informe auto solar ergón
TRANSCRIPT
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Informe Auto Solar.
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Informe Técnico Ergón
Equipo Ergón
Universidad Técnica Federico Santa María
Valparaíso, Chile
Auspician
Introducción
Hoy en día, las energías renovables y la eficiencia energética están marcando notoriedad, en el
público, empresas y gobiernos. Ya que actualmente el requerimiento energético es muy grande y
además la principal fuente de energía que son los combustibles fósiles se están acabando.
Debemos tener en cuenta que ya no solo se debe generar energía sino que lo ideal es que no
contamine y nunca se acabe. Es por eso que aparecen en como una excelente alternativa Las
Energías Renovables y más aún la Energía proveniente del Sol.
El parque automotriz a nivel mundial crece en forma exponencial, a tal forma que los combustibles
fósiles no van a dar abasto por su escases y altísimos precios.
Buscar otras formas de darle la energía a los automóviles es la tarea a futuro, y esa tarea recae en
nosotros como ingenieros y técnicos. Es por eso que este grupo de universitarios ha creado el
primer prototipo de automóvil solar de la Universidad Técnica Federico Santa María cuyo nombre
es Ergón (Dios padre de la Energía) y en este presente informe damos a conocer las
especificaciones técnicas e innovaciones que hemos realizado en este auto y la tecnología aplicada
a este para que este a la vanguardia tecnología mundial.
PROYECTO ERGÓN
Este proyecto nació a raíz de la carrera que se va a desarrollar en el norte de Chile de nombre
Desafío Solar Atacama, que consta del diseño y construcción de un automóvil solar para ir a correr
al norte de Chile, desde Iquique hasta Chañarla siendo una ruta de , que se desarrollara
en 4 etapas cada una de esta será 1 día de carrera.
Esta carrera llamada “Desafío Solar Atacama”, es la 2da versión que se desarrolla en Latinoamérica
de la famosa carrera llamada “World Solar Challenger”, que es en Australia, donde van las
universidades más prestigiosas y los centro tecnológicos más influyentes en este tipo de
tecnologías. Es por eso que esta carrera va a marcar una pauta en torno a estas tecnologías y
nosotros como estudiantes en conjunto con la organización vamos a ser los precursores de este
fenómeno que se va a crear cuando se esté cursando la carrera.
Como proyecto nosotros vamos a diseñar un automóvil que cumpla con todos los requerimientos
que exige la Organización como también los mismos requerimientos que tienen estos automóviles,
referente a la eficiencia energética por lo limites que nos dan trabajar con paneles solares y su
eficiencia de 14,65%. Es decir que tenemos que optimizar los procesos energéticos, para no
generar grandes gastos, así también lograr desarrollar la velocidad necesaria para competir y
ganar la primera edición del “Desafío Solar Atacama”. Además como estamos en diseño, la
utilización de software para poder modelar el auto, hacerle las pruebas pertinentes va a ser de
altísima importancia y vital para el buen desarrollo del proyecto, es por eso que vamos a ocupar
una gran variedad de software con diferentes fines.
Luego del diseño, la etapa de construcción es cuando vamos a ocupar físicamente el laboratorio de
trabajo que contamos para esto. El cual fue conseguido por un Auspiciador dentro de la
universidad. Así también es cuando más vamos a necesitar de cada área de trabajo para poder
llevarlo a cabo y poder combinarnos de forma óptima.
En la etapa de pruebas, es cuando realmente se podrán medir la velocidad real que alcanzara
Ergón, la eficiencia energética y toda la optimización es que se le puede realizar al automóvil.
Realmente en esta etapa se verá que los simulado y calculado en la etapa de diseño se llevó a cabo
y se logró traducirlo de teoría a práctica. Ergón por fin podrá medir su valor como automóvil solar.
EQUIPO DE TRABAJO
El equipo de trabajo está conformado por diferentes estudiantes de la Universidad, contamos con
gente de la Sede José Miguel Carrera que principalmente son Técnicos Universitarios, como
también estudiantes de la Casa Central que principalmente son Ingenieros Civiles y de ejecución.
