Comment fonctionnent les onduleurs et les convertisseurs dans les véhicules hybrides et électriques

Christine et Scott Gable sont des experts de l'automobile hybride et des carburants alternatifs qui ont brassé leur propre biodiesel et parcouru 125 000 miles avec de l'huile végétale usée.

Dans un véhicule hybride et un autre véhicule électrique (VE), deux éléments clés fonctionnent ensemble pour gérer l'alimentation et recharger les circuits. Voici comment ces composants critiques, l'onduleur et le convertisseur, fonctionnent en tandem.

D'une manière générale, un onduleur est un appareil électrique qui convertit l'électricité dérivée d'une source CC (courant continu) en courant alternatif (courant alternatif) du type qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou un appareil. Dans un système d'alimentation solaire, par exemple, l'énergie stockée par les batteries chargées par des panneaux solaires est convertie en courant alternatif standard par l'onduleur, qui alimente les prises enfichables et d'autres appareils standard de 120 volts.

Un onduleur remplit le même type de fonction dans une voiture hybride ou EV, et la théorie de fonctionnement est relativement simple. Le courant continu, à partir d'une batterie hybride, par exemple, est acheminé vers l'enroulement primaire dans un transformateur à l'intérieur du boîtier de l'onduleur. Grâce à un interrupteur électronique (généralement un ensemble de transistors semi-conducteurs), le sens de circulation du courant est continuellement et régulièrement inversé (la charge électrique se déplace dans l'enroulement primaire, puis s'inverse brusquement et reflue). L'entrée/sortie d'électricité produit un courant alternatif dans le circuit d'enroulement secondaire du transformateur. En fin de compte, cette électricité à courant alternatif induit fournit de l'énergie pour une charge CA, par exemple, le moteur de traction électrique d'un véhicule électrique (EV).

Un redresseur est un appareil similaire à un onduleur, sauf qu'il fait le contraire, convertissant le courant alternatif en courant continu.

Plus correctement appelé convertisseur de tension, cet appareil électrique modifie en fait la tension (CA ou CC) d'une source d'alimentation électrique. Il existe deux types de convertisseurs de tension : les convertisseurs élévateurs (qui augmentent la tension) et les convertisseurs abaisseurs (qui diminuent la tension). L'utilisation la plus courante d'un convertisseur est de prendre une source de tension relativement basse et de l'augmenter à haute tension pour les travaux intensifs dans une charge de consommation d'énergie élevée, mais ils peuvent également être utilisés en sens inverse pour réduire la tension pour une source de charge légère.

Un onduleur/convertisseur est, comme son nom l'indique, une seule unité qui abrite à la fois un onduleur et un convertisseur. Ce sont les dispositifs qui sont utilisés à la fois par les véhicules électriques et hybrides pour gérer leurs systèmes de propulsion électrique. En plus d'un contrôleur de charge intégré, l'onduleur/convertisseur fournit du courant à la batterie pour la recharge pendant le freinage régénératif, et il fournit également de l'électricité au moteur/générateur pour la propulsion du véhicule. Les hybrides et les véhicules électriques utilisent des batteries CC à relativement basse tension (environ 210 volts) pour réduire la taille physique, mais ils utilisent également généralement des moteurs/générateurs CA haute tension très efficaces (environ 650 volts). L'unité onduleur/convertisseur chorégraphie comment ces tensions et types de courant divergents fonctionnent ensemble.

En raison de l'utilisation de transformateurs et de semi-conducteurs (et de la résistance rencontrée qui les accompagne), d'énormes quantités de chaleur sont émises par ces appareils. Un refroidissement et une ventilation adéquats sont primordiaux pour maintenir les composants opérationnels. Pour cette raison, les installations d'inverseur/convertisseur dans les véhicules hybrides ont leurs propres systèmes de refroidissement dédiés, complets avec des pompes et des radiateurs, qui sont entièrement indépendants du système de refroidissement du moteur.

« Intégration solaire : bases des onduleurs et des services de réseau ». Département américain de l'énergie.

« Convertisseurs, onduleurs et commandes ». Centre de technologie automobile avancée.

Chen, Hua et al. "Architecture de groupe motopropulseur automobile électrifiée utilisant des convertisseurs DC-DC composites." IEEE Trans Power Electron, vol. 32, 2017, p. 98-116., doi:10.1109/TPEL.2016.2533347