Elektrikli araçlar daha uzun mesafeler elde edecekse konu sadece bataryalarını optimize etmek değildir. Bunun yerine tüm güç aktarma sistemi iyileştirilmelidir. Bu nedenle bir Fraunhofer ekibi, batarya ve motor arasındaki enerjiyi bugün olduğundan çok daha verimli bir şekilde dönüştüren ve “güç çeviricileri” olarak adlandırılan elektronik kontrol üniteleri geliştiriyor.
Bir elektrikli otomobilin menzili söz konusu olduğunda çoğumuz otomatik olarak bataryayı düşünürüz. Bir batarya ne kadar fazla enerji depolayabilirse araba o kadar uzağa gidebilir. Yine de en önemli şey batarya değildir. Gerçek şu ki, aktarma organı da önemli bir rol oynar. Örneğin, Berlin’deki Fraunhofer Güvenilirlik ve Mikro Entegrasyon Enstitüsü IZM‘den uzmanlar, güç çevirici üzerinde çalışıyorlar. Bu cihaz, bataryadan gelen doğru akımı, elektrik motorunu çalıştıran alternatif akıma dönüştürür. Batarya ve motor arasındaki merkezi konumu nedeniyle yüksek elektrik akımları güç çeviriciden ve transistörlerinden geçer. Cihazın ekmek kızartma makinesi gibi ısınmasını önlemek için ısının soğutma elemanları üzerinden tahliye edilmesi gerekir.
Menzil %6 kadar uzatıldı
SiCeffizient projesinde, Fraunhofer IZM ve endüstriyel ortaklarından uzmanlar özellikle verimli silisyum karbür (SiC) yarı iletkenler kullanarak içlerinden elektrik akımı akarken daha az güç harcayan transistörler üretiyorlar. Bu yarı iletkenler nispeten pahalıdır. Bu nedenle minimum sayıda transistöre sahip olmak mantıklı olacaktır. Ancak her biri daha fazla güç harcayacağı ve daha yoğun ısınacağı için özellikle iyi soğutulmaları gerekir. Güç çeviricilerinin soğutma elemanları şimdi tamamen yeniden tasarlandı. Fikir yarı iletkeni daha soğuk tutarken aynı dağıtım oranını korumaktır.
Özellikle araç hızlanırken, yavaşlarken ve yüksek hızlarda seyahat ederken motor, güç çevirici ve batarya arasında büyük miktarlarda akım gidip geldiğinden, çeviriciden güç kaybolur. SiC yarı iletkenleri bu kayıpları azaltır. Proje sorumlu Eugen Erhardt, “Aktarma organını bu şekilde optimize ederek elektrikli araba menzilinin nihayetinde %6 kadar uzatılmasını bekliyoruz.” dedi. Elektrikli otomobil bataryaları söz konusu olduğunda, bu tür bir performans artışı ancak batarya sayısının artırılmasıyla veya önemli araştırmalar ile sağlanabilir.
3D baskı yoluyla basınca dayanıklı ısı emiciler
Elektrikli otomobillerin güç çeviricileri su kullanılarak soğutulur. Transistörlerde oluşan ısı genellikle katı bir soğutma elemanı aracılığıyla boşaltılır. Bu soğutma elemanı suya çıkıntı yapan ve ısıyı dağıtan, “soğutma yüzgeçleri” olarak adlandırılan soğutma kanallarına sahiptir. Uzmanlar, SiC transistörlerini soğutmak için 3D baskı yoluyla nispeten ince duvarlara sahip bir soğutma elemanı ürettiler. Bu eleman, transistörler yalnızca birkaç milimetre kalınlığındaki metal bir plaka üzerine yerleşecek şekilde düzenlenmiştir. Sonuç olarak, transistörler soğutma suyuna daha yakın hareket eder ve bu durum soğutma etkisini yoğunlaştırır. İnce metal plakanın yük altında deforme olmasını önlemek için soğutma yüzgeçleri, bir kubbedeki kolonlar gibi metal plakaları destekleyecek şekilde 3D yazıcıda modellenmiştir. Bu yapı o kadar stabildir ki, soğutma elemanı hem soğutma suyunun basıncına hem de transistörler soğutma elemanı üzerine sinterlendiğinde ortaya çıkan kuvvetlere dayanabilir.
Güç modülleri, gerekli farklı işlevleri üstlenmek için her zaman farklı malzemelerden oluşur. Sorun şu: Birbirine benzemeyen malzemeler ısıtıldıklarında öylesine farklı oranlarda genişler ki yapıda gerilmeler meydana gelir. Bu durum, güç çeviricinin çatlamasına ve arızalanmasına neden olabilir. Yeni soğutma elemanı bu sorunu çözüyor. Metal plakalar son derece ince tutulduğu için ısındığında veya soğutulduğunda oluşan gerilmeleri hafifçe deforme ederek telafi edebilmektedir. Sonuç olarak, tüm termoelektrik yapı çok esnektir. Daha da önemlisi, bu pahalı SiC yarı iletkenlerini korur ve hizmet ömürlerini uzatır.
Bakır tel çatlakları önler
Yeni güç çevirici modüllerinde gerilmeyi azaltan başka bir şey daha var. Diğer elektronik bileşenlere her zamanki gibi katı, bakır iletken yollarla bağlanmazlar. Bunun yerine, soğutma elemanını ve SiC transistörlerini içeren yapı, bükülü, esnek ve ince bakır tellerle elektronik sistemin geri kalanına bağlanır.
Yeni güç çevirici önümüzdeki birkaç ay içinde proje ortağı Robert Bosch‘ta test edilecek. Daha sonra, Porsche şirketi cihazı SiC yapısına tam olarak uyan yeni tasarlanmış bir aktarma organına kuracak. Eugen Erhardt, “Cihazın üretime geçmeye hazır hale gelmesi için hâlâ kat etmemiz gereken bir yol var.” dedi. “İlk aşamada, bir prototip oluşturmak için her şeyi bir araya getiriyoruz. Bireysel işlem adımlarının daha sonra daha fazla optimize edilmesi gerekecektir.”
https://techxplore.com/news/2021-05-longer-range-electric-cars.html