الأتربة النادرة وتحويل الطاقة: دورها في أنظمة DCDC وDCAC وOBC

عندما نتحدث عن "قلب" السيارة الكهربائية، غالبًا ما تسرق المحركات عالية الأداء الأضواء. ومع ذلك، فإن تشغيل السيارة الكهربائية يتطلب أكثر من مجرد "قلب" قوي. تعمل "الشبكة العصبية" و"نظام الدورة الدموية" بنفس القدر من التعقيد والأهمية بصمت في الخلفية - يشير هذا إلى نظام إلكترونيات الطاقة الذي يتكون من محول DCDC، والشاحن الموجود على متن الطائرة (OBC)، والعاكس (DCAC). ومن المثير للاهتمام أنه في هذا المجال الذي تهيمن عليه أشباه الموصلات القائمة على السيليكون، فإن العناصر الأرضية النادرة جدًا التي تمنح المحركات خصائصها المغناطيسية الاستثنائية تلعب أيضًا دورًا لا غنى عنه خلف الكواليس.

لا يتعلق الأمر بالمغناطيس نفسه، بل يتعلق بالسعي الدؤوب لتحقيق الكفاءة والاستقرار وكثافة الطاقة. في كل نقطة تحتاج فيها الطاقة الكهربائية إلى تحويل دقيق، فإن الخصائص الفريدة التي توفرها المواد الأرضية النادرة تساعد المهندسين على تجاوز الحدود.

​1. الشاحن المدمج (OBC): شريك شحن أصغر وأسرع

OBC الخاص بك هو الجهاز الذي يحول التيار المتردد (AC) من محطة الشحن إلى التيار المباشر (DC) الذي تتطلبه البطارية. مكوناته الأساسية هي المحولات والمحاثات عالية التردد. ولزيادة سرعة الشحن وتقليل حجم الوحدة، يحتاج المهندسون إلى زيادة تردد تشغيل هذه المكونات بشكل مستمر.

لكن الترددات الأعلى تؤدي عادة إلى خسائر أكبر في النواة، مما يؤدي إلى توليد الحرارة وانخفاض الكفاءة. هذا هو المكان الذي تلعب فيه العناصر الأرضية النادرة. إن استخدام مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة مثل النيوديميوم الحديد البورون (NdFeB)​​ للتعويض المغناطيسي المتحيز، أو استخدام مواد مغناطيسية ناعمة أرضية نادرة عالية الأداء، يمكن أن يثبط بشكل كبير التشبع المغناطيسي عند الترددات العالية ويقلل الخسائر. وهذا يعني أن OBC يمكنه تحقيق تصنيف طاقة أعلى بحجم أصغر، مما يجعل الشحن السريع أكثر كفاءة وموثوقية.

2. محول DCDC: "منظم الجهد" المستقر والموثوق

يعد محول DCDC مسؤولاً عن خفض الجهد العالي من مجموعة بطارية الجر (على سبيل المثال، 400 فولت أو 800 فولت) لتشغيل أنظمة الجهد المنخفض في السيارة (12 فولت/48 فولت)، بما في ذلك الأضواء ونظام المعلومات والترفيه ووحدات التحكم. يجب أن يكون هذا النظام مستقرًا وفعالًا للغاية.

هنا، ترتبط حساسية درجة الحرارة لعناصر الحث المستخدمة في المحول ارتباطًا مباشرًا باستقرار النظام بأكمله. تستفيد بعض تصميمات المحثات التي تستخدم المغناطيس الدائم من كوبالت السماريوم (SmCo) من ثبات SmCo الممتاز في درجة الحرارة (تتغير خصائصه المغناطيسية بدرجة أقل بكثير مع درجة الحرارة مقارنة بالمواد الأخرى). وهذا يسمح لهم بتوفير قيم حث مستقرة للغاية عبر نطاق واسع من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية. وهذا يضمن أن محول DCDC يمكنه توفير مصدر طاقة نظيف ومستقر لشبكة الجهد المنخفض، سواء في البرد القارس أو الحرارة الحارقة، مما يضمن السلامة المطلقة للأنظمة الإلكترونية للمركبة.

​3. العاكس (DCAC): جوهر التحكم الدقيق

العاكس هو المكون الرئيسي الذي يحول التيار المباشر للبطارية (DC) إلى التيار المتردد (AC) اللازم لقيادة المحرك. إنه يحدد بشكل مباشر استجابة عزم دوران المحرك ودقة التحكم في السرعة. غالبًا ما تكون حدود أداء العاكس مقيدة بسرعة التبديل وقدرة المعالجة الحالية لوحدات الطاقة الداخلية الخاصة به (مثل IGBTs أو SiC MOSFETs).

في الطريق نحو تحقيق ترددات تحويل أعلى وتيار أكبر، يعد تبديد الحرارة أحد أكبر التحديات. على الرغم من عدم استخدام العناصر الأرضية النادرة بشكل مباشر في رقائق أشباه الموصلات، إلا أنه في بعض حلول الإدارة الحرارية المتقدمة، تُستخدم مواد الواجهة الحرارية أو السيراميك التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة في تعبئة وحدات الطاقة وموزعات الحرارة نظرًا للتوصيل الحراري الممتاز. وهذا يساعد المكونات الأساسية على تبديد الحرارة بسرعة، مما يسمح للعاكس بالحفاظ على ذروة إنتاج الطاقة.

​الخلاصة: التآزر على مستوى النظام

في PUMBAA، ندرك أن مجموعة نقل الحركة في السيارة الكهربائية عبارة عن نظام متكامل للغاية. إن فهمنا للمواد الأرضية النادرة يمتد إلى ما هو أبعد من تصنيع محركات مغناطيسية دائمة قوية ليشمل التدفق الكامل وتحويل الطاقة الكهربائية. من خلال فهم وتطبيق المزايا الفريدة للأتربة النادرة في الخصائص المغناطيسية والحرارية، من بين أمور أخرى، يمكننا تحقيق ما يلي في أنظمة DCDC، وOBC، وDCAC:

كثافة طاقة أعلى، مما يجعل المكونات أكثر إحكاما وخفيفة الوزن.

قدرة أوسع على التكيف مع درجات الحرارة، مما يعزز الأداء في جميع المناخات.

​كفاءة كهربائية فائقة، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى توسيع نطاق القيادة.

لا يقتصر الأمر على اختيار أفضل المواد فحسب؛ يتعلق الأمر بكيفية عمل هذه المواد معًا بشكل تآزري ضمن نظام كامل لتحقيق تأثير "1+1>2".

هل ترغب في الحصول على فهم أعمق لكيفية دمج علم المواد مع تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة؟ تفضل بزيارة موقعنا الرسمي لاستكشاف حلول PUMBAA الكاملة في مجال نظام القيادة الإلكترونية

www.pumbaaev.com