Att en elbil har batterier och elmotor vet alla. Till och med att den har en laddare känner många till. En ganska okänd komponent i elbilar är dock växelriktaren (inverter på engelska).
Batterierna i en elbil lämnar ifrån sig likström. Motorn behöver växelström för att börja snurra. Mittemellan de två sitter växelriktaren som omvandlar batteriernas likström till växelström.
Artikeln om elmotorn berättar hur den måste matas med växelström för att snurra, och växelströmmens frekvens bestämmer motorns varvtal. För att accelerera måste alltså elmotorn matas med först låg, sedan ökande frekvens. Hur snabbt frekvensen ökas styr hur snabb bilen accelererar – inte elmotorn i sig!
Mjukvaran styr bilens karaktär
Det är mjukvaran i växelriktaren som avgör om en elbil upplevs som pigg eller slö. Likaså är det växelriktaren som sänker frekvensen när man släpper gaspedalen och avgör därmed bilens motorbromsegenskaper.
Naturligtvis kan en växelriktare inte göra mirakel. Är elmotorn för klen spelar det ingen roll hur mycket ström man brassar på och hur snabbt frekvenserna ökas, bilen blir ingen kanonkula för det. Om frekvensen ökas snabbare än motorn orkar med börjar den ”slira”, tappar fart och ork precis när man som minst önskar sig det.
Det enda som ändras när man växlar mellan vanlig körning och Eco-läget i en elbil, eller justerar graden av regenerativ motorbroms, är mjukvaran i växelriktaren. Det är mer mjukvaran i växelriktaren än lindningarna i elmotorn som bestämmer hur en elbils ”motor” upplevs. Elbilstillverkare lägger därför ofta mer arbete på mjukvaran i växelriktaren än själva elmotorn.
Kylning extremt viktigt
Växelriktaren är inte mycket att titta på. Några stora feta transistorer på ett kretskort. Det är inga vanliga transistorer dock utan dyra så kallade IGBT-transistorer som tål mångdubbelt mer ström. Sådana kan kosta flera hundra eller tusen kronor styck. De ska tåla hela motoreffekten, det är strömmar motsvarande uppåt hundra hästkrafter som passerar genom dem. Därför blir transistorerna väldigt varma.
Precis som för elmotorn gäller det att transistorerna tål mycket – om de kyls ordentligt. Många elbilar har därför vattenkylda växelriktare för att kunna använda lite billigare transistorer men ändå tåla all ström som levereras till elmotorn.
När du bromsar kan det vara växelriktaren som bromsar – inte bromsarna
Mjukvaran som styr växelriktaren har massor av styrsignaler den ska behandla. Trampar föraren på gaspedalen ska strömmens frekvens ökas så att elmotorn börjar snurra snabbare. Lättar föraren på gasen ska frekvensen och motorn saktas ned. Även om föraren trycker på bromspedalen ”fuskar” många elbilar och använder motorn och växelriktaren som broms, istället för att använda bromsarna.
När du bromsar bilen börjar växelriktaren jobba ”baklänges”: den minskar på strömmens frekvens till elmotorn, som då blir en generator och börjar generera växelström själv. Växelriktaren tar emot den strömmen och omvandlar tillbaka den till likström som laddar batterierna. När du motorbromsar elbilen matas bromsenergin tillbaka in i batterierna. Det kallas regenerativ broms.
Smart ”antispinnsystem”
Förutom gas- och bromspedalerna styrs växelriktaren även av många andra signaler. Om till exempel hjulen börjar spinna loss är det växelriktaren som får reda på det och blixtsnabbt minskar motorns varvtal. I bensinbilar används separata antispinnsystem eftersom bensinmotorns varvtal inte kan ändras lika snabbt.
Även viss ABS-funktionalitet sitter i växelriktaren: när föraren bromsar och bilen använder elmotorn till att regenerativt bromsa farten (och ladda batterierna) kan mjukvaran tillfälligt snabba upp elmotorn igen om den märker att hjulen låser sig. Elbilar har dock även traditionella ABS-system som styr bromsarna för att kompensera skillnader mellan hjulparen.
Många kompromisser
Kretskorten och komponenterna i moderna elbilars växelriktare designas av biltillverkarnas ingenjörer genom många kompromisser. Lågt pris kontra hög effekt. Avancerade kylsystem kontra dyrare transistorer. Många designkriterier som ska uppnås. Men mjukvaran till växelriktaren är nästan ännu svårare att få till perfekt: den ska styra elmotorn korrekt i alla upptänkliga situationer.
I en del elbilar som finns i flera utföranden är det just växelriktaren som skiljer sig mellan modellerna – trots att modellerna har likadana elmotorer.
Mer i Elbilsskolan
Del 1: Laddaren
Del 2: Batterierna
Del 3: Växelriktaren
Del 4: Motorn