El CSIC desarrolla circuitos que podrían hacer mucho más eficientes y sostenibles a los vehículos eléctricos
Coches eléctricos más eficientes garantizan que la transición hacia las energías limpias y la movilidad sostenible sea más rápida, eficaz y efectiva. Conoce lo que ha descubierto el CSIC.
La transición hacia modelos de movilidad y transporte menos contaminantes y más sostenibles es una de las prioridades actualmente en la investigación. El Programa Horizonte Europa de la Unión Europea financia el proyecto 'SCAPE', que reúne a nueve centros de investigación y cinco empresas europeas para desarrollar nuevos componentes electrónicos escalables en los vehículos eléctricos.
SCAPE se encarga de proponer y validar un diseño y arquitectura novedosos que sirvan para todos los vehículos a motor, desde las motocicletas hasta los camiones, a través del diseño modular y estandarizable de convertidores de potencia.
Una nueva celda de conmutación electrónica
En el marco de ese proyecto europeo, un equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC ha desarrollado el prototipo de una nueva celda de conmutación para los vehículos eléctricos que permite adaptar y controlar de forma más eficiente los flujos de potencia entre la batería y el motor.
La estructura de esta celda de conmutación es totalmente novedosa. La celda es modular, escalable y compacta, quedando implementada con tecnología de chip-embedding. Esto quiere decir que los chips de los dispositivos semiconductores de potencia, en lugar de soldarse externamente como hasta ahora, se integran dentro de las placas de circuito impreso o PCB del convertidor proporcionando un mejor rendimiento.
Además, la combinación de varias de estas celdas de conmutación facilitará la implementación de circuitos electrónicos necesarios para la tracción de cualquier tipo de vehículos eléctricos. Y al ser componentes modulares estandarizados, también podrán ser fabricados a escala, generando menos procesos diferentes, favoreciendo componentes más económicos y la generación de menos residuos.
Electrónica más eficiente y sostenible
Los investigadores han tenido que desarrollar nuevos procesos de interconexión para conseguir introducir los chips de potencia dentro de las placas. Además, se ha estudiado y optimizado el proceso de unión de la cara inferior de los chips por medio de otros materiales compuestos por micro y nanopartículas de plata. Este material proporciona mejores prestaciones que las aleaciones de soldadura que eran utilizadas hasta ahora, permitiendo que se reemplace el uso del plomo, evitando los problemas de toxicidad asociados a su uso.
Otro aspecto a tener en cuenta es el diseño de la estructura de las celdas de conmutación. Este diseño es un punto crítico, ya que requiere considerar un gran número de aspectos eléctricos, térmicos, y mecánicos, en una miniatura que debe permitir manejar elevados niveles de tensión, corriente y potencia.
Una mayor eficiencia de los vehículos eléctricos permitirá aumentar su uso y una más rápida adaptación a las infraestructuras eléctricas de recarga necesarias para seguir caminando hacia la descarbonización, que pasa inevitablemente por una movilidad más sostenible.
Menos residuos, más descarbonización y mayor electrificación
Es fundamental obtener una elevada robustez y durabilidad de los componentes desarrollados para garantizar un funcionamiento fiable del vehículo eléctrico y minimizar los residuos electrónicos que se originarían si el circuito fallase.
Las tecnologías desarrolladas han posicionado al IMB-CNM y al CSIC en una situación privilegiada en Europa para continuar con el desarrollo de sistemas electrónicos utilizados específicamente en aplicaciones de movilidad eléctrica y también de electrificación industrial.
La electrificación de procesos industriales basados en combustibles fósiles por otros basados en energía eléctrica de origen renovable es una de las herramientas disponibles para alcanzar los objetivos de descarbonización de la sociedad, contemplados en varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030.