Lo más llamativo e importante de este equipo es que no son solo ingenieros o técnicos, al
contrario logra una importante conjugación de lo mejor de la Universidad para lograr el mejor
resultado en este proyecto.
Como orden de equipo hemos establecido a un Capitán cuya función es ser el intermediario entre
la organización y el equipo de trabajo, además tiene la función de ser el encargado de hacer las
gestiones del equipo, realizar la planificación y control de proyecto donde se establecen las bases
de trabajo y los métodos para llevarlos a cabo. Luego vienen 7 áreas de trabajo que son
Electrónica, Diseño, Mecánica, Seguridad, Marketing, Logística, Gestión, Finanzas De estos en
cada área hay un equipo de trabajo y cuenta con un líder cuya función y responsabilidades radican
el llevar un control de los avances de sus áreas, lograr administrar el trabajo y cuando se dé la
oportunidad tomar decisiones referentes a cada área con la salvedad de que no sean arbitrarias y
tengan una justificación y discusión de por medio.
Rodrigo Pereira Capitán
Pablo Truffa
Capitán Electrónica
Rodrigo Torres
Capitán Diseño
Felipe Caballero
Capitán Logística
Edgardo Garcia
Capitán Mecánica
Miguel Lopez
Leonardo Guerrero
Sebastian Paillan
Randy Roman
Ruben Ojeda
Como se observa en este equipo, la cantidad de gente de diferentes disciplinas es extraordinaria y
así también es muy necesaria para poder llevar a cabo el proyecto. No se puede obviar lo más
básico de este proyecto que es la construcción de un AUTOMOVIL, y un automóvil no solo influyen
áreas como mecánica y eléctrica, también está el área informática donde se desarrollan los
software de manejos de este, donde se verán las variables que influyen en un automóvil y también
darán las alertas en caso de ocurrir cualquier tipo de percance con el automóvil. También influye la
electrónica del automóvil la cual es vital para que el auto energéticamente sea lo más eficiente
posible y así disminuir los recursos energéticos utilizados y aumentar la velocidad de este. El
diseño del automóvil quizás sea lo más fundamental. Se debe entender en cuenta que la
aerodinámica en estos automóviles es altamente eficiente ya que el arrastre generado debe ser
ínfimo. Y por último la gestión es fundamental ya que sin recursos, lugar de trabajo,
patrocinadores, apoyo docente, el proyecto no podría realizarse.
Como se observa muchas áreas influyen en este proyecto es por eso que nuestro equipo destaca
en que somos un equipo multidisciplinario, y de diferentes grados académicos los cuales nos
mesclamos de tal forma que la sinergia del equipo sea tan alta que cada área que influye en la otra
podrán desenvolverse en forma apta y acorde al avance del equipo en general.
ÁREA I+D CARROCERÍA
OBJETIVO:
La presente sección tiene por objetivo resumir la creación de Ergón en relación a la Investigación de sistemas, formas, espacios, ergonomía y aerodinámica, y Desarrollo de componentes y carrocería física.
METODOLOGÍA:
Primero se mostrará brevemente el estado del arte del cual se origina el vehículo y luego se mostrarán las imágenes de la evolución del Ergón dando las indicaciones correspondientes en cada caso.
ESTADO DEL ARTE:
El paso inicial en la concepción del Ergón fue entender la evolución de los primeros automóviles solares hasta el último vehículo que ganó en la competencia mundial y luego entender cómo fue la evolución de los automóviles de carrera de Fórmula 1.
EVOLUCIÓN AUTOMÓVILES SOLARES
1987 Sunryser
Este es el último modelo ganador del World Solar Challenge.
Evolución automóviles Fórmula 1.
EVOLUCIÓN DE ERGÓN.
