Desarrollo de un modelo de tren propulsor eléctrico basado en baterías, ultracondensadores y pila de combustible

García Bago, Ángel (2016). Desarrollo de un modelo de tren propulsor eléctrico basado en baterías, ultracondensadores y pila de combustible. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Desarrollo de un modelo de tren propulsor eléctrico basado en baterías, ultracondensadores y pila de combustible
Author/s:
  • García Bago, Ángel
Contributor/s:
  • López Martínez, José Maria
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería Industrial
Date: September 2016
Subjects:
Freetext Keywords: Tren propulsor eléctrico, sistema de almacenamiento de energía híbrido, batería, ultracondensador, pila de combustible, sistema de gestión energética y de potencia.
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Energética
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El presente Trabajo Fin de Máster presenta el desarrollo de un modelo de tren propulsor eléctrico basado en baterías, ultracondensadores y pila de combustible, compatible con el entorno de simulación HiLS y cuya aplicación estaría orientada a los autobuses urbanos. Este planteamiento responde a la necesidad de encontrar soluciones a los problemas presentes en los sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías que actualmente se embarcan en los vehículos eléctricos, como son una reducida autonomía o un alto coste de adquisición, fruto de las limitaciones técnicas existentes. En consecuencia, la combinación de distintas tecnologías como las ya mencionadas puede ayudar a superar estas limitaciones, complementando las características que presentan las baterías por sí solas: el uso de ultracondensadores puede elevar la potencia del tren propulsor gracias a su mayor potencia específica, mientras que la pila de combustible propiciaría una mayor autonomía gracias a su elevada energía específica. Adicionalmente, esta hibridación de tecnologías otorga una serie de beneficios adicionales, como pueden ser una mayor vida útil del sistema de baterías gracias a la absorción de picos de potencia por parte de los ultracondensadores, una mayor eficiencia energética, o un ahorro económico y de masa y volumen embarcados. En ese sentido, la evolución técnica y económica que experimenten estas tecnologías en los próximos años marcará el alcance de estas mejorías. Por otro lado, este Trabajo supone una incursión en un campo tecnológico, como es el de la movilidad sostenible, que se considera clave dentro del ámbito de la innovación tecnológica. Prueba de ello es que éste se enmarca dentro de un proyecto de investigación que forma parte del Plan Nacional de I+D+i del Ministerio de Economía y Competitividad. En lo referente al propio Trabajo en sí, consta de una memoria con sus correspondientes anexos y planos. A su vez, la memoria se articula en torno a diferentes apartados. En un primer apartado de introducción, se incide en las características que presentan los vehículos eléctricos, sus sistemas de tracción y de almacenamiento de energía, haciendo especial hincapié en aquellas tecnologías que actualmente son predominantes. Asimismo, se realiza un análisis dinámico y energético particularizado de los autobuses urbanos, que supone una primera justificación de la implantación de estas tecnologías en dicho ámbito. Por último, se realiza una introducción a la tecnología de simulación HiLS, y de por qué resulta beneficiosa en vehículos pesados. El apartado principal de la memoria, que sería el de Metodología, se compone de diferentes capítulos. En un primer capítulo, se realiza un estudio energético de una línea de autobús urbana, basándose para ello en la realización de ensayos en un ciclo de conducción urbano real. Con ello, se obtiene una primera caracterización de las necesidades de los sistemas de tracción y elementos auxiliares, tanto desde el punto de vista energético como de potencia, además de servir como referencia para un posterior dimensionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía. En el segundo capítulo, se realiza la modelización del autobús a través de MATLAB Simulink, a partir de los modelos de componentes propuestos por UNECE (Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa), y que son perfectamente compatibles con el método HiLS. En aquellos elementos que no existían modelos propuestos, se han elaborado modelos propios a partir de la metodología propuesta por UNECE. Asimismo, se ha procedido a asignar los parámetros vehiculares, con el fin de conseguir una validación de la planta vehicular a partir de los resultados obtenidos con el estudio energético. Por último, se proponen dos topologías para el sistema de tracción y de elementos auxiliares. Posteriormente, en el tercer capítulo se introduce la estrategia de gestión energética propuesta. Supone una aportación original en el ámbito de las estrategias de control basadas en máquinas de estados. Con ello se puede obtener una mejor utilización de los componentes, con un alargamiento de su vida útil, así como una mejor eficiencia energética y un dimensionamiento más ajustado. Asimismo, en el cuarto capítulo se incluye un método de diseño del sistema de almacenamiento de energía, cuyo objetivo es doble. Por un lado, obtener, a partir de unos requisitos energéticos y de potencia, la configuración que permite minimizar las funciones de coste, masa y volumen. Por otro, sirve como herramienta de análisis de las diferentes configuraciones posibles en dicho sistema, sirviendo como justificación de la configuración propuesta. Por último, en el capítulo de resultados, extendido en el anexo correspondiente, están contenidos los resultados obtenidos mediante simulación para diferentes ciclos de conducción y configuraciones, y que sirven para estudiar las diferentes magnitudes que resultan de interés, así como un análisis de las posibles líneas futuras de trabajo que puedan derivarse de este documento. Igualmente, se incluye una planificación temporal del trabajo realizado y un presupuesto que detalla los recursos económicos necesarios para ejecutar el Trabajo.

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Item ID: 44670
DC Identifier: http://oa.upm.es/44670/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:44670
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 15 Feb 2017 06:58
Last Modified: 15 Feb 2017 07:00
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