Los vehículos eléctricos se están volviendo populares debido a sus características ecológicas en términos de calidad, simplicidad funcional y eficiencia energética. El empuje funcional es impulsado por un motor eléctrico, que tiene una estructura simple en comparación con un motor de combustión interna. En cuanto a la eficiencia energética, la comparación entre los coches de combustión y los eléctricos es simbólica: los coches de combustión tienen una eficiencia energética del 16 por ciento, mientras que los vehículos eléctricos tienen una eficiencia energética del 85 por ciento. La naturaleza eléctrica de la propulsión tiene una ventaja sobre la naturaleza basada en la combustión: energía renovable.
La electricidad ofrece mucha flexibilidad, incluido el uso de varias formas de recolección de energía que ayudan a cargar la batería, extendiendo el tiempo de funcionamiento del propio vehículo. Por lo tanto, la tecnología de recolección de energía es una perspectiva para soluciones de investigación y desarrollo de vehículos eléctricos.
La autonomía de los vehículos eléctricos refleja directamente la eficiencia de sus sistemas de gestión de potencia y energía. Además, también se necesita la infraestructura necesaria, como potentes sistemas de carga rápida que ahora alcanzan cientos de kilovatios, para cumplir con estrictos límites preestablecidos de tamaño y eficiencia. A través de sus propiedades físicas específicas, el carburo de silicio (SiC) puede responder eficazmente a estas nuevas necesidades del mercado.
Entre los vehículos híbridos y eléctricos, los principales sistemas electrónicos de potencia son los convertidores elevadores de CC/CC y los inversores de CC/CA. Los sistemas electrónicos desarrollados para vehículos eléctricos van desde sensores de temperatura, corriente y voltaje hasta semiconductores basados en SiC y nitruro de galio (GaN).
El carburo de silicio es poderoso
Hoy en día, la autonomía y los largos tiempos de carga se han convertido en importantes barreras para la adopción de vehículos eléctricos. Para una carga rápida, se requiere más energía para cargar en menos tiempo. Debido al espacio limitado disponible en el automóvil, los sistemas de carga de baterías deben proporcionar una alta densidad de potencia. Solo así será posible integrar estos sistemas en el vehículo.
En el centro de cualquier vehículo eléctrico (EV) o híbrido enchufable (HEV), podemos encontrar baterías de alto voltaje (200 a 450 VDC) y sus sistemas de carga. Los cargadores a bordo (OBC) brindan una forma de cargar baterías con alimentación de CA en su hogar o en una estación de carga pública o privada. Desde convertidores de alta potencia trifásicos de 3,6 kW hasta monofásicos de 22 kW, los OBC de hoy en día deben tener la mayor eficiencia y confiabilidad posibles para garantizar una carga rápida y cumplir con los requisitos de espacio y peso limitados.
Todos los sistemas de carga rápida requieren una estación de carga compacta y eficiente, y los módulos de potencia SiC actuales permiten crear sistemas con la densidad de potencia y la eficiencia requeridas. Para lograr objetivos ambiciosos en cuanto a densidad de potencia y eficiencia del sistema, se deben utilizar transistores y diodos de SiC.
La excelente fuerza de campo eléctrico de los sustratos de SiC de alta dureza permite el uso de sustratos más delgados. En comparación con la capa epitaxial de silicio, esta puede alcanzar una décima parte del espesor. La tendencia en las baterías es aumentar la capacidad, y esta característica se asocia con tiempos de carga más cortos. Esto, a su vez, requiere un OBC de alta potencia y eficiencia, como 11 kW y 22 kW.
Con la introducción de la serie SCT3xHR, ROHM ahora ofrece la línea de productos más amplia en el campo de MOSFET de SiC con calificación AEC-Q101, lo que garantiza la alta confiabilidad requerida para cargadores integrados y convertidores CC/CC para aplicaciones automotrices (Figura 1). STMicroelectronics también tiene una amplia gama de MOSFET compatibles con AEC-Q101, diodos de silicio y carburo de silicio (SiC) y microcontroladores automotrices SPC5 de 32-bit que brindan soluciones escalables, rentables y energéticamente eficientes para implementar estos convertidores exigentes. (Figura 2).
