Inverter (αντιστροφέας)

Ο inverter είναι η μονάδα ηλεκτρονικών ισχύος που παρεμβάλλεται ανάμεσα στη μπαταρία υψηλής τάσης ενός ηλεκτρικού οχήματος και στον κινητήρα κίνησης, και αποτελεί ουσιαστικά τον εγκέφαλο του συστήματος μετάδοσης. Βασική του αποστολή είναι να μετατρέπει το σταθερό συνεχές ρεύμα που είναι αποθηκευμένο στη μπαταρία σε εναλλασσόμενο ρεύμα ακριβώς της σωστής συχνότητας και πλάτους, ώστε ο κινητήρας να περιστρέφεται με τη ζητούμενη ταχύτητα και ροπή. Επειδή οι κινητήρες των EV είναι σχεδόν πάντα μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος, ενώ οι μπαταρίες αποθηκεύουν μόνο συνεχές, το αυτοκίνητο δεν θα μπορούσε καθόλου να κινηθεί χωρίς αυτή τη μετατροπή.

Εσωτερικά, ο inverter χρησιμοποιεί συστοιχίες ταχέων ηλεκτρονικών διακοπτών — ιστορικά IGBT πυριτίου, ολοένα και περισσότερο MOSFET καρβιδίου του πυριτίου — διατεταγμένων σε τρία ζεύγη, ένα ανά φάση του κινητήρα. Μια μονάδα ελέγχου ενεργοποιεί και απενεργοποιεί αυτά τα στοιχεία πολλές χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται διαμόρφωση εύρους παλμών για να τεμαχίσει το συνεχές ρεύμα σε μια σειρά παλμών των οποίων ο μέσος όρος χαράσσει ένα ομαλό ημίτονο. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα αυτού του συντιθέμενου κύματος ο inverter ορίζει την ταχύτητα του κινητήρα, ενώ μεταβάλλοντας το πλάτος και τη φάση του σε σχέση με τον δρομέα ορίζει τη ροπή, όλα αυτά ανταποκρινόμενος στο πεντάλ του γκαζιού.

Για τον οδηγό αυτό μεταφράζεται απευθείας στην απρόσκοπτη, χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων απόκριση που χαρακτηρίζει τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Το πάτημα του πεντάλ ζητά από τον inverter περισσότερο ρεύμα· εκείνος ανταποκρίνεται μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, γι' αυτό και τα EV προσφέρουν άμεση ροπή και δεν χρειάζονται συμπλέκτη ή κιβώτιο πολλαπλών σχέσεων. Ο inverter επίσης διαχειρίζεται συνεχώς τον κινητήρα ώστε να τον διατηρεί εντός ασφαλών ορίων θερμοκρασίας και ρεύματος, προστατεύοντας το σύστημα μετάδοσης ενώ αντλεί τις μέγιστες δυνατές επιδόσεις και απόδοση από ένα δεδομένο φορτίο μπαταρίας.

Ο inverter είναι αμφίδρομος, και αυτό είναι που καθιστά δυνατή την αναγεννητική πέδηση. Όταν ο οδηγός σηκώνει το πόδι ή φρενάρει, ο κινητήρας αφήνεται να λειτουργήσει ως γεννήτρια και ο inverter λειτουργεί αντίστροφα: παίρνει το εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγει ο περιστρεφόμενος κινητήρας και το ανορθώνει πάλι σε συνεχές για να επαναφορτίσει τη μπαταρία, παρέχοντας ταυτόχρονα ένα αποτέλεσμα πέδησης στους τροχούς. Το ίδιο υλικό επομένως και κινεί το αυτοκίνητο και ανακτά ενέργεια που διαφορετικά θα χανόταν ως θερμότητα στα φρένα τριβής.

Η επιλογή ημιαγωγών είναι ο κυρίαρχος παράγοντας στις επιδόσεις ενός σύγχρονου inverter. Τα στοιχεία καρβιδίου του πυριτίου μεταγάγουν ταχύτερα και σπαταλούν λιγότερη ενέργεια ως θερμότητα από τα παλαιότερα στοιχεία πυριτίου, αυξάνοντας την απόδοση κατά μερικές ποσοστιαίες μονάδες, επιτρέποντας υψηλότερες τάσεις λειτουργίας όπως οι αρχιτεκτονικές των 800 βολτ, και μειώνοντας το μέγεθος και τις ανάγκες ψύξης της μονάδας. Αυτά τα κέρδη μεταφράζονται απευθείας σε μεγαλύτερη αυτονομία και ταχύτερη διαχείριση της θερμότητας. Ως στενά συνταιριασμένος συνεργάτης τόσο με τον κινητήρα όσο και με τη μπαταρία, ο inverter κατανοείται καλύτερα ως ένα στοιχείο ενός ολοκληρωμένου συστήματος μετάδοσης παρά ως αυτόνομο κουτί, ενώ η ονομαστική του ισχύς σε κιλοβάτ ορίζει ουσιαστικά το ανώτατο όριο ισχύος του αυτοκινήτου.