Nouveau condensateur pour réduire la taille et réduire le coût des entraînements électriques

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En tant que chercheur en électronique de puissance, Shajjad Chowdhury se concentre sur le dépassement de capacité. Dans un espace de laboratoire au Centre national de recherche sur les transports du ministère de l'Énergie au Laboratoire national d'Oak Ridge, il développe un nouveau composant de condensateur et d'onduleur qui réduira la taille et le coût des unités d'entraînement électriques. Il y voit une étape potentielle pour accroître l'adoption des véhicules électriques aux États-Unis.

"Le condensateur (qui stocke l'énergie électrique) dans un onduleur (le circuit qui fournit la tension) est généralement grand et limite la densité de puissance. Un petit condensateur à haute densité d'énergie est nécessaire. Si nous pouvons en construire un qui prend moins de place dans le véhicule, mais augmente la densité d'énergie et améliore les performances, c'est ce que nous cherchons à accomplir ", a déclaré Chowdhury.

La recherche sur les condensateurs de Chowdhury fait partie d'un projet plus vaste qu'il dirige pour le bureau des technologies des véhicules du DOE, qui se concentre sur le développement d'un système d'entraînement intégré pour obtenir un entraînement électrique à haute densité de puissance. Chowdhury est chargé d'identifier, d'évaluer et d'intégrer les technologies de condensateurs. En cas de succès, cette recherche sera essentielle pour atteindre l'objectif technique du DOE pour les véhicules électriques légers, qui est d'atteindre une densité de puissance nécessaire de 33 kilowatts litres pour un système de traction de 100 kilowatts d'ici 2025.

"La traction électrique du véhicule est le principal utilisateur d'énergie stockée", a déclaré Chowdhury. "Le système d'entraînement doit fonctionner avec un rendement élevé pour maximiser l'autonomie du véhicule pour la capacité de la batterie."

Chowdhury a déclaré que les futurs véhicules électriques auront besoin d'un système de traction haute performance et à haute densité de puissance pour étendre l'autonomie des véhicules électriques et accroître l'adoption sur le marché.

"Si nous voulons plus de véhicules électriques sur les routes, nous devons également réduire le coût des véhicules", a-t-il ajouté. "Une chose qui aidera à réduire les coûts est la miniaturisation de l'ensemble du système de train électrique ; il s'agit de rendre le système interne plus compact mais plus efficace dans l'ensemble."

Chowdhury a été choisi pour travailler aux côtés de chercheurs seniors et pour guider une initiative critique du DOE parce que ses réalisations ont conduit à des brevets, à de multiples publications dans des revues et à l'attention nationale et internationale de la communauté de recherche en électronique de puissance.

"J'ai travaillé avec des scientifiques pour développer de nouveaux matériaux capables de réduire le volume des composants des véhicules électriques, en examinant les matériaux diélectriques à base de composites", a-t-il déclaré. "L'une des choses dont je suis le plus fier, c'est qu'un jour j'ai reçu une demande d'un scientifique estimé et lauréat du prix Nobel qui a lu l'un de mes articles et voulait parler des matériaux émergents pour l'électronique de puissance et les entraînements de traction de nouvelle génération."

Chowdhury a déclaré que c'est ce type de reconnaissance qui, bien qu'inattendu, a été encourageant au fur et à mesure que ses recherches progressent.

"C'était un gros problème d'obtenir le financement nécessaire pour explorer ces nouveaux matériaux et de nouvelles façons de penser au fonctionnement d'un condensateur ou d'un entraînement électrique", a-t-il déclaré. "Lorsque votre rôle consiste à développer et à construire quelque chose, à le tester, puis à définir une ligne directrice sur la façon dont les autres peuvent le produire en masse pour le commercialiser, c'est beaucoup de responsabilité et de pression. Obtenir ce type de validation vous permet de rester motivé."

La capacité de Chowdhury à créer et à innover en tant qu'ingénieur électricien est née d'une aptitude artistique. Ayant grandi à Dhaka, la capitale du Bangladesh, en tant que fils d'ingénieur, Chowdhury avait l'intention de suivre une voie similaire. Cependant, les examens scolaires l'ont presque orienté dans une direction différente.

"À l'école là-bas, vous passez des examens pour déterminer votre cheminement d'études, et mes résultats aux examens me placent dans le domaine des arts, pas des sciences", a-t-il déclaré. "J'étais vraiment bouleversé; j'ai dû passer un examen supplémentaire pour me placer dans le programme de sciences." Chowdhury a déclaré qu'il était bon dans les deux matières, mais qu'un score était légèrement supérieur à l'autre.

"L'expérience des tests scolaires a été un moment qui a changé ma vie", a-t-il déclaré. "J'ai dû me battre pour avoir l'opportunité d'étudier les sciences. Si je n'avais pas fait cela, ma vie aurait été une autre histoire."

Chowdhury a ensuite étudié l'ingénierie électrique et électronique en tant que premier cycle à l'American International University au Bangladesh, où il a obtenu son diplôme en 2009. De là, il a choisi l'Université John Moores de Liverpool au Royaume-Uni pour ses études supérieures, obtenant un diplôme en ingénierie de puissance et de contrôle. En 2016, Chowdhury a obtenu son doctorat en génie électrique et électronique de l'Université de Nottingham au Royaume-Uni.

Alors qu'il a continué à travailler à Nottingham après l'obtention de son diplôme en tant que chercheur spécialisé dans l'électronique de puissance et les entraînements électriques, il a gardé un œil sur les opportunités de faire des recherches similaires dans un laboratoire, le type d'environnement dont Chowdhury a dit qu'il avait besoin pour soutenir les tests de ses nouveaux concepts.

"J'étais au courant du laboratoire national d'Oak Ridge et de ses recherches sur la recharge sans fil par l'intermédiaire de mon beau-père, qui travaillait aux États-Unis en tant qu'architecte", a-t-il déclaré. "Ensuite, un ami de Nottingham, que j'ai vu lors d'une conférence, travaillait à Oak Ridge dans le même domaine que je voulais rejoindre. Il m'a dit qu'il y avait un poste vacant dans son équipe, alors j'ai rapidement postulé, et en 2018 je suis devenu chercheur en entraînements électriques ici. Tout s'est rapidement mis en place."

Depuis lors, Chowdhury a déclaré que le laboratoire a fourni la bonne structure et les bonnes ressources pour atteindre ses objectifs de recherche. Bien qu'il se concentre principalement sur le transport terrestre, Chowdhury tourne également son attention vers le ciel.

"Je regarde ensuite l'électrification des avions. J'ai travaillé sur l'électrification des avions lorsque je faisais partie d'une équipe de recherche aérospatiale à Nottingham", a-t-il déclaré. "Ce sera un défi car les risques sont grands ; la sécurité est essentielle. Les récompenses sont également importantes, car si nous pouvons électrifier les avions, nous réduisons davantage les émissions de carbone dans le monde entier. C'est quelque chose auquel je me consacre vraiment, car j'ai une génération future qui m'inquiète, et cela inclut ma fille. Ma recherche ici peut avoir un impact mondial, atteignant même ma famille au Bangladesh."

UT-Battelle gère l'ORNL pour le Bureau des sciences du Département de l'énergie, le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis. L'Office of Science s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, veuillez visiter energy.gov/science.

Avec l'aimable autorisation du Laboratoire national d'Oak Ridge.

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