El investigador de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Energía y Movilidad (UPIEM) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), Kevin Cano Pulido, diseña y desarrolla dispositivos electrónicos que optimizan conversiones de energía, desde el control del motor eléctrico hasta sistemas de carga y filtrado que mejoran la calidad energética en la red eléctrica.

La generación, el almacenamiento, la distribución y el transporte de energía se realizan de dos formas principales: mediante Corriente Alterna (CA) o Corriente Directa (CD). La corriente alterna es aquella en la que la dirección del flujo eléctrico cambia constantemente, como ocurre en la red eléctrica domiciliaria, mientras que la corriente directa mantiene un flujo constante en una sola dirección, como el que proporcionan las baterías.

Cada una tiene funciones distintas, la CA es más eficiente para transportar energía a largas distancias y alimentar redes eléctricas, mientras que la CD es ideal para dispositivos electrónicos y almacenamiento de energía, como las baterías. Sin embargo, para que la energía pueda ser utilizada en un dispositivo, almacenada o transportada de manera eficiente, siempre es necesario un proceso de conversión.

Algunos autores e investigadores lo llaman a este proceso electrónica de potencia, aunque para el doctor Cano Pulido es una conversión de la energía. Este concepto consiste en transformar un tipo de energía eléctrica en otro. Si partimos de esta idea, podemos entender que en un vehículo eléctrico ocurren varias de estos cambios para que funcione, se necesita un motor eléctrico, un paquete de baterías y la posibilidad de recargarlas. Cada uno de estos elementos implica un proceso de conversión energética.

Cuando recargas las baterías, ya sea mediante un sistema de regeneración en un vehículo híbrido o al conectar el auto a la red eléctrica, es necesario transformar la corriente alterna en corriente directa. A su vez, cuando el motor eléctrico utiliza la energía almacenada en las baterías, se realiza otra conversión para que el sistema funcione adecuadamente.

También se requiere un regulador que ajuste el voltaje antes de que la energía llegue al motor; este dispositivo opera dentro de la corriente directa y se encarga de elevar o disminuir los niveles según sea necesario. Si lo pensamos así, el vehículo eléctrico está compuesto por distintos bloques, cada uno con una función específica dentro del proceso de conversión de la energía.

En entrevista para la Agencia Informativa Conversus (AIC), el profesor politécnico precisó que “la electromovilidad consiste en lograr que todos estos bloques funcionen de manera conjunta, armoniosa y eficiente. Cuando este sistema opera con eficacia, es posible aprovechar al máximo la energía como la que se almacena en las baterías, la que llega desde los cargadores, la que se regenera mediante el sistema físico del vehículo o la que se dirige al motor para transformarse en movimiento. Todo esto es posible al control preciso del proceso de conversión de energía eléctrica”.

INNOVAR PARA AVANZAR

Para el especialista en electrónica de potencia resulta especialmente atractivo diseñar convertidores específicos para cada una de estas etapas del proceso. Su trabajo no se limita a la electrónica dentro del vehículo; también abarca los sistemas de carga, así como aquellos que intervienen directamente en la distribución y gestión de la energía destinada a recargar vehículos eléctricos.

Cuando se habla de electromovilidad se piensa únicamente en el vehículo eléctrico, pero pocas veces se considera la red eléctrica y la infraestructura que debe sostener ese tipo de carga energética. Esta omisión es importante, ya que una alta demanda de carga puede llegar a afectar negativamente al sistema eléctrico.

En el caso de México, es fundamental tomar en cuenta no solo los vehículos eléctricos de gama media, como los sedanes, sino también los de transporte público, los vehículos de carga y todos aquellos que forman parte de una movilidad más amplia y especializada.

El proyecto de Kevin Cano sobre electromovilidad y conversión de energía, considerado como una piedra angular en este campo, se centra en el desarrollo de distintos prototipos a nivel de kilowatts. Estos prototipos están diseñados para que cualquier investigador interesado pueda probar características específicas y avances en áreas como control, inteligencia artificial y conversión de energía. La idea es integrar diferentes prototipos para lograr objetivos concretos, ya sea la carga de baterías o el movimiento de un motor, para fomentar la colaboración y el progreso más allá de la electrónica tradicional.

“Si alguien desarrolla un prototipo y domina el control básico de la conversión de energía desde su experiencia, puede aportar mucho. Pero, al mismo tiempo, alguien con conocimientos en sistemas de control avanzado podría sumarse y colaborar, y así enriquecer el proyecto con su especialización”, aseguró.

SEMILLAS ELÉCTRICAS

El investigador politécnico también desarrolla un dispositivo capaz de controlar un motor eléctrico. Este mismo dispositivo, en una configuración ligeramente diferente, puede usarse como un filtro activo. Los filtros activos se emplean en sistemas de carga de baterías con el propósito de mantener la calidad de la energía en la red eléctrica.

Además, en la red eléctrica se trabaja con un regulador que alimenta todo el sistema de accesorios de un vehículo eléctrico a partir del banco principal de baterías. Esto significa que, aunque el banco de baterías principal funcione a un voltaje diferente, el sistema de accesorios, que generalmente opera a 12 volts, puede ser alimentado mediante un convertidor compacto que pesa alrededor de medio kilogramo y que reemplazaría a la batería convencional de 12 volts. Todos estos proyectos se encuentran actualmente en una etapa temprana de prototipo.

Actualmente, el proyecto se encuentra en un nivel de desarrollo correspondiente al PRL 2, lo que implica que únicamente se han realizado pruebas iniciales. Aunque ya se trabaja en dispositivos diseñados para operar con determinada potencia, estos aún no han sido escalados ni sometidos a pruebas con cargas máximas dentro del laboratorio. Dado que el equipo colabora con distintos grupos dentro de la unidad académica, todavía no se cuenta con todos los sistemas electrónicos ni con la infraestructura de laboratorio necesaria para llevar a cabo evaluaciones más completas de los desarrollos.

Otra investigación importante del científico Cano Pulido es el driver del motor, que es el controlador encargado de transformar y dirigir la energía almacenada en las baterías, que es corriente directa, hacia el motor, que funciona con corriente alterna. Este sistema debe variar tanto la magnitud como la frecuencia de la corriente, adaptándose a diferentes condiciones de manejo, por ejemplo, cuando el vehículo cambia de velocidad de 40 a 45 kilómetros por hora o realiza una ligera presión en el acelerador.

Además, Kevin Cano trabaja en un dispositivo conocido como filtro activo, que incluso ha propuesto como tema de investigación de ciencia de frontera ante la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (Secihti). Este filtro activo tiene como objetivo mejorar la calidad de la energía, un concepto clave en el área de distribución eléctrica.

Para avanzar de sistemas básicos y pequeños a sistemas de potencia mayores, Cano Pulido negocia un convenio con la empresa LiCORE. “Queremos pasar de las simulaciones a las emulaciones porque nos permite probar los sistemas de control en condiciones mucho más cercanas a la realidad. Es una etapa crítica, porque si algo falla a potencia real, el riesgo es alto. Por eso necesitamos validarlos antes, con seguridad”, explicó.

Este paso es fundamental para garantizar la seguridad, pues un sistema de control que no funciona correctamente solo se detecta cuando se prueba a potencia real, lo cual puede ser riesgoso si no se ha validado previamente en condiciones controladas. Con este proyecto los estudiantes podrán involucrarse activamente, ya sea para integrarse al campo laboral o para desarrollarse en el área de investigación. “Aunque estamos en una etapa temprana, el avance es constante gracias a la apertura de nuevas áreas y a las relaciones que se están estableciendo con otras universidades”, detalló.