Los requisitos cada vez más exigentes sobre eficiencia energética y reducción de emisiones de CO2 hacen que los fabricantes de coches aumenten su dependencia respecto a los componentes eléctricos que llevan a bordo. Desde la dirección asistida hasta las tecnologías de parada y arranque y los sistemas de navegación a bordo e infoentretenimiento, las cargas añadidas a los circuitos eléctricos y en particular a la batería hacen que sea fundamental para los fabricantes de coches controlar la energía generada y consumida por los diversos sistemas. Incluso más dependientes de unos controles eléctricos precisos son los vehículos híbridos y eléctricos que están llegando al mercado.

Estos vehículos requieren un control preciso no solo de los motores eléctricos que dirigen las ruedas, sino también de la energía eléctrica disponible en las baterías para impulsar el vehículo y su proceso de carga, asegurando que los coches de carguen de forma segura independientemente de las elevadas tensiones y corrientes presentes en el proceso. Estas aplicaciones innovadoras claman por el desarrollo de nuevas tecnologías de sensores capaces de medir el consumo de electricidad a bordo de los vehículos y al mismo tiempo cumplir las exigencias en cuanto a calidad y confianza que son obligatorias en la industria del automóvil.

Los motores se controlan de forma electrónica desde hace varias décadas. Impulsan las locomotoras de los trenes, robots, grúas, sistemas de manipulación de equipajes en los aeropuertos y cualquier sistema cuyo movimiento se controle electrónicamente. Se emplean sensores para medir las corrientes eléctricas que circulan a través de estos motores para que la electrónica controle la velocidad y el par con los que funcionan los motores. Los vehículos híbridos y eléctricos también utilizan motores de alta potencia para mover las ruedas y acelerar el coche, y por tanto necesitan sensores capaces de medir con precisión las corrientes del motor, y al mismo tiempo cumplir los requisitos del mercado del automóvil en cuanto a pequeño tamaño, bajo peso, bajo consumo de energía y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, así como, naturalmente, un coste bajo. De ahí que se hayan desarrollado nuevos sensores de corriente especialmente diseñados para motores eléctricos en el automóvil que van desde unas pocas decenas hasta varios cientos o incluso miles de amperios de corriente. Por ejemplo, los sensores de la familia HC2 de LEM miden hasta 200A y la familia HC20F alcanza los 2000A y cumple las especificaciones de automoción. También existen soluciones que integran la medida de las tres fases de un motor en un único encapsulado.

La medida de las corrientes de la batería en aplicaciones de automoción viene existiendo desde hace varios años. Estos sistemas se centran en la medida de parámetros de baterías de 12V, incluyendo corriente, tensión y temperatura, para permitir el análisis de la capacidad que tiene la batería de suministrar energía cuando se necesite. Con los sistemas de arranque/parada, por ejemplo, es fundamental que la batería se encuentre en óptimas condiciones para evitar que los vehículos se queden parados en los semáforos. Los sensores de corriente son fundamentales para estos vehículos.

El uso de baterías de ion de litio de alta potencia en los vehículos híbridos y eléctricos implica la necesidad de una medida precisa de los parámetros de la batería. La nueva familia de sensores CAB de LEM ha sido especialmente diseñada para estos paquetes de baterías en automoción y proporciona una información extremadamente precisa sobre la corriente de la batería en todo el rango de temperaturas mediante un bus CAN estándar para automoción que permite una fácil integración dentro de los sistemas del vehículo. Este sensor utiliza la tecnología de inducción magnética (fluxgate), el mismo principio aplicado durante la guerra para determinar la localización de submarinos cercanos, para lograr una medida con tal precisión sin offset ni deriva térmica. Viene a complementar la familia de sensores DHAB, que utiliza el principio más tradicional del efecto Hall para medir corrientes sin contacto y por tanto tienen aislamiento galvánico.

A medida que los consumidores exigen unos tiempos de carga más cortos para sus vehículos eléctricos, la potencia utilizada para cargar las baterías se ha visto aumentada de manera significativa. Esta alta potencia necesita estaciones de carga especializadas que proporcionan varias veces la potencia que existe en los hogares para cargar la batería de un vehículo en varios minutos, en lugar de las varias horas que necesita una carga a través de la red doméstica estándar. Para que la fase de carga resulte segura para el usuario y el entorno, la electrónica de a bordo debe asegurar que la fase de carga se vea interrumpida inmediatamente si se detecta cualquier anomalía o una fuga de corriente. Dado que los vehículos se cargan con corrientes CA y CC, los sensores domésticos ya no bastan y ha sido necesario desarrollar para esta nueva aplicación unos sensores especiales de alta precisión con un rápido tiempo de respuesta. LEM, junto a otras firmas colaboradoras, está desarrollando nuevas soluciones que cubren esta necesidad y lo hacen realidad en un encapsulado económico y de tamaño reducido que mide miliamperios de corriente de fuga CC en fracciones de microsegundo.

Unas soluciones electrónicas más pequeñas, más eficientes y más compactas constituyen el próximo paso para los fabricantes de automóviles que buscan optimizar y reducir el coste de sus vehículos eléctricos. Para lograr las mismas prestaciones con la tecnología existente, estos sistemas más pequeños trabajan con velocidades y frecuencias más elevadas y, por tanto, contienen corrientes de rizado de alta amplitud que destruyen la mayoría de los sensores de medida que existen en la actualidad.

Por tanto, los sensores y otros componentes deben ser capaces de trabajar sin cometer fallos en este entorno cada vez más adverso y sometido a altas temperaturas. LEM está probando nuevos materiales y técnicas de medida y dispone de prototipos que funcionan para cubrir estas necesidades futuras de la industria del automóvil.

La búsqueda de mayor eficiencia y menores emisiones está orientando a industria del automóvil hacia un mayor uso de los sistemas eléctricos a bordo. Desde los sistemas de arranque/parada a los vehículos híbridos y eléctricos, estos sistemas necesitan medir corrientes con precisión para asegurar un funcionamiento adecuado y eficiente del vehículo.

Además, los avances tecnológicos en electrónica exigen nuevos sensores capaces de resistir el calor y el entorno agresivo en el que deben trabajar. La industria del automóvil está evolucionando a mayor velocidad que nunca e impulsa nuevas tecnologías que la ayudarán a desarrollar soluciones de cara al futuro del transporte individual.

Autor:

Por: Ramón Portas, LEM

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