Contexto y retos

La preocupación por el calentamiento global está empujando a la aviación a introducir tecnologías innovadoras para vuelos más ecológicos, ya que las partes interesadas de la aviación se comprometieron con objetivos ambiciosos de reducir las emisiones netas globales de carbono de la aviación en un 50% para 2050 en comparación con 2005. La propulsión híbrida-eléctrica es una de las soluciones propuestas para lograrlo. objetivo ambicioso. La introducción de esta solución abre nuevas oportunidades y también genera nuevos desafíos, como la necesidad de sistemas de gestión térmica (TMS) dedicados para enfriar las máquinas eléctricas. 

Propuesta

La Unión Europea ha cofinanciado el proyecto ORCHESTRA (Optimised electric network aRCHitEctures and SysTems for more-electric Aircraft) para diseñar nuevas tecnologías que permitan un aumento del 10% en la eficiencia y una reducción del 25% en el peso del sistema de energía eléctrica (EPS) en comparación con el estado del sistema. arte.

Dentro del proyecto ORCHESTRA, Skylife ha desarrollado un convertidor modular bidireccional Dual Active Bridge (DAB) para gestionar la transferencia de energía entre el bus de corriente continua de kilovoltaje (KVDC) (1-3KV) y el bus de corriente continua de alto voltaje (HVDC) ( 540V). 

La Solución

El convertidor de potencia diseñado por Skylife para este proyecto tiene una característica principal a considerar: la entrada de alto voltaje, ya sea 1 kV o 3 kV. Generalmente, para ese nivel de voltaje, las soluciones más típicas incluyen módulos IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) como semiconductores, por su capacidad de soportar alto voltaje y alta capacidad de corriente. Sin embargo, en este caso, el tamaño y el peso del convertidor también son críticos, y esa es la razón que motivó el aumento de la frecuencia de conmutación, haciendo imperativo el uso de dispositivos más rápidos como los SiC MosFET (Silicon Carbide Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), con buena resistencia a la tensión y capacidad de corriente.

La topología elegida para el convertidor DC/DC fue el convertidor Dual-Active Bridge. Esta elección se basó en las principales características de esta topología: flujo de potencia bidireccional, alta eficiencia, regulación de voltaje, aislamiento galvánico, armónicos reducidos y modularidad. Esta última característica fue la que permitió utilizar el convertidor en diferentes configuraciones modulares para trabajar a una tensión de entrada de 1 kV o 3 kV. Cuando la tensión de entrada es de 1 kV, los convertidores tienen su entrada conectada en paralelo en lo que se llama IPOP (Input Parallel, Output Parallel). Cuando la tensión de entrada es de 3 kV su entrada se conecta en serie, en lo que se denomina ISOP (Input Series, Output Parallel). Ambas conexiones están representadas en la siguiente imagen.

El diseño de los convertidores se realizó para alcanzar las características siguientes.

• Nominal Power: 70kW
• Nominal Voltage KVDC: 1kV
• Nominal Voltage HVDC: 540V
• Topology: Dual-active bridge

El proyecto ORCHESTRA, con un presupuesto de más de 4,8 millones de euros para el consorcio, se ejecutó entre 2021 y 2024 con una subvención del 100% para los socios. Fue financiado por el programa Horizon 2020 de la Comisión Europea.

En Skylife Engineering lideramos proyectos gracias a nuestra amplia experiencia en la integración de tecnologías avanzadas y a nuestro firme compromiso con la sostenibilidad en la aviación. Trabajamos de la mano con cada gestor de proyecto, aplicando un proceso riguroso de revisión y mejora continua. Este enfoque garantiza soluciones de máxima calidad, seguras y efectivas, que generan un impacto real y duradero en la industria.