Proiectul evadarefinanțat de Programul Orizont Europa al Uniunii Europene (UE), reunește nouă instituții de cercetare și companii din cinci țări europene cu scopul de a dezvolta noi componente electronice modulare și scalabile pentru grupul motopropulsor al viitoarelor vehicule electrice.
Tranziția către modele de transport și mobilitate electrică mai durabile și mai puțin poluante este una dintre cele priorități europene de cercetare. Pentru a-l sprijini, Scape se concentrează pe propunerea și validarea unui design și arhitectură inedită pentru grupul motopropulsor al vehiculelor electrice, de la motociclete la camioane. Una dintre modalitățile de a realiza acest lucru este designul modular și standardizabil al convertoarelor de putere.
„Vă propunem o structură de celule de comutare complet nouă, modulară, scalabilă și compactă, implementată cu încorporarea cipurilor. Cu acesta, cipurile dispozitivelor semiconductoare de putere sunt integrate în plăcile de circuite imprimate sau PCB-urile convertorului, în loc să fie lipite extern, așa cum s-a făcut până acum în tehnologiile convenționale. Acest lucru oferă o miniaturizare mai mare și o performanță mai bună”, comentează el. Xavier Jordàinvestigator principal al IMB-CNM pe proiect și membru al Grupului Power Devices and Systems (PDS).
Vă propunem o structură complet nouă, modulară, scalabilă și compactă a celulei de comutare, implementată cu tehnologie de încorporare a cipurilor.
Xavier Jordà, cercetător principal la IMB-CNM
„Combinația a mai multor dintre aceste celule, precum piesele LEGO, vor facilita implementarea circuitelor electronice necesare tracțiunii tuturor tipurilor de vehicule electrice”, adaugă el. Acest concept de componente modulare standardizate va permite fabricarea la scară, generând mai puține procese diferite și rezultând componente mai economice.
Electronică de putere mai eficientă, robustă și durabilă
Pentru a introduce cipurile de putere în structura plăcilor, cercetătorii au dezvoltat noi procese de interconectare în Camera Albă de Micro și Nanofabricație a IMB-CNM-CSIC, care are sigiliul Infrastructură științifică și tehnică singulară (ICTS), acordat de către Ministerul Științei, Inovării și Universităților.
„A fost dezvoltată o tehnică care permite depunerea straturilor de cupru de câțiva microni pe electrozii superioris-a dintre tranzistoarele MOSFET cu carbură de siliciu utilizate în proiect, iar procesul de îmbinare a părții inferioare a cipurilor a fost studiat și optimizat folosind noi materiale compuse din micro- și nanoparticule de argint”, subliniază el. Emma Solàcercetător predoctoral la IMB-CNM pe proiect.
Acest material oferă o performanță mai bună decât aliajele de sudură utilizate până în prezent. În plus, adaugă Solà, „ne permite să evităm utilizarea plumbului, un metal care poate prezenta probleme de toxicitate”.
Pentru a introduce cipurile de putere în structura plăcilor, cercetătorii au dezvoltat noi procese de interconectare în camera albă de micro și nanofabricare.
O altă provocare în acest tip de circuite este miniaturizareadică permite manipularea unor niveluri ridicate de tensiune, curent și putere într-un spațiu foarte mic. „Proiectarea structurii celulei de comutare este un proces critic care necesită luarea în considerare a unui număr mare de aspecte electrice, termice, mecanice etc.”, explică Mariana Raya, cercetător predoctoral la IMB-CNM în grupul PDS și autoarea proiectului. a prototipurilor dezvoltate în Scape.
Raya comentează că, pentru a realiza proiecte optime, „a fost necesară dezvoltarea unei metodologii de simulare multifizică fiabilă (electrică, termică, mecanică și electromagnetică), care să permită studierea răspunsului prototipurilor înainte de fabricare și corectarea proiectării până la obținerea optimului dorit. performanţă.
Rezultatele experimentale pe care le-am obținut cu primele prototipuri au validat această abordare, în domeniul real de funcționare al celulelor de comutare până la 400V tensiune și 50A curent.”
În electronică, o altă provocare a cercetării actuale este fiabilitatea dispozitivului. „Obținerea unei robustețe și durabilitate ridicată a componentelor dezvoltate este esențială, nu numai pentru a garanta funcționarea fiabilă a vehiculului electric final, ci și pentru a minimiza deșeurile electronice care ar proveni din defecțiunea circuitelor”, spune el. Xavier Perpiñàcercetător al grupului PDS al IMB-CNM care participă la proiect.
Tehnologiile dezvoltate au poziționat IMB-CNM și CSIC într-o situație privilegiată la nivel european pentru dezvoltarea sistemelor electronice de putere cu densitate mare de integrare, atât pentru mobilitatea electrică, cât și pentru aplicații de electrificare industrială.
Electrificarea proceselor industriale pe bază de combustibili fosili de către alții pe baza de energie electrică de origine regenerabilă este unul dintre instrumentele disponibile pentru atingerea obiectivelor de decarbonizare ale societății. Este, de asemenea, unul dintre domeniile tematice de acțiune contemplate în Platforma Tehnologică Interdisciplinară Transener (PTI) a CSIC, la care participă institutul.
Fântână: SINCRONIZARE
Drepturi: Creative Commons.