Powermaster: Un Sistema Inteligente de Distribución de Potencia
En el mercado de la motocicleta eléctrica son especialmente populares los modelos con baterías de arquitectura modular, compuestos por módulos de baterías extraíbles que el usuario puede llevar consigo y cargar en casa. Cuando los requisitos de autonomía son altos, el peso y tamaño de la batería crece considerablemente, por lo que se recurre a la estrategia de utilizar diferentes módulos de baterías.
A pesar de ser más convenientes para el usuario, la división en diferentes módulos de baterías conlleva importantes complejidades en cuanto a la distribución de potencia que penaliza el rendimiento de la motocicleta en varias áreas.
EEVAM ha realizado diferentes estudios evaluando el impacto del uso de un diseño de batería con arquitectura modular en el rendimiento del vehículo, en comparación con un único módulo de batería fija con la misma capacidad.
Los resultados muestran que este tipo de arquitectura, aunque más ventajosa para el usuario, presenta una serie de inconvenientes y penalizan el rendimiento de la motocicleta.
Entre los inconvenientes, destaca la penalización de la autonomía del vehículo con el uso de dos módulos de baterías. Además, para evitar daños en las celdas debido a corrientes de descargas elevadas, que afectan negativamente a la integridad y vida útil de las celdas de la batería, algunos fabricantes incluyen limitaciones de potencia en la motocicleta. El rendimiento del vehículo se ve afectado debido a esta limitación de potencia, tanto en términos de aceleración como en términos de velocidad máxima. Este efecto es lo bastante notable como para afectar negativamente a la percepción del cliente.
Desde el departamento de I+D+i de EEVAM se ha identificado la tecnología más prometedora para hacer frente a la necesidad de mercado detectada. EEVAM está desarrollando Powermaster, un sistema inteligente de distribución de potencia (SIDP) que optimiza, de manera inteligente, el flujo de energía entre sistemas.
Powermaster posee una serie de entradas de potencia que recibe de distintos módulos de batería. La función principal de Powermaster será repartir la potencia eléctrica entre los distintos módulos de batería, así como controlar al mismo tiempo la potencia de descarga requerida por el motor eléctrico.
Powermaster también dispone de sensores con los que recoge datos que posteriormente procesa en algoritmos que controlan la distribución de potencia inteligente, basándose en los siguientes criterios:
- Maximizar la autonomía del vehículo.
- Optimizar la vida útil de las baterías previniendo faltas de balance entre módulos.
- Garantizar la seguridad evitando corrientes de descarga elevadas en las celdas.
- Mejorar el rendimiento del vehículo limitando las reducciones de potencia.
El desarrollo de un producto pasa por cuatro fases: conceptualización, diseño, ingeniería y validación.
En la etapa de conceptualización de Powermaster se simuló e implementó con éxito un prototipo funcional. Para la validación de las bases del algoritmo de control de Powermaster se ejecutaron diferentes test utilizando un sistema Hardware-in-the-loop (HIL). Un sistema HIL incluye componentes físicos y componentes simulados.
Este sistema HIL se compone de la implementación física de Powermaster y la implementación virtual de las baterías, de esta manera se consigue agilizar la validación y el desarrollo del algoritmo de control sin la necesidad de cargar y descargar baterías. Las baterías han sido sustituidas por fuentes de alimentación que proporcionan la potencia necesaria, mientras que su implementación en HIL simula la curva de descarga de una batería real, a partir de la cual el algoritmo de control distribuye inteligentemente la potencia de cada batería.
En la siguiente gráfica se representa el voltaje de cada módulo de batería en su implementación HIL durante la ejecución de uno de los test. Un voltaje mayor implica un nivel de carga mayor, por lo que en esta implementación se representa la situación en la que una batería tiene mayor carga que la otra. A lo largo del test, cada módulo se descarga de acuerdo a la potencia que proporciona al sistema.
De acuerdo al algoritmo de control implementado para este prototipo, la potencia se distribuye de manera que ambos módulos acaban balanceándose, optimizando la vida útil de los módulos de batería. Las siguientes iteraciones del algoritmo de control implementan un control más complejo y equilibrado de las corrientes de descarga. En este test se representa un escenario de velocidad crucero: la aceleración, y por tanto la potencia necesaria, se mantienen constantes para mantener una velocidad establecida.
Tras la fase de conceptualización, y con la validación de los test realizados con este prototipo, el desarrollo de un producto pasa a la etapa de diseño e ingeniería. Se trata de una etapa iterativa en la que se implementan prototipos cada vez más avanzados y cercanos al producto final.
Powermaster constituye sólo uno de los productos de toda la línea de productos EEVAM. El equipo de EEVAM continúa trabajando sin interrupción en la tecnología de Powermaster con el objetivo de propulsar la nueva generación de vehículos eléctricos y proponer nuevas alternativas para una movilidad sostenible. Próximamente se anunciarán novedades sobre los resultados obtenidos.
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