Híbridos y Eléctricos

CON ELECTRÓNICA BASADA EN SIC

Nuevos inversores de 800 voltios: más potencia y más autonomía para los coches eléctricos

Son varios ya los fabricantes que están recurriendo a la tecnología de los 800 voltios para sus coches eléctricos, en un intento de alcanzar mayor eficiencia lo que se traduce en más autonomía y mayor velocidad de carga.

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Los inversores de 800 voltios muy compactos son capaces de aumentar significativamente la autonomía y la velocidad de carga. En la imagen el IPG5 (Inverter Platform Generation 5) de McLaren Applied.

La mayoría de las investigaciones y las informaciones se refieren a los avances que se producen en las tecnologías de las baterías y de los motores eléctricos. El resultado de ellas es un mayor rendimiento y eficiencia. Pero hay otra parte fundamental del tren de potencia de un vehículo eléctrico que a menudo se pasa por alto: el inversor. Proveedores como McLaren Applied Technology, Nio, Equipmake o BorgWarner han anunciado el desarrollo de inversores compactos de 800 voltios que son capaces de aumentar significativamente la autonomía y la velocidad de carga.

La corriente que alimenta los motores eléctricos sin escobillas o motores brushless que son en realidad motores de alterna, síncronos, de imanes permanentes, es producida por el inversor, que se encarga de tomar la corriente continua de la batería, convertirla en alterna y proporcionársela al motor. Durante el frenado regenerativo realizan la operación contraria pasando la corriente alterna a continua para ingresarla en la batería.

La frecuencia de la corriente alterna determina la velocidad a la que gira el motor en respuesta al pedal del acelerador. El inversor tiene un sensor de posición en el motor que le permite sincronizar sus impulsos de corriente para mantener el motor girando y produciendo el par necesario para mover el vehículo. Una corriente eléctrica trifásica es como tener tres alimentaciones de electricidad separadas. Cada uno tiene una forma de onda, cada una de las tres fases alcanza su punto máximo 120 grados después de la anterior. Es esto lo que crea un campo magnético giratorio que hace girar el rotor. Al alterar la frecuencia de esas ondas, el motor cambia de velocidad.

El convertidor toma los comandos del controlador y los convierte en señales para el motor. Este dispositivo emplea electrónica de potencia de alto nivel, capaz de proporcionar el voltaje y el amperaje que requiere el motor en cada momento. Cuanto más robusto sea el inversor, más eficiente y confiable será su vehículo eléctrico.

La nueva generación de inversores sustituye el tradicional IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) de silicio por MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) de SiC (carburo de silicio). Estos transistores son interruptores electrónicos que convierten CC en CA en un proceso que se denomina "conmutación".

Los MOSFET de SiC pueden cambiar la corriente mucho más rápido y manejar más energía. Según afirma Equipmake su HPI-800 puede cambiar a una frecuencia de 40 kHz (en comparación con los 20 kHz de un inversor IGBT) y gracias a una construcción liviana su relación potencia-peso pasa de 54 CV/kg a 134 CV/kg utilizando SiC.

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Inversor de 800 voltios con tecnología SiC Equipmake HPI-800

El inversor SiC de Nio fue desarrollado por su división de motores, XPT, y se lanzará junto en el ET7 a finales de este año. Los sistemas eléctricos pueden ser muy eficientes, pero aun así sufren pérdidas. Nio afirma que las pérdidas por conmutación se reducen en más de un 30 %, las pérdidas de energía en general se reducen en un 4 % y la energía aumenta en un 5 %.

El IPG5 (Inverter Platform Generation 5) de McLaren Applied puede impulsar motores con una potencia máxima de 469 CV (335 CV continuos), con un peso de solo 5,5 kg y ocupando un espacio de 3,79 litros. 

BorgWarner llama simplemente a su nuevo dispositivo "nuestro inversor SiC". Según el fabricante garantiza menos pérdidas en la conducción eléctrica, alta eficiencia de conmutación y pérdidas de energía reducidas entre un 40% y un 70% respecto a los inversores basados ​​en silicio. 

Teniendo en cuenta todo lo que hacen los desarrolladores de vehículos eléctricos para examinar cada detalle de los sistemas eléctricos y electrónicos de un vehículo eléctrico para ahorrar cada miliamperio de energía, estas cifras son muy importantes.

Hoy en día, las arquitecturas de 800 V ya están incluidas en los últimos vehículos eléctricos y son las que hacen posible la carga ultrarrápida. Al duplicar el voltaje de los 400 V anteriores, la potencia eléctrica aumenta pero la corriente (los amperios) permanece igual. En términos prácticos, eso significa que el cableado de alto voltaje puede seguir siendo más fino y liviano y se reducen las pérdidas de energía

Combinadas con baterías de ánodo de silicio, potencialmente más livianas y con mayor densidad de energía o con las baterías de estado sólido a la vuelta de la esquina, la eficiencia que se puede esperar de los futuros vehículos eléctricos es muy superior a la de los actuales.

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