Tomando los referentes antes expuestos, el Ergón se concibe a partir de la observación del último elemento del estado del arte de los automóviles solares, el aprendizaje y evolución de los Fórmula 1 y de un exhaustivo análisis aerodinámico en conjunto con la Academia de Ciencias Aeronáuticas incorporando y adaptando conocimientos y aplicaciones utilizados hoy en día en el diseño de aviones.
El primer modelo del Ergón.
El vehículo se evoluciona interpretando algunas características de aerodinámica básica. El objetivo que persigue el equipo es claro, disminuir la resistencia al viento.
En este segundo acercamiento no se consideran los volúmenes reales de los componentes, sino más bien estimándolo, se presta atención al enfrentar tanto vientos frontales como laterales.
En la tercera propuesta se consideran volúmenes, especificaciones en detalle y se parte de la idea del NUON, conformado por un perfil alar invertido como referente de la mejor solución.
Modelo Ergón F1
En éste diseño descansa toda la matriz de conocimientos y conceptos básicos en torno a la aerodinámica y eficiencia que fueron entregados como un crucial aporte por el profesor Rodrigo Suárez, apoyo docente de la Academia de Ciencias Aeronáuticas de Chile, las cuales a partir de una idea básica conceptual muy poderosa permite al área extenderla en el trabajo de investigación y desarrollo del modelo actual. Para llegar a este modelo se realizaron exhaustivas pruebas de simulación y se construyeron modelos a escala 1:20, los cuales fueron probados en túnel de viento para corroborar los datos virtuales de los comportamientos de flujo de las mejores configuraciones.
DETERMINACIÓN GENERAL DE LA CONFIGURACIÓN ÓPTIMA DE PERFILES ALARES.
El objetivo es encontrar las mejores configuraciones posibles para disminuir la resistencia al viento de los perfiles alares y a su vez aumentar la tracción sobre las ruedas mediante el efecto de ala invertida.
En relación al tiempo disponible, se analizaron virtualmente las cargas de presiones y velocidad del aire sobre los perfiles alares, y además, para corroborar en práctica los datos simulados, se analizó el flujo del aire virtualmente y en túnel de viento.
Una configuración óptima debe cumplir con los siguientes parámetros generales:
1. La velocidad del viento sobre el intradós debe ser lo más cercano posible a la velocidad del vehículo en movimiento. Si es menor es un indicador de aumento en la resistencia al viento, si es mayor se podría perder sustentación.
2. La velocidad del fluido en el extradós debe ser notoriamente más rápida que la velocidad del fluido en el intradós. Esto es lo que ayuda a crear una baja de presión para crear sustentación.
3. La velocidad del fluido de la estela por detrás del vehículo debe llegar lo más rápidamente a la velocidad inicial del sistema. Mientras menor y más apretada sea la estela, mejor se disminuirán turbulencias que pueden ser perjudiciales para el desempeño del ERGÓN.
4. Se debe mantener la misma presión atmosférica sobre la superficie del perfil alar (intradós). Evitar que sea menor o mayor. El primer caso restaría el efecto de aumentar la sustentación y el segundo caso aumentaría notoriamente la resistencia.
5. Teniendo el punto “1”, debe haber una baja de presión en el punto máximo del extradós (ubicado en este caso en la parte de abajo del perfil), para causar el efecto de ala invertida para aumentar la sustentación.
6. Se deben minimizar los aumentos de presión en las zonas frontal al viento, ya que esto es un indicador del aumento de resistencia.
7. Se considerará como “aire fresco” al que aún no ha pasado por ningún perfil alar, teniendo como consecuencia su carga energética inicial intacta. Se considerará “aire cansado” al aire que ha pasado por un perfil alar y ha tenido un proceso de cambio de velocidades y presiones, teniendo como consecuencia un cambio en su carga energética inicial. Con ello y en relación al análisis de flujo, se debe velar porque pase la mayor cantidad de “aire fresco” por cada perfil alar, evitando que el flujo de un perfil toque directamente el siguiente perfil.
8. Se debe aprovechar el flujo de “aire cansado” que sale desde el primer perfil para optimizar la energía al “aire fresco” que entra en el siguiente perfil, creando bajo éste un colchón de “aire cansado”.
