ICOPE – Nuevos retos en la refrigeración de la electrónica de potencia en los aviones

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El Centro Tecnológico de Transferencia de Calor (CTTC) ha liderado el proyecto ICOPE (Innovative COoling system for embedded Power Electronics), para diseñar un nuevo sistema de refrigeración para la electrónica de potencia integrada en los aviones.

El avance progresivo hacia los aviones híbridos-eléctricos o posiblemente totalmente eléctricos genera nuevos retos en la gestión térmica asociada a la generación, acumulación y emisión de energía eléctrica de alta tensión.

En los últimos años, las tecnologías utilizadas para la refrigeración de la electrónica de potencia y/o de otros dispositivos semiconductores han pasado de soluciones refrigeradas por aire a soluciones refrigeradas por líquidos o por procesos evaporativos de cambio de fase, para conseguir gestionar los incrementos de potencia por unidad de volumen (reducción tamaño electrónica).

Con los nuevos tipos de semiconductores de potencia, fabricados con materiales más eficientes desde un punto de vista térmico (menos pérdidas y más resistencia a altas temperaturas), se ha abierto la posibilidad de volver a evaluar el uso de sistemas refrigerados por aire, que además, pesan menos y en general son más fiables y con un menor mantenimiento.

Así, en el marco del proyecto se han desarrollado nuevos conceptos de disipadores de calor refrigerados por aire mediante la integración de materiales avanzados como el "annealed pyrolytic graphite" (APG) y los "metal matrix composites" (MMC), capaces de disipar la cantidad de calor que estos sistemas de electrónica de potencia generan manteniéndolos a una temperatura adecuada. Estos nuevos disipadores han sido diseñados, optimizados, prototipados y testeados replicando los sistemas de electrónica de potencia de un avión. También se ha analizado su integración final en un sistema de cuatro módulos de conversión (diseño, construcción y testeo), para asegurar que la distribución del aire fuera la adecuada para mantener la refrigeración esperada según los requisitos del proyecto.

En el proyecto también han participado dos socios más: AAVID Thermacore Europe Limited del Reino Unido y Schunk Carbon Technology GMBH de Austria. ICOPE ha tenido una duración de 3 años (junio 2017 - agosto 2020) y ha contado con un presupuesto de 943.507 euros.



Figura 1. Izquierda: Modelo conceptual del conducto de refrigeración de aire para la refrigeración del sistema de electrónica de potencia. Derecha: Simulación de la distribución del aire en el interior.

La Figura 1 muestra la implementación de este nuevo sistema de refrigeración por aire como una solución sencilla, fiable, que elimina componentes y sistemas adicionales, reduciendo sustancialmente el peso y la complejidad de los sistemas actuales, y haciéndola por tanto más competitiva.