ICOPE: solucions innovadores en la refrigeració de l’electrònica de potència en els avions

Noves estratègies integrades per reduir l’ús i l’impacte dels plaguicides de les vinyes i les oliveres
desembre 20, 2020
Exoesquelets modulars personalitzables per a pacients amb patologies neurològiques
desembre 18, 2020
19/12/2020

El Centre Tecnològic de Transferència de Calor (CTTC) ha liderat el projecte ICOPE (Innovative Cooling System for Embedded Power Electronics), per dissenyar un nou sistema de refrigeració per a l’electrònica de potència integrada als avions.

L’avenç progressiu cap als avions híbrids-elèctrics o possiblement totalment elèctrics genera nous reptes en la gestió tèrmica associada a la generació, acumulació i emissió d’energia elèctrica d’alta tensió.

En els darrers anys, les tecnologies utilitzades per a la refrigeració de l’electrònica de potència i/o d’altres dispositius semiconductors han passat de solucions refrigerades per aire a solucions refrigerades per líquids o per processos evaporatius de canvi de fase, per aconseguir gestionar els increments de potència per unitat de volum (és a dir, reduint la mida de l’electrònica).

Amb els nous tipus de semiconductors de potència, fabricats amb materials més eficients des d’un punt de vista tèrmic (menys pèrdues i més resistència a altes temperatures), s’ha obert la possibilitat de tornar a avaluar l’ús de sistemes refrigerats per aire, que, a més, pesen menys i en general són més fiables i necessiten menys manteniment.

Així, en el marc del projecte s’han desenvolupat nous conceptes de dissipadors de calor refrigerats per aire mitjançant la integració de materials avançats, com l’annealed pyrolytic graphite (APG) i els metal matrix composites (MMC), capaços de dissipar la quantitat de calor que aquests sistemes d’electrònica de potència generen i mantenir-los a una temperatura adequada. Aquests nous dissipadors han estat dissenyats, optimitzats, prototipats i testejats replicant els sistemes d’electrònica de potència d’un avió. També se n’ha analitzat la integració final en un sistema de quatre mòduls de conversió (disseny, construcció i testeig), per assegurar que la distribució de l’aire sigui l’adequada per mantenir la refrigeració esperada segons els requisits del projecte.



Figura 1. Esquerra: model conceptual del conducte de refrigeració d’aire per refrigerar el sistema d’electrònica de potència. Dreta: simulació de la distribució de l’aire en l’interior.

Aquest nou sistema de refrigeració per aire és, doncs, una solució senzilla i fiable, que elimina components i sistemes addicionals, redueix substancialment el pes i la complexitat dels sistemes actuals, i la fa, per tant, més competitiva.

En el projecte també hi han participat AAVID Thermacore Europe Limited, del Regne Unit, i Schunk Carbon Technology GmbH, d’Àustria. ICOPE ha tingut una durada de tres anys (de juny de 2017 a agost de 2020) i ha comptat amb un pressupost de 943.507 €.