Mercedes revela más detalles sobre la propulsión eléctrica que bate récords

Mercedes batió un total de 25 récords cuando dos prototipos del Concept AMG GT XX se lanzaron a la legendaria pista de pruebas de Nardò a finales de agosto. Cuando el primer vehículo había recorrido 40.075 kilómetros, la circunferencia de la Tierra en el ecuador, el segundo vehículo iba sólo 25 kilómetros por detrás. La velocidad de crucero óptima era de 300 km/h, con las correspondientes exigencias para la tecnología.

Según Mercedes, esta prueba de esfuerzo extremo sólo fue posible gracias a las prestaciones de resistencia del concepto de propulsión. Otras numerosas innovaciones, algunas de las cuales están próximas a la producción en serie, también contribuyeron al éxito de la prueba extrema. La atención se centró, entre otras cosas, en el concepto de refrigeración integrado, la sofisticada aerodinámica y la estrategia de funcionamiento inteligente.

Dos ejemplos: los prototipos estaban equipados con motores de flujo axial (tres por vehículo) de Yasa, filial de Mercedes, y una batería refrigerada directamente, "tecnologías que pasarán a la producción en serie el próximo año en la arquitectura de alto rendimiento AMG.EA", según Mercedes.

Numerosas simulaciones ya habían determinado de antemano la estrategia óptima para el viaje extremo, por ejemplo, la velocidad de conducción ideal de 300 km/h con el mejor equilibrio entre velocidad y eficiencia. El vehículo está especificado para velocidades de hasta 360 km/h, pero esto habría provocado un aumento desproporcionado del consumo. A lo largo de varios ciclos de simulación, los resultados se validaron primero y se mejoraron paso a paso en el banco de pruebas (hasta el nivel de la célula de la batería) y después con los datos de la pista de pruebas.

Potencia de carga de 850 kW en el prototipo Alpitronic

Además, los expertos en simulación de la división de motores de Fórmula 1 Mercedes-AMG High Performance Powertrains (HPP) desarrollaron una herramienta que permitía comparar en directo la estrategia de funcionamiento precalculada con las condiciones in situ. En otras palabras, durante la conducción que batió el récord, todos los datos se transmitieron al "camión de control de la misión" y se analizaron en tiempo real si factores externos como la temperatura y el viento, la suciedad de la carretera o el desgaste de los neumáticos influían en la transmisión y los componentes del vehículo. Esto permitió ajustar continuamente la estrategia durante la conducción, que duró varios días, por ejemplo, la duración de los stints individuales hasta la siguiente parada de carga.

Además de conseguir la mejor velocidad de desplazamiento posible con un bajo consumo de combustible, las paradas para cargar el vehículo fueron naturalmente también un factor clave en el viaje récord: cuanto más tiempo permanece parado el vehículo, más tiempo se pierde. Mercedes optó por colaborar con el fabricante de estaciones de carga del Tirol del Sur, Alpitronic, para optimizar la coordinación entre el vehículo y la estación de carga como parte de un enfoque de desarrollo holístico. En un banco de pruebas en Stuttgart-Untertürkheim, el equipo de desarrollo simuló escenarios de carga reales en los que los componentes del vehículo y las estaciones de carga se probaron y validaron conjuntamente.

El Concept AMG GT XX no sólo es un prototipo que no está a la venta, sino que la estación de carga tampoco está disponible en el mercado en esta forma. Mientras que los puntos de carga CCS disponibles en el mercado están diseñados para 500 amperios (y sólo alcanzan picos más altos durante periodos cortos), el prototipo de Alpitronic puede transmitir corrientes de hasta 1.000 amperios a través de un cable CCS estándar. Para hacerlo posible, los ingenieros de Alpitronic utilizaron un surtidor MCS diseñado originalmente para camiones y sustituyeron el cable MCS por un cable CCS con refrigeración mejorada. Esto permitió cargar los vehículos a una media de 850 kW, varias veces seguidas.

Sin embargo, para el viaje que batió el récord, también hubo que instalar un sistema de carga de este tipo en la pista de pruebas del sur de Italia, incluidas las líneas eléctricas de media tensión y los transformadores. La nueva conexión a la red se diseñó directamente para tres cargadores con una potencia total de más de 2,5 megavatios. La Unidad de Carga de Mercedes-Benz, que está creando la red mundial de carga rápida de Mercedes, también participó en la instalación, que duró algo menos de tres meses desde la solicitud de construcción hasta la puesta en marcha.

