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FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN
“Diseño, implementación y análisis de un prototipo de vehículo híbrido”
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del titulo de
INGENIERO EN ELECTRICIDAD, ELECTRONICA Y AUTOMATIZACIÓN
INDUSTRIAL
Presentado por:
Jorge Enrique Alcívar García
GUAYAQUIL – ECUADOR
Año 2006
RESUMEN
El sistema diseñado se basa en un modelo de vehículo híbrido que posee
tanto un motor eléctrico, como un motor de combustión interna. La forma
de combinar estos dos motores es mediante una configuración en paralelo
donde ambos contribuyen a la tracción del vehículo, es decir funciona con
una doble transmisión, una para el motor de combustión interna y otra
para el motor eléctrico. El motor de combustión interna asegura la
velocidad máxima, buena aceleración y un radio de acción amplio. El motor
eléctrico se puede utilizar en la ciudad, alcanzando una velocidad promedio
de 40 Km/h. teniendo un radio de acción limitado, consumiendo la energía
de las baterías.
Frente a los vehículos tradicionales tienen la ventaja de contaminar menos,
al reducir la emisión de gases al medio ambiente y disminuir la
contaminación acústica. Al trabajar el motor eléctrico este se alimenta por
medio de un banco de baterías, este es recargado al final del día a un
tomacorriente casero de 110 v.
CARACTERÍSTICA DEL AUTOMÓVIL HÍBRIDO
Esquema simplificado del automóvil híbrido
• La forma de conjugar ambos sistemas es mediante una configuración paralelo
con tracción independiente.
• La tracción delantera es comandada por el motor de combustión interna.
• La tracción trasera es operada por un motor eléctrico.
DIMENSIONAMIENTO ENERGÉTICO PARA EL VEHÍCULO HÍBRIDO
Pw 
RT *V
(CV )
75 *T
RT  Rr  Ra  RP
2
Ra  1 * Cx * S *V
16
Rr = μ * p
    k *v
2
  0.02  0.5 *10 6 * 60 2  0.0218
S = 0.85 * a * b
R p  P * sen  P * x 100
R p  1120 * sen
Ra  1 * 0.3 *1.78 *16.67 2  9.27
16
Rr = 24.42 Kg
Ra = 9.27 Kg
Pw 
33.69 *16.67
 9.36CV
75 * 0.8
Rp = 0 Kg
Motor de corriente continúa tipo serie
Esquema de un motor serie acoplado en un diferencial de vehículo
Entre los motores de corriente continua el más usado para tracción eléctrica es el motor
con conexión tipo serie, por:
• El gran par de arranque que ofrece
• Alto margen de regulación en su velocidad
• Alimentación y control de su velocidad económico
Sistema de control de velocidad
• Para el control de velocidad, usamos un conversor DC/DC. Este dispositivo electrónico nos
permite variar en forma continua la alimentación del motor a través de su variable tensión.
• El control de velocidad (o troceador) consiste de un arreglo de transistores de potencia
MOSFETS para controlar la corriente en el motor.
Grafica del voltaje troceado, tomada con un multimetro grafico (Fluke 860) durante el proceso
de pruebas.
Baterías
Esquema de conexión de las baterías en el vehículo híbrido.
• Para alimentar al motor eléctrico, usamos 6 baterías de acido-plomo de descarga profunda
de 220 amperios – horas y de 6 voltios cada una.
• Posee un número de ciclo de 720, es decir podemos descargar y cargar las baterías 720
veces.
Cargador de batería
La función del cargador es rectificar la corriente alterna y convertirla en corriente continua
• El cargador trabaja con: 110 voltios, 60Hz y 11 amperios de corriente alterna de entrada, y 36
voltios y 20 amperios de corriente continua como salida
• Posee un sistema de apagado automático, es decir una vez que las baterías alcanza una carga
completa, es decir 1.25 veces el valor de carga (45 voltios). El cargador se apagara
automáticamente mediante un relé de tensión.
Circuito de fuerza y control para el motor eléctrico
Esquemático del circuito de fuerza y control para el motor eléctrico.
Diagrama de conexión de los componentes que conforman el sistema de
tracción eléctrica.
Montaje y cableado del circuito en el vehículo.
Producto Final
Marcha
Velocidad máxima
1
20
2
30
3
40
4
45
5
57
• Para las pruebas, se procedió a realizar varios
recorridos por las calles de la ciudad.
• Las velocidades máxima promedio alcanzada en
cada marcha se muestra en la tabla.
• La distancia recorrida con batería a plena carga
fue aproximadamente de 32 Km.
• Usando un batimetro, se determino el consumo
de energía promedio del motor: 165 watt/h por
kilómetro
Proceso de carga de las baterías
Utilizando un voltímetro, registramos los valores de corriente
alterna entrante al cargador. Estos datos se muestran en la
grafica
La cantidad de energía consumida calculada teóricamente
mediante una aproximación en la grafica fue de 6.37 Kwh por
8 horas de carga equivalente a 0.52 dólares
Usando un batimetro, registramos un consumo de 9.9 Kwh por
8 horas de carga equivalente a 0.82 dólares.
Reglas para el servicio de las baterías de tracción
• Cargar la batería diariamente con el régimen que corresponda según las
características.
• Intentar no descargar habitualmente más del 80% de la capacidad.
• Mensualmente limpiar y engrasar los terminales con vaselina neutra.
• Controlar las densidades y el nivel del electrolito, rellenar con agua destilada cuando el
nivel descienda.
• No almacenar nunca la batería estando esta descargada.
• Si se almacena por inactividad, durante más de un mes, es recomendable dar
periódicamente cargas de igualación.
• Controlar la temperatura, la cual no debe nunca subir más de 40˚.
SEGURIDAD EN El VEHÍCULOS HÍBRIDO
Circuito eléctrico en el vehículo
Derivación con el bastidor. Peligro de electrocución
Derivación con el bastidor. Batería en corto
circuito
CONCLUSIONES
Después de las pruebas y experiencias obtenidas, se plantean las siguientes
conclusiones:
• Número de kilómetros realizados diariamente está directamente relacionado con
el número de desplazamientos diarios y por persona, está en torno a los 32 Km.
• La velocidad media está en torno a los 40 Km/h.
• El número de pasajeros por trayecto está alrededor de 2
• Ocupación del maletero no llega al 70% de su capacidad total.
• Se consigue un mayor ahorro energético, debido a que un vehículo convencional
al circular por ciudad, alrededor del 25 % del tiempo del vehículo en circulación,
se pasa a ralentí esto es cuando esta parado en un semáforo, etc.
• Autonomía suficiente para el uso cotidiano para dos personas en la ciudad.
Pero baja comparada con los automóviles térmicos.
• Las baterías de tracción son diferentes de las baterías de arranque puesto
que están solicitadas de forma distinta, es decir son más capacitiva y no
tan intensa o de choque como las de arranque
• El costo por carga de baterías durante 8 horas es de 0.82 dólares,
consiguiéndose una autonomía de 32 kilómetros.
RESULTADOS