En los análisis adjuntos se indicará una tabla con color indicando las variaciones de los valores, y los máximos y mínimos considerados. En las imágenes de presión, el color azul corresponde a la presión más baja, y el rojo a la más alta. En las imágenes de velocidad, el color azul corresponde a la mayor velocidad (36 a 42 m/s) y lo rojo a la velocidad más baja del fluido en ese instante (20m/s)
Primero se debe determinar si la configuración óptima de los dos perfiles alares corresponde a que ambos se encuentren apuntando en el mismo sentido, o que estén en sentido contrario.
En este análisis se observa que cuando los dos perfiles alares apuntan en la misma dirección, la sustentación del perfil de atrás se crea por delante de la zona donde irá la rueda de atrás que es la que genera el movimiento. La mejor opción es cuando los perfiles alares se encuentran en direcciones opuestas, ya que la sustentación se crea sobre la rueda trasera, mejorando la tracción de ésta. Además, del análisis del flujo, el aire tiene un recorrido mucho más fluido entre los dos perfiles, si éstos se encuentran en direcciones opuestas, ya que el recorrido en el segundo perfil se genera de una forma mucho más sinuosa.
Por lo tanto, considerando esta elección, se realizan análisis con las cuatro mejores configuraciones de doble perfil alar, contrastándolas con el perfil alar completo usado actualmente en la competencia.
Presión:
De este análisis se observa que la configuración 3 (control), crea una zona de alta presión en su borde de ataque acompañada con una muy baja sustentación en solo la sección delantera del perfil. La Mejor configuración corresponde a la número 4, ya que sobre el perfil alar se mantiene la presión, en el borde de ataque de ambos perfiles no se crean grandes puntos críticos de alta presión y se aprecia un buen efecto inductor de sustentación para las zonas correspondientes a las ruedas delanteras y traseras. Velocidad:
En este análisis la configuración 3 (control) muestra una gran disminución de la velocidad tanto en su borde de ataque como a lo largo de toda la superficie superior del perfil. Las configuraciones 1 y 2 muestran una mayor tendencia a la resistencia al viento en las zonas entre ambos perfiles, además agregando la configuración 5, se nota una baja en la velocidad en la sección final del intradós del perfil de atrás. Por su parte la configuración 4 cumple con las expectativas de mantener en el intradós una sección con la velocidad más cercana a la del sistema, y a su vez en la zona más gruesa del perfil, una velocidad mayor que el intradós.
Flujo:
En el análisis de flujo observamos que la configuración 3 (control), presenta el mayor recorrido de superficie, con lo que en la zona final del perfil alar el aire circulando llevará muy poca energía haciendo teniendo como consecuencia condiciones favorables para aumentar la resistencia al viento. La configuración 2, si bien trata de dos perfiles alares, se logra apreciar de que el aire que pasa por encima del primer perfil, llega a pasar también por encima de la segunda, con lo que para esta vez tendremos aire con poca energía atravesando el perfil, y esto quiere decir, que para que el sistema que posee baja energía aumente su velocidad y dinámica del fluido, se requerirá una mayor energía por parte del motor para poder alcanzar. Por el contrario, el flujo de “aire fresco” para ambos perfiles se logra sin problemas en las configuraciones 1, 4 y 5.
En conclusión, de la observación de todas las opciones aquí presentadas, la configuración óptima que entrega una menor resistencia al viento es la configuración 4. Ésta será la implementada.
Carrocería de Ergón finalmente fabricada 100% en fibra de carbono. En la foto, con los componentes necesarios para su funcionamiento.
ÁREA MECANICA
La rueda motriz del automóvil es la rueda trasera, la cual se encuentra acoplada al motor como se
muestra en la siguiente figura.
La sujeción será a través de 3 pernos que posee el rotor del motor para poder realizar el acople.
