Nota de aplicación
Nota de aplicación
Termostatos de proceso como componentes clave para las pruebas de inversores
El aumento de los requerimientos en la electromovilidad, como mayores expectativas de autonomía, mayor capacidad de carga rápida, mejor gestión térmica o nuevos estándares de seguridad, conlleva exigencias igualmente elevadas para los componentes del vehículo. Un componente central del sistema de propulsión es el inversor, un componente electrónico de alta potencia. La empresa AVL SET, con sede en Wangen (Alemania), construye bancos de pruebas para estos y otros componentes de electrónica de potencia, y confía en los termostatos de proceso de LAUDA como un componente integral para el acondicionamiento de las muestras de prueba. Juntos, AVL SET y LAUDA hacen posibles pruebas eléctricas y térmicas exhaustivas en condiciones realistas, contribuyendo así a la fiabilidad y funcionalidad posteriores.
Presentación de AVL SET y LAUDA
Con sede en Wangen (Alemania), AVL SET es un desarrollador y fabricante de sistemas de prueba para electrónica de potencia en la electromovilidad, establecido a nivel mundial. Para la prueba y el desarrollo de inversores, han desarrollado el AVL Inverter TS (ver imagen de portada), que permite probar de forma segura y eficiente todas las funciones del inversor. El sistema de prueba se basa en una tecnología de emulación de motores eléctricos, que combina simulación en tiempo real con rendimiento real, lo que permite obtener resultados altamente precisos al probar el inversor.
En el AVL Inverter TS, tanto el motor eléctrico como la batería son reemplazados por emuladores, lo que permite una prueba independiente del inversor. LAUDA participa como socio en el control de temperatura y suministra el potente termostato de proceso LAUDA Integral, que permite numerosos escenarios de prueba térmica gracias a una gestión térmica eficaz.
Funcionamiento y gestión térmica de los inversores
Los inversores tienen dos funciones en un vehículo eléctrico. Por un lado, convierten la corriente continua (CC) almacenada en la batería en corriente alterna (CA) para el motor eléctrico. Por otro, también son responsables del proceso inverso, es decir, del retorno de energía durante la recuperación. El motor actúa como un generador, convirtiendo la energía cinética liberada durante el frenado, la conducción cuesta abajo o por inercia en energía eléctrica. La corriente alterna que circula en este proceso debe convertirse nuevamente en corriente continua para recargar la batería. Durante su funcionamiento, los inversores generan una cantidad considerable de calor, especialmente bajo cargas elevadas. Esto afecta negativamente a su eficiencia y vida útil. Para mantener el inversor funcionando de la forma más eficiente posible y evitar el sobrecalentamiento, la gestión térmica garantiza un flujo de calor residual optimizado a través del circuito de refrigeración.
Pruebas de resistencia de los inversores
Los inversores y otros componentes críticos se someten a pruebas intensivas y exhaustivas durante el desarrollo y la validación, con el fin de garantizar un funcionamiento fiable y eficiente en el futuro. Se simulan condiciones realistas como cargas máximas (por ejemplo, aceleración), temperaturas ambientales extremas (invierno/verano o zonas climáticas muy cálidas o muy frías), y caudales variables de refrigerante, exponiendo a los inversores a una amplia gama de escenarios. Para ello se utilizan cámaras climáticas que simulan las condiciones ambientales externas, así como termostatos de proceso (véase la figura 1), que reproducen la gestión térmica del vehículo (es decir, el circuito de refrigeración).
Los termostatos de proceso Integral se utilizan en bancos de pruebas como los de AVL SET en todo el mundo. Permiten, entre otros, los siguientes escenarios de prueba:
Pruebas de carga térmica y de ciclos térmicos
Alternando entre temperaturas bajas y altas, se simulan tensiones termo mecánicas y se prueba la robustez del inversor. Los termostatos de proceso permiten establecer y controlar la temperatura del refrigerante con alta precisión (±0,1 °C), y simulan ciclos térmicos extremos entre -40 y 140 °C.
Pruebas de eficiencia
Las pruebas de eficiencia se utilizan para analizar la influencia que ejercen la temperatura del refrigerante y el caudal sobre la eficiencia del inversor. Los termostatos de proceso aseguran condiciones de funcionamiento estables mediante la regulación precisa de la temperatura del refrigerante y la minimización de las fluctuaciones térmicas. Esto es fundamental para probar la eficiencia y la robustez del inversor bajo diferentes condiciones de carga.
Pruebas de límite
Para verificar la funcionalidad total, el inversor también se somete a pruebas en situaciones extremas, como un arranque en frío. En este caso, la alta demanda de potencia de los motores eléctricos durante el encendido genera una cantidad significativa de calor residual en el inversor. Para proteger este componente compacto del sobrecalentamiento, es necesario asegurar una disipación de calor adecuada de forma inmediata. Para ello, un termostato de proceso en combinación con una unidad de control de caudal debe proporcionar rápidamente el flujo del medio de refrigeración previamente templado. De este modo, se utilizan tanto la temperatura del medio de refrigeración como el caudal variable para controlar rápidamente la disipación térmica y llevar o mantener el inversor a su temperatura de funcionamiento.
Pruebas de vida útil
Los perfiles de ciclos térmicos y la regulación controlada del caudal se utilizan para probar de forma realista la vida útil de los componentes del inversor y su funcionalidad electrónica. Durante la regulación térmica, los termostatos de proceso deben ser capaces de compensar tanto el calor residual generado por el inversor como las influencias de la simulación ambiental dentro de la cámara climática. Para obtener resultados realistas, debe utilizarse durante las pruebas el mismo líquido refrigerante que se empleará posteriormente en el sistema activo. Los termostatos de proceso LAUDA Integral pueden funcionar con los líquidos refrigerantes reales y cumplen con los requisitos de un rango de temperatura de -40 a 140 °C y una precisión de control de ±0,1 °C. Tanto una unidad de control de caudal como una unidad de llenado y vaciado están disponibles como extensiones del sistema (véase la figura 2).
Conclusión
Los termostatos de proceso, como el LAUDA Integral, complementan los bancos de pruebas (como el AVL Inverter TS) y los centros de ensayo, permitiendo a los fabricantes validar la gestión térmica de los inversores y analizar su rendimiento bajo una amplia variedad de condiciones operativas.
La capacidad de repetición y la fiabilidad de los datos de análisis y validación dependen de forma crucial del termostato de proceso en combinación con un sistema de control de caudal.
Extensiones adicionales del sistema, como una unidad de llenado y vaciado, también hacen que el Integral sea ideal para pruebas en serie, ya que estandarizan el cambio de muestras de prueba, aumentan la eficiencia del banco de pruebas y garantizan resultados reproducibles.
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