Terras Raras e Conversão de Energia: Seu Papel nos Sistemas DCDC, DCAC e OBC

Quando falamos sobre o “coração” de um veículo elétrico, os motores de alto desempenho muitas vezes roubam a atenção. No entanto, alimentar um EV requer mais do que apenas um “coração” forte. Uma "rede neural" e um "sistema circulatório" igualmente complexos e críticos funcionam silenciosamente em segundo plano - isto se refere ao sistema eletrônico de potência composto pelo conversor DCDC, carregador integrado (OBC) e inversor (DCAC). Curiosamente, neste campo dominado por semicondutores à base de silício, os elementos de terras muito raras que conferem aos motores as suas propriedades magnéticas excepcionais também desempenham um papel indispensável nos bastidores.

Não se trata dos ímãs em si, mas sim da busca incansável por eficiência, estabilidade e densidade de potência. Em todos os pontos onde a energia elétrica precisa ser convertida com precisão, as características únicas fornecidas pelos materiais de terras raras ajudam os engenheiros a ultrapassar os limites.

​1. Carregador integrado (OBC): um parceiro de carregamento menor e mais rápido

Seu OBC é o dispositivo que converte a corrente alternada (CA) de uma estação de carregamento em corrente contínua (CC) exigida pela bateria. Seus componentes principais são transformadores e indutores de alta frequência. Para aumentar a velocidade de carregamento e reduzir o tamanho da unidade, os engenheiros precisam aumentar continuamente a frequência operacional desses componentes.

Mas frequências mais altas normalmente levam a maiores perdas no núcleo, resultando em geração de calor e redução de eficiência. É aqui que as terras raras entram em jogo. O uso de materiais magnéticos permanentes de terras raras, como Neodímio Ferro Boro (NdFeB) para compensação magnética de polarização, ou o emprego de materiais magnéticos macios de terras raras de alto desempenho, pode suprimir significativamente a saturação magnética em altas frequências e reduzir perdas. Isto significa que um OBC pode atingir uma potência mais elevada num tamanho mais compacto, tornando o carregamento rápido mais eficiente e fiável.

2. Conversor DCDC: o "regulador de tensão" estável e confiável

O conversor DCDC é responsável por reduzir a alta tensão da bateria de tração (por exemplo, 400V ou 800V) para alimentar os sistemas de baixa tensão do veículo (12V/48V), incluindo luzes, infoentretenimento e unidades de controle. Este sistema deve ser extremamente estável e eficiente.

Aqui, a sensibilidade à temperatura dos elementos indutores utilizados no conversor está diretamente relacionada à estabilidade de todo o sistema. Certos projetos de indutores que utilizam ímãs permanentes de Samário Cobalto (SmCo) se beneficiam da excelente estabilidade de temperatura do SmCo (suas propriedades magnéticas mudam muito menos com a temperatura em comparação com outros materiais). Isso permite que eles forneçam valores de indutância extremamente estáveis ​​em uma ampla faixa de temperatura, de -40°C a 150°C. Isso garante que o conversor DCDC possa fornecer uma fonte de alimentação limpa e estável para a rede de baixa tensão, seja no frio congelante ou no calor escaldante, garantindo a segurança absoluta dos sistemas eletrônicos do veículo.

​3. Inversor (DCAC): O Núcleo do Controle Preciso

O inversor é o componente principal que converte a corrente contínua (CC) da bateria em corrente alternada (CA) necessária para acionar o motor. Ele determina diretamente a resposta de torque do motor e a precisão do controle de velocidade. Os limites de desempenho de um inversor são frequentemente limitados pela velocidade de comutação e capacidade de tratamento de corrente dos seus módulos de potência internos (como IGBTs ou SiC MOSFETs).

No caminho para buscar frequências de comutação mais altas e maior corrente, a dissipação de calor é um dos maiores desafios. Embora as terras raras não sejam usadas diretamente em chips semicondutores, em algumas soluções avançadas de gerenciamento térmico, ​materiais de interface térmica ou cerâmicas contendo elementos de terras raras​ são usados ​​em embalagens de módulos de potência e espalhadores de calor devido à sua excelente condutividade térmica. Isso ajuda os componentes principais a dissipar o calor rapidamente, permitindo assim que o inversor sustente a potência de pico.

​Conclusão: Sinergia em nível de sistema

Na PUMBAA entendemos que o trem de força de um veículo elétrico é um sistema altamente integrado. Nossa compreensão de materiais de terras raras vai além da fabricação de poderosos motores de ímã permanente para abranger todo o fluxo e conversão de energia elétrica. Ao compreender e aplicar as vantagens únicas das terras raras nas propriedades magnéticas e térmicas, entre outras, podemos alcançar o seguinte em sistemas DCDC, OBC e DCAC:

​Maior densidade de potência, tornando os componentes mais compactos e leves.

Maior adaptabilidade à temperatura, melhorando o desempenho em todos os climas.

​Eficiência elétrica superior, ampliando, em última análise, a autonomia de condução.

Não se trata apenas de selecionar os melhores materiais; trata-se de como esses materiais trabalham juntos sinergicamente dentro de um sistema completo para alcançar um efeito "1+1>2".

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