) na stejnosměrný proud (DC), tento stejnosměrný proud je ukládán do vysokonapěťové baterie.

Další část se nazývá měnič stejnosměrného proudu [2] slouží ke snížení vysokého napětí v trakční baterii (např. 400 V, nebo 800 V) na nízkonapěťovou úroveň palubní sítě (12 V). U elektromobilů platí stejně jako u konvenčních vozidel, že jejich palubní síť funguje na 12 V napětí. Z toto důvodu nelze běžnou palubní elektroniku připojit rovnou k trakční baterii.

Proudový střídač [4] svou funkcí řídí rychlost a točivý moment elektromotoru, moduluje tak jeho výkonovou charakteristiku. Proudový střídač převádí stejnosměrný proud z baterie na střídavý třífázový proud pro elektromotor.

pohonná jednotka Renault Zoe a řez výkonovou elektronikou vozidla


Víte, že:

Počet jednotek výkonové elektroniky

Pokud má elektromobil více elektromotorů, obvykle je vybaven odpovídajícím počtem výkonových jednotek, přičemž každá jednotka je zodpovědná za řízení jednoho konkrétního elektromotoru.

Rozdělení na více výkonových jednotek přináší několik výhod. Každý motor a jeho výkonová jednotka mohou být optimalizovány pro své specifické úkoly. Například v elektromobilech s pohonem všech kol může mít přední a zadní motor odlišné vlastnosti – například výkon, otáčky nebo schopnost zvládat specifické jízdní režimy, jako je zrychlení, jízda na kluzkém povrchu nebo režim terénního pohonu.


Výkonová elektronika ovlivňuje dobu nabíjení

Rychlost nabíjení může být ovlivněna výkonovou elektronikou, jejíž maximální výkon závisí na konstrukci a kapacitě jednotlivých komponent, jako jsou polovodičové měniče nebo chladicí systémy. Pokud je výkonová elektronika dimenzována na nižší výkon, může omezit rychlost nabíjení, i když baterie zvládne přijmout vyšší výkon a nabíjecí stanice jej dokáže dodat.

Kromě toho výkonová elektronika reguluje celý proces nabíjení, aby chránila systém před přehřátím, přetížením nebo jiným poškozením. Například při vysokých teplotách nebo při dosažení vyšší úrovně nabití může snížit rychlost nabíjení pro ochranu baterie a zajištění bezpečnosti. Pro zajištění rychlého a efektivního nabíjení je proto nutná dostatečně výkonná elektronika jak ve vozidle, tak v nabíjecí infrastruktuře.