Sistemas híbridos de almacenamiento no convencionales orientados a aplicaciones móviles

Abstract

La industria automotriz se ha convertido en una de las industrias más importantes a nivel mundial, no solo económicamente, sino también por su impacto en el sector de investigación y desarrollo. Además, hay una cantidad cada vez mayor de vehículos en las calles, lo que nos permite movernos de forma rápida y cómoda. Sin embargo, esto ha generado un aumento dramático de los niveles de contaminación en el aire en zonas urbanas (por ejemplo, de partículas finas, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de azufre, etc.). Por lo tanto, las autoridades de las naciones más desarrolladas están alentando el uso de vehículos eléctricos (EVs, del inglés Electric Vehicles) para disminuir la concentración de contaminantes en el aire, CO2, así como otros gases de efecto invernadero. Estos vehículos eléctricos deben poseer un sistema de almacenamiento de energía con alta densidad de energía másica para permitir una distancia de manejo larga, y alta densidad de potencia másica para la aceleración, frenado y manejo en ascenso. Sin embargo, las baterías actuales no pueden satisfacer ambos requerimientos al mismo tiempo. Por lo tanto, es necesario crear un sistema que reúna dos o más dispositivos cuyas características cumplan al menos una necesidad de los EVs. Combinar componentes en sistemas híbridos para aprovechar los beneficios de cada parte siempre fue una perspectiva atractiva. En los últimos años, varios proyectos han sido exitosos en construir estos sistemas híbridos de almacenamiento de energía para energía solar y eólica. Aunque la idea no es nueva, la tecnología aún se encuentra en una fase temprana. Los sistemas híbridos de almacenamiento de energía (siglas HESS, del inglés hybrid energy storage systems) pueden referirse a distintos tipos de arreglos, con lo único en común siendo que dos o más tipos de almacenamiento de energía son combinados para formar un único sistema. En este contexto, este trabajo tiene por objetivo realizar un estudio de un tipo de sistema híbrido particular, en el cual se combinan baterías de litio y supercapacitores para aplicaciones móviles. En los primeros tres capítulos se brinda una introducción a los elementos fundamentales en los que se basa este trabajo: los sistemas de almacenamiento, los convertidores electrónicos CC-CC utilizados para poder crear el sistema híbrido, y finalmente la arquitectura digital utilizada para implementar el sistema de control. Luego, a partir de los requerimientos dados para el sistema, se diseña e implementa un sistema de control propuesto. Por último, se realizan una serie de ensayos para corroborar el correcto funcionamiento del sistema a lazo cerrado de control.