Cómo un análisis de potencia más preciso aumentó el alcance, la velocidad y la competitividad de un coche de carreras solar. | Revista Española de Electrónica
martes , septiembre 29 2020
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Cómo un análisis de potencia más preciso aumentó el alcance, la velocidad y la competitividad de un coche de carreras solar.

El equipo Solar Twente está utilizando el analizador de potencia de alta precisión WT5000 de Yokogawa para maximizar sus posibilidades de ganar el último desafío para coches de carrera con energía solar, el bienal Bridgestone World Solar Challenge.

Comenzando por primera vez en 2005 y terminando noveno, con la mejor posición como nuevo participante, este joven equipo, compuesto por ingenieros aerodinámicos, eléctricos, mecánicos y civiles de la Universidad de Twente y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Saxion en Holanda, estaba decidido a ganar la carrera de 3000 km desde Darwin en el norte de Australia hasta Adelaida en 2019.

Para poder ganar el World Solar Challenge, un coche de carrera debe aprovechar tanta energía solar como sea posible y convertir la electricidad que genera en energía mecánica de la manera más eficiente posible. Al mismo tiempo, debe mantener las pérdidas de energía al mínimo: los equipos de carrera prestan mucha atención al diseño aerodinámico para mantener la resistencia al viento al mínimo. En el caso de RED E, el nombre dado al coche de carrera del Equipo Solar Twente, la resistencia total al viento es el equivalente al espejo retrovisor de un coche convencional. El conductor debe correr lo más rápido posible, pero controlando que la batería del coche no se quede sin energía cuando no esté bajo la luz solar.

Hay cuatro sistemas eléctricos importantes en un coche de carreras solar, la matriz de paneles solares, la batería y su sistema de gestión, el inversor (accionamiento del motor), que convierte la salida de corriente continua de los paneles solares en una corriente alterna trifásica suministrada al motor y el propio motor. El objetivo del equipo era lograr una eficiencia superior al 99% para los circuitos de conversión de energía eléctrica.

“Estábamos buscando esa eficiencia adicional del 1% para darnos una ventaja sobre otros coches de carrera”, dice Rob Kräwinkel, ingeniero eléctrico del equipo: “Cuando ya tienes una eficiencia superior al 95%, es muy difícil eliminar las pérdidas restantes. Debe poder observar un nivel detallado de pequeñas desviaciones en el voltaje o la corriente. Eso significa que necesitas un sistema de medición de potencia realmente preciso y sensible”.

Para lograr la fiabilidad y precisión requeridas, el equipo eligió el analizador de potencia Yokogawa WT5000 para dos tareas cruciales. En primer lugar, para validar la precisión del “indicador de combustible”, el sensor a bordo del coche que mide el estado de carga de la batería. Este sistema mide la corriente que fluye hacia la batería (desde los paneles solares) y sale de la batería (hacia el motor). Al restar la salida con la entrada, se puede calcular la carga residual en la batería. Esto requirió una medición continua extremadamente precisa de los flujos de corriente. En segundo lugar, para medir la potencia de salida del sistema del motor, incluido el inversor y el motor en sí, en un rango de valores de entrada de potencia, para permitir que el equipo perfeccione el diseño y mejore gradualmente su eficiencia. Por tanto, el análisis de potencia debía ser extremadamente preciso y a una frecuencia de muestreo alta.

Rob confiesa: “Con el WT5000, también descubrimos que los sensores de corriente en el circuito del medidor de combustible tenían una compensación, lo que hacía que las mediciones del estado de carga del vehículo fueran inherentemente inexactas. Al compensar el desplazamiento, podríamos

proporcionar al conductor con confianza un rango adicional vital de 1 o 2 km de la batería a una velocidad determinada”.

El nuevo WT5000 modular y ampliable es el analizador de potencia más preciso del mundo, con una precisión de medición especificada en potencia de ± 0.03%. El ancho de banda para la medición es de 10MHz para voltaje y 5MHz para corriente, y la frecuencia de muestreo máxima de 10Mmuestras/s excede la frecuencia de actualización de datos requerida para validar el sistema de medición de combustible de RED E. Con el mejor aislamiento, inmunidad al ruido y capacidades de filtrado avanzadas, los usuarios del WT5000 pueden realizar mediciones simultáneas en hasta siete entradas y visualizarlas en su pantalla táctil de 10.1 ”de alta resolución.

“El WT5000 es un instrumento muy agradable de usar, es intuitivo y es fácil orientarse por los controles”. Rob afirma: “También es fácil ajustar la pantalla para que muestre exactamente las mediciones que le interesan, como cuando demostró claramente que nuestro nuevo diseño del inversor superó el modelo comercial estándar por un margen significativo”.

Por desgracia, el equipo ahora debe esperar hasta 2021 para ver la culminación de su sueño. Con más de la mitad de la carrera completada en 2019, RED E estaba a la cabeza y en camino de ganar, con una velocidad promedio de 89.7 km/h, cuando intervino la madre naturaleza. El vehículo sufrió daños irreparables cuando una fuerte ráfaga de viento cruzado lo obligó a salir de la carretera y descender por una pendiente, donde volcó. Por lo tanto, el trofeo de los ganadores se entregó al equipo belga, Agoria, que logró una velocidad promedio (y más lenta) de 86.6 km/h.

Debería ser una gran carrera en 2021.

Para descargar el caso de estudio pulse aquí.



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