Fraunhofer IZM permite la carga bidireccional con un cargador a bordo
El Fraunhofer IZM ha abordado la cuestión de un cargador de a bordo que pueda utilizarse con corriente alterna en casa para cargar rápidamente. El instituto de investigación alemán ha desarrollado un cargador de a bordo que reduce el volumen de este tipo de dispositivos a tres litros, reduciendo a la mitad el volumen en comparación con los cargadores convencionales, pero duplicando la potencia de carga de 11 a 22 kW.
El módulo es compatible con baterías de 400 y 800 voltios y tiene una eficiencia superior al 97%. La nueva tecnología de carga no sólo puede cargar la batería del coche con la energía de la red eléctrica o la doméstica, sino que también puede utilizar la batería del coche para contribuir en el otro sentido (de ahí el término, carga bidireccional) a la red doméstica y/o a la red eléctrica con una carga bidireccional denominada de vehículo a red (V2G).
Para allanar el camino a este nuevo cargador de a bordo, se desarrollaron varios componentes en Fraunhofer IZM y se combinaron en un espacio reducido. Uno de estos componentes es un convertidor de amplitud senoidal (SAC), un transformador resonante de alta frecuencia que garantiza inicialmente el aislamiento galvánico de la batería del vehículo respecto a la red de suministro. Sin embargo, el avance real del SAC es posible gracias a los semiconductores de nitruro de galio (GaN) utilizados, unos novedosos y potentes semiconductores con una amplia banda prohibida, más conocidos como semiconductores de banda prohibida ancha. Permiten encender y apagar el transformador a una frecuencia de reloj de 1,3 MHz, es decir, 1,3 millones de veces por segundo. Oleg Zeiter, de Fraunhofer IZM, que desempeñó un papel destacado en el desarrollo del OBC, explica: "Estas altas frecuencias nos permiten replantearnos totalmente el diseño del módulo".
Otro componente central en un OBC es el llamado convertidor de corrección del factor de potencia (PFC). Forma la interfaz con la red de alimentación y estabiliza la tensión alterna en el lado de entrada de forma sinusoidal a -según la red- 50 ó 60 Hz. Esto requiere choques, un componente muy voluminoso en los cargadores a bordo anteriores, cuya fabricación es también muy costosa.
Fraunhofer IZM ha desarrollado ahora una reactancia PFC plana basada en una placa de circuito impreso, con cuatro bobinados acoplados magnéticamente sobre un núcleo de ferrita común. Esto tiene la gran ventaja de producirse de forma rentable y ahorra mucho espacio. Aunque el diseño planar con placa de circuito impreso sólo permite inductancias más bajas, éstas no son obstáculo para el PFC, que está construido con interruptores de SiC y sincronizado a 140 kHz. "Como sólo conectamos la corriente durante un brevísimo instante de tiempo, nunca alcanza un amperaje elevado, ni siquiera con una inductividad baja, y todo gracias a la rápida conmutación", afirma Oleg Zeiter.
Gracias a estas técnicas de montaje y conexión, Fraunhofer IZM pudo desarrollar finalmente el nuevo cargador de a bordo. "En principio, ahora sólo necesitamos una placa de circuito impreso de gran tamaño. Gracias a nuestras soluciones de embalaje, todo lo demás sólo tiene que ser aplicado a esta placa de circuito impreso por la máquina", afirma Oleg Zeiter. De este modo, los costes de fabricación pueden reducirse considerablemente.
Cualquiera que esté interesado en ver el nuevo cargador de a bordo podrá hacerlo en el stand de Fraunhofer IZM (pabellón 5, stand 300) en Núremberg, Alemania, del 11 al 13 de junio de 2024. El dispositivo se presentará allí al público en PCIM Europe, una feria internacional de electrónica de potencia.
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