Porsche Mission R - Las celdas de la batería son la cámara de combustión del futuro según Porsche
La sostenibilidad está en la estrategia de la empresa como un principio básico: "Como fabricante de automóviles, Porsche pretende conseguir, en 2030, un balance general neutro en carbono. Esto significa que una baja huella de carbono, el reciclaje en circuito cerrado y la sostenibilidad se están convirtiendo cada vez más en el centro de atención", afirma Michael Steiner, miembro del Consejo de Dirección de Porsche AG como responsable de Investigación y Desarrollo.
En los próximos diez años, Porsche invertirá más de mil millones de euros en la descarbonización mediante el uso de turbinas eólicas, energía solar y otras medidas para proteger el medio ambiente. También está invirtiendo en la sostenibilidad de los propios vehículos. Las baterías utilizadas en los modelos que se alimentan total o parcialmente de electricidad, así como los e-fuels para los vehículos con motor de combustión, desempeñan un papel fundamental en la movilidad sostenible:
La celda de la batería es la cámara de combustión del futuro. Ya hoy, las celdas de alto rendimiento para el Taycan se fabrican con fuentes de energía renovables. Los proveedores también se han comprometido a hacerlo. A mediados de 2021, Porsche anunció el siguiente paso: junto con Customcells, su socio de la empresa conjunta, la compañía va a iniciar la producción de celdas de batería de alto rendimiento.
Los e-fuels son combustibles sintéticos hechos a partir de hidrógeno y dióxido de carbono capturado, producidos mediante energía renovable. Con el combustible renovable de competición Esso, basado en e-fuel, que se utilizará durante la temporada 2022 de la Porsche Mobil 1 Supercup, es posible una reducción de las emisiones de CO2 de hasta el 85%, si cumple con la norma de combustible actual, tras la mezcla necesaria para este propósito).
Porsche está a la vanguardia del desarrollo de baterías de alto rendimiento. Está invirtiendo decenas de millones de euros en Cellforce Group GmbH, compañía nacida de un acuerdo entre Porsche y Customcells. Está previsto que la planta de producción de Cellforce entre en funcionamiento en 2024, con una capacidad anual inicial de al menos 100 MWh, y que produzca baterías para unos 1.000 vehículos de competición y de altas prestaciones.
La química de las nuevas baterías de alto rendimiento se basa en el silicio como material del ánodo, lo que permite aumentar considerablemente la densidad energética en comparación con las actuales. Es decir, la batería puede ser menos voluminosa con el mismo contenido energético. La nueva química también reduce la resistencia interna de la batería, lo que le permite absorber más energía durante la recuperación y realizar la carga rápida de forma más eficiente. Otra característica especial de la celda de la batería Cellforce es que tolerará mejor las altas temperaturas. Todas estas cualidades son de suma importancia en los deportes de motor.
BASF, la principal empresa química del mundo, será otro socio en el desarrollo de celdas para la próxima generación de baterías de iones de litio. Como parte de la colaboración, BASF será el proveedor exclusivo de materiales catódicos NCM (litio, níquel, cobalto y manganeso) para celdas de alta densidad de energía (HED), adecuadas para una carga rápida. A partir de 2022, las instalaciones de producción de BASF para los materiales activos catódicos situadas en Harjavalta (Finlandia) y Schwarzheide (Brandemburgo, Alemania), permitirán a BASF proporcionar materiales para baterías con una huella de carbono tan baja que establecerá un nuevo estándar en la industria.
Los residuos de producción de la futura fábrica de baterías del Grupo Cellforce se reciclarán en una planta prototipo de reciclaje de baterías de BASF en Schwarzheide, cerrando así el círculo. El litio, el níquel, el cobalto y el manganeso se reciclarán en un proceso hidrometalúrgico y se reintroducirán en el proceso de producción de BASF de materiales activos para cátodos.
