​Inversor SiC de BorgWarner para una mayor eficiencia

La industria del automóvil está experimentando una revolución con el impulso acelerado de proporcionar nuevos medios de movilidad que sean más limpios, seguros, conectados y autónomos. Un factor crítico para conseguir estos avances es la potencia. La potencia a bordo –y mayor cantidad– es necesaria para satisfacer las demandas de los consumidores en lo relativo al rendimiento, la fiabilidad, el confort y la comodidad. También es el eje de los vehículos autónomos, dada la mayor potencia que requieren los sensores y las plataformas informáticas. Al igual que los dispositivos inteligentes de hoy en día, los consumidores esperan velocidad –inicio rápido; ejecución rápida; recarga rápida– cuando consideran hacer el cambio a vehículos alternativos. Quieren llegar más lejos, sin condiciones ni limitaciones.

¿Por qué son importantes mejores inversores?

Los inversores son fundamentales para los sistemas de propulsión eléctrica. Las baterías proporcionan energía mediante corriente continua (CC), mientras que los motores de alta potencia del vehículo funcionan con corriente alterna (CA). La función del inversor es convertir la energía de CC almacenada en la batería en CA. El inversor también actúa como generador. Transforma la energía de CA recuperada del motor eléctrico durante el frenado de nuevo en energía de CC, que luego se transmite a la batería para su uso posterior. Dado que toda la corriente que circula entre la batería y el motor pasa por el inversor, una alta eficiencia es un requisito crucial.

¿Por qué el carburo de silicio?

El inversor de carburo de silicio (SiC) de BorgWarner se creó utilizando sus interruptores de potencia Viper, con refrigeración de doble cara, de eficacia probada. Como el encapsulado del interruptor de potencia Viper funciona tanto con silicio como con carburo de silicio, el cambio es bastante transparente a nivel del inversor. Se migraron los interruptores de potencia de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) de base de Si (silicio) a interruptores de transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico

(MOSFET) de SiC en el mismo encapsulado del interruptor de potencia Viper. Los transistores MOSFET son similares a los IGBT, pero en este caso ofrecen una mayor eficiencia.

La principal ventaja de los interruptores de potencia de SiC es la mejora de la eficiencia del inversor. Esta eficiencia mejorada radica en que los MOSFET de potencia de SiC tienen menos pérdidas, lo que significa que se pierde menos energía de la batería en forma de calor. En pruebas comparables que hemos efectuado, un inversor de SiC tiene hasta un 70% menos de pérdidas en condiciones típicas de conducción de vehículos. La ventaja de la eficiencia del carburo de silicio sobre los IGBT de silicio se da tanto a 400 V como a 800 V, pero la ventaja relativa es mayor a 800 V. Como los interruptores disipan menos calor a un

nivel de corriente determinado, se puede aumentar la potencia total del inversor manteniendo las cargas térmicas manejables. Como tal, el SiC puede ser un habilitador de niveles de potencia más altos, y como habilitador de mejores sistemas de 800 V admite una arquitectura de mayor voltaje que puede permitir una carga más rápida.

Aunque los dispositivos de potencia de SiC son más caros que sus homólogos de silicio IGBT, incluso después de tener en cuenta las mayores densidades de potencia que son posibles a nivel de dispositivo, el ahorro de energía a nivel de paquete de baterías puede proporcionar una ecuación de valor global que resulta atractiva para los OEM.

Ventajas del inversor de SiC de BorgWarner

Un OEM de automóviles puede decidir aprovechar esta eficiencia mejorada, bien consiguiendo una mayor autonomía con el mismo tamaño de paquete de baterías, o bien reduciendo la capacidad y el coste del paquete de baterías con la misma autonomía. Como el carburo de silicio también permite niveles de potencia global más altos, también existe la posibilidad de mejorar el rendimiento del vehículo. Esto ofrece a los fabricantes de automóviles una forma de presentar a los consumidores una serie de opciones de rendimiento, incluida la posibilidad de compensar el tamaño y el coste de la batería con la autonomía del vehículo, en múltiples puntos de precio, lo que es similar a la forma en que se comercializan hoy los trenes motrices.

Perspectiva para el futuro

Se espera ver muchos más inversores de SiC en el mercado, tanto a 400 V como a 800 V.  Las mejoras traerán consigo aumentos adicionales de la eficiencia y el potencial de mejorar los costes en comparación con el silicio. Algunos fabricantes de vehículos pueden optar por aprovechar la densidad de potencia del SiC para ofrecer vehículos de alto rendimiento con esta tecnología altamente eficiente. Este es un momento apasionante para la electrificación de los vehículos, y los inversores basados en el carburo de silicio son una pieza clave de esa ecuación.

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