Las preocupaciones económicas y climáticas están empujando a la industria automotriz hacia la electrificación. En general, la electrificación de los vehículos plantea varios desafíos, como el alto precio, el bajo rango de conducción y la escasez de cargadores. En este artículo, nos centraremos en los desafíos y las tendencias tecnológicas relacionados con los vehículos eléctricos de servicio mediano y pesado (MHDV).

SiC de alta corriente aumenta la eficiencia y la densidad de potencia

Un vehículo eléctrico convierte aproximadamente el 60% de la energía eléctrica almacenada en la batería en energía en las ruedas. Con este bajo nivel de eficiencia, los requisitos de refrigeración del sistema pueden ser exigentes, especialmente cuando se trata de sistemas de alta potencia como los vehículos eléctricos de servicio pesado.


Una PCU con semiconductores de potencia de silicio (izquierda) y una PCU con semiconductores de potencia de SiC (derecha). Imagen cortesía de Toyota

En este caso, la tecnología SiC reduce el tamaño de la unidad de control de potencia en aproximadamente un 80%. Desde el punto de vista de la eficiencia, la tecnología SiC puede mejorar el rendimiento de ciertos bloques, como el inversor, en aproximadamente un 77% en comparación con un diseño basado en IGBT.
SiC parece ser una de las tecnologías de interruptores de energía dominantes en los futuros vehículos eléctricos. Sin embargo, es necesario desarrollar dispositivos SiC de alta corriente para aplicaciones eléctricas MHDV. Actualmente, los interruptores de SiC están disponibles a corrientes relativamente bajas, mientras que para la electrificación MHDV se requieren dispositivos de 200 A con una temperatura de unión de 175 ° C.

Motores basados ​​en PM frente a motores no basados ​​en PM

Los motores eléctricos para aplicaciones de vehículos eléctricos deben ser asequibles y proporcionar un alto par a velocidad cero, alta eficiencia y alta densidad de potencia.
La selección del motor de tracción depende en gran medida de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, los motores de inducción pueden ser adecuados para aplicaciones donde la confiabilidad y la asequibilidad son los factores clave, mientras que los motores síncronos de imanes permanentes (PM) pueden ser una opción útil para aplicaciones de camiones mineros que comúnmente requieren grandes aumentos de potencia.
Aunque los requisitos de una aplicación determinan el tipo de motor, se pueden observar algunas tendencias generales: los motores eléctricos para aplicaciones MHDV están basados ​​en PM o no. Los motores basados ​​en PM suelen ofrecer la mayor eficiencia y densidad de potencia, pero son costosos y existen problemas de confiabilidad debido a la fragilidad de los imanes, especialmente en los entornos hostiles de las aplicaciones MHDV.
Los motores no basados ​​en PM no pueden proporcionar la eficiencia y densidad de potencia de los motores basados ​​en PM, pero pueden ser más asequibles y confiables que las soluciones basadas en PM. La siguiente tabla compara motores basados ​​en PM con otras tecnologías comunes, incluidos motores de CC, motores de inducción (IM) y motores de reluctancia conmutada (SRM).

Una evaluación de los sistemas de propulsión eléctrica.
Una evaluación de los sistemas de propulsión eléctrica. Imagen (adaptada) cortesía de Mounir Zeraoulia et. Alabama

Muchos MHDV eléctricos utilizan actualmente motores basados ​​en PM debido a su eficiencia y densidad de potencia. Sin embargo, considerando los problemas de disponibilidad de los materiales de PM, los investigadores están intentando desarrollar motores no basados ​​en PM que puedan ofrecer la eficiencia y densidad de potencia de los motores basados ​​en PM a un precio más asequible.

El desafío del costo de la batería

Un gran desafío con los camiones eléctricos es ocultar el costo de las baterías de iones de litio necesarias. Actualmente, se estima que el paquete de baterías cuesta alrededor de $ 200 por kilovatio-hora. Incluso con $ 100 por kilovatio-hora, un paquete de baterías de 500 kWh costaría $ 50,000. ¡Esto es aproximadamente un 30% del costo de un camión convencional!
Vale la pena mencionar que si bien los investigadores intentan reducir gradualmente el costo de la batería mediante técnicas innovadoras, el problema de disponibilidad de ciertos elementos críticos, como el cobalto, el níquel y el litio, puede ser un problema en el futuro y afectar el precio de la batería.
Es por eso que los investigadores buscan baterías de iones de litio sin cobalto que brinden un alto rendimiento a un precio más asequible.

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