ExxonMobil y Porsche están probando los combustibles sintéticos en deportes de motor. En la Porsche Mobil 1 Supercup, todos los nuevos 911 GT3 Cup han estado corriendo con una mezcla de combustible renovable de Esso, principalmente de base biológica, preparada por ExxonMobil desde el comienzo de la temporada 2021. En el transcurso de la temporada 2022, se utilizará e-fuel producido a partir de hidrógeno y dióxido de carbono capturado. Porsche y ExxonMobil están utilizando el campeonato monomarca internacional para demostrar la idoneidad de los combustibles renovables y sintéticos en las condiciones más duras. Además, la intención es aplicar en el futuro la experiencia adquirida para el desarrollo conjunto de combustibles.
Los e-fuels procederán de la planta piloto de Haru Oni, en Chile, donde se genera hidrógeno verde utilizando energía eólica y agua, que luego se combina con dióxido de carbono capturado para producir metanol. ExxonMobil aporta la licencia de la tecnología, que permitirá convertir el metanol en carburante sintético en el siguiente paso del proceso: la síntesis de metanol a gasolina. En la fase piloto, se producirán más de 130.000 litros al año a partir de 2022. Como principal cliente de este combustible, Porsche utilizará los e-fuels de Chile no solo en temporada 2022 de la Porsche Mobil 1 Supercup, también en sus Porsche Experience Centre, por ejemplo.
El Mission R es la última visión de Porsche. Con este prototipo de un coche eléctrico para carreras de GT, el pionero de la movilidad sostenible muestra cómo podrían ser en el futuro los vehículos de competición para clientes. Aquí, una ojeada a su sistema de propulsión.
"Es indescriptible, el aumento inmediato de potencia de los dos motores eléctricos es algo que simplemente tienes que experimentar por ti mismo", dice Timo Bernhard, hablando del sistema de propulsión del Mission R. El embajador de Porsche y antiguo piloto oficial conoce la base técnica que hay detrás de este prototipo y ya lo ha probado en pista como piloto de desarrollo. "La única vez que he experimentado un impulso tan increíblemente potente fue en el Porsche 919 Hybrid ganador de Le Mans".
El Mission R está a la altura de las prestaciones del Porsche 911 GT3 Cup. La potencia se mantiene constante a lo largo de la carrera, por lo que no hay reducción de potencia por efecto térmico, una gran ventaja de los motores eléctricos desarrollados por Porsche con refrigeración directa por aceite. El motor eléctrico del eje delantero produce hasta 435 CV (320 kW) en el "modo carrera".
En el "modo de calificación", el coche de tracción total tiene una potencia máxima del sistema de más de 1.088 CV (800 kW). La potencia continua del sistema en modo carrera es 680 CV (500 kW). La velocidad máxima supera los 300 km/h. El ligero coche de carreras eléctrico, que pesa unos 1.500 kg, acelera de 0 a 100 km/h en menos de 2,5 segundos.
La capacidad de la batería, que también incorpora celdas vanguardistas y refrigeración directa por aceite, está concebida para carreras al esprint. Gracias a la tecnología de 900 voltios y a la capacidad de carga rápida, es posible cargar la batería del 5 al 80% en unos 15 minutos, durante los tiempos muertos en cada prueba. Otro aspecto destacado es la altísima potencia de recuperación de hasta 800 kW.
La potencia de los dos motores eléctricos se transmite a las ruedas delanteras y traseras a través de engranajes de dientes rectos y diferenciales de deslizamiento limitado. El diseño modular del sistema de propulsión también contribuye a mejorar la eficiencia de costes en las competiciones de los clientes: la transmisión, los motores eléctricos y los inversores controlados por impulsos (PCI) de los ejes delantero y trasero son idénticos.
El Mission R está preequipado para la tecnología de conexión inalámbrica. Por lo tanto, en caso de que se produzcan problemas durante la carrera, los expertos de Porsche Motorsport de Weissach podrían acceder a los datos de los coches de los clientes a través de una interfaz remota y, de este modo, ayudar a solucionar los problemas.
Motores eléctricos de alta eficiencia con refrigeración directa por aceite
En el Mission R, Porsche ofrece un avance de la próxima generación de motores eléctricos. En 2018, un equipo de ingenieros y técnicos de Porsche en Zuffenhausen y Weissach comenzó a desarrollar motores eléctricos extremadamente potentes y altamente eficientes.