La rueda contara con un freno de disco que todavía no se encuentra definido el freno a utilizar y
por tal motivo no se encuentra en la figura expuesta anteriormente
El automóvil cuenta con un freno hidráulico en cada una de las ruedas. Para las ruedas delanteras
se los siguientes frenos:
Marca: shimano
Modelo: DEORE XT M775
Características:
Pistón universal delantero BR-M775 (Compatible con el sistema Internacional Standard de 51mm o Postmount 74mm), Diseño de 2 pistones opuestos (El puente de freno de disco utiliza un diseño compacto de pistón opuesto que ayuda a absorber la vibración del rotor para proporcionar un frenado mas suave y potente) gran potencia de frenado con control de precisión, fabricado en aluminio con terminación anodizado. Utiliza aceite mineral. Peso 223 grs.
Manillas
Marca: Shimano
Modelo: DEORE XT BL-M775
Características:
Optimizado para una potencia de frenado 20% más alta con servo wave; Un tensado inicial del cable más rápido en contacto con las pastillas, luego el factor multiplicador ejerce una mayor potencia de frenado. Alto rendimiento y capacidad de control, servo wave para un enganche más rápido.
ÁREA ELECTROTECNIA
Los objetivos principales de esta área son dos: almacenamiento y utilización inteligente de la
energía disponible del sistema; monitoreo y control de las variables críticas del sistema a
determinar por el equipo. Estos dos objetivos deben velar por el cumplimiento de las normas de
seguridad pertinentes en todo momento del conductor (y por ende el vehículo) y su entorno, junto
con lograr el desempeño óptimo energético.
Esta área se divide en 2 sub-áreas: informática y electrónica. Cada área se explicará a
continuación.
Electrónica
Esta encargada de la administración de la energía eléctrica y accionamiento óptimo de la máquina
eléctrica, junto con el monitoreo y control del proceso de conducción a nivel de sensores,
interconexión con el conductor, comunicación con el exterior (RF) y actuación pertinente.
Desde el punto de la administración de la energía, la electrónica maneja la energía proveniente de
los paneles fotovoltaicos y en las baterías para luego, mediante un lazo de control, entregar ésta a
la máquina de acuerdo a las condiciones actuales del sistema y lo que el conductor desee, para así
optimizar la administración de ésta y resguardar al conductor en todo momento.
A continuación se presenta la arquitectura general del sistema de potencia del vehículo solar.
Paneles PV
Bu
s D
C
Driver Motor
DC/AC M
BateríasControlador
baterías
MPPT
Boost
Figura 1. Arquitectura general del sistema de potencia.
La Figura 1 consiste en un Bus DC (DC- link) el cual interconecta carga proveniente de un banco de
baterías y panel fotovoltaico con sus correspondientes convertidores regulados por un controlador
central, para luego enviar (o recibir) energía a la máquina eléctrica. Toda la configuración
mostrada permite una maximización de la energía solar y un control en la carga de las baterías,
manteniéndolas a un régimen de trabajo óptimo.
A continuación se detallarán los módulos funcionales de sistema de administración de la energía,
detallando la función y consideraciones de cada una de éstas.
1. Módulos funcionales.
En la Figura 2 se muestra un diagrama de cómo estarán distribuidos los distintos convertidores a
utilizar para la administración de la energía.
Paneles PV
Bu
s D
C
Driver Motor
DC/AC M
BateríasControlador
baterías
MPPT
Boost
Accionamiento de la máquinaSistema fotovoltaico
Baterías
Figura 2. Arquitectura del sistema por módulos.
A continuación se detalla cada uno de los módulos con los convertidores a utilizar.
1.1 Paneles Solares.
En la Figura 3 se muestra la arquitectura del presente módulo.
Figura 3. Arquitectura de módulo “sistema fotovoltaico”.
Consiste en dos arreglos de celdas fotovoltaicas conectadas en paralelo en donde cada arreglo
tiene celdas conectadas en serie, y cada uno de estos a su vez conectado a un regulador MPPT
(Máximum power point tracking) con un convertidor boost incorporado, los cuales se encargan de
ajustar la demanda de energía de forma que sea óptima.
