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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vedevo nei disegni dei gruppi motori elettrici che la “cassetta”, il comparto, dedicata a ospitare gli inveter più economici, era da circa 10 litri o 10 kg
poi con gli inverter “Sic” si sono viste “cassette” molto più compatte da 5 litri o 5 kg.. Sic è (era) leggermente più costoso e tipicamente usato su vetture 800 volt, ma anche sulle Tesla da 400 volt, e in seguito su alcune altre da 400 volt, mi pare alcune tra le huyndai e vw; dovendo smaltire meno calore, perchè con meno perdite energetiche, possono permettersi di essere sistemi più piccoli
ora questo inveter presentato sembra un ulteriore compattamento e miglioramento.. dichiarano 1 litro, diciamo che poi in produzione commerciale la “cassetta” per ospitarlo sia da 2-3 litri di spazio, è comunque un apparecchio, una tecnologia così avanzata da assomigliare alla “magia”, rimango sempre impressionato dalle potenzialità dei sistemi elettrici 🙂
Se si sommano i grandi progressi promessi da questo inverter ad i grandi sviluppi in arrivo dai nuovi motori a flusso assiale (che consentono altri grandissimi risparmi in spazio e pesi a bordo, oltre che di efficienza) si può facilmente ipotizzare che le prossime vetture potranno essere molto più leggere ( compatte) ed avere soprattutto batterie a bordo non esagerate; inutile avere autonomie autostradali da oltre 600km senza sosta… molto meglio un efficientissimo veicolo con cui programmare fermate brevi/brevissime ogni 350/400 km per un 10-80% .
Se non altro i margini di miglioramento dei veicoli elettrici sono enormi perché siamo soltanto all’inizio… cosa sono i 15 anni di BEV in raffronto ai 150 di sviluppo dei motori ICE ? Non sarà la “legge di Moore”, ma di sviluppi ne vedremo veramente tanti nei prossimi anni…. se non ci spazzano via prima i disastri climatici o le guerre ovviamente..
secondo te quanto tempo ci vorrà per vedere le più recenti generazioni di batterie LFP (di Catl, BYD ed altri) prodotte anche negli stabilimenti insediati europa, o almeno intanto adottate sui modelli in vendita in Europa?
..intendo le LFP da 195-200 wh-kg per cella (pacchi batteria LFP con 15 – 16 Kwh per ogni 100 kg complessivi.. la stessa densità energetica dei pacchi batteria NMC di qualche anno fà ) e ricariche da 15 minuti..
vedo a volte le novità delle batterie tendono a tenerle per un po’ prima per i produttori cinesi ( o forse le vogliono “collaudare/affinare” di più prima di esportarle in quantità)
Secondo me molto, molto poco davvero; BYD ha già pronta la Atto 3 800V da esportare (o produrre .. Stellantis permettendo) in Europa, Mercedes e BMW stanno presentando modelli 800V che sono inevitabili sia per il mercato interno che per quello asiatico… quindi a breve dovremo per forza vedere il confronto spostarsi su quel nuovo standard dal seg. B in poi (CATL ha messo a disposizione la piattaforma Bedrock per Togg, ma credo sia sempre 400V).
Fra pochi giorni sentiremo Filosa cosa prospetta per i futuri modelli e stabilimenti … di notizie “pesanti” ne stanno già uscendo molte…
Tenendo d’occhio la Cina (che ci fa i “collaudi” coi loro clienti) vedremo presto se arrivano prima sul mercato i modelli 8/900V o le agognate batterie a stato solido, sacro Graal promesso anche dagli americani…e da Donut Lab 😂
Secondo me vedremo anche le segmento c passare al SiC entro 2 anni (nel 2028) e probabilmente al ctp. Queste 2 innovazioni, insieme alle già attuali LFP standard (nemmeno le LMFP) potrebbero portare le segmento B a 20-22k€, wltp 350-360km e ricarica 10-80% in circa 22-23′. Sono tutte tecnologie esistenti, scalate e testate. Il mercato bev è destinato a esplodere.
Oggi ho visto un paio di servizi sulla Mg4 urban. Non siamo molto distanti dai numeri suddetti.