La innovación más importante de estas máquinas síncronas de imanes permanentes (PESM) es la refrigeración directa por aceite del estátor, que permite alcanzar niveles muy elevados de potencia máxima y continua, además de ofrecer un nivel de eficiencia muy alto. Mientras que en las máquinas eléctricas convencionales el líquido refrigerante fluye a través de una camisa fuera del estátor, en el caso de la refrigeración directa el aceite fluye directamente a lo largo del bobinado de cobre. Esto permite disipar más calor directamente en la fuente. Además, las ranuras del estátor pueden hacerse más pequeñas, lo que conlleva una mayor eficiencia en los ciclos de conducción reales. Se utiliza una innovadora junta del estátor para evitar que el refrigerante entre en la cámara del rotor.
Al igual que en los motores eléctricos del Taycan, el llamado bobinado en horquilla contribuye a un alto rendimiento de potencia y par motor, manteniendo unas dimensiones compactas. Las bobinas están formadas por hilos rectangulares que se doblan y se introducen en el núcleo laminado del estátor. Su forma recuerda a la de las horquillas, de ahí el nombre de "horquillas". Los extremos abiertos se sueldan mediante un rayo láser.
Se utilizó un algoritmo de optimización para determinar la forma y posición óptimas de los imanes en el rotor. La geometría resultante elimina un antiguo conflicto de objetivos: a velocidades muy altas combina excelentes propiedades electromagnéticas con una alta resistencia mecánica. Durante la producción, los imanes se insertan en las láminas del rotor y se recubren de plástico por extrusión. Como resultado, no se mueven a pesar de las elevadas fuerzas centrífugas y, por tanto, el equilibrio de giro del rotor se mantiene estable. Al mismo tiempo, el plástico ayuda a disipar el calor generado en los imanes.
Batería de alta gama y tecnología de 900 voltios
La batería se sitúa detrás del conductor en una disposición de núcleo eléctrico. Su capacidad total es 82 kWh. Esto significa que está diseñada para una carrera al espint de 25 a 40 minutos. Unas innovadoras celdas celdas proporcionan una alta densidad de potencia. También en este caso, la refrigeración directa por aceite ofrece enormes ventajas térmicas: al aprovechar toda la superficie de las celdas, se puede transportar una gran cantidad de calor de la batería al sistema de refrigeración.
Basado en la tecnología de 800 voltios del tres veces ganador de Le Mans, el 919 Hybrid, el Porsche Taycan fue el primer coche de producción con esta tensión del sistema, en lugar de los 400 voltios que se utilizan normalmente en los coches eléctricos. En el Mission R, Porsche vuelve a subir el listón con un voltaje superior a los 900 voltios. El uso de la tecnología de 900 voltios dará lugar a nuevas mejoras en la potencia continua, el peso y el tiempo de carga. En las estaciones de carga rápida de CC, el Mission R puede pasar del 5 al 80 por ciento en aproximadamente 15 minutos. La capacidad de carga máxima es 350 kW. La toma de carga está situada bajo el centro del alerón.
Sistema especial de alerta de alto voltaje para el equipo de boxes
Por principio, el concepto de seguridad de alto voltaje del Mission R cumple con los mismos altos estándares que se exigen a los vehículos de producción en serie. Esto significa que, en caso de colisión, las conexiones de la batería al vehículo y los consumidores de alto voltaje se desconectan automáticamente para garantizar que no haya tensión. También hay un sistema de alerta diseñado específicamente para el personal de boxes: unos LED especiales situados detrás del parabrisas y en el techo proporcionan información rápida y detallada sobre el estado de funcionamiento del sistema de alto voltaje. Si los LED se iluminan en verde, el Mission R es seguro en alta tensión. Por el contrario, si los LEDs están en rojo, solo debe acercarse al vehículo personal capacitado en alta tensión. También hay una luz en el módulo del techo, detrás del tubo pitot para medir la velocidad, que se incluye en este sistema de advertencia con código de colores.
