Výkonová elektronika
Výkonová elektronika je veľmi dôležitou a neoddeliteľnou súčasťou pohonnej jednotky každého elektromobilu. Výkonová elektronika riadi prenos energie medzi hlavnými časťami elektrických vozidiel, ako sú batéria, elektromotor a nabíjačka. Efektivita daného elektrického pohonu je do značnej miery ovplyvnená práve architektúrou výkonovej elektroniky.
Výkonová elektronika je základnou riadiacou jednotkou každého elektrifikovaného pohonu. Je teda súčasťou nielen plne elektrických vozidiel typu BEV, ale aj hybridných vozidiel typu PHEV a HEV. Vďaka výkonovej elektronike môžu automobily s elektrickým pohonom efektívne využívať energiu z batérie alebo naopak ukladať kinetickú energiu nahromadenú počas rekuperačného brzdenia. Výkonová elektronika taktiež riadi proces nabíjania batérie. Ďalšou dôležitou funkciou je prevod jednosmerného napätia na rôzne napäťové úrovne (12V/48V/400V/800V). Správne a efektívne fungovanie výkonovej elektroniky vo všetkých spomenutých funkciách závisí najmä od moderných polovodičových obvodov. Tieto obvody musia zabezpečovať efektívnu premenu energie podľa aktuálnych požiadaviek, minimalizovať straty a zároveň odolávať vysokým teplotám aj náročným prevádzkovým podmienkam.
Automobil s elektrickým alebo hybridným pohonom musí vedieť pracovať s jednosmerným aj striedavým prúdom. Trakčná batéria totiž dodáva energiu vo forme jednosmerného prúdu, zatiaľ čo elektromotory na svoj chod potrebujú trojfázový striedavý prúd. Tento prevod zabezpečuje modul výkonovej elektroniky, ktorý prispôsobuje energiu požadovanému typu a zároveň optimalizuje jej tok.
Pri rýchlonabíjačkách, ktoré dodávajú jednosmerný prúd priamo, výkonová elektronika vo vozidle monitoruje a riadi tok energie, aby zabezpečila bezpečné a efektívne nabíjanie batérie, chránila ju pred prepätím alebo prehriatím a optimalizovala rýchlosť nabíjania. Týmto spôsobom prispieva k bezpečnému, spoľahlivému a rýchlemu doplneniu energie do elektromobilu.
Rez výkonovou elektronikou
Modul výkonovej elektroniky má kompaktné rozmery a často je pripojený priamo k elektromotoru. Hmotnosť celého modulu je približne osem kilogramov. Výkonová elektronika má aj vlastné chladenie, pretože je tepelne veľmi namáhaná.
Ako funguje výkonová elektronika v elektromobile:
Modul výkonovej elektroniky sa skladá z viacerých častí, z ktorých každá plní svoju špecifickú funkciu. Keď sa vozidlo nabíja z domácej elektrickej siete (napr. 220 V), usmerňovač [1] premieňa striedavý prúd (AC) na jednosmerný prúd (DC), ktorý sa následne ukladá do vysokonapäťovej batérie.
Ďalšou časťou je menič jednosmerného prúdu [2], ktorý znižuje vysoké napätie trakčnej batérie (napr. 400 V alebo 800 V) na nízkonapäťovú úroveň palubnej siete (12 V). Pre elektromobily, rovnako ako pri bežných vozidlách, platí, že ich palubná sieť pracuje s napätím 12 V. Preto nie je možné pripojiť palubnú elektroniku priamo k trakčnej batérii.
Prúdový menič [4] reguluje rýchlosť a krútiaci moment elektromotora, čím moduluje jeho výkonnostné charakteristiky. Menič premieňa jednosmerný prúd z batérie na trojfázový striedavý prúd pre elektromotor.
pohonná jednotka Renault Zoe a rez výkonovej elektronikou vozidla
Vedeli ste, že:
Počet jednotiek výkonovej elektroniky
Ak má elektromobil viac elektromotorov, zvyčajne je vybavený zodpovedajúcim počtom výkonových jednotiek, pričom každá jednotka je zodpovedná za riadenie jedného konkrétneho elektromotora.
Rozdelenie na viac výkonových jednotiek prináša niekoľko výhod. Každý motor a jeho výkonová jednotka môžu byť optimalizované pre svoje špecifické úlohy. Napríklad v elektromobiloch s pohonom všetkých kolies môžu mať predný a zadný motor odlišné vlastnosti, ako výkon, otáčky alebo schopnosť zvládať špecifické jazdné režimy, ako je zrýchlenie, jazda na klzkom povrchu alebo režim terénneho pohonu.
Výkonová elektronika ovplyvňuje dobu nabíjania
Rýchlosť nabíjania môže byť ovplyvnená výkonovou elektronikou, ktorej maximálny výkon závisí od konštrukcie a kapacity jednotlivých komponentov, ako sú polovodičové meniče alebo chladiace systémy. Ak je výkonová elektronika dimenzovaná na nižší výkon, môže obmedziť rýchlosť nabíjania, aj keď batéria zvládne prijať vyšší výkon a nabíjacia stanica ho dokáže poskytnúť.
Okrem toho výkonová elektronika reguluje celý proces nabíjania, aby chránila systém pred prehriatím, preťažením alebo iným poškodením. Napríklad pri vysokých teplotách alebo pri dosiahnutí vyššej úrovne nabitia môže znížiť rýchlosť nabíjania na ochranu batérie a zabezpečenie bezpečnosti. Na zabezpečenie rýchleho a efektívneho nabíjania je preto potrebná dostatočne výkonná elektronika v samotnom vozidle, ako aj v nabíjacej infraštruktúre.