TCA (Técnicas de Control y Análisis),

Un importante OEM utiliza la tecnología de pruebas de Horiba para pilas de combustible, baterías y e-Powertrain para construir una instalación de pruebas de integración de transmisiones para vehículos pesados.

A medida que las normativas sobre emisiones más estrictas impulsan cambios en el diseño de los motores para vehículos pesados, el desarrollo y las pruebas de soluciones para vehículos eléctricos reciben mayor interés creciente. Aunque se prevé que los motores de combustión interna sigan siendo el principal método de propulsión de los vehículos pesados a corto y medio plazo, la mayoría de los fabricantes de equipos originales están desarrollando vehículos eléctricos puros (VE) como parte de una estrategia a largo plazo que incorpora productos con cero emisiones. La energía producida por las pilas de combustible podría ser una tecnología de energía limpia que encaja bien en esta estrategia de transporte, y es complementaria a las transmisiones eléctricas con baterías. Por ello, las pilas de combustible se han convertido en una parte importante de la hoja de ruta de la tecnología para vehículos pesados.

Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) son una opción ideal para los vehículos que requieren una demanda de potencia elevada y continua, como las aplicaciones de larga distancia, agrícolas, de construcción, fuera de carretera y mineras. En estos casos, debido a razones clave, las pilas de combustible PEM presentan varias ventajas respecto a las formas de electrificación de vehículos basadas únicamente en baterías. En primer lugar, proporcionan la alta densidad de energía necesaria para satisfacer las demandas operativas de los vehículos de gran tamaño y ofrecen una mayor carga útil que una solución basada únicamente en baterías. Además, no requieren largos tiempos de recarga (repostaje), lo que es muy importante para los vehículos con altas tasas de utilización que actúan en un entorno comercial ‘Just-in-time’. 

Estación de prueba del sistema de pilas de combustible. Sistema de pila de combustible en el interior de la cabina de pruebas.

Un entorno de pruebas completo basado en pruebas en bucle TIL y preparado para el futuro de los vehículos pesados
Los fabricantes y desarrolladores de vehículos pesados que deseen desarrollar y/o integrar sus propios componentes de VE necesitan un entorno de pruebas preparado para el futuro que incorpore una combinación de soluciones. A medida que la industria evoluciona, coexistirá una mezcla diversa de transmisiones, y la demanda de capacidad de los híbridos y los VE aumentará en todas las configuraciones y requisitos de los vehículos. La capacidad de realizar funciones de ensayo críticas en paralelo, o testing-in-the-loop (TIL), permite una mayor flexibilidad y eficiencia y contribuye a acelerar los ciclos de desarrollo con un riesgo reducido.

Tres áreas de pruebas especializadas: ofrecer una solución integral
Realizar el desarrollo del vehículo en fases de pruebas paralelas acorta el proceso global y permite a los desarrolladores realizar ajustes en las primeras fases del diseño y la integración. Un ejemplo de instalación de pruebas de transmisiones con de pila de combustible, que se muestra a continuación, cuenta con tres subsecciones principales: el área de desarrollo de transmisiones, donde se realiza una serie de simulaciones con el motor principal, el área del sistema de pila de combustible que suministra energía y el área de emulación de baterías.

La emulación de la batería cumple varias funciones, como la energía suplementaria para el sistema o varios sistemas de pilas de combustible, la amortiguación y el almacenamiento de la potencia regenerada del tren motriz sometido a prueba. En conjunto, estas subsecciones proporcionan una experiencia completa de prueba de vehículos en las que se evalúan los impactos del mundo real dentro de un entorno de laboratorio controlado con la seguridad de los bancos de pruebas de componentes construidos específicamente para esta finalidad.

Esta completa solución de pruebas está automatizada por Horiba Stars Powertrain, que integra todas las funciones del entorno de pruebas con la plataforma Horiba Stars Enterprise para proporcionar al usuario resultados en tiempo real. Stars Enterprise gestiona la preparación de los datos y el intercambio de los resultados.

1. Sistema de pila de combustible 
Trabajar con combustible de hidrógeno y pilas de combustible requiere experiencia. Horiba FuelCon cuenta con décadas de experiencia en el suministro de soluciones de almacenamiento seguras, eficientes y precisas de hidrógeno para sistemas de pila de combustible. Aunque los sistemas de pila de combustible para automóviles que se producen hoy en día suelen estar en el rango de 115-120 kW, cuentan con un diseño modular. Esto permite a los ingenieros conectar varios sistemas para desarrollar la potencia requerida por la aplicación. Además, los avances en I+D de las pilas de combustible están dando lugar a un aumento de la densidad de potencia. Ahora somos capaces de realizar pilas de 200 kW-250 kW con un peso reducido y una huella de menor volumen. Las soluciones FuelCon de Horiba proporcionan bancos de pruebas de pilas de combustible para I+D y son compatibles con los sistemas de suministro y acondicionamiento de hidrógeno bajo los requisitos actuales y futuros. A medida que surjan nuevos retos -como el consumo de hidrógeno, el cruce de hidrógeno y la medición de la degradación de las pilas de combustible- Horiba FuelCon seguirá proporcionando las soluciones necesarias para afrontarlos.

2. Fuentes bidireccionales para carga y descarga de baterías
Los vehículos pesados y los vehículos eléctricos de batería de alto rendimiento están pasando a tensiones de bus más altas aproximándose a los 900 Vcc. Al mismo tiempo, las aplicaciones para vehículos pesados suelen tener una alta demanda de energía del conjunto de baterías, ya sea para apoyar el sistema de pila de combustible durante un evento transitorio, o sobre una base de energía total durante el ciclo de conducción. Las fuentes bidireccionales para baterías de Horiba con software de emulación de conjuntos de baterías son sistemas configurables de uso múltiple que validan el conjunto de baterías de un proveedor, emulan un paquete de baterías para verificar el tamaño y la gestión térmica, o aumentan la capacidad de carga de potencia de CC para probar varios sistemas de pila de combustible al mismo tiempo. Un solo sistema de carga/descarga puede soportar hasta 1,5 MW con una tensión máxima de 1.200 Vdc. Esto permite adicionalmente probar los módulos electrónicos de potencia utilizados para la carga y la conversión DC-DC.

3. Área de desarrollo de e-Powertrain
Esta zona crítica alberga un enorme dinamómetro DYNAS3 de 1,2 MW de salida a la transmisión, acoplado a la unidad de prueba (una transmisión eléctrica Heavy-Duty y motor eléctrico dual). Es capaz de proporcionar 5.000 RPM, con un par máximo de 20.000 N-m.

Más que potente, este dinamómetro proporciona un excelente control de la velocidad cero y de la velocidad muy baja en condiciones de par transitorio para optimizar el lanzamiento del vehículo y la gestión de la potencia.

También proporciona una simulación de carga en carretera bajo un espectro completo de condiciones para permitir la optimización de la potencia y el par de la unidad de control del vehículo, que también tiene el control del mando sobre las áreas 1 (sistemas de pila de combustible) y 2 (emulación del paquete de baterías). Esto es importante para satisfacer las demandas del ciclo de conducción y para garantizar que el vehículo satisfaga las necesidades previstas de la aplicación de uso final.

Desde el nivel de los componentes hasta la integración y validación completa del vehículo, TCA apoya una gama completa de sistemas de propulsión para ayudar a la industria pesada a pasar gradualmente de los motores de combustión a las soluciones de propulsión totalmente eléctricas.