Un inverter ultra-compatto, al carburo di silicio, capace di erogare 500 kW di potenza in un volume di appena un litro (500 kVA/l), raggiungendo un’efficienza del 99%. E’ quanto elaborato dal centro di ricerca tedesco Fraunhofer IZM insieme a Mitsubishi Heavy Industries: un nuovo sistema, progettato per powertrain elettrici a 800 Volt, che promette di aumentare la densità di potenza di circa cinque volte rispetto agli inverter tradizionali oggi utilizzati nell’automotive.
Gli inverter rappresentano uno dei componenti più importanti nei powertrain elettrici: gestiscono il flusso di energia tra batteria e motore e incidono direttamente su efficienza, autonomia e prestazioni del veicolo.
Il ruolo decisivo del carburo di silicio
Alla base del progetto – uno dei più avanzati finora nel campo dell’elettronica di potenza per la mobilità elettrica – c’è l’utilizzo di transistor SiC MOSFET, cioè semiconduttori in carburo di silicio.
Il SiC è ormai considerato una delle tecnologie chiave per la nuova generazione di powertrain elettrici grazie a perdite energetiche molto inferiori rispetto ai tradizionali componenti in silicio. Questo permette di aumentare la velocità di commutazione e ridurre le dimensioni dei sistemi di raffreddamento.
Nel nuovo inverter Fraunhofer, dodici MOSFET SiC per ciascuna fase del sistema sono stati direttamente integrati nel circuito stampato. Una soluzione che elimina spazio inutile e soprattutto riduce drasticamente le induttanze parassite.
Il risultato è impressionante. Secondo il team di sviluppo, il sistema raggiunge circa 1 nanohenry di induttanza effettiva, che consente velocità di switching fino a 65 V/ns. Tradotto in termini pratici: minori perdite energetiche, maggiore compattezza e possibilità di lavorare a potenze elevate senza aumentare troppo peso e ingombri.
Raffreddamento ultra compatto
Uno degli aspetti più interessanti del progetto riguarda anche il raffreddamento.
Fraunhofer ha sviluppato un dissipatore in alluminio estruso molto sottile, progettato per occupare pochissimo spazio pur mantenendo elevate capacità termiche. All’interno scorrono oltre 40 micro-canali corrugati che aumentano la superficie di scambio termico del liquido refrigerante.
L’intero dissipatore è realizzato in un solo passaggio industriale, limitando costi e complessità costruttiva.
È un elemento importante perché molti sistemi ad alta densità di potenza restano oggi difficili da industrializzare proprio a causa dei costi termici e dei sistemi di raffreddamento sofisticati.
Una tecnologia pensata per le EV premium
L’inverter è stato progettato per architetture a 800 Volt, ormai sempre più diffuse nei veicoli premium e ad alte prestazioni grazie ai vantaggi su ricarica rapida ed efficienza. L’adozione di piattaforme di questo tipo sta infatti accelerando anche in Europa: Porsche, Hyundai-Kia, Mercedes e diversi costruttori cinesi stanno già investendo in questa direzione.
In questo scenario, inverter più piccoli ed efficienti possono diventare un vantaggio strategico perché consentono di alleggerire il powertrain e migliorare autonomia e prestazioni.
Fraunhofer presenterà ufficialmente il nuovo inverter durante il PCIM Europe di Norimberga, uno degli eventi internazionali più importanti dedicati ai semiconduttori e alla power electronics.
Il progetto tedesco evidenzia quanto l’evoluzione dell’auto elettrica dipenda sempre di più dall’efficienza dell’elettronica avanzata, che gestisce energia e motori.
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