FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN

“Diseño, implementación y análisis de un prototipo de vehículo híbrido”

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del titulo de

INGENIERO EN ELECTRICIDAD, ELECTRONICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Presentado por:

Jorge Enrique Alcívar García

GUAYAQUIL – ECUADOR

Año 2006

El sistema diseñado se basa en un modelo de vehículo híbrido que posee tanto un motor eléctrico, como un motor de combustión interna. La forma de combinar estos dos motores es mediante una configuración en paralelo donde ambos contribuyen a la tracción del vehículo, es decir funciona con una doble transmisión, una para el motor de combustión interna y otra para el motor eléctrico. El motor de combustión interna asegura la velocidad máxima, buena aceleración y un radio de acción amplio. El motor eléctrico se puede utilizar en la ciudad, alcanzando una velocidad promedio de 40 Km/h. teniendo un radio de acción limitado, consumiendo la energía de las baterías.

Frente a los vehículos tradicionales tienen la ventaja de contaminar menos, al reducir la emisión de gases al medio ambiente y disminuir la contaminación acústica. Al trabajar el motor eléctrico este se alimenta por medio de un banco de baterías, este es recargado al final del día a un tomacorriente casero de 110 v.

RESUMEN

CARACTERÍSTICA DEL AUTOMÓVIL HÍBRIDO

Esquema simplificado del automóvil híbrido

• La forma de conjugar ambos sistemas es mediante una configuración paralelo con tracción independiente.

• La tracción delantera es comandada por el motor de combustión interna.

• La tracción trasera es operada por un motor eléctrico.

DIMENSIONAMIENTO ENERGÉTICO PARA EL VEHÍCULO HÍBRIDO

)(*75* CVVRP

T

Tw

ParT RRRR

Rr = μ * p 2*vk

2***161 VSCRa x

S = 0.85 * a * b 100** xPsenPRp

senR p *1120

0218.060*10*5.002.0 26

Rr = 24.42 Kg

27.967.16*78.1*3.0*161 2 Ra

CVPw 36.98.0*75

67.16*69.33

Ra = 9.27 Kg Rp = 0 Kg

Motor de corriente continúa tipo Motor de corriente continúa tipo serieserie

Esquema de un motor serie acoplado en un diferencial de vehículo

Entre los motores de corriente continua el más usado para tracción eléctrica es el motor con conexión tipo serie, por:• El gran par de arranque que ofrece• Alto margen de regulación en su velocidad• Alimentación y control de su velocidad económico

• Para el control de velocidad, usamos un conversor DC/DC. Este dispositivo electrónico nos permite variar en forma continua la alimentación del motor a través de su variable tensión.

• El control de velocidad (o troceador) consiste de un arreglo de transistores de potencia MOSFETS para controlar la corriente en el motor.

Sistema de control de velocidad

Grafica del voltaje troceado, tomada con un multimetro grafico (Fluke 860) durante el proceso de pruebas.

Baterías

• Para alimentar al motor eléctrico, usamos 6 baterías de acido-plomo de descarga profunda de 220 amperios – horas y de 6 voltios cada una.

• Posee un número de ciclo de 720, es decir podemos descargar y cargar las baterías 720 veces.

Esquema de conexión de las baterías en el vehículo híbrido.

Cargador de batería

La función del cargador es rectificar la corriente alterna y convertirla en corriente continua

• El cargador trabaja con: 110 voltios, 60Hz y 11 amperios de corriente alterna de entrada, y 36 voltios y 20 amperios de corriente continua como salida

• Posee un sistema de apagado automático, es decir una vez que las baterías alcanza una carga completa, es decir 1.25 veces el valor de carga (45 voltios). El cargador se apagara automáticamente mediante un relé de tensión.

Circuito de fuerza y control para el motor eléctrico

Esquemático del circuito de fuerza y control para el motor eléctrico.

Diagrama de conexión de los componentes que conforman el sistema de tracción eléctrica.

Montaje y cableado del circuito en el vehículo.

Producto FinalMarcha Velocidad máxima

1 20

2 30

3 40

4 45

5 57

• Para las pruebas, se procedió a realizar varios recorridos por las calles de la ciudad.

• Las velocidades máxima promedio alcanzada en cada marcha se muestra en la tabla.

• La distancia recorrida con batería a plena carga fue aproximadamente de 32 Km.

• Usando un batimetro, se determino el consumo de energía promedio del motor: 165 watt/h por kilómetro

Proceso de carga de las baterías

Utilizando un voltímetro, registramos los valores de corriente alterna entrante al cargador. Estos datos se muestran en la grafica

La cantidad de energía consumida calculada teóricamente mediante una aproximación en la grafica fue de 6.37 Kwh por 8 horas de carga equivalente a 0.52 dólares

Usando un batimetro, registramos un consumo de 9.9 Kwh por 8 horas de carga equivalente a 0.82 dólares.

Reglas para el servicio de las baterías de tracción • Cargar la batería diariamente con el régimen que corresponda según las

características.

• Intentar no descargar habitualmente más del 80% de la capacidad.

• Mensualmente limpiar y engrasar los terminales con vaselina neutra.

• Controlar las densidades y el nivel del electrolito, rellenar con agua destilada cuando el nivel descienda.

• No almacenar nunca la batería estando esta descargada.

• Si se almacena por inactividad, durante más de un mes, es recomendable dar periódicamente cargas de igualación.

• Controlar la temperatura, la cual no debe nunca subir más de 40˚.

SEGURIDAD EN El VEHÍCULOS HÍBRIDO

Circuito eléctrico en el vehículo

Derivación con el bastidor. Batería en corto circuito

Derivación con el bastidor. Peligro de electrocución

CONCLUSIONES

Después de las pruebas y experiencias obtenidas, se plantean las siguientes conclusiones:

• Número de kilómetros realizados diariamente está directamente relacionado con el número de desplazamientos diarios y por persona, está en torno a los 32 Km.

• La velocidad media está en torno a los 40 Km/h.

• El número de pasajeros por trayecto está alrededor de 2

• Ocupación del maletero no llega al 70% de su capacidad total.

• Se consigue un mayor ahorro energético, debido a que un vehículo convencional al circular por ciudad, alrededor del 25 % del tiempo del vehículo en circulación, se pasa a ralentí esto es cuando esta parado en un semáforo, etc.

• Autonomía suficiente para el uso cotidiano para dos personas en la ciudad. Pero baja comparada con los automóviles térmicos.

• Las baterías de tracción son diferentes de las baterías de arranque puesto que están solicitadas de forma distinta, es decir son más capacitiva y no tan intensa o de choque como las de arranque

• El costo por carga de baterías durante 8 horas es de 0.82 dólares, consiguiéndose una autonomía de 32 kilómetros.

RESULTADOS