Vehículo a la red
Se espera que millones de vehículos eléctricos alimentados por baterías aparezcan en las carreteras durante la próxima década, lo que representa un gran desafío para la red. A medida que se expande la producción de recursos renovables no programables, también aumenta la necesidad de redes equilibradas.
Cuando las baterías de coche se conectan a la red a través de wallboxes de carga domésticos o estaciones de carga corporativas o públicas, su gestión inteligente se vuelve sumamente atractiva. Las baterías integradas se pueden utilizar para alimentar la red y extraer energía, según la necesidad inmediata de absorber energía.
El sistema utiliza un control remoto para proporcionar el retorno de la energía acumulada en el vehículo o la recuperación a través de la red (a la batería). La tecnología clave para implementar este sistema es un inversor de corriente bidireccional que se acopla directamente a la batería de alto voltaje (300 a 500 voltios) en el lado automático y en el lado de la red de bajo voltaje (Figura 3).
La tecnología Vehicle-to-grid (V2G) tiene el potencial de hacer que la red sea más equilibrada y eficiente. A medida que aumenta la demanda de electricidad, es crucial equilibrar la oferta y la demanda.
Carga inalambrica
Gracias a los puntos de recarga ubicados en garajes o estacionamientos públicos, un área interesante es la carga inalámbrica de vehículos eléctricos. El punto de carga no tiene que estar necesariamente alineado con precisión con el receptor debajo del automóvil. A largo plazo, se intentará desarrollar una versión de microcarga que pueda integrar placas de carga largas y vías públicas para cargar vehículos EV / HEV incluso mientras se conduce, pero esto dependerá de la cantidad de dificultades encontradas a nivel nacional y nacional. niveles administrativos locales.
Para que la tecnología V2G funcione sin interrupciones, brinde los beneficios de la estabilidad de la red y permita que los vehículos actúen como generadores y fuentes de datos, la tecnología de carga inalámbrica debe incorporarse no solo al propio vehículo, sino también a la infraestructura doméstica y urbana. El vehículo está cargado. Esto hará que el vehículo sea altamente utilizable si es necesario.
La carga inalámbrica basada en la tecnología de resonancia magnética permite que los vehículos eléctricos, independientemente de su tipo o tamaño, se carguen de forma automática y segura mediante la colocación de bobinas flexibles en la placa fuente utilizando materiales como el hormigón y el asfalto. La energía inalámbrica permitirá que los vehículos se carguen de forma autónoma e implementen la tecnología V2G que excita y atenúa continuamente sin intervención humana (Figura 4).
conclusión
Las tecnologías de semiconductores de banda ancha y las estaciones de carga rápida habilitadas por las capacidades de la red digital ayudarán a acelerar la adopción de vehículos eléctricos. A medida que aumenta la demanda mundial de vehículos eléctricos, también aumenta la necesidad de respaldar la infraestructura de carga. Las tecnologías de carga innovadoras para vehículos eléctricos pueden ser un catalizador para el cambio, ayudar a promover la adopción de vehículos eléctricos y contribuir en gran medida al objetivo de reducir las emisiones de carbono.
La electrónica de potencia de los vehículos eléctricos se enriquece con dispositivos de potencia de SiC para satisfacer las necesidades de mejora: la eficiencia energética del sistema; la fuerza y densidad de potencia de los vehículos eléctricos; y aplicaciones de alta potencia que requieren alto voltaje y potencia, lo que contribuye de manera importante al rendimiento del sistema y la confiabilidad a largo plazo. Los MOSFET de SiC y los diodos de barrera Schottky (SBD) de SiC garantizan la mayor eficiencia de conmutación a altas frecuencias.