Conectados: Cómo la electrónica de potencia convierte la electricidad en movimiento
Por: Chris Perkins, redactor y editor sénior de GM News
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¿Cuál es la parte más importante de una linterna? La respuesta sencilla es la bombilla. Es comprensible, ya que una linterna sin luz no es realmente una linterna, ¿verdad?.
¿Y la batería? Sin una fuente de energía, tu linterna no te servirá de mucho en la oscuridad. ¿Y el interruptor? Quizás no lo habías pensado, pero sin un interruptor para encender y apagar la luz, tu linterna solo funcionará mientras la batería tenga carga.
“El interruptor es lo que hace útil la linterna”, afirma Mark Voss, ingeniero jefe adjunto de electrónica de potencia en GM. Su trabajo consiste en ayudar a definir el “interruptor” de un vehículo eléctrico: la electrónica de potencia.
LA BATERIA DE UN VEHICULO ELECTRICO
En un vehículo eléctrico, la batería es similar a las pilas AA de una linterna, solo que más grande, mientras que los motores son como la bombilla. La electrónica de potencia es como el interruptor, pero en lugar de ser un simple interruptor de encendido/apagado, suministra la cantidad exacta de energía en cada situación. Funciona más como un regulador de intensidad, permitiendo ajustar con precisión la cantidad de luz deseada.
La electrónica de potencia de un vehículo eléctrico de GM consta de varios componentes que controlan el flujo de electricidad. Normalmente, muchos o todos estos componentes se encuentran integrados en una sola unidad, la unidad de electrónica de potencia integrada (IPE). La IPE suele estar integrada en la unidad de transmisión del vehículo eléctrico, que también aloja el motor y el conjunto de engranajes que hacen girar las ruedas .
- Inversor: Este dispositivo convierte la corriente continua (CC) de la batería en corriente alterna (CA) trifásica que hace girar el motor. El inversor también convierte la corriente alterna generada durante el frenado regenerativo (cuando el motor reduce su velocidad) en corriente continua para recargar la batería.
- Módulo de carga integrado: Convierte la electricidad de CA de su hogar o de un cargador de CA público en energía de CC para la batería.
- Módulo de alimentación de accesorios: Si bien un vehículo eléctrico cuenta con una batería de alto voltaje para impulsar las ruedas, también utiliza una batería tradicional de 12 voltios para alimentar ciertas funciones, como las ventanas eléctricas, las luces y el sistema de infoentretenimiento. Este módulo convierte la electricidad de CC de alto voltaje en CC de bajo voltaje para cargar la batería auxiliar y alimentar algunos sistemas electrónicos.
- Unidad de desconexión de la batería: Este componente aísla la batería de alto voltaje del resto del vehículo. En caso de colisión, por ejemplo, la unidad de desconexión de la batería está diseñada para desconectar de forma automática e inmediata la batería de la unidad motriz por motivos de seguridad.
CONVERTIR EN CORRIENTE ALTERNA
El inversor es uno de los componentes más importantes de un vehículo eléctrico. Su función es convertir la corriente continua (CC) de la batería en corriente alterna (CA) para el motor, de modo que este pueda generar par motor (una fuerza de rotación) en función de las acciones del conductor, como pisar el pedal del acelerador. «Nuestros inversores de potencia son fundamentales para que los motores giren», afirma Bethany Combs, ingeniera de sistemas de diseño de electrónica de potencia en GM.
Comprender el funcionamiento de los inversores no es tarea fácil. En GM, hay ingenieros que han dedicado su vida profesional a este tema. En términos sencillos, un inversor tiene seis interruptores que se activan y desactivan en diferentes combinaciones para crear un campo electromagnético giratorio en el motor que impulsa las ruedas. Estos interruptores se abren y cierran miles de veces por segundo, mucho más rápido de lo que se enciende y apaga una linterna.
El inversor desempeña un papel fundamental en la definición del carácter del vehículo y su respuesta a las acciones del conductor, además de contribuir al rendimiento y la seguridad generales del sistema. Parte de su función es garantizar que el motor genere el par motor adecuado según las necesidades de conducción.
NUEVOS INTERRUPTORES DE CARBONO
GM ha introducido recientemente nuevos interruptores de carburo de silicio (SiC) para los inversores de algunos de sus vehículos eléctricos, lo que permite una mayor eficiencia en comparación con el silicio tradicional. Al igual que con las distintas químicas de las baterías, existen ventajas y desventajas en los materiales de la unidad motriz y la electrónica de potencia: el carburo de silicio es más caro que el silicio, pero conduce la electricidad más rápidamente. Al utilizarlo en inversores específicos, GM busca minimizar la pérdida de energía que se produce de forma natural en el proceso de conversión, a la vez que optimiza la eficiencia del vehículo, lo que contribuye a que una mayor parte de la energía de la batería se destine directamente a los motores para lograr una mayor autonomía.
“Queremos ofrecer a los consumidores la mejor relación calidad-precio”, añade Voss. Por ello, GM utiliza SiC en determinados vehículos eléctricos, priorizando aquellos donde la exigencia sobre los motores es mayor.
Todos los demás componentes de la unidad IPE están ahí para ayudar a gestionar de forma segura el flujo de energía hacia la batería y para mantener las cargas de los accesorios.
Al igual que el interruptor de una linterna, la unidad IPE es la pieza clave, a menudo olvidada, de los vehículos eléctricos. Es fácil centrarse en los motores y las baterías, pero estos solo son útiles gracias a la electrónica de potencia. Por eso, personas como Voss, Combs y muchas otras trabajan arduamente para optimizar estos componentes. Sus esfuerzos se traducen directamente en el rendimiento y la eficiencia del vehículo.