Новая силовая установка на основе карбида кремния будет обеспечивать в четыре раза большую мощность и в четверть размера своих предшественников.
Новая конструкция инвертора на основе карбида кремния (SiC), разработанная исследователями силовой электроники NREL, обеспечит наземным боевым машинам США на 200 процентов больший радиус действия, что на четверть меньше, чем у предыдущей технологии. Изображение сделано штабным сержантом армии США. Истинный Тао
Можно подумать, что для проектирования автомобилей будущего необходим основательный пересмотр всей системы. Но иногда изобретение одного компонента может привести к трансформационным результатам.
Для преобразования наземных боевых машин США была выбрана Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), которая разработала важнейший компонент: тяговый инвертор, который контролирует поток электричества между аккумулятором, двигателем и трансмиссией. Новая силовая установка на основе карбида кремния (SiC) удвоит линейку армейских машин, занимая площадь в четыре раза меньше, чем у ее предшественников.
Трехлетний проект стоимостью 6 миллионов долларов был полностью профинансирован Фонд повышения оперативного энергетического потенциала (OECIF), который руководит инновациями в области энергетики для Министерства обороны США. Его возглавит Командование развития боевых возможностей армии СШАизвестный как DEVCOM, с исследователями из NREL и Армейская исследовательская лаборатория (ARL) предоставляет техническую экспертизу.
NREL будет использовать свой комплексный конвейер для проектирования, производства, упаковки и оценки прототипов силовой электроники для разработки и демонстрации PICHOT. Изображение Вернера Слокума, NREL
Исследователи силовой электроники NREL, считающиеся мировыми лидерами в своей области, возглавят разработку инвертора на основе SiC под названием PICHOT (произносится как «пи-ко»): инвертор Это компактный масштаба и работает на высокая рабочая температура. PICHOT находится на пути к тому, чтобы предложить на 200% больше автономности наземным боевым машинам армии США.
Инвертор будет спроектирован, изготовлен и охарактеризован собственными силами в NREL, а затем пройдет оценку в испытательных лабораториях Центра систем наземных транспортных средств армии США. Его модульная конструкция позволит интегрировать его во многие гибридно-электрические наземные боевые машины, от легких и средних колесных машин до боевых танков «Абрамс» и «Страйкер». Полупроводники на основе карбида кремния и новое управление температурным режимом дадут ему непревзойденную удельную мощность, что позволит транспортным средствам путешествовать дальше с меньшим количеством топлива.
«Любая инновация, которую мы включим в PICHOT, станет достижением», — сказал Брайан Миллер, инженер энергетических систем Центра энергетической безопасности и устойчивости NREL, который будет помогать руководить проектом PICHOT. «Мы добавляем шесть».
Проще говоря, PICHOT представляет собой новый рубеж для силовой электроники и наземных боевых машин.
Новое изобретение силовой электроники двигательных установок
Чтобы создать PICHOT, силовая электроника NREL заново изобретает почти каждый аспект традиционных инверторов.
Сначала исследователи изучили основной тяговый инвертор, который в настоящее время используется наземными боевыми машинами армии США: Инвертор Зевс 200 киловаттсозданный DEVCOM для приложений с высокой мощностью. Затем, основываясь на передовых исследованиях NREL в области управления температурным режимом силовой электроники, они определили, как много можно удалить из предыдущих технологий, от охлаждающего оборудования до разъемов.
Исследователи NREL применят свой опыт в исследованиях терморегулирования силовой электроники для тщательной проверки инновационной системы охлаждения PICHOT. Изображение Денниса Шредера, NREL
Поскольку тяговые инверторы обычно устанавливаются рядом с другими тепловыделяющими элементами боевой машины, они должны выдерживать высокие рабочие температуры и температуры окружающей среды. Обычно для этого требуется, чтобы они были оснащены громоздкими системами охлаждения, такими как охлаждающие пластины или резервуары с охлаждающей жидкостью.
PICHOT не потребует ни одного из этих тяжелых решений по охлаждению. Вместо этого он будет подключен к существующей системе охлаждения двигателя, что исключит необходимость в дополнительных контурах охлаждающей жидкости. В свою очередь, в отличие от обычных инверторных систем на основе кремния, которые практически теряют мощность при воздействии рабочей среды выше 70°C, PICHOT сможет работать на полной мощности при температуре 105°C.
Используя опыт NREL в области силовой электроники, PICHOT сможет производить те же 200 киловатт энергии, что и его предшественник Zeus, но при этом в четверть меньшего размера, достаточно маленького, чтобы поместиться в коробку из-под обуви. И хотя большинству инверторов для связи требуется множество электрических проводов, основной связью PICHOT будет специальная беспроводная система с дистанционным управлением и мониторингом, обеспечивающая надежную безопасность данных. Он даже будет оснащен «интеллектуальным» функционалом, который позволит ему следить за собственным состоянием здоровья: иными словами, прогнозировать выход из строя компонента до того, как он произойдет.
Самое главное, что PICHOT сэкономит 53 процента топлива по сравнению с существующими технологиями, а это означает, что армейские машины смогут оставаться в полевых условиях почти в два раза дольше, прежде чем потребуется дозаправка. В сочетании с бесшумной работой благодаря гибридному электродвигателю и защите от электромагнитных помех наземные боевые машины армии США станут более безопасными, долговечными и боеспособными, чем когда-либо прежде.
«NREL является домом для высококвалифицированной исследовательской группы в области управления температурным режимом», — сказал Фейсал Хан, главный исследователь силовой электроники в Центре интегрированных наук о мобильности NREL, который будет выступать в качестве главного исследователя проекта. «Учитывая сложность этого проекта – разработка тягового инвертора с высокой удельной мощностью, строгим регулированием температуры и способностью работать в экстремальных условиях – мы хорошо подготовлены для выполнения этой сложной работы.
Двигаясь вперед
PICHOT потребуется три года на проектирование, производство и оценку. В течение первого года исследователи NREL построят компьютерную модель инвертора и смоделируют его работу в реальном мире, гарантируя, что он будет работать так, как задумано. Затем они построят его, используя комплексный конвейер производства прототипов лаборатории, и продемонстрируют его эффективность по сравнению со стандартными машинами других истребителей.
Наконец, планы будут доступны производителям на предстоящем Дне промышленности. Окончательная конструкция будет производиться в больших масштабах и потенциально может быть использована в нескольких типах наземных боевых машин армии США.
И пока армия готовится реализовать климатические стратегии В соответствии с переходом страны на автомобили с низким уровнем выбросов, он обнаружит, что новые решения, основанные на чистой энергии, обеспечат большую мощность, надежность и долговечность, чем когда-либо прежде.
Узнайте больше об исследованиях NREL в области устойчивого транспорта и мобильности, а также об их особом фокусе на передовой силовой электронике и электрических машинах. И подпишитесь на ежеквартальный информационный бюллетень исследований в области транспорта и мобильности NREL. Устойчивая мобильность важначтобы быть в курсе последних новостей.
