Innovación para la electrificación. La potencia del conocimiento

Nicola Rosano, Ingeniero de Aplicaciones y Sistemas Estratégicos en EMEA de Vicor, explica el impacto que puede tener la electrónica de potencia para impulsar la innovación y responder a las necesidades cambiantes del mercado de automoción, especialmente ante el aumento de la demanda de vehículos eléctricos e híbridos.

La electrificación de los vehículos parece avanzar con rapidez. ¿Cómo lo ve en función de su experiencia?

La electrificación ha alcanzado su etapa de madurez porque ahora se venden vehículos seguros, eficientes y prácticos en todo el mundo, pero hace falta trabajar más para lograr una mayor adopción en el mercado. Los tiempos de carga de los vehículos eléctricos (VE) aún son demasiado largos, de manera que generan una preocupación por la autonomía entre los usuarios. Además los costes de fabricación de los VE aún son demasiado altos como para obtener beneficios en los modelos de gama baja y media. Precisamente con el fin de reducir los costes estamos intentando mejorar el sistema de propulsión del VE, de ahí que tengamos un mayor interés en la adopción de arquitecturas de 48V.

El diseño y la producción de componentes presenta algunos retos. ¿Cuáles son algunos de ellos y en cuáles de ellos trabaja Vicor?

Existen diferentes retos y los abordamos colaborando con los fabricantes de automóviles. Lo resumiría en estos factores: eficiencia, tamaño y peso de los componentes, gestión térmica, integración y modularidad, seguridad y fiabilidad, compatibilidad electromagnética y coste. Por lo que respecta a la eficiencia, el tamaño y el peso, la integración y la modularidad de nuestros componentes, creo que hemos avanzado de manera considerable y puedo afirmar que los componentes CC/CC de Vicor son los mejores en el mercado de automoción. Por otro lado, hemos de seguir trabajando para alcanzar mayores niveles de excelencia. La gestión del calor, por ejemplo, ha mejorado mucho en la próxima generación de convertidores CC/CC, prevista para este verano.

La cuestión es más compleja por lo que se refiere a la seguridad y la fiabilidad, dos aspectos fundamentales en las aplicaciones de automoción que dependen del sistema de propulsión en su conjunto, y por tanto no sólo de nuestros componentes. No obstante, trabajamos para mejorar el rendimiento de acuerdo con las exigentes normas de seguridad del sector de la automoción y demostrar los altos niveles de fiabilidad de nuestros productos bajo diversas condiciones de funcionamiento. La compatibilidad electromagnética (EMC) también depende en gran medida del sistema de propulsión del fabricante. La electrónica del automóvil debe cumplir las regulaciones sobre EMC para minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI) y garantizar la compatibilidad con otros sistemas del vehículo y el reto para Vicor en este sentido consiste en desarrollar sistemas de alimentación con un excelente rendimiento desde el punto de vista de EMC con el fin de evitar que el fabricante tenga que instalar filtros externos. Por último, no podemos ignorar el apartado del coste, que es una preocupación constante en la producción de automóviles. Sin embargo, nuestra estrategia se basa en el «valor» que asignen los fabricantes a su proyecto y nuestro compromiso siempre tiene como meta proporcionarles soluciones competitivas.

¿Por qué deberían los fabricantes optar por arquitecturas zonales de 48V en lugar de los 12V tradicionales?

Tenemos mucha experiencia en la conversión de potencia de 800V de alta tensión a 48V en nuestros segmentos de negocio originales. En nuestro estudio hemos examinado los efectos totales del paso de 12V a 48V en vehículos eléctricos de tipo SUV de tamaño medio, prestando especial atención a los efectos del peso del coche y cómo se vería afectado el sistema térmico por una arquitectura distribuida en lugar de concentrada, así como a las oportunidades que ofrece una arquitectura totalmente eléctrica. Dicho de forma sencilla, el concepto no es distinto al enfoque que aplican nuestros proveedores de distribución de energía para llevar electricidad a nuestras viviendas: para el mismo nivel de potencia normalmente utilizado, cuando mayor es la tensión, más bajas son las pérdidas. Por tanto, el paso de 12V a 48V reduce de forma automática las pérdidas, por lo que mejora la eficiencia total de manera significativa.

¿Las soluciones de potencia de Vicor son especialmente adecuadas para la arquitectura de 48V?

Así es. Hemos trabajado con las principales tensiones que caracterizan al sistema de propulsión eléctrica. Son 800V, 400V, 48V, 12V, y actualmente ofrecemos una gama de productos diseñados para la conversión de alta a baja tensión, que tienen la densidad de potencia más alta del mercado, igual a 695 kW por litro. Nuestros convertidores utilizan técnicas de «conmutación suave» que nos permiten reducir las pérdidas y alcanzar unas frecuencias de conmutación muy elevadas y asegurar unas eficiencias de conversión cercanas a los sistemas ideales. Las velocidades de respuesta de los convertidores CC/CC también son destacables: llegan a 8 millones de amperios/segundo. En general, creo que hay tres características que hacen que nuestros componentes sean ideales para los fabricantes de automóviles:  a) el aislamiento entre alta y baja tensión, especialmente importante porque es funcional para el aspecto de la seguridad,  b) el flujo bidireccional de potencia para cubrir las necesidades V2X (desde la fuente del vehículo hasta cualquier carga) y c) la regulación de tensión en la carga donde se necesita una regulación precisa.

Vicor se precia de trabajar con clientes enfocado hacia la innovación tal como refleja su podcast Powering Innovation. ¿Cómo logran proporcionar innovación a los productos para que los clientes puedan aprovecharla en el sector de la automoción?

Hemos trabajado con algunos clientes que están cambiando realmente la industria de automoción; por ejemplo, uno de estos clientes desarrollar vehículos sin conductor para transporte comercial. La razón por la que eligen trabajar con nosotros es el menor tamaño de nuestros módulos de potencia de alta densidad. Por ejemplo, hemos construido y sometido a ensayos un convertidor CC/CC de 800V – 12V que suministra 4kW de potencia en un volumen inferior a 1,5l. Hemos realizado demostraciones con un convertidor CC/CC bidireccional de 400V – 800V con un volumen inferior a 3,6l y un peso inferior a 8kg. Para la arquitectura zonal de 48V tendremos un convertidor CC/CC de 800-48V que solo ocupa 1,0l de espacio cerrado y se puede conectar a un CC/CC remoto de 500W y 48-12V para obtener un punto local de la tensión requerida en la carga.