Desarrollo de un Gemelo Digital de Nissan Leaf eléctrico basado en modelos y datos operacionales

Abstract

En el último tiempo tanto la electro movilidad como las herramientas digitales que trae la Cuarta Revolución Industrial han crecido enormemente aumentando el interés de diversos grupos industriales y económicos que, tratando de combatir los efectos del cambio climático por medio del reemplazo de vehículos de motores térmicos por vehículos eléctricos es que, se crea la necesidad de tener equipos cada vez más competitivos tanto en performance, durabilidad e impacto ambiental. Para ello es necesario llevar un estricto seguimiento de los vehículos y sus componentes para así estudiar de mejor manera el cómo mejorarlos y mantenerlos. Por lo que nace la idea de crear un gemelo digital de un vehículo eléctrico para extraer datos de vital importancia para el cuidado de este y el uso eficiente de recursos. Dicho esto, el objetivo principal de este trabajo es desarrollar un modelo electromecánico integral de un Nissan Leaf 2018 en base a múltiples modelos y datos operacionales para obtener consumo energético y datos o cifras relevantes para el cuidado de la batería y que sirva como punto de partida o que pueda ser integrado en un gemelo digital. El modelo o programa realizado se basa en 3 modelos: Modelo dinámico longitudinal, modelo termodinámico equivalente en base a la perdida de potencia y el modelo OCV-SOC de circuito equivalente. Este programa puede ser utilizado de dos formas: Ingresando datos de GPS o aplicando un ruteador. Para el primer caso, además de agregar los datos de GPS se debe ingresar la temperatura inicial de la batería y la temperatura ambiente para que el programa entregue datos de consumo energético (potencia, SOC, energía y rendimiento), temperatura de batería y voltaje de batería en cada instante de medición mientras que para el segundo caso se deben ingresar las coordenadas de inicio y fin de un viaje, la temperatura ambiente y la temperatura inicial para que el programa entregue dos rutas alternativas una con el menor tiempo de llegada y otra con la menor distancia recorrida y en ambas entregará los datos de consumo energético, la temperatura de batería y el voltaje para cada ruta. Para este trabajo se utilizó el software de Python junto con sus diferentes bibliotecas y librerías, los datos obtenidos fueron comparados con datos extraídos de la ECU del vehículo en viajes ya realizados dando diferencias o errores menores a un 20% en todos los parámetros medidos (SOC, temperatura y voltaje). Estas diferencias pueden tener múltiples factores que pueden ser minimizados con un hardware más sofisticado y con un ruteador con datos de tráfico en vivo. Finalmente se concluye que se cumplen los objetivos y que el programa entrega datos fidedignos que aportarán en gran medida al cuidado del vehículo y que el desafío radica en crear un programa que utilice el modelo descrito en el trabajo y que cuente con una actualización dinámica y activa de datos, dicho de otro modo, realizar el gemelo digital del Nissan Leaf en base a este modelo electromecánico.