Implicaciones de los voltajes más altos de las baterías
La adopción de baterías de mayor voltaje requiere semiconductores de potencia de silicio más avanzados, como el carburo de silicio (SiC), para permitir una conmutación de mayor frecuencia y reducir las pérdidas de potencia, obteniendo así una mayor eficiencia. A pesar de los mayores costes asociados a los componentes de SiC en comparación con los dispositivos de silicio tradicionales, son cruciales cuando se trata de mejorar el rendimiento de los vehículos eléctricos.
Además, como se observa en el diseño de la fuente de alimentación, un voltaje más alto requiere mayores espacios de fuga y separación para garantizar la seguridad. Y, a 800 V, los componentes pasivos son mucho más grandes y ocupan un espacio valioso.
Un vehículo eléctrico utiliza aproximadamente el doble de semiconductores que un modelo tradicional con motor de combustión interna. Estos dispositivos se encuentran principalmente en el tren de potencia eléctrico, concretamente en el sistema de frenado regenerativo. Todas estas nuevas piezas de 800 V requerirán un diseño intrínseco y pruebas rigurosas antes de ser fabricadas en serie.
Pruebas de componentes y sistemas de vehículos eléctricos de 800 V
Los fabricantes de automóviles emplean normas ISO (Organización Internacional de Normalización), como ISO 16750-2, ISO 7637-2 y DIN 40839, para probar los componentes y sistemas de vehículos eléctricos de 800 V. Estas normas, desarrolladas a lo largo del tiempo, garantizan que los sistemas de automoción funcionarán y seguirán funcionando de forma fiable en diversas situaciones durante muchos años de uso por parte de los clientes.
Las pruebas incluyen picos de tensión, evaluaciones de temperatura y pruebas completas del sistema. Además, estos componentes electrónicos, sistemas y software requerirán una simulación exhaustiva mediante software de hardware en bucle (HIL). Es fundamental realizar pruebas exhaustivas durante el desarrollo y la producción de nuevos vehículos para garantizar el máximo rendimiento y durabilidad.
Las fuentes de alimentación programables, como los modelos de 5 kW y 7,5 kW y 1U de altura de la serie GENESYS+™ de TDK-Lambda, que pueden funcionar de 0 a 1000 V y de 0 a 1500 V, pueden probar eficazmente estos sistemas de propulsión de vehículos eléctricos de 800 V, véase la Figura 1. Estas unidades ofrecen a los ingenieros de pruebas la capacidad adicional de aplicar pruebas de sobretensión por encima de los 800 V nominales del sistema.
Muchas fuentes de alimentación programables ofrecen la posibilidad de conectar unidades en paralelo para proporcionar potencia de salida adicional. Normalmente, esto implica el uso de una señal analógica para la comunicación, a fin de garantizar que la corriente de carga se distribuya entre cada unidad.
Sin embargo, esto puede afectar a los tiempos de respuesta de la carga transitoria, degradando el rendimiento de la tensión de salida cuando la carga cambia rápidamente de corrientes altas a bajas. Por lo tanto, puede ser necesaria una programación adicional para configurar el controlador principal entre las unidades de alimentación.
Soluciones en instrumentación
Para superar este reto, las fuentes de alimentación GENESYS emplean un sencillo cable de enlace de datos en paralelo para conectar varias unidades entre sí, suministrando hasta 60 kW. Las unidades se configuran y ajustan automáticamente en consecuencia, mostrando la corriente total en la unidad superior.
Este control digital reacciona más rápidamente a los cambios dinámicos de carga que una señal analógica, lo que se traduce en un sobreimpulso y un subimpulso mucho menores de la tensión de salida.
El uso de tensiones más altas a niveles de potencia elevados puede plantear importantes retos de seguridad. Por lo tanto, es importante que la fuente de alimentación programable cuente con las funciones de seguridad adecuadas.
Por ejemplo, la programación de condiciones de reinicio seguro o automático en las fuentes de alimentación GENESYS+ garantiza que, tras un corte del suministro de CA, las unidades continuarán o no suministrando automáticamente la tensión de salida. También se proporcionan memoria de última configuración y funciones de protección integradas para voltaje, corriente y temperatura.
Los ingenieros de pruebas de vehículos eléctricos también tienen la opción de bloquear los controles del panel frontal para evitar ajustes no autorizados o seleccionar un panel frontal en blanco si la unidad se programa de forma remota. Además, se pueden generar y almacenar en las cuatro celdas de memoria perfiles de prueba de formas de onda arbitrarias de hasta 100 pasos.
El camino por delante
Los fabricantes de vehículos eléctricos están pasando a sistemas de 800 V para reducir el consumo de corriente, mejorar la eficiencia y disminuir el peso de los vehículos. Sin embargo, esta transición requiere semiconductores de potencia de silicio avanzados, como el SiC, y el cumplimiento de normas de seguridad como la ISO 16750-2 y la ISO 7637-2 para las pruebas.
Las fuentes de alimentación programables son fundamentales para probar eficazmente estos sistemas de propulsión de alto voltaje para vehículos eléctricos y garantizar la fiabilidad de las pruebas y el desarrollo de componentes y sistemas para vehículos eléctricos de 800 V.
[1] https://www.statista.com/outlook/mmo/electric-vehicles/worldwide
[2] https://news.mit.edu/2024/cobalt-free-batteries-could-power-future-cars-0118
[3] https://www.sae.org/news/2023/11/solid-state-battery-status
 alcancen los 17,07 millones en 2028[1]. Esto, por supuesto, provocará un aumento similar){kind=link}