Caricatori di bordo compatti ed efficienti per rivoluzionare la mobilità elettrica
Nell’attuale contesto in cui l’Europa si impegna a raggiungere i propri ambiziosi obiettivi climatici, la riduzione delle emissioni prodotte dal traffico stradale, che è responsabile dell’80 % della quota attribuibile al settore dei trasporti sul totale delle emissioni dell’UE, pari al 28 %, è diventata una priorità assoluta. Sebbene i veicoli elettrici siano fondamentali per conseguire questa transizione, il loro sviluppo è attualmente ostacolato dai limiti che affliggono la tecnologia dei caricatori di bordo (OBC, on-board charger). Il progetto HiPower 5.0(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, mira a superare queste barriere sviluppando OBC di nuova generazione di minori dimensioni, maggiormente efficienti e più efficaci in termini di costi.
Da 12 a 4 litri
Installati sui veicoli elettrici, gli OBC convertono l’elettricità proveniente dalla rete in energia adatta alle batterie. Tuttavia, gli OBC attualmente a disposizione devono affrontare sfide significative a causa dell’aumento della domanda di energia e la tecnologia convenzionale basata sul silicio presenta problemi legati alla perdita di efficienza, alla generazione di calore e alle dimensioni ingombranti, mentre gli OBC ad alta potenza richiedono spesso sistemi di raffreddamento complessi, il che li rende inadatti ai veicoli di piccole dimensioni. HiPower 5.0 affronta queste problematiche attraverso lo sviluppo di un innovativo OBC da 22 kW che occupa solo 4 litri di spazio, notevolmente di meno rispetto alla media attuale del mercato, pari a 12 litri. L’innovazione del progetto risiede nell’utilizzo di semiconduttori al nitruro di gallio (GaN), che sono stati forniti da Infineon Technologies, azienda partner di HiPower 5.0. «Questi interruttori GaN bidirezionali integrati a livello monolitico consentono una conversione più efficiente in un contenitore più compatto, essendo progettati per controllare il flusso di corrente in entrambe le direzioni», spiega un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato sul sito web del Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, il partner che supervisiona il caso d’uso automobilistico del progetto. Un singolo interruttore GaN svolge quindi il lavoro di due semiconduttori convenzionali, riducendo la complessità del sistema e gettando le basi per nuove opportunità tecnologiche. L’esperienza di Fraunhofer nel campo del packaging e dello sviluppo di sistemi ha svolto un ruolo fondamentale nell’ottimizzazione dell’intero sistema OBC: anziché concentrarsi sui singoli componenti, il consorzio di HiPower 5.0 ha adottato un approccio olistico integrando i componenti elettronici direttamente nei circuiti stampati. Tale progettazione accorcia i percorsi elettrici critici, riduce al minimo le potenziali perdite di energia e consente di risparmiare spazio, dando vita a un sistema altamente integrato ed efficiente.
Settore automobilistico e non solo
L’impatto esercitato da HiPower 5.0 va oltre il settore automobilistico: il progetto sta infatti valutando possibili applicazioni nel settore del trasporto marittimo, sfruttando ulteriormente i vantaggi offerti dal GaN e dai semiconduttori a banda larga. Nel corso del progetto, il team di HiPower 5.0 lavorerà su sei casi d’uso, tra cui interruttori bidirezionali di blocco di prossima generazione che riducono drasticamente le perdite di commutazione e di conduzione, inverter ibridi multilivello per il settore automobilistico che ottimizzano l’efficienza e i costi, nonché convertitori ausiliari di nuova generazione destinati sia ad autovetture che a veicoli pesanti. Gli altri tre casi d’uso riguardano lo sviluppo di sistemi di trazione elettrica completamente integrati, finalizzati a garantire maggiore efficienza, affidabilità e sostenibilità, la realizzazione di un gemello digitale di un inverter a tre livelli basato su componenti in GaN, nonché, nel settore marittimo, la valutazione di soluzioni che prevedono un inverter integrato con motore elettrico, un’unità di ricarica ad alta potenza per navi, una fonte di corrente continua a 3 kV con isolamento galvanico e interruttori a stato solido per le reti in corrente continua a bordo delle navi. Le innovazioni fornite dal progetto HiPower 5.0 (Leading edge Semiconductor, Integration, and Control System Technologies for highly compact and smart eDrive Components towards more sustainable Power Electronics 5.0) affrontano sfide cruciali nel campo della mobilità sostenibile e contribuiscono a spianare la strada verso un futuro a basse emissioni di carbonio. Il progetto si concluderà nel 2028. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto HiPower 5.0(si apre in una nuova finestra)
