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T1 Aplicación software para la simulación del funcionamiento energético de vehículos eléctricos
A1 Marín Rodrigo, Pedro Pablo
AB El presente proyecto está centrado en el vehículo eléctrico, que es uno de los medios detransporte del futuro debido a sus notables características en cuanto al uso eficiente de laenergía y a su bajo impacto medioambiental.La sociedad actual debe hacer frente tanto al crecimiento continuo del precio del crudo ya su futuro agotamiento al no ser un recurso renovable, como a los problemas decontaminación 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 cumpliendocon su crecimiento de forma medioambientalmente aceptable, sino también en usoeficiente e inteligente.Por esta razón se están desarrollando vehículos cada vez más ecológicos como son losvehículos híbridos y eléctricos puros, siendo estos últimos los mejores en cuanto a laemisión de gases de escape, aunque requieren inversiones elevadas al tratarse de unasolución a medio plazo.El vehículo eléctrico se presenta como una alternativa de futuro en cuanto a transporteurbano se refiere, trae consigo una disminución considerable del consumo eléctrico y, asu vez, la disminución de la contaminación medioambiental en las grandes ciudades. En este trabajo se desarrollará una herramienta software capaz de simular elfuncionamiento de un vehículo eléctrico en sus condiciones de funcionamiento normales.Para ello se establecerán unas condiciones de funcionamiento aproximadas a las de unvehículo real con objeto de poder aumentar el conocimiento en esta materia y servir comosoporte para futuros trabajos del Departamento de Ingeniería Eléctrica.El vehículo eléctrico al que se refiere este proyecto utiliza únicamente el motor eléctricocomo sistema de propulsión. La energía almacenada en las baterías se carga de la redeléctrica mientras el vehículo está aparcado y mediante el sistema de frenadoregenerativo en los momentos de frenada o fuertes pendientes. Su autonomía estálimitada por la capacidad de las fuentes de energía instaladas.Los bloques más importantes que generalmente se encuentran en la cadena de tracción deun vehículo eléctrico son el motor eléctrico, los sistemas de almacenamiento de energía yel sistema de frenado regenerativo.En un vehículo eléctrico, el motor es capaz de entregar el par motor máximo desde elinicio del arranque disminuyendo luego paulatinamente con el régimen a partir de ladenominada “velocidad base”. En la zona de par constante, la potencia que puedeentregar el motor crece linealmente desde cero a medida que la velocidad aumenta hastala velocidad base. A partir de ahí, se mantiene constante. Otra característica importantede un motor eléctrico es su eficiencia, en torno al 90%, valor estimado y constante en eltrabajo.En cuanto a las unidades de almacenamiento de energía, las utilizadas en el proyecto sonla batería, el ultracondensador y la pila de combustible, de las que se comentaránrápidamente sus características.El modelo simula el comportamiento de un vehículo eléctrico según una configuraciónrealizada por el usuario mediante una interfaz gráfica. Esta configuración comprende nosólo 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 eléctricosexistentes en una base de datos, elegir el ciclo de conducción que necesite y seleccionarlas 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 suversión urbana, extraurbana y completa.Tanto los ciclos de conducción y los modelos de las fuentes de energía no podrán seralterados por el usuario durante la configuración.Una vez finalizada la simulación, el usuario podrá visualizar la evolución de diferentesvariables, las cuales se comentarán a continuación y los valores finales de la distanciarecorrida 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 degenerar el perfil de velocidad (velocidad y aceleración) y pendiente de la carretera que seintroducirán en el bloque Vehículo, siendo este bloque el encargado de calcular el par y lavelocidad en r.p.m. que deberá seguir el bloque Motor. El bloque Unidades de Energía esel encargado de generar la tensión para el bus de continua. El bloque Freno funcionacomo un frenado regenerativo e inyecta, dependiendo del par generado, tensión al bus. Elbloque Estrategias de Control nos otorga la opción de elegir diferentes estrategias para elfuncionamiento correcto del modelo. Por último, el bloque Resultados obtiene lasgráficas deseadas por el usuario.  ___________________________
AB Electric vehicles will be no doubt a means of transport in a near future, due to itscharacteristics 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 electricvehicle under normal operating conditions. This software tool uses standard drivingcycles, that allow to simulate the behavior of the different vehicle subsystems under realtraffic conditions. This software tool will also provide support for future works in theElectric Power Engineering Department.The most important subsystems in the power train of an electric vehicle are the electricalmotor, the energy storage system and the regenerative braking system.In an electrical vehicle, the motor is able to deliver the maximum torque from virtuallyzero speed until the so-called “base speed” is reached, where the motor rated power isobtained. In this constant-torque region, the power grows linearly from zero as the speedincreases up to the base speed. The motor can drive the load beyond this base speed atconstant 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 itsefficiency, 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, theultracapacitors and the hydrogen PEM fuel cell. The model simulates the behavior of an electric vehicle, where as the graphic userinterface interacts allows for a correct configuration. Both the model and the interfacehave been developed in a Matlab environment. Prior to running the model, the user mustmake the vehicle configuration by defining the different subsystems in the power trainand their required values. These values will be transferred to the model before starting thesimulation run.The configuration interface also permits the user to choose between different existingelectric vehicles from a database, along with the possibility of defining any arbitrarydriving 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 theenergy storage systems cannot be modified by user during the simulation.After the simulation, the user can recover and analyze the evolution of different recordedvariables 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 anExcel 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 andacceleration) and road slope. Both outputs are entered into the "Vehicle" block todetermine 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" blockpermits to choose among different strategies for the proper operation of the model.Finally, the "Result" block displays the graphs selected by the user.
YR 2013
FD 2013-09
LK https://hdl.handle.net/10016/18057
UL https://hdl.handle.net/10016/18057
LA spa
DS e-Archivo
RD 19 may. 2024