Durante las fases de aceleración, frenada y conducción a grandes velocidades (situaciones en las que tenemos un flujo de corriente yendo y viniendo entre la batería, el inversor y el motor), la mayor parte de las pérdidas ocurren en el inversor. Estas pérdidas son pérdidas térmicas generadas por los transistores empleados en el inversor.
El argumento estrella en contra de los vehículos es su autonomía limitada, aunque este argumento pronto desaparecerá. Si queremos aumentar la autonomía de nuestro vehículo de combustión, un tanque de combustible más grande nos dará la solución más sencilla. Sin embargo, en un eléctrico aumentar la batería no siempre es conveniente, debido a problemas de espacio en el chasis o a una excesiva tara del vehículo.
Aumentar la eficiencia del tren de propulsión puede añadir unos cuantos kilómetros de autonomía, y eso se consigue gracias a una electrónica mejorada. Expertos en el Instituto de Fiabilidad y Microintegración IZM de Fraunhofer, en Berlín, lo tienen claro: en el inversor está la clave. El inversor es el dispositivo encargado de transformar la corriente continua -DC- (entregada o recibida por la batería) en corriente alterna -AC- (recibida y entregada por el motor). Cabe destacar que nuestro tren de propulsión contará con un inversor siempre y cuando nuestro motor funcione con corriente alterna, como los motores de inducción.
Los científicos e investigadores del instituto Fraunhofer están desarrollando un nuevo tipo de semiconductor basado en carburo de silicio (SiC, por sus siglas en inglés), que se usará para fabricar transistores.
Las pérdidas son mucho más bajas cuando el calor circula a través de ellos. La desventaja es que estos semiconductores son muy caros, por lo que debemos usar los menos posibles. Sin embargo, si usamos pocos se calentarán mucho y tendremos que refrigerarlos realmente bien, afirman desde el instituto.
«Esperamos que los coches eléctricos tengan hasta un 6% más de autonomía gracias a esta optimización en el tren de propulsión», dice Eugen Erhardt, responsable de SiCeffizient en el instituto de Fraunhofer.
Los inversores empleados en los coches eléctricos están refrigerados por líquido, mediante un sistema de aletas que transmiten el calor al fluido. Los disipadores de calor para los transistores SiC están impresos en 3D y son de un espesor muy reducido. El transistor se coloca sobre una placa metálica, también muy fina, lo que mejora la refrigeración, ya que se encuentran prácticamente en contacto con el refrigerante. «La estructura es tan estable que es capaz de disipar calor y soportar la presión del agua simultáneamente».
Los diferentes materiales empleados en la fabricación de los módulos de potencia tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica, lo que provoca que cada uno se deforme de una manera diferente. Esto genera fatiga, que con el tiempo podría provocar un fallo en el inversor. Sin embargo, el propio sistema de refrigeración podría absorber este estrés térmico
Los nuevos inversores serán probados en los meses venideros por el socio colaborador Bosch. Porsche los instalará en un tren de propulsión completamente rediseñado y adaptado para las estructuras SiC. «Después de esto, cada etapa en el proceso deberá ser optimizada», dijo Eugen.
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Fuente | Innovation Origins