Las celdas a utilizar son PEPV245, de Solener. De acuerdo a esto se decidió dividir los 246 paneles
(6m2) en 2 grupos, uno de 122 celdas equivalente a entregar 61[V] en el máximo punto de
potencia (mpp) y el otro de 124 celdas equivalente a 62[V] en el mpp. Estos son reguladores tipo
boost, los cuales elevan la tensión de 60[V] a 92[V] que es el voltaje de las baterías y por ende el
DC-LINK o barra.
Los convertidores MPPT que se van a usar son los mismos que usaron varios equipos ganadores en
la WSC, de marca Drivetek. Estos cumplen tanto los voltajes y corrientes de entrada y salida, en
cada caso, de acuerdo a las celdas a utilizar.
Los paneles solares están aislados del conductor eléctricamente mediante Mosfet, lo cual se
mostrará en el esquema eléctrico del sistema.
1.2 Banco de baterías.
Consiste en un arreglo de baterías las cuales están configuradas de tal manera que puedan
entregar la potencia necesaria para alimentar la máquina y el sistema eléctrico general (luces,
electrónica, comunicación, ventilación, etc.). Estas están ordenadas en 2 rack de 14 celdas cada
una, logrando un voltaje de trabajo de 89,6[V] (voltaje controlado a ese rango). Se hacen 2 rack
por la simple razón de poder distribuir el peso de mejor manera dentro del vehículo. Las baterías
están conectadas a un controlador que se encarga de indicar el estado de carga, entre otras
variables importantes y enviarlas por CAN. Además permite cargarlas de la manera correcta ya que
este tipo de baterías son complicadas de manejar.
Algunas consideraciones muy importantes que se tiene es el monitoreo de la temperatura ya que
pueden explotar. Es una prioridad mantener estas baterías trabajando dentro de los límites
establecidos por el fabricante debido a lo peligrosas que son.
Si la temperatura llega a un valor crítico será necesario detener la utilización de energía de los
racks y esperar que se enfríen.
La arquitectura del banco de baterías se muestra en la Figura 4. La cual se usa el controlador que
provee el fabricante y así tener un buen uso y las protecciones necesarias de las baterías.
Figura 4. Arquitectura de módulo “Banco de baterías”.
Las características técnicas del rack completo de baterías se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Características técnicas del rack completo de baterías.
Estos son datos del comportamiento de los acumuladores de ion litio al momento de suministrar energía. Las celdas de ión litio se han agrupado en:
Rack: son arreglos de catorce celdas en serie.
Pack: son dos rack en serie. En total 28 celdas ion litio.
Para cargar cada una de las celdas se utilizará un controlador independiente, el que se preocupará de suministrar la corriente necesaria correspondiente a 3C o 120A. En el esquemático se puede apreciar un amperímetro por cada arreglo de catorce celdas y un voltímetro por rack, estos datos ingresaran a un controlador que se encarga de monitorear el estado de cada pack de baterías de ion litio. Desde el punto de vista mecánico se utiliza un sensor de temperatura por cada uno de los arreglos de ion litio, en total 6 sensores por rack. Además para poder disipar la temperatura generada por la celda, serán distribuidas en los rack como un panal de abejas alternadamente, de manera de permitir la circulación de aire por el centro del rack.
1.3 Accionamiento de la máquina.
El máquina a utilizar es el NGM modelo SCM 150-08. Dentro de sus características, la potencia
peak que alcanza es de 7.5 [KW] y de 3.75 [KW] de potencia continua a voltaje nominal. La
máquina trabaja a 96[V] nominal, con rango de operación 84 a 108[V].
El controlador a utilizar es un HP12101 de la empresa Kellycontrolls. Este soporta una potencia de
10kW continuos y el motor es de 7.5kW Peak, por lo tanto está muy sobredimensionado en
términos de potencia.
