Una tesis defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA) por el ingeniero industrial David Elizondo propone mejoras en el modelizado de componentes en cargadores rápidos, así como una nueva estructura de conversión de electrónica de potencia para aplicaciones de recarga de vehículos eléctricos. La tesis, dirigida por Ernesto Barrios y Pablo Sanchis, ambos profesores y miembros del Instituto de Smart Cities (ISC), obtuvo la máxima calificación, sobresaliente cum laude, y cuenta con mención internacional.
En concreto, en la tesis se contemplan nuevos modelos analíticos de componentes utilizados en electrónica de potencia y se ha desarrollado un algoritmo de diseño “holístico” de un convertidor de recarga rápida de vehículo eléctrico. Como indica David Elizondo, la tesis contó desde un inicio con un marcado enfoque industrial y de transferencia tecnológica, puesto que se realizó en colaboración con la empresa Ingeteam.
“El algoritmo de diseño desarrollado tuvo en consideración aspectos cuantitativos como el coste, la eficiencia y la densidad de potencia, pero también cualitativos como la facilidad de fabricación y la disponibilidad comercial. Además, se consideraron todos los principales componentes de potencia del convertidor y el sistema de refrigeración, lo que resultó en una solución integral”, explicó Elizondo.
El algoritmo de diseño desarrollado en el marco de la tesis toma en cuenta aspectos como el coste, la eficiencia, la densidad de potencia, la facilidad de fabricación y la disponibilidad comercial
Los cargadores rápidos de vehículos eléctricos utilizan convertidores de electrónica de potencia, para cuya optimización “es necesario realizar un diseño integral que parta de la estructura de conversión, integre todos sus componentes (semiconductores, transformador, bobinas, sistema de refrigeración) y disponga de modelos analíticos precisos”.
Elizondo propone una nueva estructura de conversión que destaca por tres características: la primera es que la estructura de recarga está formada por dos etapas de conversión, lo que permite “alcanzar valores elevados de eficiencia y lograr un diseño óptimo del transformador”; la segunda, es que el cargador es trinivel, es decir, que “puede aplicar tres niveles de tensión a la salida, y no dos como suele ser habitual”. El tercer distintivo del convertidor propuesto es que logra “un equilibrio inherente” en sus buses de tensión: “Dicho equilibrio se garantiza en todo el rango de funcionamiento y permite evitar el encarecimiento y la complejidad adicional que suponen los métodos de equilibrado existentes”.
Al mismo tiempo, se ha desarrollado un nuevo modelo y método de diseño de la primera etapa de conversión, que incluye al transformador y permite conmutar “sin pérdidas” en los semiconductores de carburo de silicio (Mosfet SiC). Así mismo, se ha propuesto un nuevo modelo para calcular las pérdidas de alta frecuencia en los devanados de las bobinas del filtro de salida. “Los modelos existentes cometen errores muy significativos durante la segunda etapa de conversión que dificultan notablemente la optimización del convertidor. Por ello, se desarrolló una nueva fórmula que es muy precisa y fácil de integrar en el proceso de diseño del convertidor”, concluye el autor de la tesis.
SOBRE EL INVESTIGADOR
Elizondo obtuvo el grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales y el máster en Ingeniería Industrial por la UPNA en 2017 y 2019, respectivamente. En ambas titulaciones recibió uno de los premios a mejores expedientes. Desarrolló su trabajo fin de máster en la Hochschule Osnabrück (Alemania). Desde 2017 forma parte del grupo de investigación Ingeper de la UPNA, en el que ha realizado su tesis doctoral, y es miembro del ISC de dicha universidad. Realizó una estancia investigadora en la RWTH Aachen (Alemania) en 2022.
Es autor o coautor de cuatro artículos científicos y ha presentado resultados de sus trabajos de investigación en cuatro congresos internacionales. También ha sido solicitada una patente derivada de su tesis doctoral. Su faceta investigadora ha sido complementada con labores de docencia de prácticas en la UPNA, tanto en español como en inglés.
