Los convertidores de CC a CC son dispositivos que almacenan temporalmente energía eléctrica con el fin de convertir la corriente continua (CC) de un nivel de tensión a otro. En las aplicaciones automotrices, son un intermediario esencial entre los sistemas de diferentes niveles de tensión en todo el vehículo.
Los circuitos de control desempeñaban el papel de convertidor de CC a CC en la arquitectura eléctrica tradicional de 12 V que dominaba la industria del automóvil a partir de los años 50. A lo largo de las décadas, las nuevas características e innovaciones aumentaron la complejidad de las arquitecturas eléctricas/electrónicas de los vehículos, incluyendo la introducción del control de crucero en los años 50, las características de control de emisiones en los 70 y los centros eléctricos en los 90. Los convertidores de CC a CC permitieron este crecimiento al reducir la potencia de la batería de 12 V a los sistemas eléctricos de menor voltaje, como el panel de instrumentos, el sistema de entretenimiento, la iluminación LED y los sensores (que pueden requerir tan sólo 3,3 V). Estos convertidores CC-CC de bajo voltaje siguen siendo una parte esencial de los circuitos de control en todos los vehículos actuales, tanto en los vehículos con motor de combustión interna como en los vehículos eléctricos con batería (BEV).
Los BEV introducen un nivel de potencia eléctrica mucho mayor, lo que requiere un convertidor CC-CC más robusto. Los sistemas de más de 60V se consideran de alto voltaje; las baterías típicas de los BEV oscilan entre 400V y 800V. El voltaje tiene que reducirse, por ejemplo, a 48 V para alimentar una unidad de aire acondicionado, y a 12 V o menos para alimentar numerosos componentes electrónicos en todo el vehículo. También puede ser necesario aumentar la tensión, por ejemplo, si una batería que funciona a 400 V se conecta a una estación de carga que funciona a 800 V.
La expansión de las funciones habilitadas por software, como la seguridad activa, la conectividad y el infoentretenimiento, no ha hecho más que aumentar la complejidad de la arquitectura de bajo voltaje. Los BEV deben suministrar suficiente energía para impulsar las ruedas del coche y, al mismo tiempo, ser capaces de reducir la corriente para hacer funcionar todos los dispositivos de bajo voltaje que conforman el vehículo definido por software. Además, deben ser lo suficientemente fiables como para satisfacer las exigencias de seguridad funcional de las funciones de conducción autónoma y los sistemas avanzados de asistencia al conductor.
Convertidores CC-CC para aplicaciones de alto voltaje
Los convertidores CC-CC de alto voltaje son mucho más grandes y pesados que sus homólogos de bajo voltaje debido al blindaje adicional necesario para proteger los componentes cercanos de las interferencias electromagnéticas generadas por el aumento de la corriente. Dado que los diseñadores de vehículos eléctricos buscan reducir el tamaño y el peso siempre que sea posible para ampliar la autonomía de los vehículos, recurren a convertidores de CC a CC con una mayor densidad de potencia, medida en kilovatios de potencia por unidad de volumen.
Para pasar de 400 u 800 V a 12 V se necesita un convertidor de CC a CC con una potencia que oscila entre los 700 W y los 4 kW, o incluso hasta los 12 kW en el caso de un vehículo comercial.
El reto es optimizar el espacio manteniendo los niveles más altos de seguridad y eficiencia posibles. Mientras que algunos fabricantes de automóviles han mantenido una batería de 12V además de la batería principal de 400V u 800V, los diseños emergentes están logrando una mayor eficiencia al combinar la batería más grande con un convertidor DC-to-DC más sofisticado, eliminando así el peso, el coste y el mantenimiento de una batería de 12V separada.
El software que ejecuta el convertidor CC-CC es clave para garantizar que la conversión siga siendo eficiente, y el conocimiento de toda la arquitectura del vehículo informa el diseño del software y el hardware. Aunque los componentes de alto voltaje para vehículos son un territorio relativamente nuevo para la industria, Aptiv se basa en décadas de conocimiento sobre lo que los OEM necesitan para liderar las soluciones de electrificación de vehículos. Los vehículos definidos por software del futuro deben ser lo suficientemente eficientes en cuanto a espacio y energía para permitir las funciones que los OEM y los consumidores esperan, como las actualizaciones por aire, la ciberseguridad, la conducción autónoma, la seguridad avanzada y las experiencias de usuario de última generación.
La experiencia de Aptiv con el cerebro y el sistema nervioso del vehículo nos permite optimizar los sistemas eléctricos/electrónicos y el espacio de embalaje sin dejar de satisfacer las necesidades de rendimiento, seguridad funcional, y computación y energía.