Inverter

L'inverter è il modulo di elettronica di potenza che si trova tra la batteria ad alta tensione di un veicolo elettrico e il suo motore di trazione, e si può a buon diritto considerare il cervello del gruppo propulsore. Il suo compito fondamentale è convertire la corrente continua stabile immagazzinata nella batteria in corrente alternata della frequenza e dell'ampiezza esatte necessarie a far girare il motore alla velocità e alla coppia richieste. Poiché i motori delle auto elettriche sono quasi sempre macchine in corrente alternata mentre le batterie possono accumulare solo corrente continua, senza questa conversione la vettura non potrebbe muoversi affatto.

Al suo interno, l'inverter impiega banchi di interruttori elettronici rapidi, storicamente IGBT al silicio e sempre più MOSFET al carburo di silicio, disposti in tre coppie, una per ciascuna fase del motore. Un'unità di controllo accende e spegne questi dispositivi molte migliaia di volte al secondo, ricorrendo a una tecnica detta modulazione a larghezza di impulso per spezzettare la corrente continua in una serie di impulsi la cui media traccia una sinusoide regolare. Variando la frequenza dell'onda così sintetizzata l'inverter imposta la velocità del motore, e variandone ampiezza e fase rispetto al rotore ne imposta la coppia, il tutto in risposta al pedale dell'acceleratore.

Per chi guida questo si traduce direttamente nella risposta fluida e priva di cambio che contraddistingue le auto elettriche. Premendo il pedale si chiede all'inverter più corrente; esso obbedisce nel giro di millisecondi, ragione per cui le elettriche offrono coppia immediata e non necessitano di frizione né di trasmissione a più rapporti. L'inverter gestisce inoltre il motore in modo continuo per mantenerlo entro limiti sicuri di temperatura e corrente, proteggendo la trasmissione mentre estrae il massimo delle prestazioni e dell'efficienza da una determinata carica della batteria.

L'inverter è bidirezionale, ed è questo a rendere possibile la frenata rigenerativa. Quando chi guida rilascia l'acceleratore o frena, il motore viene lasciato funzionare da generatore e l'inverter opera al contrario: prende la corrente alternata prodotta dal motore in rotazione e la raddrizza in corrente continua per ricaricare la batteria, fornendo al contempo un effetto frenante alle ruote. Lo stesso hardware quindi sia muove la vettura sia recupera l'energia che altrimenti andrebbe perduta in calore nei freni ad attrito.

La scelta dei semiconduttori è il fattore dominante nelle prestazioni degli inverter moderni. I dispositivi al carburo di silicio commutano più rapidamente e dissipano meno energia in calore rispetto ai vecchi componenti al silicio, innalzando l'efficienza di qualche punto percentuale, consentendo tensioni operative superiori come le architetture a 800 volt e riducendo dimensioni ed esigenze di raffreddamento dell'unità. Questi guadagni si traducono direttamente in maggiore autonomia e gestione termica più rapida. In quanto partner strettamente accoppiato sia al motore sia alla batteria, l'inverter va inteso come un elemento di un sistema di trazione integrato e non come un componente a sé stante, e la sua potenza nominale in chilowatt fissa di fatto il limite massimo della potenza della vettura.