Inversor de tracción: ¿qué es?
¿Qué es un inversor de tracción?
Chips o módulos importantes para el inversor de tracción
Algunos de los chips o módulos más importantes de un inversor de tracción: microcontrolador (MCU), controlador de puerta aislado y alimentación de polarización aislada.
Control en tiempo real MCU
Reducir el tamaño y el peso del inversor de tracción de los vehículos eléctricos puede aumentar la autonomía y reducir los costes, lo que exige una innovación continua de las MCU. Una forma de reducir el tamaño y el peso es hacer girar el motor a velocidades más altas (>20 kRPM). Para ello es necesario optimizar el bucle de control para reducir la latencia, desde la lectura del convertidor analógico digital (ADC) hasta el cálculo del control orientado al campo (FOC), pasando por la tecnología de modulación por ancho de pulsos (PWM).
Controlador de puerta
A medida que los niveles de potencia de los inversores de tracción se acercan a los 500 kW, la mejora de la eficiencia (reducción de las pérdidas de energía a lo largo del ciclo de accionamiento) es una consideración importante en el diseño de los controladores de puerta. Otros requisitos de diseño son la densidad de potencia, el peso, la altura, la seguridad funcional y el coste.
Para mejorar la eficiencia, los transistores de efecto de campo (FET) de carburo de silicio (SiC) se utilizan ampliamente en la industria. Al mismo tiempo, los controladores de puerta aislados alimentados por conmutador son cada vez más sofisticados y ahora incluyen detección ADC aislada, múltiples modos de protección contra sobrecorriente, control de alimentación de polarización, control de puerta, estados seguros programables, autocomprobación integrada, etc. Una nueva característica es el "tiempo real", es decir, la fuerza de accionamiento de la puerta en función del tiempo.
Fuente de alimentación de polarización
Los vehículos eléctricos necesitan inversores de tracción para conseguir una conversión de potencia eficiente que prolongue el tiempo de funcionamiento de la batería con cada ciclo de descarga completo. La fuente de alimentación de polarización aislada del controlador de puerta logra una alta eficiencia al minimizar las pérdidas de potencia conducida del módulo de potencia SiC.
Si se ajusta la tensión de puerta al nivel máximo permitido, se reduce la resistencia de drenaje a fuente (RDS(on)) al tiempo que se garantiza la fiabilidad. Cuando la corriente en el inversor de tracción se aproxima y supera los 400 A, es importante reducir R DS(on), ya que una mayor resistencia provocará pérdidas de potencia conducida excesivas.
Tendencias en el diseño de inversores de tracción para vehículos eléctricos
Uno de los cambios más significativos para aumentar el rendimiento de los vehículos eléctricos es el paso de los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) a la tecnología de carburo de silicio (SiC) para los interruptores de potencia de alto voltaje utilizados en los inversores de tracción.
Dado que el SiC es más eficiente que el IGBT y mejora la utilización de la energía almacenada en el paquete de baterías, es una mejora natural. Además, el SiC es más pequeño y funciona a menor temperatura que los IGBT, lo que reduce aún más el peso del sistema de accionamiento, disminuye el tamaño mecánico y reduce el derroche de energía.
Pero el paso al SiC conlleva otros nuevos retos. En comparación con los IGBT, el SiC es más susceptible de sufrir daños por cortocircuitos, por lo que los vehículos eléctricos necesitan una tecnología de accionamiento de puertas más adecuada para adaptarse a la migración al SiC.
Inversor de tracción de nueva generación
Esta nueva generación de inversores de tracción mejora la eficiencia y el rendimiento de los vehículos eléctricos:
- Soporta alta tensión 800V. La mayoría de los vehículos eléctricos utilizan baterías de 400 V, pero la industria avanza lentamente hacia las de 800 V. batería. Un motor de 800 V puede funcionar al doble de velocidad por minuto, pero al mismo tiempo conlleva potencialmente un mayor riesgo de pérdida y desperdicio de energía. Los microcontroladores (MCU) de alto rendimiento basados en Arm® y los controladores de puerta rápidos de TI están preparados para el reto, con un control de bucle de corriente rápido que ajusta el algoritmo de conmutación del motor cada millonésima de segundo.
- Seguridad vial. Nuestra tecnología de aislamiento patentada ayuda a los automóviles y a sus baterías de alto voltaje a funcionar con seguridad en carretera. Además, nuestros microcontroladores de automoción y otros componentes para inversores de tracción y control de motores cumplen las normas de seguridad funcional, lo que ayuda a los diseñadores de sistemas a alcanzar niveles de seguridad funcional de hasta ASIL-D.
- Mejorar la fiabilidad. Nuestros productos y diseños de sistemas ayudan a prolongar la vida útil de los inversores de tracción y otros componentes críticos de los VE mejorando el aislamiento capacitivo, la detección de fallos y la supervisión del estado, incluida la supervisión térmica y de la tensión. Estos diagnósticos y comprobaciones de componentes proporcionan opciones de alerta temprana y actuación para el sistema, ayudando a los fabricantes de automóviles a reducir la tasa de fallos de los componentes críticos en función del tiempo.
Es posible que una nueva generación de motores ligeros y de revoluciones ultraaltas acapare la mayoría de los titulares cuando estas características se hagan realidad, pero los conductores de VE entendidos comprenderán que son los avances en el inversor de tracción los que harán posible la mayoría de las mejoras en rendimiento y fiabilidad.
