SISTEMA DE RECUPERACION DE ENERGIA CINETICA...

1

SISTEMA DE RECUPERACION DE ENERGIA CINETICA PARA UNA MOTO

ELECTRICA BASADA EN MOTOR BRUSHLESS

Spaider Enciso Aguilera

Julián Andrés Aponte Cortes

UNIVERSIDAD DISTRITAL

“Francisco José De Caldas”

Facultad Tecnológica

Bogotá D.C.Octubre del 2015

2



Código del Proyecto 201403083018

Spaider Enciso Aguilera Código: 20101283016

Julián Andrés Aponte Cortes Código: 20111283001

Monografía para optar por el título de:

Ingeniero En Control

Director:

Fernando Martínez Santa

UNIVERSIDAD DISTRITAL

“Francisco José De Caldas”

Facultad Tecnológica

Bogotá D.C.

Octubre del 2015

3



PAGINA DE APROBACIÓN

Observaciones

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________

M.Sc. Fernando Martínez Santa

Director del Proyecto

_____________________________________

Edwar Jacinto Gómez

Jurado

Fecha de Presentación Octubre del 2015.

- 1 -

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Dios por toda su ayuda para hacer realidad este proyecto, además de su gran amor; a nuestras

familias por su incondicional apoyo; finalmente a los docentes, aquellos que formaron parte de

cada etapa del ámbito universitario, que nos brindaron ayuda y dirección en la solución de dudas

presentadas durante la elaboración de este proyecto.

- 2 -

CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................................. - 1 -

INDICE DE TABLAS ................................................................................................................ - 4 -

INDICE DE FIGURAS .............................................................................................................. - 5 -

GLOSARIO ................................................................................................................................ - 6 -

RESUMEN ................................................................................................................................. - 7 -

ABSTRACT ............................................................................................................................... - 8 -

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... - 9 -

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... - 11 -

OBJETIVOS ............................................................................................................................. - 12 -

1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... - 12 -

1.1 Objetivos Específicos……………………………………………..….………...- 12 -

2. MARCOS DE REFERENCIA ..................................................................................... - 13 -

2.1 Marco teórico………………………………..………………………….……...- 13 -

3. MARCO LEGAL ......................................................................................................... - 16 -

3.2 Norma Técnica Colombiana NTC-ISO/TS 16949……………………………..- 16 -

4. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................... - 16 -

4.1 Historia……………………………………………………………….………...- 16 -

4.2 Ventajas e Inconvenientes………………………………………….…….…….- 18 -

4.3 Freno Regenerativo (KERS)………………………………………….….…….- 19 -

4.4 Uso en el automovilismo (KERS)[15]………………………………….……...- 20 -

4.5 Desarrollo del KERS[15]……………………………………………….……...- 21 -

5. Movilidad Sostenible .................................................................................................... - 24 -

METODOLOGÍA ..................................................................................................................... - 25 -

1. Generalidades ............................................................................................................... - 25 -

2. Diseño y Construcción del Dispositivo ........................................................................ - 27 -

3. Almacenamiento ........................................................................................................... - 31 -

RESULTADOS ........................................................................................................................ - 35 -

1. Pruebas Reales de Funcionamiento .............................................................................. - 35 -

2. Incremento de Autonomía ............................................................................................ - 37 -

- 3 -

3. Carga vs Tiempo ........................................................................................................... - 38 -

4. Adaptación de Prototipo ............................................................................................... - 39 -

CONCLUSIONES .................................................................................................................... - 41 -

TRABAJO FUTURO ............................................................................................................... - 42 -

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... - 43 -

- 4 -

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.Alimentación Motor Mínima y Máxima Voltaje vs Frecuencia. .............................. - 26 -

Tabla 2.Valores Cargador. ..................................................................................................... - 26 -

Tabla 3.Valores Funcionamiento Voltaje Motor. ................................................................... - 26 -

Tabla 4.Máximos Entregados AC. ........................................................................................ - 28 -

Tabla 5.Máximos Entregados DC. ........................................................................................ - 29 -

Tabla 6. Sistema Apagado, Luz Encendida. .......................................................................... - 35 -

Tabla 7. Sistema Apagado, Luz Apagada. ............................................................................. - 36 -

Tabla 8. Sistema Encendido, Luz Encendida. ....................................................................... - 37 -

Tabla 9. Carga Banco de Condensadores. ............................................................................. - 38 -

- 5 -

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.Motor Brusshles(“a-bm-motors-3,” n.d.) ............................................................... - 14 -

Figura 2.Motor Brusshles Zero(“moto eléctrica || zero sr || zero motorcycles,” n.d.) ........... - 14 -

Figura 3. Motocicleta Eléctrica ............................................................................................. - 17 -

Figura 4. Motocicleta Eléctrica Yongkank Skooda ............................................................... - 25 -

Figura 5. Sensores de Efecto Hall. ........................................................................................ - 26 -

Figura 6.Diagrama General. .................................................................................................. - 27 -

Figura 7.Diagrama Específico. .............................................................................................. - 28 -

Figura 8.Puente Rectificador Trifásico. ................................................................................ - 29 -

Figura 9. Módulos Relé. ........................................................................................................ - 30 -

Figura 10. Reductor Tipo Buck ............................................................................................. - 30 -

Figura 11. Ultracondensadores en Físico. ............................................................................. - 31 -

figura 12. Configuración Mixta en Banco de Ultracondensadores. ...................................... - 32 -

figura 13. Circuito Equivalente. ............................................................................................ - 32 -

figura 14. Módulo Elevador dc – dc Boost ........................................................................... - 34 -

figura 15.Voltaje / Tiempo. ................................................................................................... - 38 -

figura 16. Adición del Prototipo. ........................................................................................... - 39 -

figura 17. Adecuación de Compartimiento. .......................................................................... - 39 -

figura 18. Control Sistema de Regeneración. ....................................................................... - 40 -

