El progreso tecnológico que los semi-conductores nos han aportado desde que Shockley descubriera el efecto transistor, se ha abierto camino en gran parte sobre los mini-gadget, pequeños electrodomésticos que cada vez han reducido más su tamaño gracias a la evolución de la electrónica. Hasta el momento en los macro-gadgets (el coche de casa) se había utilizado para todos los micro-gadgets que incluían (la radio, los potentes altavoces, el GPS, los sistemas de seguridad ABS, EDC, etc) todos ellos han mejorado la seguridad, tanto activa como pasiva, de los conductores.
Con todo, la electrónica de potencia está a la orden del día desde que la electricidad se utiliza como medio inmediato de energía para su conversión a sistemas de tracción mecánica. Hasta la fecha, el consumo de combustible ha sido casi el único protagonista. Esto es así, porque existe un interés mundial (o casi mundial) en disminuir las concentraciones de CO2 y NOx.
En el ámbito europeo y relativo a la automoción, se han establecido los niveles mínimos de emisiones que deben alcanzar los motores de los vehículos, ya sean ligeros o pesados. En este sentido, aparecen los motores Euro5 y Euro6 cuyos mínimos niveles de contaminantes emisibles no tienen nada que ver con los de antaño.
Del combustible a la electricidad
La aplicación de la electrónica basada en semiconductores se ha utilizado para conseguir un uso eficiente del combustible (gasoil o gasolina) cada vez en mayor grado. Ahora dicha electrónica se utilizará también para la gestión directa de la energía, ya que será de su mismo ámbito, el eléctrico.
Con la vista puesta en la reducción de emisiones requerida por ley a los vehículos la evolución ha sido en fases y por grupos. Primero, sobre los sistemas de inyección, que gestionados electrónicamente han llegado a unos niveles impensables hace pocos años. Segundo, sobre el control de gases de escape (sondas lambda) para actuar sobre la inyección, sistemas de recirculación de gases, para evitar que se emitan gases radicales a la atmosfera (uso de urea, AdBlue).
Ahora se plantea un nuevo ámbito, que da un giro radical a los sistemas anteriores, íntimamente ligados a su fuente de energía: del combustible (gasoil o gasolina) a la electricidad, aunque sea de forma partida con los anteriores en los modelos híbridos.
Por este motivo, la electrónica de potencia y su control adquieren un nuevo protagonismo.
Empezamos presentando el IGBT (Insualted Gate Bipolar Transistor) que permite el control de conmutación de altas intensidades con señales de puerta muy pequeñas. Presenta las ventajas de los MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) y tiristores, todas unidas en un solo producto. Mediante tensiones muy bajas aplicadas al dispositivo, es posible controlar los flujos de corriente.
El control de corriente eléctrico es indispensable para controlar el flujo de corriente que se genera en sistemas de acumulación rápida de energia generada, por ejemplo, en el frenado de grandes masas (casi 1000 kg que puede pesar un coche utilitario) y su posterior uso (casi inmediato) para el arranque el vehículo.
En un primer nivel de razonamiento, a alguien se le ocurriría almacenar la energía de frenado en unos grandes volantes de inercia. Unas ruedas de mucha masa, que almacenaran la energía que tenía el vehículo antes de frenar y que, mediante cierto sistema de engranajes, pudiera transmitirse de nuevo al vehículo, para ponerlo en movimiento con la energía almacenada.
En un segundo nivel de razonamiento, podríamos pensar en frenar el vehículo mediante unos dinámos como los que se utilizaban en las bicicletas para generar luz. La corriente generada en los dinámos se podría acumular en una batería y después se podría utilizar de nuevo. El problema es que la batería no puede almacenar toda la energía que genera la frenada en un tiempo tan reducido como el que dura la misma frenada.
Finalmente, en un tercer nivel de razonamiento, podríamos pensar en almacenar la energía de frenada transformada en forma de corriente mediante un sistema parecido al de una dinamo, en condensadores cuya capacidad sea muy alta. Estos existen de hace poco y se llaman ultracaps. Tienen la ventaja, respecto las baterías, que cargan y descargan energía con gran rapidez.
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