En colaboración con Porsche y Bosch, un equipo de ingenieros alemanes está diseñando nuevos inversores para vehículos eléctricos que convertirán la energía entre la batería y el motor de forma más eficiente que antes. El proyecto «SiCeffizent» se centra en la refrigeración de semiconductores de carburo de silicio.
El primer aumento de la eficiencia se consigue con semiconductores de carburo de silicio (SiC) en lugar de silicio puro, ya que éstos tienen pérdidas significativamente menores al fluir; los primeros vehículos de producción en serie ya usan semiconductores de SiC. Sin embargo, siguen siendo bastante caros.
Por esta razón, el equipo del Fraunhofer IZM, junto con socios como Bosch y Porsche, intenta usar el menor número posible de transistores. Sin embargo, esto plantea nuevos retos: Dado que estos pocos transistores generan más pérdida de potencia por unidad y se calientan más, deben ser refrigerados especialmente bien. Para mantener el semiconductor más frío con la misma disipación de potencia, los elementos de refrigeración de los inversores se han rediseñado por completo.
El uso de semiconductores SiC con la nueva refrigeración en los variadores no es casualidad: por este componente, entre la batería y el motor, circulan altas corrientes durante la aceleración, la recuperación y la conducción.
Esperamos que, optimizando el tren motriz de esta manera, la autonomía de los coches eléctricos se amplíe en última instancia hasta un 6%.
Eugen Erhardt, responsable de SiCeffizient en Fraunhofer IZM.
Hasta ahora, los transistores de los inversores refrigerados por agua tenían enormes disipadores de calor cuyas varillas de refrigeración sobresalían en el agua de refrigeración y disipaban así el calor. El desarrollo de Fraunhofer usa disipadores de calor impresos en 3D.
Esto ha permitido diseñar los disipadores de calor tan finos que los transistores se asientan sobre una placa metálica de sólo unos milímetros de grosor. Esto acerca los transistores al medio de refrigeración, lo que aumenta el efecto de enfriamiento.
Gracias a su forma, las varillas de refrigeración deberían ser capaces de soportar la presión del agua de refrigeración y las fuerzas que se producen cuando los transistores se hunden en el disipador.
Otra ventaja de la nueva solución de refrigeración: según Fraunhofer-Gesellschaft, las finas placas metálicas pueden compensar las tensiones durante el calentamiento o el enfriamiento deformándose ligeramente. Los diferentes materiales de los módulos de potencia se expanden en diferentes grados cuando se calientan, lo que provoca la fatiga del material, pero esto no debería ser un problema con el nuevo inversor.
En los próximos meses, el nuevo inversor se probará en el socio del proyecto, Bosch. Porsche instalará el dispositivo en un tren motriz de nuevo diseño que está totalmente adaptado a la estructura de SiC.
Todavía nos queda camino por recorrer antes de que el dispositivo esté listo para entrar en producción. En primer lugar, estamos reuniendo todo para crear un prototipo. Después habrá que seguir optimizando los distintos pasos del proceso.
Eugen Erhardt.
Más información: www.fraunhofer.de
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