Convertir los vehículos pesados en eléctricos
En Europa se recurre a medios de transporte ecológicos, como los vehículos eléctricos, para reducir las emisiones nocivas y proteger el medio ambiente. Sin embargo, el cambio a los vehículos eléctricos no siempre es sencillo. Los vehículos pesados, por ejemplo, representan casi el 40 % de las emisiones totales de dióxido de carbono relacionadas con la carretera en Europa. Mientras que en la electrificación de los vehículos de pasajeros se han registrado avances significativos, la transición del sector de los vehículos pesados sigue viéndose obstaculizada por limitaciones tecnológicas importantes. «Los convertidores electrónicos de potencia son la interfaz crítica para gestionar el flujo de energía de la batería al motor eléctrico», explica David Lumbreras, miembro del proyecto RHODaS(se abrirá en una nueva ventana) de la UPC(se abrirá en una nueva ventana) en España. «Históricamente, estos sistemas se han basado en semiconductores de silicio. Sin embargo, los nuevos semiconductores de banda ancha permiten trabajar a frecuencias de conmutación elevadas, superiores a 100 kHz, con pérdidas mucho menores que sus homólogos de silicio. Estas propiedades permiten construir convertidores de alta densidad de potencia ideales para las demandas de alta potencia de los camiones de larga distancia».
Energía para aplicaciones pesadas y de larga distancia
El equipo del proyecto RHODaS, financiado con fondos europeos, pretendía resolver estos problemas desarrollando componentes de convertidores de potencia fabricados con materiales emergentes como el carburo de silicio y el nitruro de galio. La innovación central es un accionamiento de motor integrado diseñado específicamente para aplicaciones pesadas y de recorridos largos. «Esta tecnología integra la electrónica de potencia, la gestión térmica y las tecnologías de control digital directamente en una carcasa de motor compacta y modular», añade Lumbreras. «Al combinar el carburo de silicio para la robustez de alto voltaje y el nitruro de galio para la conmutación de alta frecuencia, logramos una eficiencia superior, una reducción el volumen del sistema y la mitigación de las interferencias electromagnéticas». Además, con la adopción de una arquitectura de convertidores modular se mejora la capacidad de reparación y la tolerancia a fallos, al tiempo que se garantiza la escalabilidad de la potencia, lo que permite adaptar el mismo diseño fundamental a diversas necesidades de potencia. Esto abriría la puerta a una serie de oportunidades comerciales más adelante.
De la caracterización de materiales a la validación
Las innovaciones propuestas se validaron en tres pasos. En primer lugar, los dispositivos y controladores se sometieron a una caracterización de los material para evaluar la tensión y la integridad funcional, así como la inmunidad al ruido electromagnético. A continuación se probó un convertidor en el laboratorio. La fase final consistió en un accionamiento motorizado integrado a escala real acoplado a una caja de cambios, que se validó en un entorno de banco de pruebas. «Cumplimos con éxito nuestros hitos técnicos», afirma Lumbreras. «Una lección técnica crítica tuvo que ver con la inestabilidad observada en los primeros transistores de nitruro de galio anteriores a la serie, que requirieron un rediseño integral del "hardware" para garantizar la estabilidad».
Innovaciones para el sector europeo de la movilidad
En conjunto,en el proyecto se ha mejorado el desarrollo de los convertidores de potencia de alto rendimiento para el transporte eléctrico pesado. Los próximos pasos incluyen la ampliación y adaptación del accionamiento de motor modular integrado a una gama más amplia de clases de vehículos y la integración de las tecnologías de RHODaS en las hojas de ruta tecnológicas de los socios industriales como Valeo Siemens. El consorcio también seguirá perfeccionando los modelos de negocio circulares, como el «producto como servicio» o el «leasing», y los pasaportes digitales de vehículos (DVP, por sus siglas en inglés) para facilitar el mantenimiento de los componentes y las aplicaciones de segunda vida. Los DVP son unos registros digitales seguros, basados en la nube, de todo el ciclo de vida de un vehículo. «Esperamos que el proyecto tenga un impacto duradero al contribuir directamente a los objetivos del Pacto Verde de la Unión Europea (UE) y mejorar la calidad del aire», señala Lumbreras. «Establecer una sólida cadena europea de suministro de electrónica de potencia también contribuirá a reducir nuestra dependencia de fabricantes que no pertenecen a la UE». El equipo de RHODaS también promovió con éxito redes de innovación(se abrirá en una nueva ventana) entre el mundo académico y la industria. Ayudarán a aprovechar los resultados del proyecto y seguir suministrando tecnologías e innovaciones de vanguardia al sector europeo de la movilidad.
