Omformer (inverter)

Omformeren er kraftelektronikkmodulen som sitter mellom en elbils høyspentbatteri og drivmotoren, og den er nærmest hjernen i drivlinjen. Kjerneoppgaven er å gjøre den jevne likestrømmen som lagres i batteriet, om til vekselstrøm med nøyaktig riktig frekvens og amplitude til å få motoren til å dreie med ønsket hastighet og dreiemoment. Fordi elbilmotorer nesten uten unntak er vekselstrømsmaskiner mens batterier bare kan lagre likestrøm, kunne bilen ikke beveget seg i det hele tatt uten denne omformingen.

Innvendig bruker omformeren rekker av raske elektroniske brytere — historisk silisium-IGBT-er, i økende grad silisiumkarbid-MOSFET-er — ordnet i tre par, ett per motorfase. En styreenhet slår disse av og på mange tusen ganger i sekundet ved hjelp av en teknikk kalt pulsbreddemodulasjon, som hakker likestrømmen opp i en serie pulser hvis gjennomsnitt tegner ut en jevn sinuskurve. Ved å variere frekvensen på denne syntetiserte kurven setter omformeren motorens hastighet, og ved å variere amplituden og fasen i forhold til rotoren setter den dreiemomentet, alt som svar på gasspedalen.

For føreren betyr dette direkte den sømløse, girkasseløse responsen som kjennetegner elbiler. Å trå på pedalen ber omformeren om mer strøm; den etterkommer ønsket innen millisekunder, og det er derfor elbiler leverer umiddelbart dreiemoment og hverken trenger clutch eller girkasse med flere utvekslinger. Omformeren styrer dessuten motoren kontinuerlig for å holde den innenfor trygge grenser for temperatur og strøm, og verner drivlinjen samtidig som den henter mest mulig ytelse og effektivitet ut av en gitt batterilading.

Omformeren er toveis, og det er dette som gjør regenerativ bremsing mulig. Når føreren slipper gassen eller bremser, får motoren lov til å fungere som generator, og omformeren går baklengs: den tar vekselstrømmen den roterende motoren produserer, og likeretter den tilbake til likestrøm som lader batteriet, samtidig som den gir en bremseeffekt på hjulene. Den samme maskinvaren driver altså både bilen og gjenvinner energi som ellers ville gått tapt som varme i de mekaniske bremsene.

Valg av halvleder er den dominerende faktoren for ytelsen til moderne omformere. Silisiumkarbidkomponenter bryter raskere og sløser mindre energi bort som varme enn eldre silisiumdeler, og hever dermed virkningsgraden noen prosent, tillater høyere driftsspenninger som 800-voltsarkitektur og krymper enhetens størrelse og kjølebehov. Disse gevinstene går rett over i lengre rekkevidde og raskere varmehåndtering. Som en tett tilpasset partner til både motoren og batteriet forstås omformeren best som ett element i et integrert drivsystem snarere enn en frittstående boks, og dens effekt i kilowatt setter i praksis taket for bilens ytelse.