Medición de corriente de amplio rango

El consumo de energía de las distintas ECU de un vehículo está asociado a una mayor necesidad de energía eléctrica (potencia máxima) en diversas situaciones de conducción. En general, el consumo de energía eléctrica en los vehículos se ha más que duplicado. Esto se ha debido a la desvinculación gradual de cada vez más sistemas del vehículo que tradicionalmente eran consumidores del motor de combustión interna, por ejemplo, el sistema de dirección o los compresores de refrigerante. Éstos han sido sustituidos directamente por sistemas eléctricos en los vehículos eléctricos. Además, en los vehículos se instalan numerosos consumidores eléctricos nuevos o muy mejorados, como los complejos sistemas de infoentretenimiento, para aumentar el confort y la seguridad.

Para complicar aún más las cosas, la estructura del sistema eléctrico de a bordo ha pasado a una arquitectura de dos baterías en los vehículos eléctricos. Esta arquitectura tiene dos niveles de tensión, que se acoplan mediante un convertidor CC/CC, y también debe incorporar una alimentación de altas energías de recuperación al frenar. Por lo tanto, son necesarios complejos sistemas de gestión de la energía para gestionar estos requisitos y garantizar la seguridad y la plena funcionalidad de un vehículo incluso en el caso de un periodo prolongado de estacionamiento pasivo. El comportamiento estable del sistema eléctrico de a bordo debe mantenerse a través de diversas variables de perturbación, como ciclos de conducción, escenarios de carga o temperaturas externas.

Por este motivo, el sistema de gestión de la energía de un vehículo se simula ya en la fase de prototipo del desarrollo del vehículo y la precisión de los modelos de simulación se verifica en fases de desarrollo posteriores mediante mediciones. Para estas mediciones, todos los consumidores eléctricos de un tipo de vehículo se montan en las llamadas "breadboards", que siguen existiendo y están disponibles durante todo el tiempo de desarrollo y producción.

Esto permite, por ejemplo, reproducir errores en los componentes y actualizaciones de software. En estos bancos de pruebas deben monitorizarse hasta 100 canales de corriente para evaluar por completo el sistema de gestión de la energía y capturar los datos resultantes.

La medición de las corrientes de carga en los sistemas eléctricos de los vehículos, especialmente cuando se trata de una amplia gama de niveles de corriente, presenta varios retos. Estos retos surgen de la necesidad de medir con precisión y seguridad corrientes muy grandes y muy pequeñas simultáneamente. He aquí algunos de los principales retos:

1. Amplio rango de corriente: Los sistemas eléctricos de los vehículos suelen tener una amplia gama de niveles de corriente, desde corrientes muy pequeñas, nanoamperios, en las unidades de control electrónico (ECU) hasta corrientes muy grandes, decenas de amperios, en componentes que consumen mucha energía, como motores y faros. Medir esta amplia gama con un solo dispositivo puede ser todo un reto.
2. Exactitud y precisión: Es esencial mantener una gran exactitud y precisión en toda la gama de corrientes. Las mediciones imprecisas pueden dar lugar a diagnósticos y mantenimientos inadecuados, lo que afecta al rendimiento y la seguridad del vehículo.
3. Resistencia de derivación: Para medir la corriente se suelen utilizar resistencias en derivación. Sin embargo, seleccionar una resistencia shunt adecuada que pueda soportar corrientes elevadas sin sobrecalentarse y que, al mismo tiempo, ofrezca una buena resolución para corrientes pequeñas es todo un reto.
4. Caída de tensión: Las grandes medidas de corriente a través de resistencias en derivación pueden dar lugar a caídas de tensión significativas. Esto puede afectar al rendimiento de componentes electrónicos sensibles o dispositivos con umbrales de tensión de alimentación bajos. Mitigar esta caída de tensión es crucial.
5. Disipación del calor: Las corrientes de sobretensión producen calor, lo que puede afectar a la precisión de las mediciones y dañar los componentes. Para evitar estos problemas, deben emplearse soluciones eficaces de disipación del calor.
6. Ruido eléctrico: La presencia de señales de corriente alta y baja en el mismo sistema puede introducir ruido eléctrico. Este ruido puede afectar a la precisión de las mediciones y puede requerir el uso de blindaje o filtrado adicional.
7. Seguridad: La seguridad es una preocupación primordial cuando se trabaja con corrientes elevadas. Deben existir mecanismos de protección adecuados, como fusibles o disyuntores, para evitar situaciones de sobrecorriente. Garantizar la seguridad a la vez que se realizan mediciones precisas es un acto de equilibrio, pero siempre debe primar la seguridad de la persona que realiza las mediciones.
8. Calibración del sensor: Calibrar un sensor de corriente para que sea preciso en un amplio rango puede ser todo un reto. La calibración para corrientes pequeñas puede requerir técnicas y equipos diferentes que para corrientes grandes.
9. Coste: Desarrollar un sensor o sistema de medición capaz de manejar un amplio rango de corrientes manteniendo la precisión puede resultar costoso, lo que preocupa tanto a fabricantes como a consumidores.
10. Tamaño y embalaje: Crear un dispositivo de medición que quepa en el espacio, a menudo limitado, del sistema eléctrico de un vehículo puede ser todo un reto, especialmente cuando se trata de corrientes muy pequeñas o muy grandes.

Para hacer frente a estos retos, los ingenieros y fabricantes de automóviles pueden emplear diversas estrategias, como el uso de múltiples sensores para diferentes rangos de corriente, la utilización de instrumentos de auto-rango, el empleo de técnicas avanzadas de calibración y la integración de mecanismos de compensación de temperatura y tensión. En última instancia, es crucial encontrar un equilibrio entre precisión, seguridad y coste a la hora de diseñar sistemas de medición para las cargas eléctricas de los vehículos.