Aplicación software para la simulación del funcionamiento energético de vehículos eléctricos
El presente proyecto está centrado en el vehículo eléctrico, que es uno de los medios de transporte del futuro debido a sus notables características en cuanto al uso eficiente de la energía y a su bajo impacto medioambiental. La sociedad actual debe hacer frente tanto al crecimiento continuo del pre...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2013 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) |
| Repositorio: | e-Archivo. Repositorio Institucional de la Universidad Carlos III de Madrid |
| OAI Identifier: | oai:e-archivo.uc3m.es:10016/18057 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/10016/18057 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Vehículos eléctricos Baterías eléctricas Simulación Desarrollo de software Eficiencia energética Ingeniería Industrial |
| Sumario: | El presente proyecto está centrado en el vehículo eléctrico, que es uno de los medios de transporte del futuro debido a sus notables características en cuanto al uso eficiente de la energía y a su bajo impacto medioambiental. La sociedad actual debe hacer frente tanto al crecimiento continuo del precio del crudo y a su futuro agotamiento al no ser un recurso renovable, como a los problemas de contaminación que conlleva el uso de combustibles fósiles, como el efecto invernadero, la lluvia ácida o la deforestación. Debido a estos aspectos y al crecimiento del consumo energético es necesario un cambio, no sólo en la forma de obtener la energía para así poder satisfacer la demanda cumpliendo con su crecimiento de forma medioambientalmente aceptable, sino también en uso eficiente e inteligente. Por esta razón se están desarrollando vehículos cada vez más ecológicos como son los vehículos híbridos y eléctricos puros, siendo estos últimos los mejores en cuanto a la emisión de gases de escape, aunque requieren inversiones elevadas al tratarse de una solución a medio plazo. El vehículo eléctrico se presenta como una alternativa de futuro en cuanto a transporte urbano se refiere, trae consigo una disminución considerable del consumo eléctrico y, a su vez, la disminución de la contaminación medioambiental en las grandes ciudades. En este trabajo se desarrollará una herramienta software capaz de simular el funcionamiento de un vehículo eléctrico en sus condiciones de funcionamiento normales. Para ello se establecerán unas condiciones de funcionamiento aproximadas a las de un vehículo real con objeto de poder aumentar el conocimiento en esta materia y servir como soporte para futuros trabajos del Departamento de Ingeniería Eléctrica. El vehículo eléctrico al que se refiere este proyecto utiliza únicamente el motor eléctrico como sistema de propulsión. La energía almacenada en las baterías se carga de la red eléctrica mientras el vehículo está aparcado y mediante el sistema de frenado regenerativo en los momentos de frenada o fuertes pendientes. Su autonomía está limitada por la capacidad de las fuentes de energía instaladas. Los bloques más importantes que generalmente se encuentran en la cadena de tracción de un vehículo eléctrico son el motor eléctrico, los sistemas de almacenamiento de energía y el sistema de frenado regenerativo. En un vehículo eléctrico, el motor es capaz de entregar el par motor máximo desde el inicio del arranque disminuyendo luego paulatinamente con el régimen a partir de la denominada “velocidad base”. En la zona de par constante, la potencia que puede entregar el motor crece linealmente desde cero a medida que la velocidad aumenta hasta la velocidad base. A partir de ahí, se mantiene constante. Otra característica importante de un motor eléctrico es su eficiencia, en torno al 90%, valor estimado y constante en el trabajo. En cuanto a las unidades de almacenamiento de energía, las utilizadas en el proyecto son la batería, el ultracondensador y la pila de combustible, de las que se comentarán rápidamente sus características. El modelo simula el comportamiento de un vehículo eléctrico según una configuración realizada por el usuario mediante una interfaz gráfica. Esta configuración comprende no sólo la definición de los bloques de la cadena de tracción como sus valores numéricos. Tanto el modelo como la interfaz han sido desarrollados dentro del entorno Matlab. Mediante la configuración, el usuario podrá elegir entre diferentes vehículo eléctricos existentes en una base de datos, elegir el ciclo de conducción que necesite y seleccionar las fuentes de energía a utilizar por el vehículo. Estas fuentes de energía determinan el modo de funcionamiento, que puede ser: - Sólo batería. - Batería más ultracondensador (al seleccionar las dos fuentes de energía). - Batería más pila de combustible (al seleccionar las dos fuentes de energía). Los ciclos de conducción elegidos son los pertenecientes al Ciclo Europa (NEDC) en su versión urbana, extraurbana y completa. Tanto los ciclos de conducción y los modelos de las fuentes de energía no podrán ser alterados por el usuario durante la configuración. Una vez finalizada la simulación, el usuario podrá visualizar la evolución de diferentes variables, las cuales se comentarán a continuación y los valores finales de la distancia recorrida y el estado final de carga de la batería o ultracondensador. Así mismo, el usuario podrá exportar los resultados que desee a un archivo Excel. A continuación se explicarán los parámetros más relevantes del modelo y la interfaz. El modelo está compuesto por siete bloques principales, a saber: Perfil de Conducción, Vehículo, Unidades de Energía, Motor, Freno, Estrategias de Control y Resultados. El funcionamiento es el siguiente. El bloque Perfil de Conducción es el encargado de generar el perfil de velocidad (velocidad y aceleración) y pendiente de la carretera que se introducirán en el bloque Vehículo, siendo este bloque el encargado de calcular el par y la velocidad en r.p.m. que deberá seguir el bloque Motor. El bloque Unidades de Energía es el encargado de generar la tensión para el bus de continua. El bloque Freno funciona como un frenado regenerativo e inyecta, dependiendo del par generado, tensión al bus. El bloque Estrategias de Control nos otorga la opción de elegir diferentes estrategias para el funcionamiento correcto del modelo. Por último, el bloque Resultados obtiene las gráficas deseadas por el usuario. ___________________________ |
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