El polivalente sistema eléctrico del VCR 8X8

El Vehículo de Combate de Ruedas (VCR) 8x8 del Ejército de Tierra contará con un revolucionario Sistema de Gestión Eléctrica (SISGE) que le permitirá novedosas funciones más allá de las habituales de un vehículo de combate.

El sistema eléctrico de un vehículo militar se enfrenta a una serie de cargas repartidas entre la plataforma, el sistema de misión y los de armas, habitualmente las torres. En uno de estos vehículos hay tres modos básicos de funcionamiento, uno con el GMP encendido, otro con el motor apagado y usando la UPA y un tercero que emplea las baterías. En los vehículos tradicionales el sistema eléctrico está formado por baterías de 12 voltios y habitualmente 120 Ah., alternadores de 28 VDC que generan hasta 540 Amperios y en algunos casos, unidades de potencia auxiliar que ofrecen en torno a 10 KW.

Sin embargo los desarrollos modernos encuentran limitaciones en este tipo de configuraciones principalmente de dos tipos. Por un lado las baterías tradicionales no resultan demasiado fiables, representando uno de los diez principales costes de mantenimiento en las misiones. Por otra parte, la demanda de potencia no para de crecer con cada nuevo desarrollo, sirva de ejemplo que el vehículo blindado 8x8 Stryker estadounidense tenía un sistema eléctrico que generaba 280 Amperios en 2002 y que diez años más tarde debió ser sustituido por uno de 910 Amperios. En este sentido el TARDEC (Tank Automotive Research, Development and Engineering Center) del Ejército de Tierra estadounidense ha calculado un crecimiento del consumo medio de 30 amperios por año.

Soluciones y particularidades del SISGE

Ante estos retos el SISGE desarrollado por SAPA para el VCR ofrece diferentes soluciones. En primer lugar ante la falta de fiabilidad de las baterías tradicionales, optar por baterías de iones de litio (Li-Ion), cuyo recargador, en este vehículo, suministra una potencia constante con independencia de la velocidad del giro del motor. Esto permite una gestión más adecuada de las cargas eléctricas y de las propias baterías que redunda en una mayor vida operativa de las mismas.

Además la potencia del sistema de baja tensión no debe depender de la velocidad del motor sino que se debe ofrecer la máxima potencia ya al ralentí. El sistema debe asegurar el arranque del vehículo en cualquier condición y contar con un sistema de refrigeración adecuado para el alternador, en este caso por agua-glicol para la máquina eléctrica. Además la capacidad de crecimiento está asegurada al optar por el futuro estándar militar de 700 VDC y la reducción del consumo de combustible por el uso de la UPA para ciertas funciones, no siendo necesario arrancar el motor principal.

Además de las características citadas, la configuración eléctrica del VCR 8x8 tiene ciertas ventajas adicionales. La primera es la posibilidad de “exportar energía” desde el vehículo para hacer funcionar instalaciones vitales como quirófanos o puestos de mando que funcionen a 400/230 Vrms, incluso combinando varios vehículos para aumentar el suministro si la situación lo requiere. Además como vimos en el caso de la UPA, esta permite funciones básicas sin tener que arrancar el motor principal como son accionar el grupo hidráulico, hacer funcionar el aire acondicionado o abrir y cerrar el portón posterior.

Se trata de una solución modular, de bajo riesgo, escalable y adaptable a la que ya se ha integrado el sistema de refrigeración adecuado (todas las centralitas disponen de intercambiadores de calor). Esta arquitectura reduce el coste del Kw/h eléctrico generado a bordo, mejora el sistema de arranque del vehículo, reduce el consumo de combustible, ofrece una función redundante por la configuración de la máquina eléctrica y la UPA (como vimos, funcionando simultáneamente generan hasta 34 Kw.), el convertidor DC/DC puede crecer en tramos de 3,4 Kw. a base de tarjetas que se pueden añadir.

Por último en el futuro podrán instalarse baterías de alta tensión que permitan otras funcionalidades. En términos de seguridad, la configuración eléctrica tiene en cuenta las normativas militares actuales manteniendo fuera del habitáculo de la tripulación los cables que portan 700 VDC. Además la posibilidad de crecimiento asegura la posibilidad de emplear sistemas con altos consumos eléctricos como pueden ser equipos de guerra electrónica o emisores láser por ejemplo.

Cómo funciona

El Programa Tecnológico 5 (PT5) acometido por SAPA en el desarrollo del VCR se divide en dos aspectos como son la movilidad y la generación de energía. La primera es responsabilidad del motor Scania DC13 y la transmisión SW624 de SAPA, combinación que ya hemos analizado en detalle. Este Grupo Motopropulsor (GMP) está formado por varios componentes como son el motor y la transmisión citadas, el sistema de refrigeración, el sistema de admisión y escape, el sistema de combustible, el de dirección, el hidráulico y el neumático.

El sistema eléctrico está formado por la denominada máquina eléctrica que realiza las funciones de alternador y de motor (para mover las bombas hidráulicas y aire acondicionado si el motor principal está apagado), el inversor AC/DC (corriente alterna/corriente continua), el convertidor DC/DC, el denominado Módulo de Exportación y la Unidad de Potencia Auxiliar (UPA) de la que ya nos hemos ocupado en detalle.

El vehículo necesita un sistema de refrigeración de alta potencia diseñado expresamente para el VCR por la firma alemana MAHLE Behr. Este comprende dos circuitos, uno de alta temperatura que refrigera el GMP y otro de baja temperatura encargado de refrigerar los componentes del SISGE, el turbo y los sistemas auxiliares.

La generación de energía en el VCR corre a cargo de la máquina eléctrica, del inversor AC/DC, el convertidor DC/DC y el Módulo de Exportación.

La máquina eléctrica tiene 75 Kw. a 6.500 rpm. y es accionada por una polea arrastrada desde el cigüeñal del motor como lo haría un alternador pero ofreciendo una potencia mucho mayor. Unido a esta está el inversor AC/DC que funciona de dos formas. En modo alternador convierte la tensión alterna que genera la máquina en nada menos que 700 VDC (Voltage of Continuos Current o voltios de corriente continua) desde el ralentí. Mientras que en modo motor, genera la tensión alterna necesaria para mover la máquina eléctrica a partir de los 700 VDC.

El convertidor DC/DC une los buses de 28 VDC y de 700 VDC en modo bidireccional de tal manera que con el motor principal encendido se encarga de transformar los 700 VDC salientes del inversor en 28 VDC. y alimentar a todas las cargas del vehículo en 28 VDC. Con el motor principal apagado, funcionando con la UPA o con las baterías de iones de litio (Li-Ion), convierte los 28 VDC. en 700 VDC. que sirven para mover la bomba hidráulica y/o exportar hasta 15 Kw. en formato de 400 Vrms.

El Módulo de Exportación produce hasta 69 kVA. para generar 400/230 Vrms. trifásicos destinados a la “exportación” fuera del vehículo, por lo que se puede alimentar equipos industriales alimentados por 400 Vrms. También funciona para importar energía de una red 400/230 V 50 Hz. de tipo industrial o doméstica para cargar las baterías. (José Mª Navarro García)