Dopo aver preso parte per la prima volta nel 2005 alla “Bridgestone World Solar Challenge” terminando al 9° posto, il team solar Twente, una squadra composta da ingegneri aerodinamici, elettrici, meccanici e strutturali dell’Università di Twente e della Saxion University of Applied Sciences nei Paesi Bassi, ha partecipato con la sua vettura RED E all’edizione 2019 della gara, 3000 km da Darwin, nel nord dell’Australia, ad Adelaide. Per ottenere dalla vettura il massimo dell’efficienza, il team si è affidato all’analizzatore di potenza di precisione Yokogawa WT5000.
Controllo al dettaglio delle deviazioni di potenza
Per poter vincere la World Solar Challenge un’auto da corsa deve generare quanta più energia solare possibile e convertire l’elettricità che genera, nel modo più efficiente possibile, in energia meccanica fornita alle ruote. Allo stesso tempo deve ridurre al minimo le perdite di energia, portando i team di gara a prestare la massima attenzione al design aerodinamico per ridurre al minimo la resistenza al vento. Nel caso di RED E, il nome dato alla macchina da corsa del Solar Team Twente, la resistenza al vento totale è l’equivalente di quella di uno specchietto retrovisore di un’auto convenzionale. Il guidatore deve quindi correre il più velocemente possibile, ma non troppo, per evitare che la batteria dell’auto si esaurisca nella parte del giorno in cui manca la luce del sole.
Ci sono quattro importanti sistemi elettrici in una macchina da corsa solare: la stringa dei pannelli solari, la batteria e il suo sistema di gestione, l’inverter che converte l’uscita di corrente continua dei pannelli solari in una corrente alternata trifase fornita al motore e il motore elettrico stesso. Il team puntava a un’efficienza superiore al 99% per i circuiti di conversione dell’energia elettrica.
“Stavamo cercando quell’efficienza dell’1% in più per darci un vantaggio rispetto alle altre auto da corsa”, afferma Rob Kräwinkel, ingegnere elettrico del team. “Quando sei già al di sopra del 95% di efficienza è davvero difficile eliminare le eventuali perdite rimanenti; devi essere in grado di guardare a un livello estremamente dettagliato le piccole deviazioni di tensione e/o corrente. Ciò significa che è necessario un sistema di misurazione della potenza veramente preciso e sensibile”.
L’importanza dell’analizzatore
Per ottenere l’accuratezza e la precisione richieste, il team ha scelto lo Yokogawa WT5000 per due compiti cruciali: convalidare l’accuratezza dell’indicatore del carburante e misurare la potenza del sistema motore.
L’indicatore del carburante è, nel caso dell’auto a energia solare, il sensore di bordo dell’auto, che misura lo stato di carica della batteria. Questo sistema misura la corrente che fluisce nella batteria (dai pannelli solari) e che fluisce dalla batteria (al motore). Sottraendo l’output dall’input, è possibile calcolare la carica residua nella batteria. Ciò ha richiesto una misurazione continua estremamente accurata dei flussi di corrente.
La misurazione della potenza del sistema motore, compresi l’inverter e il motore stesso, in una gamma di valori di potenza in ingresso, era funzionale alla scelta di un design che migliorasse in modo incrementale la sua efficienza. Serviva quindi un’analisi della potenza estremamente accurata a un’alta frequenza di campionamento.
“Con il WT5000 abbiamo anche scoperto che i sensori di corrente, nel circuito dell’indicatore del carburante, avevano un offset che rendeva intrinsecamente imprecise le misurazioni dello stato di carica della vettura. Compensando l’offset avremmo potuto fornire al conducente, con sicurezza, un extra kilometraggio di 1 o 2 km di autonomia in più dalla batteria a una determinata velocità”, spiega ancora Kräwinkel.
Le caratteristiche dell’analizzatore Yokogawa
A detta del team Twente, il WT5000 è uno strumento intuitivo e con un display facilmente modificabile in modo che mostri esattamente le uscite di misura che interessano. Modulare ed espandibile, l’analizzatore Yokogawa ha una precisione di misurazione specificata di ± 0,03%. La larghezza di banda del power analyzer è di 10 MHz per la tensione e 5 MHz per la corrente, con una frequenza di campionamento massima di 10 MS/s, che supera la frequenza di aggiornamento dei dati necessari per convalidare il sistema di controllo del carburante di RED E. Con il miglior isolamento, immunità al rumore e le funzionalità di filtro avanzate gli utilizzatori del WT5000 possono effettuare misurazioni simultanee su un massimo di sette ingressi e visualizzarle sul touchscreen da 10,” ad alta risoluzione.