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La sostenibilidad está en la estrategia de la empresa como un principio básico: "Como fabricante de automóviles, Porsche pretende conseguir, en 2030, un balance general neutro en carbono. Esto significa que una baja huella de carbono, el reciclaje en circuito cerrado y la sostenibilidad se están convirtiendo cada vez más en el centro de atención", afirma Michael Steiner, miembro del Consejo de Dirección de Porsche AG como responsable de Investigación y Desarrollo.
En los próximos diez años, Porsche invertirá más de mil millones de euros en la descarbonización mediante el uso de turbinas eólicas, energía solar y otras medidas para proteger el medio ambiente. También está invirtiendo en la sostenibilidad de los propios vehículos. Las baterías utilizadas en los modelos que se alimentan total o parcialmente de electricidad, así como los e-fuels para los vehículos con motor de combustión, desempeñan un papel fundamental en la movilidad sostenible:
La celda de la batería es la cámara de combustión del futuro. Ya hoy, las celdas de alto rendimiento para el Taycan se fabrican con fuentes de energía renovables. Los proveedores también se han comprometido a hacerlo. A mediados de 2021, Porsche anunció el siguiente paso: junto con Customcells, su socio de la empresa conjunta, la compañía va a iniciar la producción de celdas de batería de alto rendimiento.
Los e-fuels son combustibles sintéticos hechos a partir de hidrógeno y dióxido de carbono capturado, producidos mediante energía renovable. Con el combustible renovable de competición Esso, basado en e-fuel, que se utilizará durante la temporada 2022 de la Porsche Mobil 1 Supercup, es posible una reducción de las emisiones de CO2 de hasta el 85%, si cumple con la norma de combustible actual, tras la mezcla necesaria para este propósito).
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| Porsche Mission R - Las celdas de la batería son la cámara de combustión del futuro |
Potentes baterías de iones de litio con ánodos de silicio
Porsche está a la vanguardia del desarrollo de baterías de alto rendimiento. Está invirtiendo decenas de millones de euros en Cellforce Group GmbH, compañía nacida de un acuerdo entre Porsche y Customcells. Está previsto que la planta de producción de Cellforce entre en funcionamiento en 2024, con una capacidad anual inicial de al menos 100 MWh, y que produzca baterías para unos 1.000 vehículos de competición y de altas prestaciones.
La química de las nuevas baterías de alto rendimiento se basa en el silicio como material del ánodo, lo que permite aumentar considerablemente la densidad energética en comparación con las actuales. Es decir, la batería puede ser menos voluminosa con el mismo contenido energético. La nueva química también reduce la resistencia interna de la batería, lo que le permite absorber más energía durante la recuperación y realizar la carga rápida de forma más eficiente. Otra característica especial de la celda de la batería Cellforce es que tolerará mejor las altas temperaturas. Todas estas cualidades son de suma importancia en los deportes de motor.
BASF, la principal empresa química del mundo, será otro socio en el desarrollo de celdas para la próxima generación de baterías de iones de litio. Como parte de la colaboración, BASF será el proveedor exclusivo de materiales catódicos NCM (litio, níquel, cobalto y manganeso) para celdas de alta densidad de energía (HED), adecuadas para una carga rápida. A partir de 2022, las instalaciones de producción de BASF para los materiales activos catódicos situadas en Harjavalta (Finlandia) y Schwarzheide (Brandemburgo, Alemania), permitirán a BASF proporcionar materiales para baterías con una huella de carbono tan baja que establecerá un nuevo estándar en la industria.
Los residuos de producción de la futura fábrica de baterías del Grupo Cellforce se reciclarán en una planta prototipo de reciclaje de baterías de BASF en Schwarzheide, cerrando así el círculo. El litio, el níquel, el cobalto y el manganeso se reciclarán en un proceso hidrometalúrgico y se reintroducirán en el proceso de producción de BASF de materiales activos para cátodos.
Desarrollo de e-fuels con emisión significativamente reducida de CO2
ExxonMobil y Porsche están probando los combustibles sintéticos en deportes de motor. En la Porsche Mobil 1 Supercup, todos los nuevos 911 GT3 Cup han estado corriendo con una mezcla de combustible renovable de Esso, principalmente de base biológica, preparada por ExxonMobil desde el comienzo de la temporada 2021. En el transcurso de la temporada 2022, se utilizará e-fuel producido a partir de hidrógeno y dióxido de carbono capturado. Porsche y ExxonMobil están utilizando el campeonato monomarca internacional para demostrar la idoneidad de los combustibles renovables y sintéticos en las condiciones más duras. Además, la intención es aplicar en el futuro la experiencia adquirida para el desarrollo conjunto de combustibles.