La máquina tiene una propiedad bien particular que es el air-gap, que da la posibilidad de hacerle
debilitamiento de campo. Esto es posible ya que el motor es de flujo axial, lo cual permite mover
el rotor y alejarlo del estator, por lo tanto se pueden disminuir o aumentar las líneas de flujo
magnético pudiendo controlar la relación entre velocidad y torque, manteniendo la potencia
constante.
2. Diagrama eléctrico del sistema.
En la Figura 5 se muestra el diagrama de conexiones del sistema de potencia del vehículo solar
Ergón.
Arreglo Paneles Solares MPPT Boost
Sistema de Potencia
Paneles PV
Grupo 1
Bu
s D
C
Driver Motor
DC/AC M
BateríasControlador
Baterias
Paneles PV
Grupo 2
MPPT 1
MPPT 2
Automático
Baterías
Accionamiento de la máquina
Automático
Automático
Gap y
controlador
Gap
(3)
Figura 5. Esquema eléctrico del sistema.
En la Figura 5 se ve que hay diversos interruptores y fusibles los cuales son para proteger de sobre
voltajes y de sobre corrientes en caso de que ocurra algún imprevisto. Además hay automáticos
que abren el circuito cuando detectan sobre corriente y así poder proteger las componentes y
saber dónde ha ocurrido un problema.
Informática
Esta área se encarga del monitoreo y control del vehículo solar que realiza un computador tanto
local como remoto, junto con el monitoreo del estado del piloto en el vehículo.
En la Figura 6 se muestra el diagrama de comunicación del automóvil solar Ergón. En esta se puede
encontrar tres arquitecturas: el de sensores y actuaciones con sus señales correspondientes tanto
de salida al microcontrolador DSP (TMS320F28016) como de entradas (encerrado en un
rectángulo rojo). Las entradas son provenientes de sensores que permiten conocer variables
necesarias para actuar frente a distintas situaciones y/o tomar acciones de seguridad en caso de
que sea necesario. Las salidas corresponden a la información que se entrega al piloto para
mantener informado sobre el estado del vehículo y alertar en caso de que algo este mal; el circuito
de potencia (encerrado en un rectángulo de líneas punteadas negro), al cual se envían o reciben
los datos en protocolos CAN hacia o desde la DSP. Esta comunicación es bidireccional ya que
permite enviar referencia a los controladores para que actúen como se requiere, y de lectura ya
que estos envían sus estados; la comunicación exterior (encerrado en un cuadro punteado azul),
donde se envía una señal de radiofrecuencia con un bus de datos del vehículo eléctrico, de forma
que se pueda saber su estado en todo momento, para hacer monitoreo en tiempo real y ver su
comportamiento segundo a segundo.
Además se monitorean las variables importantes del sistema y se envían por un transmisor de
radio frecuencia. El transmisor que se pretende utilizar trabaja en la banda de los 433[MHz] con
modulación GFSK, permitiendo un enlace de hasta 5[km] línea vista.
También hay un panel dentro de la cabina que muestra algunas variables importantes al piloto y a
su vez permitir a este que envíe instrucciones al computador central tales como aceleración y
frenado,
encendido y apagado de luces, indicador de errores o funcionamientos extraños, entre otros.
1. MÓDULOS FUNCIONALES.
Trabaja con los siguientes 4 módulos:
1. Transmisión de datos RF: Está encargado de controlar los datos que se envían hacia el
software de monitoreo fuera del vehículo.
2. Lectura de sensores: Este módulo está encargado de la actualización de los valores de las
variables que mantienen el estado de los distintos sensores que se encuentran en el
auto.
3. Display de información: Este procedimiento se encarga de mostrar la información
relevante para el piloto en el monitor presente en la cabina.
4. Dispositivos de interfaz humana: Este módulo es el único que tiene el carácter de
“crítico” en el firmware del computador principal del vehículo, ya que es el encargado de
poner atención a los eventos tales como los cambios producidos en el acelerador, el
evento de frenado, activación de la velocidad crucero, etc.
