Contando con la colaboración de Porsche y Bosch, un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer, está desarrollando nuevos inversores para coches eléctricos más eficientes, lo que se traducirá en un mejor aprovechamiento de la energía de la batería. En concreto, el proyecto ‘SiCeffizent’, que es el nombre que recibe este trabajo, se centra primero en la ganancia de eficiencia por el uso de semiconductores de carburo de silicio y en segundo lugar de mejorar su refrigeración.

El silicio es un semiconductor cuya conductividad se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. Esta propiedad, junto con su abundancia en la naturaleza, han posibilitado el desarrollo y la aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica, incluidos los inversores de los vehículos eléctricos. El uso de semiconductores de potencia basados ​​en carburo de silicio permite reducir el tamaño del inversor de los vehículos eléctricos, incrementando la densidad de potencia, aumentando su eficiencia y cumpliendo con todas las normativas de seguridad existentes. De esta forma se aumentará el alcance de los vehículos eléctricos en comparación con la que se logra con la tecnología de silicio estándar.

Actualmente, ya existen vehículos eléctricos producidos en serie que emplean semiconductores de SiC. Sin embargo, el precio de estos vehículos sigue siendo bastante elevado. Por esta razón, el equipo de Fraunhofer, junto con sus socios industriales Bosch y Porsche, ha reducido la cantidad de transistores necesarios. Sin embargo, este planteamiento ofrece nuevos desafíos, ya que estos pocos transistores generan más pérdida de potencia por unidad y se calientan más, por lo que se ha trabajado en el sistema de enfriamiento. Para mantener baja la temperatura de los semiconductores conservando la misma potencia, los elementos de la refrigeración de los inversores se han rediseñado por completo.

Los chips de carburo de silicio aumentarán un 6% la autonomía de los vehículos eléctricos.

Hasta ahora, los transistores de los inversores precisaban de enormes disipadores de calor cuyas varillas o aletas de enfriamiento sobresalen del agua de refrigeración para eliminar el calor. El desarrollo de Fraunhofer utiliza disipadores de calor impresos en 3D, un método que permite diseñar estos elementos tan delgados que los transistores se apoyan en una placa de metal que tiene solo unos pocos milímetros de espesor. Esto acerca los transistores al medio de enfriamiento, lo que aumenta el efecto. 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.

Además, esta solución de enfriamiento aporta otra ventaja. Al deformarse ligeramente, las delgadas placas de metal pueden compensar las tensiones que se producen durante el calentamiento o enfriamiento. Aunque los diferentes materiales de los módulos de potencia se expanden en diferentes grados cuando se calientan y puede provocar la fatiga del material, esto no debería ser un problema con el nuevo inversor.

Las altas intensidades de corriente que fluyen entre la batería y el motor a través de un inversor dotado de una combinación de estos semiconductores de SiC con este nuevo sistema de refrigeración optimizan el tren de transmisión durante la aceleración, recuperación y conducción a altas velocidades. Según indica Eugen Erhardt, responsable de SiCeffizient en Fraunhofer, al optimizar el tren de transmisión de esta manera, la autonomía de los coches eléctricos se ampliará hasta en un 6%.

En los próximos meses, el nuevo inversor será fabricado por Bosch, uno de los socios industriales. Por su parte, Porsche instalará el dispositivo en una transmisión de nuevo diseño que se adapta completamente a la estructura de los semiconductores SiC. “Aún nos queda mucho camino por recorrer antes de que el dispositivo esté listo para entrar en producción”, dice Erhardt. “En primera instancia, estamos uniendo todo para crear un prototipo. A continuación, habrá que optimizar aún más los pasos individuales del proceso”.

Escrito por Gonzalo García