Los e-fuels procederán de la planta piloto de Haru Oni, en Chile, donde se genera hidrógeno verde utilizando energía eólica y agua, que luego se combina con dióxido de carbono capturado para producir metanol. ExxonMobil aporta la licencia de la tecnología, que permitirá convertir el metanol en carburante sintético en el siguiente paso del proceso: la síntesis de metanol a gasolina. En la fase piloto, se producirán más de 130.000 litros al año a partir de 2022. Como principal cliente de este combustible, Porsche utilizará los e-fuels de Chile no solo en temporada 2022 de la Porsche Mobil 1 Supercup, también en sus Porsche Experience Centre, por ejemplo.
NNOVADOR MOTOR ELÉCTRICO Y BATERÍA VANGUARDISTA DE 900 VOLTIOS
El Mission R es la última visión de Porsche. Con este prototipo de un coche eléctrico para carreras de GT, el pionero de la movilidad sostenible muestra cómo podrían ser en el futuro los vehículos de competición para clientes. Aquí, una ojeada a su sistema de propulsión.
"Es indescriptible, el aumento inmediato de potencia de los dos motores eléctricos es algo que simplemente tienes que experimentar por ti mismo", dice Timo Bernhard, hablando del sistema de propulsión del Mission R. El embajador de Porsche y antiguo piloto oficial conoce la base técnica que hay detrás de este prototipo y ya lo ha probado en pista como piloto de desarrollo. "La única vez que he experimentado un impulso tan increíblemente potente fue en el Porsche 919 Hybrid ganador de Le Mans".
El Mission R está a la altura de las prestaciones del Porsche 911 GT3 Cup. La potencia se mantiene constante a lo largo de la carrera, por lo que no hay reducción de potencia por efecto térmico, una gran ventaja de los motores eléctricos desarrollados por Porsche con refrigeración directa por aceite. El motor eléctrico del eje delantero produce hasta 435 CV (320 kW) en el "modo carrera".
En el "modo de calificación", el coche de tracción total tiene una potencia máxima del sistema de más de 1.088 CV (800 kW). La potencia continua del sistema en modo carrera es 680 CV (500 kW). La velocidad máxima supera los 300 km/h. El ligero coche de carreras eléctrico, que pesa unos 1.500 kg, acelera de 0 a 100 km/h en menos de 2,5 segundos.
La capacidad de la batería, que también incorpora celdas vanguardistas y refrigeración directa por aceite, está concebida para carreras al esprint. Gracias a la tecnología de 900 voltios y a la capacidad de carga rápida, es posible cargar la batería del 5 al 80% en unos 15 minutos, durante los tiempos muertos en cada prueba. Otro aspecto destacado es la altísima potencia de recuperación de hasta 800 kW.
La potencia de los dos motores eléctricos se transmite a las ruedas delanteras y traseras a través de engranajes de dientes rectos y diferenciales de deslizamiento limitado. El diseño modular del sistema de propulsión también contribuye a mejorar la eficiencia de costes en las competiciones de los clientes: la transmisión, los motores eléctricos y los inversores controlados por impulsos (PCI) de los ejes delantero y trasero son idénticos.
El Mission R está preequipado para la tecnología de conexión inalámbrica. Por lo tanto, en caso de que se produzcan problemas durante la carrera, los expertos de Porsche Motorsport de Weissach podrían acceder a los datos de los coches de los clientes a través de una interfaz remota y, de este modo, ayudar a solucionar los problemas.
Motores eléctricos de alta eficiencia con refrigeración directa por aceite
En el Mission R, Porsche ofrece un avance de la próxima generación de motores eléctricos. En 2018, un equipo de ingenieros y técnicos de Porsche en Zuffenhausen y Weissach comenzó a desarrollar motores eléctricos extremadamente potentes y altamente eficientes.
