Toyota Motor Corporation (TMC), en colaboración con Denso Corporation (Denso) y Toyota Central R&D Labs., Inc. (Toyota CRDL), ha desarrollado un semiconductor de potencia de carburo de silicio (SiC) para utilizarlo en unidades de control de la energía — ‘Power Control Units’ (PCU) — en automoción.
Toyota empezará a probar vehículos equipados con las nuevas PCU en vías públicas de Japón en un año.
Toyota desarrolla un nuevo semiconductor
Mediante el uso de semiconductores de potencia de SiC, Toyota pretende mejorar la eficiencia de combustible de sus vehículos híbridos en un 10.%, según el ciclo de prueba JC08 del Ministerio de Territorio, Infraestructuras, Transporte y Turismo (MLIT) de Japón. Además, se pretende reducir el tamaño de las PCU en un 80.% con respecto a las actuales, con semiconductores solo de silicio.
Los semiconductores de potencia de SiC presentan pocas pérdidas de energía al encenderse y apagarse, lo que permite un flujo de corriente más eficiente incluso a altas frecuencias. De este modo, se puede reducir el tamaño de la bobina y el condensador, que supone alrededor del 40.% del tamaño total de la PCU.
Las PCU desempeñan un importante papel en los híbridos y otros vehículos con motor eléctrico: suministran la energía de la batería al motor para controlar la velocidad del vehículo y también envían la electricidad generada al decelerar a la batería para su almacenamiento.
Sin embargo, las PCU representan alrededor del 25.% de las pérdidas eléctricas en los vehículos híbridos, y se calcula que un 20.% del total está vinculado únicamente a los semiconductores de potencia. Por lo tanto, una de las claves para mejorar la eficiencia de combustible es aumentar la eficiencia de los semiconductores de potencia, concretamente disminuyendo la resistencia existente al paso de la corriente.
Desde el lanzamiento del Prius en 1997, Toyota ha estado trabajando en el desarrollo interno de semiconductores de potencia y en la mejora de la eficiencia de combustible de los vehículos híbridos.
Puesto que el SiC consigue una mayor eficiencia que el silicio solo, Toyota CRDL y Denso empezaron a investigarlo en los años 80 y Toyota, desde 2007, pasó a participar en el desarrollo conjunto de semiconductores de SiC para su aplicación práctica.
Toyota ha instalado los semiconductores de potencia de SiC desarrollados conjuntamente en PCU para prototipos de vehículos híbridos, y las pruebas de conducción realizadas han confirmado un aumento de la eficiencia de combustible superior al 5.%, según el ciclo de prueba JC08.
En diciembre de 2013, Toyota instaló un laboratorio específico de semiconductores de SiC en su planta de Hirose (Japón), para la investigación, el desarrollo y la producción de dispositivos tales como controladores electrónicos y semiconductores.
Además de la mejora de los motores y del comportamiento aerodinámico, Toyota está situando los semiconductores de potencia de alta eficiencia como tecnología clave para aumentar la eficiencia de combustible de los vehículos híbridos y otros vehículos con motor eléctrico. En lo sucesivo, Toyota seguirá impulsando las actividades de desarrollo encaminadas a la próxima implantación de los semiconductores de potencia de SiC.
Toyota presenta la tecnología en la Exposición de Ingeniería de Automoción 2014, que se celebra del 21 al 23 de mayo en el Centro de Convenciones Pacifico Yokohama, en Yokohama (Japón).