"Los resultados subrayan el papel de este proyecto como laboratorio de pruebas: los valiosos conocimientos adquiridos en condiciones extremas se trasladarán a nuestros productos de serie", escribió Alpitronic en un LinkedIn post. "Las pruebas confirmaron que una potencia de carga muy elevada es técnicamente viable y que los tiempos de carga se acercan cada vez más a la experiencia de repostaje, lo que apoya directamente la mayor aceptación de la electromovilidad".

Sin embargo, esas enormes capacidades de carga también deben poder ser absorbidas por los vehículos y sus baterías; los camiones eléctricos con sus grandes baterías ya son capaces de ello hasta cierto punto, como demuestran diversas pruebas de carga de MCS. En los coches eléctricos con baterías más pequeñas, sin embargo, las capacidades de carga de 850 kW plantean desafíos, especialmente para el sistema de refrigeración.

Innovador concepto de refrigeración

"Una refrigeración potente es esencial para ofrecer la potencia sostenida del CONCEPT AMG GT XX", escribe Mercedes, refiriéndose a la "innovadora refrigeración directa por líquido de la batería de alto rendimiento". A esto hay que añadir la refrigeración de los motores y sus inversores, así como la denominada "Onebox", que combina la electrónica de potencia para el sistema eléctrico de 12 voltios y el cargador de a bordo. El reto: todos los componentes requieren temperaturas diferentes. Por ello, Mercedes ha desarrollado un "Concentrador Central de Refrigeración" (CCH) que, según el comunicado de prensa, es el "cerebro" del sistema de refrigeración del vehículo. Este componente altamente integrado, que se instala entre el motor eléctrico del eje delantero y el larguero de la carrocería, consta de bombas de refrigeración de alto rendimiento, sensores de temperatura y válvulas de 4 y 5 vías.

"La mayor ventaja de este sistema de refrigeración reside en su capacidad, en combinación con los motores de flujo axial y la batería refrigerada directamente, para ofrecer un rendimiento pleno en prácticamente cualquier situación, ya sea conduciendo o cargando", escribe Mercedes. "Por ejemplo, tras una conducción a alta velocidad en condiciones calurosas, el sistema permite el acceso inmediato a la máxima potencia de carga. A la inversa, tras una sesión de carga a alta velocidad, se dispone al instante de unas prestaciones de conducción excepcionales."

Parte del concepto de refrigeración es también una placa de refrigeración pasiva en la parte delantera de los bajos, como ya se ha probado en el Vision EQXX. Esta "placa de refrigeración de los bajos con flujo permanente" está diseñada para ayudar a aliviar el radiador principal hasta tal punto que el sistema de control del aire pueda permanecer cerrado en trayectos largos. También se han diseñado algunos elementos aerodinámicos para apoyar el sistema de refrigeración. En general, una aerodinámica eficiente es importante porque, a 300 km/h, alrededor del 83% de la energía de propulsión se utiliza para vencer la resistencia del aire, según calcula Mercedes. Con muchas medidas individuales, el valor cW se ha reducido a 0,19. 'La mejora de sólo 1 punto (= cW reducido en 0,001) tuvo un efecto similar en la autonomía y la eficiencia que un ahorro de peso de unos 90 kilogramos', escribe Mercedes.

El BMS puede modelar el comportamiento celular

Aunque la aerodinámica del deportivo no puede trasladarse directamente a los modelos de producción más cotidianos, los ingenieros de Mercedes han realizado un gran trabajo de base para optimizar la tecnología del Concept AMG GT XX para la conducción récord, que también se incorporará al desarrollo en serie en el futuro, por ejemplo, en la batería.

La solución ideal para la gestión de las pilas sería medir directamente los procesos en el núcleo de cada célula, pero esto no es posible. Por ello, el equipo utilizó previamente células y sensores especialmente modificados, conocidos como electrodos de referencia, para saber cómo se comportan las células durante su uso. A continuación, los datos recogidos se introdujeron en el software de gestión de la batería, lo que debería permitir una mejor modelización del comportamiento de las celdas, no sólo en el Concept AMG GT XX, sino también en otros vehículos con estas celdas. Para los coches de producción con otras celdas, se puede transferir el método del electrodo de referencia.

mercedes-benz.com, linkedin.com

Este artículo fue publicado por primera vez por Sebastian Schaal para la edición alemana de electrive.