200 kVA/L逆天功率密度！稳定输出600kW！这款逆变器是怎么做到的？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近，德国弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所（Fraunhofer IZM）联合保时捷、博世开发出一种新型的“Dauerpower”逆变器，旨在解决长时间高功率输出的问题。

来源：Fraunhofer IZM

据介绍，Dauerpower逆变器可以提供可持续输出的强大动力，在长时间运行时可以保持约600kW的稳定输出，而在短时间爆发模式下甚至可以输出高达720kW的功率。

为了实现超高功率的输出，Dauerpower逆变器采用了全新的碳化硅技术。

另外因为逆变器的作用是将电池输出的直流电转变为汽车驱动电机的三相交流电，逆变器输出功率越高，电流就越大。根据焦耳定律，Q=I²Rt，逆变器在大功率输出的情况下，系统中产生的热量成指数级上升，导致难以维持长时间的高功率运行。所以在Dauerpower逆变器中，还采用了创新的冷却系统。

在功率模块方面，Dauerpower逆变器基于SiC MOSFET模块，集成48个SiC MOSFET，实现了1.1nH的低电感。为了提高系统的功率密度，采用了基于PolyCharge公司的NanoLam直流母线电容器，整体逆变器体积仅3L，输出密度高达200 kVA/L。

值得关注的是，为了提高系统的转换效率，该逆变器采用了PCB嵌入功率模块的技术。功率模块嵌入PCB技术让逆变器供电导体和回流导体布置得更加紧密，从而降低漏电感。模块的漏电感降低后，可以实现更快的开关转换，进而意味着半导体中的损耗会更低。

Fraunhofer IZM表示该技术也已准备好应用于经济高效的量产流程。

在散热系统上，为了确保功率电子元件在满负荷状态下依然可靠运行，设计团队开发了一套基于两个核心要素的冷却系统：首先是采用3D打印技术制造的冷却元件，Dauerpower逆变器上选择了铜作为材料，因为相较于铝合金，铜具有更好的热导率，能够让热量更快消散。同时关键部件通过银烧结直接安装在冷却系统上，进一步优化了热集成效果。

热量最终通过水冷系统排出，这是整个冷却系统的第二部分。该水冷系统采用铝材3D打印而成，水流经平行冷却通道设计，优化了系统内的压力分布。系统以每分钟10升的流速运行，但仅损失150毫巴的压力，充分证明了冷却技术的高效性。即使连续运行15分钟后，外壳与冷却液之间的温差仍低于20开尔文（K），而冷却输出端测得的最大温升仅为41开尔文。凭借先进的冷却技术，即使在高负载工况下，逆变器始终能保持最佳工作温度。

对于逆变器而言，软件控制能力同样是保障输出效率和性能的关键。Dauerpower逆变器的各个模块通过Fraunhofer IZM专门为该项目开发的独特软件进行精确协调。

这种智能模块设计让系统在功率密度方面达到了前所未有的高度：200 kVA/L的体积功率密度是目前电动汽车的2-4倍。即便与现今高端车型相比，其输出密度也高出三分之一。这意味着未来的高性能电动汽车中逆变器的尺寸将会变得更小，同时输出更大的功率。

值得一提的是，Dauerpower设计还采用了模块化的理念，各组件易于维护和更换，既节省资源又延长了车辆使用寿命。