Aplicación software para la simulación del funcionamiento energético de vehículos eléctricos

Repositorio e-Archivo

Mostrar el registro sencillo del ítem

dc.contributor.advisor Sanz Feito, Javier
dc.contributor.author Marín Rodrigo, Pedro Pablo
dc.date.accessioned 2013-12-17T13:52:50Z
dc.date.available 2013-12-17T13:52:50Z
dc.date.issued 2013-09
dc.date.submitted 2013-09-30
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/18057
dc.description.abstract 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. ___________________________
dc.description.abstract Electric vehicles will be no doubt a means of transport in a near future, due to its characteristics regarding the efficient use of the energy and low environmental impact. In this project, a software tool has been developed to simulate the operation of an electric vehicle under normal operating conditions. This software tool uses standard driving cycles, that allow to simulate the behavior of the different vehicle subsystems under real traffic conditions. This software tool will also provide support for future works in the Electric Power Engineering Department. The most important subsystems in the power train of an electric vehicle are the electrical motor, the energy storage system and the regenerative braking system. In an electrical vehicle, the motor is able to deliver the maximum torque from virtually zero speed until the so-called “base speed” is reached, where the motor rated power is obtained. In this constant-torque region, the power grows linearly from zero as the speed increases up to the base speed. The motor can drive the load beyond this base speed at constant power by reducing the magnetic flux. This region is known as "constant-power" or "field weakening" range. Another important characteristic of an electric motor is its efficiency, around 90%, which will be considered a constant value in this work. As far as the energy storage system is concerned, this work includes the battery, the ultracapacitors and the hydrogen PEM fuel cell. The model simulates the behavior of an electric vehicle, where as the graphic user interface interacts allows for a correct configuration. Both the model and the interface have been developed in a Matlab environment. Prior to running the model, the user must make the vehicle configuration by defining the different subsystems in the power train and their required values. These values will be transferred to the model before starting the simulation run. The configuration interface also permits the user to choose between different existing electric vehicles from a database, along with the possibility of defining any arbitrary driving cycle. The model uses three different operating modes: - Battery only. - Battery and ultracapacitor. - Battery and fuel cell. The standard driving cycles have been selected from the New European Driving Cycle (NEDC) in its urban, extra-urban and complete version. Both the driving cycles and the energy storage systems cannot be modified by user during the simulation. After the simulation, the user can recover and analyze the evolution of different recorded variables in graphic and numerical form, including the final values of stored charge (SOC) in the battery and ultracapacitor. Also, he will be able to export these results to an Excel file. The structure and operation of the different functional blocks are explained below. The mathematical model consists of seven main blocks, namely: Driving Profile, Vehicle, Energy Units, Motor, Brake, Control Strategies and Results. The "Driving Profile" block is in charge of generating the velocity profile (speed and acceleration) and road slope. Both outputs are entered into the "Vehicle" block to determine the torque and the speed settings to be followed by the “Motor" block. The "Energy Units" block is in charge of generating the voltage supplied to the electric motor. The "Brake" block performs the regenerative braking. The "Control Strategies" block permits to choose among different strategies for the proper operation of the model. Finally, the "Result" block displays the graphs selected by the user.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Vehículos eléctricos
dc.subject.other Baterías eléctricas
dc.subject.other Simulación
dc.subject.other Desarrollo de software
dc.subject.other Eficiencia energética
dc.title Aplicación software para la simulación del funcionamiento energético de vehículos eléctricos
dc.type masterThesis
dc.subject.eciencia Ingeniería Industrial
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Ingeniería Industrial
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Eléctrica
 Find Full text

Ficheros en el ítem

*Click en la imagen del fichero para previsualizar.(Los elementos embargados carecen de esta funcionalidad)


El ítem tiene asociada la siguiente licencia:

Este ítem aparece en la(s) siguiente(s) colección(es)

Mostrar el registro sencillo del ítem