Este prototipo sentó las bases de la innovadora tecnología de 800 V, que determina el diseño de todo el tren de rodaje eléctrico del Taycan y del monoplaza 99X. Los dos coches han sido desarrollados a solo mil metros de distancia, la que separa las sedes del Centro de Desarrollo de Porsche con la de Porsche Motorsport, y los equipos de ambos desarrollos han trabajado en conjunto, compartiendo información, material, tecnología e incluso personal . Pero, sobre todo, ambos reflejan el ADN Porsche.
Lo s mismos medios para diferentes multas
El Porsche 99X Electric monta el sistema de propulsión Porsche E-Performance desarrollado en Weissach, que sirve de plataforma de desarrollo para los modelos eléctricos de producción. La gestión de la energía y la eficiencia son factores cruciales, tanto en la competición como en la calle. Aunque los objetivos del Porsche Taycan y del Porsche 99X son completamente diferentes, su tecnología de electrificación persigue el mismo fin: extraer el máximo rendimiento de la energía almacenada en sus baterías. Uno, para ser el más rápido en las carreras de la Fórmula E; el otro, para ofrecer el mejor equilibrio entre prestaciones, facilidad de uso y autonomía.
El Porsche 99X está diseñado para dar el máximo en la distancia de un E-Prix y consumir los 52 kW / h almacenados en sus baterías, más la recuperada por el sistema de frenado durante los 45 minutos de la carrera, que se traducen en una distancia menor a 100 kilómetros.
La clave es aprovechar de la mejor forma posible cada kW / h, según las condiciones de la prueba y en función de diferentes programas de software de gestión energética. Y es que en cada momento debe estar disponible la mayor cantidad de energía eléctrica posible, teniendo en cuenta la estrategia de carrera. Por este motivo, los desarrolladores de software diseñan diferentes programas operativos: uno de ellos, por ejemplo, para una conducción de ahorro energético cuando el piloto va pegado a la zaga de algún adversario o, en el extremo opuesto, para obtener el máximo impulso en el modo de ataque cuando estén disponibles los 35 kW adicionales que el reglamento permite dos o tres veces por carrera durante cuatro minutos. Estos programas se encuentran entre los secretos mejor guardados de los equipos.
En el Porsche Taycan el objetivo es conseguir una autonomía elevada (390-416 km WLTP en el Turbo S), que permite a sus conductores recorrer grandes distancias entre recargas. El sistema PIRM (Porsche Intelligent Range Manager) permite al conductor conocer en todo momento la autonomía real disponible, pues desarrolla una predicción para cada uno de los modos de conducción. Con un destino de navegación activo, su gestión de la energía no calcula cuánto queda para cruzar la meta, sino la distancia al punto de destino, para cambiar un programa de conducción y de climatización más favorable desde el punto de vista energético.
Las baterías, el motor y el inversor
Las baterías de los monoplazas de la Fórmula-E son estándar y comunes para todos los equipos. De iones de litio, con sistema de refrigeración y 52 kW / h de capacidad, pesan 385 kilos. “Estaría genial que a los equipos de Fórmula E nos permitieran diseñar también nuestras propias baterías”, dice Martin Füchtner, responsable de Desarrollo de Trenes de Rodaje de Alto Voltaje de Porsche Motorsport. “Aquí es donde todavía tenemos un enorme potencial para el avance, porque ya estamos a un buen nivel de desarrollo en el tren de rodaje”. Pero competir en el campo de las baterías podría perjudicar la igualdad de la Fórmula E, porque los costes son muy altos.
La batería del Taycan Turbo S es mucho más grande (93,4 kW / h). Compuesta por 33 módulos, formados a su vez por doce elementos individuales cada uno (en total, 396 celdas), pesa 630 kilos y tiene 93.4 kWh de capacidad.
Martin Füchtner explica que “la competencia nos permite explorar los límites de lo que es posible y ahora podemos centrarnos en dos componentes: el motor eléctrico y el inversor”. Los motores de nuestros dos protagonistas comparten concepto y tecnología. Porsche confía en el motor síncrono de imanes permanentes (PSM). En comparación con el motor asíncrono (ASM), el PSM ofrece un mayor rendimiento continuo porque se sobrecalienta con menos facilidad y, por tanto, no tiene que regular a la baja.
El motor eléctrico convierte la corriente alterna en el par motor que impulsa al vehículo. Las pérdidas internas de corriente de Foucault y de conductividad deben ser minimizadas, y el peso de los componentes reducido. En este sentido, el equipo se está beneficiando de la investigación fundamental y realizada con el prototipo de Le Mans (LMP), que exploró nuevas topologías de motor y descubrió nuevos materiales.
El motor del Taycan emplea el bobinado en horquilla con alambres de sección rectangular, que permite introducir más cantidad de cobre en el estator (un relleno del 70 por ciento, frente al 50 por ciento convencional). Eso da la posibilidad de aumentar las cifras de potencia y par motor en el mismo espacio, además de mejorar la transmisión de calor y permitir una refrigeración más eficiente.
