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Modelado e identificación de baterías de Ion-Litio y supercondensadores para su aplicación al vehículo eléctrico

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Publication date
2019-09
Defense date
2019-10-09
Advisors
Barrado Bautista, Andrés
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El proceso de electrificación de los medios de transporte plantea, en la actualidad, un conjunto de desafíos relacionados con el desarrollo de sistemas de distribución de potencia y propulsión basados en el uso de energías limpias, que deben ocasionar un mínimo impacto sobre el medio ambiente. Por esta razón, los sistemas que gestionan este tipo de energías deben ser lo más eficientes posible. Esta marcada tendencia, que va desde los sistemas de propulsión basados en combustión interna a los sistemas de propulsión basados en el uso de energías alternativas, requieren de sistemas de almacenamiento que ayuden y garanticen la adecuada operación del vehículo. De esta manera, se distingue entre la fuente de energía principal, como puede ser una pila de combustible de tipo PEM cuyo combustible es el hidrógeno, y las fuentes de energías secundarias, típicamente baterías y supercondensadores, las cuales en la relación tamaño energía y potencia son las más indicadas para aplicaciones dirigidas a vehículos eléctricos. El diseño, dimensionamiento y utilización de las fuentes de energía plantea un desafío a nivel de modelado y control, asociado al constante compromiso entre complejidad y precisión. En este sentido, para la realización de la simulación del sistema, previa a su implementación, es necesario disponer del modelo de todos los elementos que componen el sistema, los cuales deben ser capaz de representar con suficiente precisión el comportamiento real de cada elemento, y como consecuencia del sistema completo. Por todas estas razones, en esta tesis doctoral se plantea un procedimiento de modelado de baterías y supercondensadores. En este procedimiento se requiere disponer de un modelo, un perfil de identificación, un algoritmo de optimización matemática, y un perfil de verificación. La flexibilidad de control de estos elementos permite, en gran medida, hacer que la estimación sea suficientemente adaptable a distintos tipos de modelos y sistemas, asegurando su generalidad. Mediante una adecuada identificación de los parámetros del modelo, se puede plantear una comparativa entre los modelos de baterías y supercondensadores, disponible en estado de la técnica, para extraer las ventajas e inconveniente de cada modelo, y seleccionar aquel que mejor se adapte a cada aplicación. En esta tesis doctoral, el modelado de baterías se ha centrado en aquellas baterías con tecnología de Ion-litio, por su aplicabilidad al vehículo eléctrico. Fruto del estudio de los modelos y métodos de identificación realizado, se ha podido verificar la importancia de la señal de identificación, en el proceso de modelado. Es por esta razón, que en esta tesis se propone una nueva señal de identificación pseudoaleatoria compuesta, denominada Pulso-PRBS, que presenta como bondad la capacidad de cubrir en amplitud y frecuencia a la señal de verificación o señal de funcionamiento real del sistema, reduciendo, de esta manera, el error de los modelos que utilizan perfiles de identificación convencionales, habitualmente utilizados en baterías y supercondensadores. Finalmente, los modelos seleccionados e identificados se utilizan en el diseño del control de la energía de un sistema completo, en el que se precisan de uno o varios convertidores CC-CC, en concreto se selecciona la topología reductora-elevadora no invertida, para la gestión de la energía asociada a cada fuente, sea principal o secundaria.
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Keywords
Vehículos eléctricos, Baterías de Ion-Litio, Supercondensadores, Modelado
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