Proyecto Fraunhofer SiCeffizient para aumentar la autonomía de los VE
Junto con Porsche y Bosch, un equipo de Fraunhofer está desarrollando nuevos inversores para coches 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 debe a los semiconductores fabricados con 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 utilizan semiconductores SiC. Sin embargo, éstos siguen siendo bastante caros.
Por esta razón, el equipo del Fraunhofer IZM, junto con socios industriales como Bosch y Porsche, considera sensato utilizar el menor número posible de transistores. Sin embargo, esto plantea nuevos retos: Dado que estos pocos transistores generarían más pérdida de potencia por unidad y se calentarían más, deben refrigerarse especialmente bien. Para mantener el semiconductor más frío con la misma potencia disipada, se han rediseñado por completo los elementos de refrigeración de los inversores.
Los semiconductores de SiC con la nueva refrigeración se utilizan en los inversores no es casualidad: por este componente entre la batería y el motor circulan corrientes elevadas durante la aceleración, la recuperación y la conducción rápida. "Esperamos que optimizando el tren motriz de esta forma, la autonomía de los coches eléctricos se amplíe en última instancia hasta un 6%", afirma Eugen Erhardt, responsable de SiCeffizient en Fraunhofer IZM.
Hasta ahora, los transistores de los inversores refrigerados por agua disponían de enormes disipadores térmicos cuyas varillas o aletas de refrigeración sobresalían en el agua de refrigeración y disipaban así el calor. El desarrollo de Fraunhofer utiliza ahora disipadores de calor de la impresora 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 refrigerante. Gracias a su forma, las aletas de refrigeración deberían poder soportar la presión del agua de refrigeración y las fuerzas que se producen cuando los transistores se sinterizan sobre el disipador de calor.
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 distintos materiales de los módulos de potencia se dilatan en distinto grado 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 Bosch, socio del proyecto. Porsche instalará el dispositivo en una transmisión de nuevo diseño totalmente adaptada a la estructura SiC. "Aún nos queda camino por recorrer antes de que el dispositivo esté listo para entrar en producción", afirma Eugen Erhardt. "En primer lugar, estamos reuniéndolo todo para crear un prototipo. Después habrá que seguir optimizando los distintos pasos del proceso".
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