La innovación más importante de estas máquinas síncronas de imanes permanentes (PESM) es la refrigeración directa por aceite del estátor, que permite alcanzar niveles muy elevados de potencia máxima y continua, además de ofrecer un nivel de eficiencia muy alto. Mientras que en las máquinas eléctricas convencionales el líquido refrigerante fluye a través de una camisa fuera del estátor, en el caso de la refrigeración directa el aceite fluye directamente a lo largo del bobinado de cobre. Esto permite disipar más calor directamente en la fuente. Además, las ranuras del estátor pueden hacerse más pequeñas, lo que conlleva una mayor eficiencia en los ciclos de conducción reales. Se utiliza una innovadora junta del estátor para evitar que el refrigerante entre en la cámara del rotor.
Al igual que en los motores eléctricos del Taycan, el llamado bobinado en horquilla contribuye a un alto rendimiento de potencia y par motor, manteniendo unas dimensiones compactas. Las bobinas están formadas por hilos rectangulares que se doblan y se introducen en el núcleo laminado del estátor. Su forma recuerda a la de las horquillas, de ahí el nombre de "horquillas". Los extremos abiertos se sueldan mediante un rayo láser.
Se utilizó un algoritmo de optimización para determinar la forma y posición óptimas de los imanes en el rotor. La geometría resultante elimina un antiguo conflicto de objetivos: a velocidades muy altas combina excelentes propiedades electromagnéticas con una alta resistencia mecánica. Durante la producción, los imanes se insertan en las láminas del rotor y se recubren de plástico por extrusión. Como resultado, no se mueven a pesar de las elevadas fuerzas centrífugas y, por tanto, el equilibrio de giro del rotor se mantiene estable. Al mismo tiempo, el plástico ayuda a disipar el calor generado en los imanes.
Batería de alta gama y tecnología de 900 voltios
La batería se sitúa detrás del conductor en una disposición de núcleo eléctrico. Su capacidad total es 82 kWh. Esto significa que está diseñada para una carrera al espint de 25 a 40 minutos. Unas innovadoras celdas celdas proporcionan una alta densidad de potencia. También en este caso, la refrigeración directa por aceite ofrece enormes ventajas térmicas: al aprovechar toda la superficie de las celdas, se puede transportar una gran cantidad de calor de la batería al sistema de refrigeración.
Basado en la tecnología de 800 voltios del tres veces ganador de Le Mans, el 919 Hybrid, el Porsche Taycan fue el primer coche de producción con esta tensión del sistema, en lugar de los 400 voltios que se utilizan normalmente en los coches eléctricos. En el Mission R, Porsche vuelve a subir el listón con un voltaje superior a los 900 voltios. El uso de la tecnología de 900 voltios dará lugar a nuevas mejoras en la potencia continua, el peso y el tiempo de carga. En las estaciones de carga rápida de CC, el Mission R puede pasar del 5 al 80 por ciento en aproximadamente 15 minutos. La capacidad de carga máxima es 350 kW. La toma de carga está situada bajo el centro del alerón.
Sistema especial de alerta de alto voltaje para el equipo de boxes
Por principio, el concepto de seguridad de alto voltaje del Mission R cumple con los mismos altos estándares que se exigen a los vehículos de producción en serie. Esto significa que, en caso de colisión, las conexiones de la batería al vehículo y los consumidores de alto voltaje se desconectan automáticamente para garantizar que no haya tensión. También hay un sistema de alerta diseñado específicamente para el personal de boxes: unos LED especiales situados detrás del parabrisas y en el techo proporcionan información rápida y detallada sobre el estado de funcionamiento del sistema de alto voltaje. Si los LED se iluminan en verde, el Mission R es seguro en alta tensión. Por el contrario, si los LEDs están en rojo, solo debe acercarse al vehículo personal capacitado en alta tensión. También hay una luz en el módulo del techo, detrás del tubo pitot para medir la velocidad, que se incluye en este sistema de advertencia con código de colores.
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Así,que Porsche Mission R - Las celdas de la batería son la cámara de combustión del futuro según Porsche
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