Análisis energético del frenado regenerativo en vehículos híbridos y eléctricos operados en velocidad de crucero

Mejor Proyecto en Doble grado en ADE + Ingeniería en Tecnologías Industriales

GUILLERMO JÖNAS RUBÍ       wim.jonas@gmail.com

JOSÉ IGNACIO GARCÍA QUINTANILLA     Director del proyecto

Figura 1. Modelo completo del accionamiento del vehículo eléctrico

 

La industria del automóvil avanza a pasos agigantados en el desarrollo de nuevos sistemas que faciliten la conducción y que hagan del vehículo un sistema más eficiente y cómodo. En este  sentido, se han desarrollado diversas funcionalidades que se van introduciendo en los vehículos comerciales, como la velocidad de crucero y los sistemas de recuperación energética, entre otros.
En línea con estos desarrollos, el proyecto se enmarca en un vehículo eléctrico que incorpora un sistema de velocidad de crucero, encargado de regular la velocidad del vehículo «hacia arriba», lo que quiere decir que acelera el vehículo cuando éste viaja a una
velocidad por debajo de la velocidad de consigna establecida por el conductor. Se propone integrarlo con un sistema de frenado regenerativo, que actúe sobre el vehículo cuando la velocidad del mismo alcance un valor superior al de consigna, permitiendo
así una regulación de la velocidad «hacia abajo».
Se ha realizado un análisis energético del sistema propuesto.
Para un vehículo eléctrico operado en velocidad de crucero, con el objetivo de analizar la energía liberada en un salto de velocidad descendente, se ha realizado una simulación del accionamiento eléctrico integrando la herramienta Simulink y SimDriveline del
paquete Matlab. En la figura 1 se muestra el modelo completo de ese accionamiento.

Figura 2. Banco de pruebas en laboratorio

 

Dicha simulación es configurable a través de una interfaz GUIDE desarrollada para tal efecto, que permite parametrizar las  principales variables del entorno y del vehículo. La interfaz facilita también el análisis de resultados, mostrando así la velocidad del vehículo, el comportamiento del motor y una estimación de la energía disponible para el salto de velocidades deseado.
Por último, cabe destacar la posibilidad de comunicar los resultados de la simulación con el equipamiento del laboratorio de Electrónica de Potencia y Máquinas Eléctricas de la Facultad de Ingeniería,
comandando así un motor asíncrono accionado por variador de velocidad (figura 2).
De esta forma, se ha realizado una experimentación con equipos reales para demostrar la existencia de una energía recuperable con un salto de velocidades establecido por el usuario. Además de un motor asíncrono y su variador de velocidad, se ha empleado un generador, un volante de inercia y un vatímetro digital como elementos principales.
Demostrada la existencia de esa energía, que aumenta la eficiencia del vehículo, se propone mejorar el desarrollo de la simulación, haciéndola más realista, introduciendo un elemento de frenado activo en el modelo, regulando el motor para eliminar oscilaciones
que se producen en simulación y avanzando hacia un modelo más ágil que reduzca el tiempo de simulación considerablemente. Además, se plantea analizar el comportamiento que tienen las  variables externas del vehículo sobre la recuperación energética,
que aunque están ya introducidas en el modelo, su influencia no ha sido estudiada.

Con estos avances, se propone realizar un análisis económico-ambiental del sistema, permitiendo así a la industria entender, además del beneficio ambiental, qué impacto económico tendría su desarrollo para introducirlo en los vehículos. Si dicho estudio resultara favorable, se pasaría a continuación a realizar el diseño mecánico y electrónico del sistema, a diseñar la lógica de funcionamiento y estudiar la integración e interactuación del sistema con los sistemas electrónicos ya existentes.
Por tanto, demostrada la existencia de una energía recuperable, tanto experimentalmente como en la simulación, el proyecto representa un primer paso en el desarrollo de un sistema de frenado activo que permita la recuperación de energía liberada en el frenado,
mejorando así la eficiencia energética del vehículo y aportando mayor comodidad al conductor.

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