Bancos de ensayos híbridos para simplificar las pruebas de motores eléctricos

Cuando ensayamos una motorización eléctrica en un banco de ensayos, medimos la potencia de la batería, la potencia del inversor y la potencia mecánica con el fin de determinar la eficiencia del inversor y del motor en distintas situaciones. A partir de esos datos se elaboran mapas de eficiencia, que sirven para determinar las situaciones en que el funcionamiento del motor es óptimo.

Pero como los motores eléctricos trabajan en rangos muy amplios, a distintas marchas —si el vehículo es híbrido—, en distintas condiciones de temperatura ambiental y con distintos estados de carga de la batería, el número de puntos de consigna en los que necesitamos medir puede ser muy alto. Y si, además, tenemos en cuenta los tiempos de estabilización necesarios para medir con analizadores de potencia clásicos, las transiciones de un punto de consigna a otro y el tiempo necesario para que el motor alcance una temperatura dada, el resultado es que elaborar mapas de eficiencia puede ser una labor increíblemente laboriosa.

Para empezar, la eficiencia se ve afectada por variables relativamente “lentas”, como la presión o la temperatura. El problema no es medirlas, sino aislarlas, para proteger el equipo de medida y los operarios frente a un eventual fallo de funcionamiento; por ejemplo, si, en un banco de pruebas de desarrollo se mide la temperatura en el bobinado del motor, es preciso aislar el sensor. Y lo mismo ocurre cuando se mide la temperatura en la batería de un vehículo híbrido.

Además de las variables mecánicas fundamentales, nos interesan las variables asociadas a la potencia mecánica, empezando por la velocidad de rotación y el par. Y ahí los motores eléctricos son más exigentes; por ejemplo, la velocidad de rotación puede ser mucho más alta que en un motor de combustión y las fluctuaciones de par tienen un intervalo de frecuencia más amplio.

Con todo, el gran desafío es la medición de la potencia eléctrica. Los ciclos de medición de los analizadores de potencia convencionales son un obstáculo para las mediciones dinámicas, que presentan variaciones rápidas a lo largo de un mapa característico con miles de puntos de medición. Las mediciones de eficiencia requieren sincronización. Para comparar la entrada de potencia eléctrica con la salida de potencia mecánica —o sea, para calcular la eficiencia—, estos dos valores de potencia deben haberse obtenido y promediado exactamente en la misma ventana de tiempo, y eso no resulta fácil en las mediciones muy dinámicas.

Otro problema que habitualmente se subestima es la trazabilidad. Los analizadores de potencia generan resultados ya calculados y no almacenan datos en bruto. Consecuencia: no es posible garantizar una trazabilidad exhaustiva de la cadena de medida.

El sistema eDrive de HBK resuelve todos estos desafíos. eDrive es un dispositivo modular, capaz de registrar todas las señales necesarias de forma sincronizada y simultánea. Tiene un chasis que mide de forma directa y simultánea velocidad de rotación, par y ángulo. Se complementa con módulos enchufables para señales de corriente y tensión, y para variables mecánicas como las vibraciones o la presión. Igualmente, dispone de entradas universales, para medición de, entre otras magnitudes, vibraciones, ruidos, presiones, temperaturas incluso con entradas aisladas hasta 1.000V, así como, señales digitales CANBus/FD.

En cuanto a la dinámica, eDrive utiliza algoritmos digitales de detección de ciclos para reducir drásticamente los tiempos de medida con respecto a los analizadores de potencia clásicos. La totalidad del sistema de medida se controla desde un PC con Windows, si bien el mainframe tiene instalada una versión en tiempo real del sistema operativo LINUX. Es posible enviar al PC resultados en tiempo real, al mismo tiempo que se almacenan los datos en bruto. Pero, además, eDrive incorpora herramientas de integración que realimentan información al dinamómetro y permiten desplazarse de un punto de consigna a otro con extrema rapidez. Con eDrive, se pueden elaborar mapas de eficiencia en cuestión de minutos, sin embargo, podemos tardar días con los analizadores de potencia clásicos.

Asimismo, eDrive almacena los datos en bruto y da solución al problema de la trazabilidad. Junto con los valores medidos de potencia, guarda datos de corriente y tensión eléctrica con una resolución más alta. Eso permite calcular a su vez otros valores de potencia, como la potencia activa y reactiva o la potencia mecánica, y verificar el mapa de eficiencia calculado.

 En definitiva, con eDrive basta con un solo sistema donde antes hacían falta varios para medir las distintas señales y se pueden abordar aplicaciones extraordinariamente complejas. Con almacenamiento de datos en bruto, cálculo de potencia y transferencia de resultados, todo en tiempo real. Y con posibilidades de expansión hasta un número de canales prácticamente ilimitado.

HBK

www.hbm.com/ept

págs. 18 a 19.