Специалистами Национальной лаборатории Oak Ridge (ORNL), известной своими достижениями в области 3D-печати и широкополосной полупроводниковой техники, разработан новый силовой инвертор, способный обеспечить улучшенную производительность в весьма скромных габаритных размерах. Предполагается, что при дальнейшем его совершенствовании, можно добиться значительного роста энергоэффективности электротранспорта.
Силовые инверторы являются неотъемлемой частью любого электромобиля, преобразовывая постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный ток, питающий электродвигатель. В данный момент, уменьшение массы и габаритов подобных устройств является очень актуальной задачей. Компанией Google даже была учреждена специальная премия в размере одного миллиона долларов на лучший инвертор для преобразования энергии солнечных установок и ветряков, используемых в быту. Снижение веса инвертора, используемого в электроустановке автомобиля, является ещё более важной задачей.
Специалисты ORNL добились очень высоких результатов в плане плотности мощности, отнесённой к весу и объёму устройства. Так, обеспечивая общую мощность 20 кВт, инвертор занимает объём около 1500 см3 при весе 1,75 кг. Эти параметры уже превосходят те требования, которые были заявлены Google для получения приза. Ведутся работы над инвертором, мощностью 30 кВт, однако, есть некоторые трудности, связанные с ограничением уровня напряжения цепей постоянного тока для автомобильных сетей.
Полученные результаты были достигнуты благодаря свойствам карбида кремния - так называемого "широкополосного полупроводника". Именно этот материал наилучшим образом подходит для этих целей в широком диапазоне температур, что особенно важно для автомобильной промышленности. В результате, коэффициент энергоэффективности такого преобразователя достигает 99% в лабораторных условиях, в реальных условиях он может быть несколько ниже.
Применение в конструкции большого количества деталей, полученных способом 3D-печати, также стало одним из факторов, обеспечивших общий успех. В частности, был разработан радиатор с более высокой эффективностью, которая достигается за счёт того, что высоко- и низкотемпературные компоненты располагаются в определённой последовательности. Также было использовано множество конденсаторов небольшой ёмкости вместо одного большого, что позволило снизить габаритные размеры и улучшить охлаждение.
В настоящий момент ведутся работы по увеличению мощности (для сравнения, в электромобиле Tesla Model S инвертор должен обеспечить пиковую мощность 320 кВт) и использованию ещё большего количества 3D-деталей для снижения веса. Специалисты ORNL рассчитывают в будущем получить устройство с плотностью мощности, в 4 раза превышающей достигнутый в данном прототипе показатель. Большие планы связывают и с массовым производством печатных деталей, которое сейчас находится лишь в стадии развития.