電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）最近，德國弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所（Fraunhofer IZM）聯(lián)合保時捷、博世開發(fā)出一種新型的“Dauerpower”逆變器，旨在解決長時間高功率輸出的問題。

來源：Fraunhofer IZM

據(jù)介紹，Dauerpower逆變器可以提供可持續(xù)輸出的強(qiáng)大動力，在長時間運(yùn)行時可以保持約600kW的穩(wěn)定輸出，而在短時間爆發(fā)模式下甚至可以輸出高達(dá)720kW的功率。

為了實現(xiàn)超高功率的輸出，Dauerpower逆變器采用了全新的碳化硅技術(shù)。

另外因為逆變器的作用是將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槠囼?qū)動電機(jī)的三相交流電，逆變器輸出功率越高，電流就越大。根據(jù)焦耳定律，Q=I2Rt，逆變器在大功率輸出的情況下，系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量成指數(shù)級上升，導(dǎo)致難以維持長時間的高功率運(yùn)行。所以在Dauerpower逆變器中，還采用了創(chuàng)新的冷卻系統(tǒng)。

在功率模塊方面，Dauerpower逆變器基于SiC MOSFET模塊，集成48個SiC MOSFET，實現(xiàn)了1.1nH的低電感。為了提高系統(tǒng)的功率密度，采用了基于PolyCharge公司的NanoLam直流母線電容器，整體逆變器體積僅3L，輸出密度高達(dá)200 kVA/L。

值得關(guān)注的是，為了提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，該逆變器采用了PCB嵌入功率模塊的技術(shù)。功率模塊嵌入PCB技術(shù)讓逆變器供電導(dǎo)體和回流導(dǎo)體布置得更加緊密，從而降低漏電感。模塊的漏電感降低后，可以實現(xiàn)更快的開關(guān)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而意味著半導(dǎo)體中的損耗會更低。

Fraunhofer IZM表示該技術(shù)也已準(zhǔn)備好應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)高效的量產(chǎn)流程。

在散熱系統(tǒng)上，為了確保功率電子元件在滿負(fù)荷狀態(tài)下依然可靠運(yùn)行，設(shè)計團(tuán)隊開發(fā)了一套基于兩個核心要素的冷卻系統(tǒng)：首先是采用3D打印技術(shù)制造的冷卻元件，Dauerpower逆變器上選擇了銅作為材料，因為相較于鋁合金，銅具有更好的熱導(dǎo)率，能夠讓熱量更快消散。同時關(guān)鍵部件通過銀燒結(jié)直接安裝在冷卻系統(tǒng)上，進(jìn)一步優(yōu)化了熱集成效果。

熱量最終通過水冷系統(tǒng)排出，這是整個冷卻系統(tǒng)的第二部分。該水冷系統(tǒng)采用鋁材3D打印而成，水流經(jīng)平行冷卻通道設(shè)計，優(yōu)化了系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布。系統(tǒng)以每分鐘10升的流速運(yùn)行，但僅損失150毫巴的壓力，充分證明了冷卻技術(shù)的高效性。即使連續(xù)運(yùn)行15分鐘后，外殼與冷卻液之間的溫差仍低于20開爾文（K），而冷卻輸出端測得的最大溫升僅為41開爾文。憑借先進(jìn)的冷卻技術(shù)，即使在高負(fù)載工況下，逆變器始終能保持最佳工作溫度。

對于逆變器而言，軟件控制能力同樣是保障輸出效率和性能的關(guān)鍵。Dauerpower逆變器的各個模塊通過Fraunhofer IZM專門為該項目開發(fā)的獨(dú)特軟件進(jìn)行精確協(xié)調(diào)。

這種智能模塊設(shè)計讓系統(tǒng)在功率密度方面達(dá)到了前所未有的高度：200 kVA/L的體積功率密度是目前電動汽車的2-4倍。即便與現(xiàn)今高端車型相比，其輸出密度也高出三分之一。這意味著未來的高性能電動汽車中逆變器的尺寸將會變得更小，同時輸出更大的功率。

值得一提的是，Dauerpower設(shè)計還采用了模塊化的理念，各組件易于維護(hù)和更換，既節(jié)省資源又延長了車輛使用壽命。