Como funcionam os inversores e conversores em veículos híbridos e elétricos

Christine e Scott Gable são especialistas em automóveis híbridos e combustíveis alternativos que fabricaram seu próprio biodiesel e viajaram 125.000 milhas com resíduos de óleo vegetal.

Em veículos híbridos e outros veículos elétricos (EVs), dois elementos-chave trabalham juntos para gerenciar a energia e recarregar os circuitos. Aqui está como esses componentes críticos - o inversor e o conversor - funcionam em conjunto.

Em termos gerais, um inversor é um dispositivo elétrico que converte eletricidade derivada de uma fonte DC (corrente contínua) em AC (corrente alternada) do tipo que pode ser usado para acionar um dispositivo ou aparelho. Em um sistema de energia solar, por exemplo, a energia armazenada por baterias carregadas por painéis solares é convertida em energia CA padrão pelo inversor, que fornece energia para tomadas e outros dispositivos padrão de 120 volts.

Um inversor serve para o mesmo tipo de função em um carro híbrido ou EV, e a teoria de operação é relativamente simples. A energia CC, de uma bateria híbrida, por exemplo, é alimentada ao enrolamento primário em um transformador dentro da carcaça do inversor . Por meio de um interruptor eletrônico (geralmente um conjunto de transistores semicondutores), a direção do fluxo de corrente é alternada continuamente e regularmente (a carga elétrica viaja para o enrolamento primário, então reverte abruptamente e flui de volta). A entrada/saída de eletricidade produz corrente CA no circuito do enrolamento secundário do transformador. Em última análise, essa eletricidade de corrente alternada induzida fornece energia para uma carga CA - por exemplo, o motor de tração elétrica de um veículo elétrico (EV).

Um retificador é um dispositivo semelhante a um inversor, exceto que faz o oposto, convertendo energia CA em energia CC.

Mais apropriadamente chamado de conversor de tensão, este dispositivo elétrico na verdade altera a tensão (CA ou CC) de uma fonte de energia elétrica. Existem dois tipos de conversores de tensão: conversores elevadores (que aumentam a tensão) e conversores abaixadores (que diminui a tensão). O uso mais comum de um conversor é pegar uma fonte de tensão relativamente baixa e intensificá-la para alta tensão para trabalhos pesados ​​em uma carga de alto consumo de energia, mas eles também podem ser usados ​​ao contrário para reduzir a tensão para uma carga leve fonte de carga.

Um inversor/conversor é, como o nome indica, uma única unidade que abriga um inversor e um conversor. Esses são os dispositivos usados ​​por EVs e híbridos para gerenciar seus sistemas de acionamento elétrico. Juntamente com um controlador de carga integrado, o inversor/conversor fornece corrente à bateria para recarga durante a frenagem regenerativa e também fornece eletricidade ao motor/gerador para propulsão do veículo. Tanto os híbridos quanto os EVs usam baterias CC de voltagem relativamente baixa (cerca de 210 volts) para manter o tamanho físico baixo, mas geralmente também usam motores/geradores CA de alta voltagem altamente eficientes (cerca de 650 volts). A unidade inversora/conversora coreografa como essas tensões divergentes e tipos de corrente trabalham juntos.

Devido ao uso de transformadores e semicondutores (e a resistência encontrada), enormes quantidades de calor são emitidas por esses dispositivos. Resfriamento e ventilação adequados são fundamentais para manter os componentes operacionais. Por esta razão, as instalações de inversores/conversores em veículos híbridos têm seus próprios sistemas de refrigeração dedicados, completos com bombas e radiadores, que são totalmente independentes do sistema de refrigeração do motor.

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