Autor: Ralf Hickl, Product Sales Manager Automotive Business Unit (ABU) de Rutronik
La micromovilidad está ganando velocidad
Muchos países han mostrado su compromiso por cumplir los objetivos climáticos. A la hora de superar los desafíos en el camino también resulta importante que el transporte en las ciudades sea libre de emisiones. Aparte de la electrificación de los automóviles, los vehículos eléctricos de baja velocidad también pueden contribuir de manera significativa.
Los vehículos eléctricos de baja velocidad (VEBV – LSEV) son ideales para cubrir distancias cortas en áreas urbanas. Además, los requisitos de protección del medioambiente son más estrictos en cada vez más ciudades (por ejemplo, en forma de zonas de tráfico restringido) y, probablemente, darán un impulso considerable a este tipo de vehículos. Así, P&S Intelligence estima que el mercado global de LSEV crecerá desde los 35.200 millones de dólares en 2017 a los 68.000 millones de dólares en 2025. Países con grandes poblaciones y muchas áreas densamente pobladas, como China e India, representarán la mayor parte. En consecuencia, la producción de vehículos eléctricos de baja velocidad, por ejemplo en China, también subirá: Research In China pronostica un aumento de 15 millones de vehículos entre 2021 y 2025.
Diversidad de micromovilidad
Los vehículos eléctricos de baja velocidad, que también forman parte de la “micromovilidad”, incluyen una amplio abanico de modelos. Se pueden usar como vehículos comerciales o para transportar pasajeros en zonas urbanas. Dado que se encuentran por debajo de la categoría de turismos, los requisitos de homologación difieren considerablemente de los de los turismos “tradicionales”.
Por ejemplo, un tipo de LSEV son los vehículos de dos ruedas, que abarcan patinetes eléctricos, bicicletas eléctricas y pedelecs, incluyendo bicicletas de carga de dos, tres y cuatro ruedas. Estas últimas son especialmente populares entre los proveedores de servicios, como mensajerías y servicios de entrega, así como entre las familias, ya que permiten un movimiento rápido en centros urbanos densamente poblados y ofrecen una cierta cantidad de espacio de almacenamiento.
Los vehículos de tres ruedas incluyen motocicletas con sidecar para uso privado y vehículos de pasajeros “pequeños”, como el modelo Piaggio Ape. Están especialmente indicados para el transporte de pasajeros en, por ejemplo, el sector turístico, y también son empleados por los servicios postales.
El rango de modelos de cuatro ruedas va desde quads eléctricos (e-quads) a coches eléctricos “pequeños”, como el Renault Twizy, y caravanas eléctricas (e-vans) “pequeñas”. Dependiendo de su tamaño y diseño actuales, se usan en un gran número de aplicaciones de transporte de personas y comercial.
Prestaciones, velocidad y autonomía de los LSEV pequeños
Dependiendo del tipo, los vehículos eléctricos de baja velocidad pueden ofrecer una gran variedad de velocidades y potencia. Los microcoches y los vehículos de baja velocidad de dos ruedas pueden alcanzar velocidades de hasta 25 km/h. Suelen tener una potencia nominal de 1 kW. Los modelos de dos y tres ruedas de mayores dimensiones normalmente poseen una potencia máxima de 4 kW y pueden ir a una velocidad máxima de 45 km/h. Los vehículos de baja velocidad de cuatro ruedas también llegan a esa velocidad, mientras que su potencia nominal puede situarse en los 6 kW. Los modelos “pesados” de cuatro ruedas, por otro lado, pueden viajar a velocidades de hasta 90 km/h con una potencia nominal de 15 kW. La autonomía de los vehículos eléctricos de baja velocidad varía en función de su salida de potencia; muchos de ellos pueden recorrer unos 150 km con una sola carga de batería.
Diseños de referencia para aplicaciones en vehículos eléctricos de baja velocidad
Por estos motivos, la División de Automoción (Automotive Business Unit – ABU) de Rutronik también ve un gran potencial en los vehículos eléctricos de baja velocidad. Tras el éxito del diseño de referencia para un interruptor HV bidireccional para 800 VCC y 50 A, el distribuidor ahora está colaborando estrechamente con Vishay en el desarrollo de aplicaciones de muestra para vehículos eléctricos de baja velocidad con sistema eléctrico de 48 V. Se trata de un cargador de a bordo (OBC) para el sistema de batería de 48 V y el inversor de tracción. El diseño pone el foco de atención en aspectos como la eficiencia del convertidor, el formato compacto con escasa altura de instalación y la calidad de grado automoción. Integrado en un automóvil de exhibición, se presentó por primera vez en electrónica India en septiembre de 2023.
El cargador de a bordo
El OBC tiene una potencia de carga máxima de 3,6 kW. Sus principales componentes son los nuevos módulos de alimentación VS-ENM040M60P, optimizados para bobinas de corrección de factor de potencia (PFC), y un transformador de pulso desarrollado específicamente para esta aplicación. Un módulo de potencia integra un rectificador de entrada semicontrolado, un diodo y un MOSFET para corrección de factor de potencia y un medio puente (half-bridge) para el transformador de pulso. El encapsulado elegido es el EMIPAK-1B de Vishay. Permite densidades de potencia superiores que una estructura con semiconductores discretos y, gracias a sus contactos de ajuste a presión (press-fit), garantiza un ensamblaje rápido con conexiones seguras a una PCB.
Los componentes pasivos también desempeñan un papel importante, ya que sus propiedades son un elemento esencial al determinar la eficiencia de la circuitería. Un transformador LLC integrado, como el MTBB133971 de Vishay Custom Magnetics, se utiliza como el transformador de pulso. Los inductores de resonancia también están incorporados.
El inversor de tracción
El inversor de tracción posee una potencia nominal de 15 kW con un pico de potencia de corta duración de 25 kW. Los MOSFET de grado automoción de canal N de Vishay en el encapsulado PowerPAK 8x8L Reverse se usan como semiconductores de potencia. El encapsulado con refrigeración por la parte superior permite acoplarse térmicamente a un disipador de calor en lugar de ser enfriados por la PCB. Esto se traduce en reducción de la resistencia térmica y mejora de la disipación del calor.
Resumen
Los nuevos diseños de referencia para vehículos eléctricos de baja velocidad proporcionan a los desarrolladores de hardware unas plantillas de diseño que pueden reducir significativamente el tiempo de llegada al mercado de sus propios diseños de circuitos. Al utilizar los últimos componentes de alto rendimiento, el circuito logra una alta densidad de potencia a bajo coste.
Con la misión de responder a la creciente demanda de reducción de emisiones, la producción de vehículos eléctricos de baja velocidad en China aumentará significativamente en los próximos años.
Las aplicaciones de potencia electrónica en un LSEV
Los componentes en el módulo de alimentación VS-ENM040M60P de Vishay
De un vistazo
- Ventajas de los LSEV
- Para desarrolladores/proveedores
- Regulaciones de seguridad menos estrictas
- Menor coste de componentes de motor y electrónicos en comparación con vehículos de 400 y 800 V
- Mayor fiabilidad de los componentes en comparación con los vehículos de 400 y 800 V
- Sin riesgos de alta tensión
Para usuarios
- Facilidad de carga en enchufes estándares
- Ideales para trayectos cortos en áreas urbanas
- Requieren poco espacio de aparcamiento
- Conducción respetuosa con el medioambiente
- Permitidos en zonas con algún tipo de protección medioambiental
