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Datos Generales
Nombre del
Proyecto
Selección y determinación de requerimientos del kit eléctrico para el tren motriz de
un vehículo.
Semillero
SEMILLERO DE AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS,CENTRO
INDUSTRIAL DE MANTENIMIENTO Y MANUFACTURA CIMM.
Área del
Proyecto
Ingenierías
Subárea del Ingeniería Eléctrica: Electrónica,
Telecomunicaciones, y sus derivadas
Proyecto
Tipo de
Proyecto
Proyecto de Investigación
Subtipo de
Proyecto
Investigación en Curso
Grado
na
Programa
Académico
Automatización Industrial
Email
[email protected] Teléfono
Nodo
Boyacá
3118123064
Integrantes :
[1052411016-JUAN SEBASTIAN GOMEZ RODRIGUEZ]
[1057601565-JAVIER ORLANDO MONTAÑEZ PEDRAZA]
Instituciones a las que pertenece :
[899999034-SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA REGIONAL BOYACA]
Datos Específicos del Proyecto
Introducción
Dada la gran problemática ambiental que existe hoy en día alrededor del mundo, la humanidad se
ha puesto a pensar seriamente, en todos los ámbitos, en opciones y alternativas que sean amigables
con el medio ambiente. La manera de pensar de la gente poco a poco va cambiando y el mundo
pide un cambio de manera urgente, muchos investigadores a nivel mundial se han percatado de
esto, y desde hace unos años han venido haciendo investigaciones e innovaciones de todo tipo. Un
campo que ha ganado bastante fuerza son los vehículos eléctricos (EV) pensado como una solución
a la problemática ambiental y energética.(United Nations Environment Programme, 2007) En la
construcción de un EV, uno de los factores más importantes es la selección del sistema eléctrico de
potencia, el cual se encuentra esencialmente conformado por un motor, que puede ser de inducción
trifásica, brushless o PMAC, entre otros; un controlador de acuerdo a la tecnología usada por el
motor, un pack de baterías con un sistema de monitoreo y un cargador. La autonomía es un factor
que depende directamente de la relación entre la potencia entregada por las baterías y la potencia
instantánea requerida por el motor (Breban & R?dulescu, 2014), razón por la cual estos factores
serán cruciales dentro de la investigación. En primera instancia, se define la potencia requerida de
acuerdo a los parámetros de velocidad máxima, el peso bruto y la pendiente a recorrer por el
vehículo, de acuerdo a estos requerimientos se selecciona la potencia del motor y su respectivo
controlador. Para la selección de las baterías, se considera la relación existente entre autonomía y la
potencia pico y promedio consumida por el motor, estos factores permiten identificar la potencia y
la corriente máxima instantánea que deben suministrar las baterías así como su química.
Planteamiento del Problema
La contaminación y la creciente escasez de combustibles fósiles convierten a los vehículos
tradicionales en obsoletas formas de movilización a pesar de que se han convertido en
indispensables en nuestra vida diaria. Dentro de las tendencias que dan solución a esta problemática
están los vehículos netamente eléctricos e híbridos. En la construcción de un vehículo eléctrico las
características más relevantes están determinadas por el uso del vehículo. De acuerdo a estos
factores surgen una serie de variables que se deben tener muy en cuenta a la hora de seleccionar los
elementos del kit eléctrico como lo son la autonomía, la relación peso ? potencia, accesorios
eléctricos, estilos de conducción, el ambiente de desempeño del vehículo y la aplicación del
vehículo. Una buena elección de elementos eléctricos del tren motriz de un vehículo resulta en una
mayor eficiencia, una mayor autonomía, un mejor rendimiento y una vida útil más prolongada en
los elementos de este. Los kits eléctricos para tren motriz disponibles en el mercado ofrecen una
serie de características muy diversas entre sí. Por este motivo es necesario resolver la siguiente
interrogante: ¿Cómo determinar las características adecuadas de los elementos que conformar el
tren motriz de un vehículo eléctrico?
Objetivo General
Definir las características mínimas que debe poseer el tren motriz de un vehículo eléctrico de
acuerdo a su aplicación. Objetivos Específicos:
Objetivo Específicos
Determinar los factores que influyen en la selección del kit eléctrico de acuerdo a los
requerimientos del vehículo a construir. Identificar los requerimientos de potencia de acuerdo al
peso bruto, la autonomía, la velocidad máxima y la pendiente a recorrer por el vehículo. Identificar
los parámetros claves en el sistema motor ? controlador para lograr la máxima eficiencia eléctrica
del vehículo. Realizar la comparación de los diferentes tipos de baterías existentes en el mercado,
teniendo en cuenta la química y la densidad de carga.