Balance energético
La potencia necesaria para mover el auto a 60 km/h venciendo el roce de las ruedas es de 500 W,
por lo tanto asumiendo que el recurrido tiene pendientes positivas y negativas, y resistencia de
roce con el aire que vencer, se asume que se necesitan 980 W.
En la siguiente tabla se muestra la generación esperada según la radiación cercana a los lugares de
la carrera, el consumo estimado para cada tramo y finalmente el porcentaje del estado de las
baterías.
N Celdas 242 Potencia 968 W Eficiencia 14% Área 6 m2 Consumo
Motor 980 W Radiación Generación Baterías
Tramo kWh/m2 kWh/m2 kWh/m2 kWh/dia Horas Horas Consumo Diferencia kWh %
Día 1 Mensual dia hora gen mov kWh 3,6
Pica 205 6,83 0,976 1,64 2 2 1,96 0,32 3,28 91%
Quillagua 182,4 6,08 0,869 1,46 2 2 1,96 0,50 2,78 77%
Calama 123,4 4,11 0,588 2,47 5 2 1,96 -0,51 3,29 91%
Día 2 0 0,00 3,29 91%
Calama 123,4 4,11 0,588 2,47 5 5 4,9 2,43 0,86 24%
San Pedro 218,5 7,28 1,040 3,50 4 2 1,96 -1,54 2,39 66%
Día 3 0 0,00 2,39 66%
Calama 123,4 4,11 0,588 1,48 3 3 2,94 1,46 0,93 26%
Antofagasta 182,4 6,08 0,869 4,38 6 3 2,94 -1,44 2,37 66%
Día 4 0 0,00 2,37 66%
Quillagua 182,4 6,08 0,869 1,46 2 2 1,96 0,50 1,87 52%
Pica 205 6,83 0,976 2,46 3 3 2,94 0,48 1,39 39%
Figura 6. Diagrama de comunicación, monitoreo y control automóvil solar “Ergón”.
Baterías
BMS
Contactor
B. Emergencia
interno
SW Baterias ON
SW MPPT1 ON
SW MPPT2 ON
Pulsador Auto ON
Pot. GAP
Pantalla
Pulsador izq
Pulsador der
Sw luces
estacionarSW foco
delantero
Pulsador
pantalla 1Pulsador
pantalla 2
SW Kelly ON
SW reversa
Union Bus DC +
(No es una
componente, pero
ordena los cables.
C10A MPPT1
C10A MPPT2
Fus. baterías 25A
Fus. luces izq X-A
Fus. luces der X-A
Fus. luces freno
X-AFus. Foco
delantero X-A
Potencia Servo GAP
Controlador GAP
DC/DC
24 IN
OUT 12V BMS
OUT 5V DSP 1
OUT 5V GAP
OUT 5V Pantalla-
panel
OUT 24V Kelly
DSP 1
Antena
Inversor Kelly
(Conectado
“internamente”
con Capacitor)
Capacitor
Kelly
DSP 2
MPPT1 MPPT2
DCDC 92/24
(1) Pnom: 240W
Pot. Crucero
Pulsador ON
CruceroRelé
intermitente der
Relé
intermitente Izq
Al Contactor Al MPPT1 Al MPPT2Por interno Por interno Por interno
DCDC 92/12
(2) luces 240W.
Arreglo 1
paneles
Arreglo 2
paneles
Sensores efecto
Hall
3
Motor
OUT 12V Luces (todas)
Focos Led delantero
Shutdown 1
Shutdown 2
Pulsador
freno
Relé de estado
solido (1)
Relé de estado
solido (2)
CAN (referencia)
Leyenda:
Rojo: Conexión de 92[V].
Azul: Conexión de 24[V].
Café: Conexión de 12[V].
Verde: Conexión de 5[V].
Naranjo: Conexión de 3.3[V]
CAN: Purpura punteado.
Regletas
26
OUT 24V Servo
Al Contactor Al MPPT1 Al MPPT2Por interno Por interno
B. Emergencia
externoPor interno
OUT 5V DSP 215
Cabina
Figura 7. Diagrama del cableado completo del auto.