Cómo funcionan los inversores y convertidores en vehículos híbridos y eléctricos

Christine y Scott Gable son expertos en automóviles híbridos y combustibles alternativos que han elaborado su propio biodiésel y han viajado 125 000 millas con aceite vegetal de desecho.

En un vehículo híbrido y otros vehículos eléctricos (EV), dos elementos clave trabajan juntos para administrar la energía y recargar los circuitos. Así es como estos componentes críticos, el inversor y el convertidor, funcionan en conjunto.

En términos generales, un inversor es un dispositivo eléctrico que convierte la electricidad derivada de una fuente de CC (corriente continua) en CA (corriente alterna) del tipo que se puede usar para impulsar un dispositivo o aparato. En un sistema de energía solar, por ejemplo, la energía almacenada por las baterías cargadas por los paneles solares se convierte en energía de CA estándar mediante el inversor, que proporciona energía a los enchufes y otros dispositivos estándar de 120 voltios.

Un inversor cumple el mismo tipo de función en un automóvil híbrido o EV, y la teoría de la operación es relativamente simple. La energía de CC, desde una batería híbrida, por ejemplo, se alimenta al devanado primario en un transformador dentro de la carcasa del inversor. . A través de un interruptor electrónico (generalmente un conjunto de transistores semiconductores), la dirección del flujo de corriente se invierte continua y regularmente (la carga eléctrica viaja hacia el devanado primario, luego se invierte abruptamente y fluye hacia afuera). La entrada/salida de electricidad produce corriente alterna en el circuito del devanado secundario del transformador. En última instancia, esta electricidad de corriente alterna inducida proporciona energía para una carga de CA, por ejemplo, el motor de tracción eléctrica de un vehículo eléctrico (EV).

Un rectificador es un dispositivo similar a un inversor, excepto que hace lo contrario, convirtiendo la energía de CA en energía de CC.

Más correctamente llamado convertidor de voltaje, este dispositivo eléctrico en realidad cambia el voltaje (ya sea CA o CC) de una fuente de energía eléctrica. Hay dos tipos de convertidores de voltaje: convertidores elevadores (que aumentan el voltaje) y convertidores reductores (que disminuye el voltaje). El uso más común de un convertidor es tomar una fuente de voltaje relativamente bajo y aumentarla a alto voltaje para trabajos pesados ​​en una carga de alto consumo de energía, pero también se pueden usar a la inversa para reducir el voltaje para una luz. fuente de carga

Un inversor/convertidor es, como su nombre lo indica, una sola unidad que alberga tanto un inversor como un convertidor. Estos son los dispositivos que utilizan tanto los vehículos eléctricos como los híbridos para administrar sus sistemas de propulsión eléctrica. Junto con un controlador de carga incorporado, el inversor/convertidor suministra corriente al paquete de baterías para recargar durante el frenado regenerativo y también proporciona electricidad al motor/generador para la propulsión del vehículo. Tanto los híbridos como los vehículos eléctricos usan baterías de CC de voltaje relativamente bajo (alrededor de 210 voltios) para mantener el tamaño físico bajo, pero generalmente también usan motores/generadores de CA de alto voltaje (alrededor de 650 voltios) altamente eficientes. La unidad de inversor/convertidor coreografía cómo estos voltajes divergentes y tipos de corriente funcionan juntos.

Debido al uso de transformadores y semiconductores (y la correspondiente resistencia encontrada), estos dispositivos emiten enormes cantidades de calor. La refrigeración y la ventilación adecuadas son fundamentales para mantener los componentes en funcionamiento. Por este motivo, las instalaciones de inversor/convertidor en vehículos híbridos tienen sus propios sistemas de refrigeración dedicados, completos con bombas y radiadores, que son totalmente independientes del sistema de refrigeración del motor.

"Integración solar: conceptos básicos de inversores y servicios de red". Departamento de Energía de EE.UU.

"Convertidores, inversores y controles". Centro de Tecnología Automotriz Avanzada.

Chen, Hua, et al. "Arquitectura del tren motriz automotriz electrificado que utiliza convertidores CC-CC compuestos". IEEE Trans Power Electron, vol. 32, 2017, págs. 98-116., doi:10.1109/TPEL.2016.2533347