Diseño e implementación de controlador de potencia configurable para la aplicación en vehículos eléctricos

Abstract

El desarrollo y masificación de los vehículos eléctricos en el mercado norte americano y europeo es una realidad desde hace 10 años. El Centro de Energía (CE) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas ha desarrollado varios prototipos de vehículos eléctricos orientados a funciones específicas. En este marco, el año 2011 se desarrolló un vehículo eléctrico todo terreno orientado al uso en la minería a partir de un modelo Lada Niva. Esta conversión requirió, posteriormente, un rediseño en el sistema de control, debido a problemas de robustez y fiabilidad en la operación del vehículo. El objetivo de este trabajo es definir los estándares de un controlador con características comerciales, para motores en vehículos eléctricos. Se busca, asimismo, determinar los requerimientos de hardware y software para la implementación de este tipo de controladores y, finalmente, diseñar, construir y validar un sistema de control de potencia para vehículos eléctricos, el que será probado en el Lada Niva eléctrico del Centro de Energía. La solución propuesta consiste en dos controladores, donde el primero se enfoca en controlar la operación del motor de inducción del vehículo y, el segundo, monitorea y coordina los diferentes sistemas que integran el auto en las distintas etapas del funcionamiento. El diseño de los controladores se hizo a través de módulos compatibles con los estándares comerciales de vehículos eléctricos. Por otra parte, se implementó una comunicación serial que permite configurar los parámetros de operación, realizar consultas sobre el estado del controlador y monitorear su operación en tiempo real. Tras construir los controladores, cada módulo se calibró a través de pruebas de laboratorio para asegurar su correcta operación. Posteriormente, se realizaron pruebas del control vectorial operando el motor del vehículo en vacío y con carga, con el fin de calibrar los controladores de corriente y garantizar un funcionamiento estable. Esto se verificó operando la máquina con una corriente total de hasta 145[A]. Luego se sintoniza el parámetro τ_r mediante un análisis teórico y algunas pruebas experimentales Finalmente, el sistema de control propuesto se validó mediante pruebas de uso urbano, donde se circuló por un circuito de 1,7[km] transportando a 3 personas a una velocidad máxima de 50[km/hr]. En esta prueba se opera la máquina hasta 3.400[rpm] con una carga de 31[kW]. Además se prueba el vehículo a subir una rampa con inclinación de 24%, la cual sube en forma estable operando el motor a 1.200[rpm] y 13.5[kW].