Dispositivo electrónico aumentaría eficiencia de los automóviles eléctricos, ¿cómo?

Aunque la adopción de automóviles eléctricos ha sido más rápida en países como Noruega, China y Alemania, en Colombia ya se empieza a ver un crecimiento de este mercado. Según la información de matrículas del Registro Único Nacional de Tránsito (RUNT), entre enero y julio de 2024 se matricularon 3.178 vehículos eléctricos nuevos, lo que presenta un incremento del mercado del 73,6 % respecto al mismo periodo de 2023.

Pese a este panorama, uno de los mayores desafíos que enfrenta esta tecnología en el país es la necesidad de cargar los vehículos diariamente o más de una vez al día, lo que influye en la decisión de adquirirlos aunque su compra represente entre otras ventajas como la excepción del pico y placa e impuestos más bajos.

Rafael Antonio Acosta Rodríguez, estudiante del Doctorado en Ingeniería - Ingeniería Eléctrica de la UNAL, ha dedicado varios años de estudio a resolver este problema a través del desarrollo de “convertidores de conmutación cuadrática”, dispositivos que gestionan la energía dentro de los automóviles eléctricos al transformar la corriente continua (que proviene de la batería), en la energía que mueve el motor y alimenta otros sistemas del vehículo.

“Hemos estado trabajando en unos convertidores que regulen esa parte energética para que el consumo sea menor y óptimo dentro del automóvil”.

“Aunque los convertidores convencionales han sido útiles presentan limitaciones en términos de eficiencia, ya que esta ronda el 85 %, pero en automóviles eléctricos necesitamos una eficiencia superior al 95 % para mejorar la autonomía y reducir la frecuencia de carga”, detalla el investigador.

Aquí es donde entra en juego la tecnología de conmutación cuadrática de la que parte su propuesta, pues esta técnica, basada en ecuaciones matemáticas avanzadas y sistemas de control “no lineales”, permite gestionar mejor la energía eléctrica.

Cabe destacar que aunque los convertidores de conmutación cuadrática no son nuevos, sí tienen una complejidad matemática que lleva a que los ingenieros tengan dificultades para su implementación masiva.

Pese a estas limitaciones, el investigador y su director de estudio, el profesor Javier Alveiro Rosero García, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL, ya han avanzado en su modelado y simulación.

De números a un futuro dispositivo

En ingeniería la base de todo son las ecuaciones matemáticas, por eso para este estudio el punto de partida fue modelar matemáticamente el comportamiento de los convertidores. “Así caracterizamos los sistemas y determinamos los parámetros que necesitamos ajustar para lograr la eficiencia deseada”, explica el estudiante del Doctorado.

En la investigación se analizaron los convertidores actuales y su comportamiento energético en distintas condiciones de operación. Con esta información se establecieron las ecuaciones de control y se hicieron las simulaciones computarizadas para prever cómo funcionará el convertidor en la vida real.

“Para eso introducimos señales de entrada y observamos cómo responde el sistema. Si los resultados son correctos, pasamos a la siguiente fase, que es el prototipado en hardware”, comenta.

El objetivo final de esta investigación es implementar los convertidores en automóviles eléctricos comerciales, empezando con vehículos más pequeños, como las motos eléctricas. “En estos es más fácil controlar el consumo energético. Luego, a medida que perfeccionemos la tecnología, podremos escalarla a automóviles más grandes y camionetas”, concluye el investigador.

Los avances de este proyecto se presentaron en el evento internacional “Escuela Doctoral Electrónica de Potencia en Redes Inteligentes & Evento Mujeres en Ingeniería 2024”, realizado entre el 15 y el 18 de octubre de 2024 en la Universidad Tecnológica de Pereira, y organizado por el grupo de investigación Eléctrica Machine & Drives de la Facultad de Ingeniería de la UNAL Sede Bogotá.