اینورتر AC/DC چگونه باعث تقویت خودروهای الکتریکی خواهد شد؟

تاکنون فناوری خودروی الکتریکی با پیشرفت‌های چشم‌گیری همراه بوده و یکی از چیزهایی که می‌تواند بیشتر از بقیه به این پیشرفت کمک کند، اینورتر (inverter) یا مبدل است. اینورتر یکی از قطعات بسیار مهم در داخل خودرو برقی به شمار می‌رود، زیرا موتور و باتری در هر سیستم محرکه برقی بدون آن کاملا غیرقابل استفاده هستند. 

شرکت بریتانیایی اکیپ‌میک (Equipmake) که موتور الکتریکی نوآورانه و پرسرعت Ampere را می‌سازد، اینورتری تولید کرده که کوچک‌تر، سبک‌تر و دارای کارایی بیشتر است و می‌تواند انرژی بیشتری از باتری خودروی الکتریکی استخراج کند. 

تمام باتری‌ها جریان برق مستقیم (DC) تولید کرده و با آن شارژ می‌شوند؛ نوعی شارژ که در یک جهت جریان پیدا می‌کند. تمام موتورهای الکتریکی کوچک (از جمله اسباب‌بازی‌ها و لوازم خانگی ولتاژ پایین) با جریان برق مستقیم کار می‌کنند و می‌توانند به‌طور مستقیم به یک باتری متصل شوند.

از سوی دیگر ، جریان متناوب (AC) به‌صورت دوره‌ای جهت خود را تغییر می‌دهد. جریان برق متناوب در مصارف برق خانگی بریتانیا، ۵۰ بار در ثانیه تغییر می‌کند (فرکانس ۵۰ هرتز). تقریبا تمام موتورهای برقی خودروهای الکتریکی از شکل صنعتی، سه‌فاز و با ولتاژ بالای جریان متناوب بهره می‌برند. 

بدون وجود چیزی بین این دو نوع جریان، باتری نمی‌تواند به موتور برق بدهد و انرژی الکتریکی را از آن بازیابی کند و به همین دلیل است که اینورتر وارد عمل می‌شود. اینورتر برای به حرکت در آوردن موتور، جریان مستقیم را به متناوب تبدیل می‌کند و در هنگام فعال شدن ترمز احیاکننده نیز برعکس این کار را انجام می‌دهد. 

یکی از وظایف مهم اینورتر، تغییر یا سوئیچینگ سیم‌پیچ استاتیک موتور برای ایجاد میدان مغناطیسی دورانی شبیه چرخ‌وفلک است تا روتور موتور برقی را بچرخاند. زمان‌بندی این سوئیچینگ برای تنظیم فرکانس جریان متناوب به منظور کنترل سرعت موتور برقی تغییر می‌کند. به این معنا که اینورتر عملی مشابه با سیستم‌های پاشش و جرقه‌زنی سوخت در پیشرانه خودروهای احتراق داخلی انجام می‌دهد. زمان بسیار کم برای انجام عمل سوئیچینگ و زمان‌بندی، یکی از مشابهت‌های اینورتر و سیستم جرقه‌زنی و پاشش سوخت است. 

اینورتر اکیپ‌میک براساس نوع جدیدی از ماس‌فِت یا ترانزیستور اثرِ میدانیِ نیمه‌رسانای اکسید-فلز (mosfet) سیلیکون کاربید است که می‌تواند جریان برق را تا ۸۰ کیلوهرتز سوئیچ کند. نه‌تنها سرعت سوئیچینگ بیشتر برای به حرکت در آوردن موتورهای برقی پرسرعت و کوچک‌تر مورد استفاده در خودروهای الکتریکی مهم است، بلکه هنگامی که سرعت سوئیچینگ افزایش می‌یابد، قدرت نیز بهبود می‌یابد. 

هم‌اکنون استفاده از این فناوری به دلیل هزینه‌ی بالا رواج چندانی ندارد، اما اینورتر جدید مبتنی بر ماس‌فت نه‌تنها کارآمد، بلکه کوچک‌تر و سبک‌تر است. به‌طور معمول، نسبت قدرت به وزن اینورتر IGBT متداول ۴۰ کیلواوت بر کیلوگرم است، درحالی‌که طراحی جدید ماس‌فت می‌تواند این میزان را به ۱۰۰ کیلووات بر کیلوگرم برساند و این باتوجه به تلاش گسترده‌ای که به منظور بهینه‌سازی خودروی الکتریکی و افزایش ظرفیت پیمایش آن انجام می‌شود، کار بسیار بزرگی به شمار می‌رود. 

شارژ سرد و گرم

زمان مورد نیاز برای شارژ سریع یک خودروی برقی بستگی بسیار زیادی به دمای بهینه‌ی باتری دارد که به‌طور معمول این دما بین ۲۵ تا ۳۰ درجه سانتیگراد است. اگر باتری پس از زدن به شارژ نیاز به گرم یا سرد شدن داشته باشد، زمان شارژ سریع آن طولانی‌تر می‌شود. یکی از روش‌های در دست توسعه این است که باتری را در طول مسیر رسیدن به شارژ (تا جایی که در سیستم ناوبری ماهواره‌ای برنامه‌نویسی شده باشد)، به دمای مطلوب برسانند و درنتیجه زمان شارژ تا جای ممکن کوتاه‌تر خواهد شد.