La tesis de David Elizondo defendida en la UPNA propone un nuevo convertidor electrónico para la recarga rápida de vehículos eléctricos.
Una tesis defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA) por el ingeniero industrial David Elizondo Martínez propone mejoras en el modelizado de componentes en cargadores rápidos, así como una nueva estructura de conversión de electrónica de potencia para aplicaciones de recarga de vehículos eléctricos. La tesis, dirigida por los profesores de la UPNA y miembros del instituto de investigación ISC Ernesto L. Barrios Rípodas y Pablo Sanchis Gúrpide, ha obtenido la máxima calificación, sobresaliente “cum laude”, y cuenta con mención internacional.
En concreto, en la tesis se proponen nuevos modelos analíticos de componentes utilizados en electrónica de potencia y se ha desarrollado un algoritmo de diseño holístico de un convertidor de recarga rápida de vehículo eléctrico. Como indica David Elizondo, la tesis contó desde un inicio con un marcado enfoque industrial y de transferencia tecnológica, puesto que se realizó en colaboración con la empresa Ingeteam.
“El algoritmo de diseño desarrollado tuvo en consideración aspectos cuantitativos, como el coste, la eficiencia y la densidad de potencia, pero también cualitativos, como la facilidad de fabricación y la disponibilidad comercial —indica el autor de la tesis—. Además, se consideraron todos los principales componentes de potencia del convertidor y el sistema de refrigeración, lo que resultó en una solución integral”.
Según explica el autor de la tesis, los cargadores rápidos de vehículos eléctricos utilizan convertidores de electrónica de potencia para cuya optimización es necesario realizar un diseño integral que parta de la estructura de conversión, integre todos sus componentes (semiconductores, transformador, bobinas, sistema de refrigeración) y disponga de modelos analíticos precisos.
En la tesis, David Elizondo propone una nueva estructura de conversión que destaca por tres características: la primera es que la estructura de recarga está formada por dos etapas de conversión, lo que permite alcanzar valores elevados de eficiencia y lograr un diseño óptimo del transformador; la segunda, es que el cargador es trinivel, es decir, que puede aplicar tres niveles de tensión a la salida, y no dos como suele ser habitual. El tercer distintivo del convertidor propuesto es que logra un equilibrio inherente en sus buses de tensión.
“Dicho equilibrio se garantiza en todo el rango de funcionamiento y permite evitar el encarecimiento y la complejidad adicional que suponen los métodos de equilibrado existentes”, explica el autor de la tesis.
Respecto al modelizado, tanto del convertidor como de sus componentes, caben destacar dos aportaciones de la tesis. En primer lugar, se ha desarrollado un nuevo modelo y método de diseño de la primera etapa de conversión, que incluye al transformador y permite conmutar sin pérdidas en los semiconductores de carburo de silicio (MOSFET SiC). En segundo lugar, se ha propuesto un nuevo modelo para calcular las pérdidas de alta frecuencia en los devanados de las bobinas del filtro de salida.
“La segunda etapa de conversión consta de bobinas toroidales, para las que los modelos existentes cometen errores muy significativos que dificultan notablemente la optimización del convertidor. Por ello, se desarrolló una nueva fórmula que demostró ser muy precisa y fácil de integrar en el proceso de diseño del convertidor”, concluye el autor de la tesis.
David Elizondo Martínez obtuvo el Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales y el Máster en Ingeniería Industrial por la Universidad Pública de Navarra (UPNA) en 2017 y 2019, respectivamente. En ambas titulaciones recibió uno de los premios a mejores expedientes. Desarrolló su trabajo fin de máster en la Hochschule Osnabrück (Alemania). Desde 2017 forma parte del grupo de investigación INGEPER de la UPNA, en el que ha realizado su tesis doctoral, y es miembro del Instituto de Smart Cities (ISC) de dicha universidad. Realizó una estancia investigadora en la RWTH Aachen (Alemania) en 2022.
Es autor o coautor de cuatro artículos científicos y ha presentado resultados de sus trabajos de investigación en cuatro congresos internacionales. También ha sido solicitada una patente derivada de su tesis doctoral. Su faceta investigadora ha sido complementada con labores de docencia de prácticas en la UPNA, tanto en español como en inglés.
Ha participado en diversos proyectos de divulgación y formación dentro y fuera de la universidad. Formó parte de la junta directiva de la asociación estudiantil APERNA durante varios años, llevando a cabo acciones de fomento de las energías renovables en Navarra. Respecto a la formación, ha sido docente en varios cursos de CITI Navarra y del Servicio Navarro de Empleo, en los que ha impartido sesiones técnicas sobre movilidad eléctrica e instalaciones de recarga. Además, es autor, junto con sus directores de tesis, de un artículo divulgativo sobre las electrolineras publicado en acceso abierto en The Conversation España.