Otro elemento clave para conseguir la máxima eficiencia energética es el inversor con modulación del pulso, donde se concentra el saber y la experiencia de Porsche. Este elemento se encarga de convertir la corriente continua de la batería (800 voltios) en corriente alterna y de suministrar esta corriente al motor eléctrico. El inversor transforma la corriente utilizando un elemento semiconductor que alterna miles de veces por segundo, y cada uno de esos cambios produce una pequeña pérdida. Porsche está tratando de reducir esto paso a paso, un verdadero desafío de alta tecnología. Sus intentos de identificar el semiconductor más eficiente para el interruptor lleva a los ingenieros a trabajar en una escala atómica. El último material experimentado en competición es el carburo de silicio (SiC),
También se aprovecha la eficiencia de la propulsión eléctrica ajustando el patrón de rotación del inversor, es decir, su rumbo y frecuencia de rotación. Este patrón se rige por complejos algoritmos matemáticos, donde incluso el más mínimo cambio puede significar la victoria o la derrota en la pista. “Tras realizar numerosas repeticiones de semiconductores y algoritmos, ahora contamos con un sistema excepcionalmente eficaz”, asegura Füchtner. Y todo ese conocimiento acaba llegando a los coches de calle.
Prestaciones similares
A pesar de la enorme diferencia de peso, 900 kilos el 99X y 2,295 kilos el Taycan Turbo S, ambos aceleran de 0 a 100 km / h en el mismo tiempo (2,8 segundos) y alcanzan una velocidad máxima similar (280 km / h en el monoplaza de competición, por los 260 km / h del coche de serie).
Para ello, el Porsche Taycan Turbo S monta dos motores, uno en cada eje, que pueden entregar hasta 761 CV (560 kW) con Overboost y Launch Control, mientras que el propulsor único del Fórmula-E entrega 340 CV (250 kW) en modo clasificación o con el Fanboost .
Aunque a primera vista podría parecer lo contrario, el Porsche 99X es más largo que el Taycan (5,160 por 4,963 mm) y tiene más batalla (3,100 por 2,900 mm). En cambio, el Taycan es mucho más ancho (1,966 por 1,770 mm) y alto (1,378 por 1,050 mm).
Competencia y producción en serie trabajan en equipo
El trabajo conjunto y la retroalimentación con los departamentos encargados de la producción en serie sigue dando frutos. “Ahora estamos transfiriendo nuestra experiencia y las lecciones aprendidas de décadas de automovilismo y millas de victorias de nuestros prototipos de deportivos a la Fórmula E”, asegura Oliver Blume. “Para nosotros, la competencia existe para ayudarnos a construir mejores coches para su uso en carretera. Con la Fórmula E sucede exactamente lo mismo: es el mejor laboratorio para seguir avanzando en la estrategia de electrificación ”. “Nuestra misión es ganar carreras. Pero también perseguimos una transición fluida a la producción en serie ”, declara Martin Füchtner.
Además, Porsche comparte con los organizadores de la Fórmula E el espíritu de progreso de la movilidad eléctrica. La filosofía y reglamentación de este certamen evita que se convierta en un lugar aislado de alta tecnología; por el contrario, lo que pretende es motivar la innovación de la producción en serie.
En la Fórmula E, todos los equipos tienen que usar vehículos con el mismo chasis y batería estandarizada, mientras que todos los componentes del tren de rodaje son de diseño propio. Esto incluye el motor eléctrico, el inversor, el sistema de frenado por cable, la transmisión, el diferencial, los ejes de la transmisión, el bastidor estructural y los elementos asociados a la suspensión del eje trasero, así como el sistema de enfriamiento y la unidad de control. Eso permite a los ingenieros concentrarse en el sistema de propulsión eléctrica en sí, en el lugar de invertir mucho tiempo y dinero en cuestiones secundarias muy costosas, como por ejemplo, la aerodinámica.
Comités de expertos para el intercambio de información
Los bancos de pruebas comunes no son el único punto de encuentro en el desarrollo conjunto de sistemas entre la competición y la serie eléctrica. Porsche ha creado comités de expertos internos para ciertos componentes, que se reúnen cada ocho semanas aproximadamente. Los diseñadores de los coches de carreras y los de producción en serie deben identificar sus propias debilidades y explorar juntos posibles soluciones. Los comités de expertos establecen que las nuevas ideas seguirán cruzándose entre los equipos de carreras y los de producción en serie.
Además, las personas que integran los propios equipos de desarrollo “cambian de bando” a menudo. “Muchos de los miembros del equipo del Taycan pertenecían al personal que desarrolló el 918 Spyder”. Un ingeniero experto en problemas de vibración y acústica, que trabajaba en el desarrollo de modelos en serie, ayudó a los pilotos a controlar las vibraciones de los vehículos eléctricos de carreras. Y ese es solo un ejemplo.
Y la cercanía física también juega un papel importante: el Centro de Desarrollo de Porsche está a sólo 1,000 metros de la sede de Porsche Motorsport. “Todos entramos por la misma puerta y nos reunimos para almorzar”, confiesa Füchtner, que sabe que muchas ideas para ganar carreras de la Fórmula E podrían nacer en la cafetería de Weissach.