Referente Teórico
Un vehículo eléctrico (EV), independientemente de su uso, debe tener una estructura adecuada para
su óptimo funcionamiento, dado que de su kit eléctrico depende muchas de las características de
éste. Para seleccionar los elementos adecuados, es necesario determinar una serie de factores
(autonomía, la relación peso ? potencia, accesorios eléctricos, estilos de conducción, el ambiente de
desempeño y la aplicación del vehículo) que influyen directamente en las características de cada
elemento del kit eléctrico del tren motriz. Un kit eléctrico, está conformado esencialmente por un
motor, un controlador, un pack de baterías y un cargador. Los motores usados para los EV se
dividen en dos grupos, los que basan su tecnología en corriente continua (DC), y los que basan su
tecnología en corriente alterna (AC). Los primeros son utilizados en vehículos con aplicaciones
pesadas y que requieren alto torque, a su vez se subdividen en dos tipos: con escobillas (Brushed) y
sin escobillas (Brushless DC). Los motores de corriente alterna pueden ser de inducción (AC
induction) o de imanes permanentes (PMAC ?Permanent magnet AC-). Un motor Brushed posee
un sistema mecánico (escobillas), el cual permite la transferencia de corriente en el momento
preciso a la bobina exacta, para producir el giro, en los motores Brushless estas escobillas son
reemplazadas por el controlador (Oriental motor, 2015). Para el control del motor, se necesita
conocer la posición del rotor en todo momento, para ello existen dos métodos, Sensorled y
Sensorless. En el primer caso, se utiliza un sensor para determinar la posición, siendo los más
comunes los sensores de efecto hall y los encoders. Cuando se usa este método, existen dos tipos de
accionamiento, conmutación trapezoidal y la conmutación sinusoidal. La precisión de estos dos
tipos de accionamiento depende de la exactitud en la medición de la posición del rotor, siendo esta
la principal falencia, ya que en la mayoría de los casos la medición por medio de sensores no es
100% precisa y este error aumenta a medida que aumenta la velocidad de rotación(Gamazo-real,
Vázquez-sánchez, & Gómez-gil, 2010). Cuando se hace la medición por medio de Sensorless, es
decir, sin la ayuda de un sensor, este se hace mediante la medición de las corrientes presentes en
todo momento. El último método de accionamiento se conoce como control de campo orientado, el
cual utiliza vectores de corriente situados en el espacio del rotor. De los tres métodos existentes
este es el más complejo y efectivo (Europe, 1998). Las diferencias entre los motores AC y DC,
radican en su composición y en su método de accionamiento. En el caso de los motores AC, se
accionan mediante tres ondas sinodales desfasadas entre sí por 120° (Murphy et al., 2012) mientras
que en los motores DC, el controlador envía pulsos secuenciales en el momento preciso a cada una
de las bobinas en el preciso instante generando así el giro (Automatizados & Bueno, 2013). Una
parte importante del kit eléctrico es el pack de baterías, este se conforma de varias baterías unidas
en serie, cada batería se conoce como celda o célula de carga y suministra una tensión de 3.2V o
3.65V según el modelo que se escoja, y tienen una corriente nominal que puede ir desde los 10 A
hasta los 1000 A. Entre los muchos tipos de baterías existentes, existen dos tipos de baterías que se
usan en los vehículos eléctricos: las LiFePO4 y las baterías de ácido-plomo. Las baterías de ácidoplomo son las más convencionales en los vehículos de combustión, en algunos casos suelen usarse
en vehículos eléctricos, aunque no se recomienda dado su peso y su alto nivel de contaminación.
Las baterías LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) están constituidas por una mezcla de Litio y fosfato
de hierro. Este tipo de baterías tiene una excelente calidad, y en esta última década ha ganado auge,
no solo en el sector automotriz, sino que vienen reemplazando las baterías de ácido ?plomo en toda
clase de aplicaciones. Son las preferidas dada su gran variedad de ventajas, como lo es su rango de
temperatura, su durabilidad, mantienen su potencia hasta el momento de descarga, contienen el
doble de capacidad en un menor tamaño que las baterías de plomo ácido, no le afectan las
vibraciones y estas no explotan por el calor. Estas son solo algunas de las muchas ventajas que
tienen estas baterías sobre el resto (Ansean et al., 2013). Por último se encuentra el sistema de carga
o cargador, este dispositivo es básicamente un conversor AC/DC y tiene la función de proveer la
energía necesaria para recargar las baterías del vehículo. Este cargador debe ser acorde al tipo de
baterías que se utilizan, en la mayoría de los casos se utilizan baterías de litio, por lo cual el
cargador debe ser especialmente diseñado para cargar este tipo de baterías (Baterías de litio, n.d.).
Metodología
La investigación es netamente descriptiva, con un enfoque cuantitativo, basada en fuentes
bibliografías y metodológicas. Para el desarrollo del proyecto, se hará un estudio que permitan
determinar los factores que influyen en la selección del kit eléctrico (autonomía, la relación peso ?
potencia, accesorios eléctricos, estilos de conducción, el ambiente de desempeño y la aplicación del
vehículo). Una vez claros los factores, se realizara una investigación donde se establecerán los
requerimientos de potencia de acuerdo al peso bruto, la autonomía deseada, la velocidad máxima y
la pendiente a recorrer por el vehículo. Con los resultados obtenidos, se identificaran las
características que debe poseer cada uno de los elementos que conforman el kit eléctrico.
Resultados
Se elaboró un cuadro comparativo entre diferentes tipos de motores donde se tuvieron en cuenta los
siguientes ítems: potencia, voltaje, corriente, velocidad, eficiencia, torque, peso y por cada motor se
calculó la potencia requerida y el peso de las baterías. Se elaboró una tabla informativa donde se
colocaron, dependiendo de la pendiente y del peso del vehículo, las potencias necesarias para el
adecuado funcionamiento de este.
Conclusiones
NA
Bibliografía
Ansean, D., Gonzalez, M., Viera, J. C., Alvarez, J. C., Blanco, C., & Garcia, V. M. (2013).
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