- 6 -

GLOSARIO

PSoC Programmeble System On Chip

KERS Sistemas de Recuperación de Energía Cinética

- 7 -

RESUMEN

Este artículo sintetiza la construcción y desarrollo de un sistema electrónico que recupera parte de

la energía cinética que se transforma en calor durante el proceso de frenado en una motocicleta

eléctrica yongkank skooda de 500W. El proyecto consiste en la implementación del sistema a

través de la obtención de datos del modelo funcional de la motocicleta y el desarrollo general del

prototipo; el cual está compuesto por el módulo encargado de recuperar la energía generada por el

motor Brushless de la motocicleta y el módulo de almacenamiento de la misma. El primero es

controlado a través de un sistema embebido basado en tecnología PSoC (Programmeble System

On Chip) y el segundo compuesto por un banco de ultracondensadores. Finalmente se muestran

los resultados obtenidos sobre el prototipo integrado a la motocicleta, bajo pruebas de

funcionamiento reales; en donde la energía que se recupera puede ser utilizada en el sistema

principal de luces de la motocicleta, aumentando en un 2% la autonomía y además la vida útil de

las baterías.

- 8 -

ABSTRACT

This paper summarizes the building and development of an electronic system than recovers part of

kinetic energy turned into heat during the breaking process of skooda yongkank 500W electric

motorcycle. The project consists in the system implementation through the getting of functional

model data of motorcycle and the general prototype development; which is composed by the

module that recovers the energy generated by motorcycle brushless motor and the energy storage

module. The first one is controlled through an embedded system based on PSoC (Programable

System on Chip) and the second one is composed by ultracapacitors bank. Finally they are shown

the obtained results over the prototype integrated along with motorcycle, doing real working tests,

where the recovered energy can be used in main lighting system of motorcycle, increasing up to

2% the autonomy and also battery life.

- 9 -

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de propulsión eléctrico vehicular, se van convirtiendo en una alternativa

energética(Klocke, Lung, Schlosser, Dobbeler, & Buchkremer, 2012), que propone: primero,

contribuir a disminuir la contaminación producida por los automóviles, (“El problema de la

contaminación ambiental,” n.d.), (DiGiovine, Cooper, & Dvornak, n.d.) y segundo alimentar parte

del transporte urbano en un futuro(Correa P. et al., 2014).

Ya se construyen algunos vehículos en las ciudades y desde hace poco tiempo se observa que hay

un pequeño mercado en la propulsión eléctrica vehicular (Ieee, Applications, & Ma, 2011). En el

contexto urbano se pueden encontrar: bicicletas, motos, vehículos particulares o públicos, buses e

híbridos; junto a la creación de proyectos que van enfocados en implementar medios de transporte

masivo don vehículos eléctricos como lo son: el metro de Santiago, el Tranvía de Paris y

Transmilenio con la ayuda de incentivos gubernamentales(“Plug-in de penetración y los

incentivos de mercado del vehículo eléctrico: una revisión global.,” n.d.). En Bogotá podemos

encontrar vehículos comerciales al público totalmente eléctricos de algunas compañías como:

Renault con el Twizy, BYD promotora de taxis, Codensa “en alianza con Mitsubishi con el

i-MiEV prototipo de prueba”, Lucky Lion con las motos scooter y Electrika con una amplia gama

de bicicletas.

Aspectos importantes de la propulsión eléctrica se ubican en: uno, su fuente de poder

“Alimentados principalmente con baterías de litio y plomo”; dos, con motores eficientes “con la

incorporación de motores de poco peso, menor mantenimiento, mayor torque, y menor consumo

eléctrico características de los motores bruhsless” (Liu, Chau, & Jiang, 2008) y tres, con sistemas

que aumentan las autonomías “con la ayuda de control electrónico y la recuperación de energía”

(Luis Martinez Brocal Contreras, 2014). Estos aspectos aumentan la complejidad, pero

representa mejoras en los costes de consumo (Afjei, Hashemipour, Saati, & Nezamabadi, 2007)

(Hartley, McLellan, Richmond, Day, & Campean, 2011) (Jeongwoo Lee & Nelson, n.d.)”. Junto a

esto en algunos casos se asocian ultracondensadores o supercondensadores como sinónimo que

tiene como ventaja: carga rápida y entrega inmediata de energía, solución a los inconvenientes con

la memoria de las baterías, admitiendo valores altos de corriente, disminuyen inconvenientes por

la cantidad de cargas y descargas (“Supercondensador,” 2014).El mayor inconveniente asociado

con los ultracondesadores, es que: por la cantidad de energía almacenada se utiliza un mayor

espacio “no pueden aun reemplazar a la alimentación con baterías”.

- 10 -

Ahora, si bien en la actualidad se pueden adquirir vehículos eléctricos no se está seguro, si por los

procesos de fabricación de dispositivos se cuide el ambiente dado que: estos procesos hacen

necesario en ocasiones el uso de combustibles con costos ambientales y el uso de cantidades

grandes de recurso hídrico. Aun para adquirir un vehículo propulsado de manera eléctrica se

requiere de una inversión inicial más elevada, que puede ser recompensado con el bajo coste de la

recarga eléctrica (Tansel, Nedbouyan, & Trujillo, n.d.).

Como se relata en los párrafos anteriores los vehículos eléctricos son una herramienta importante

para incorporar e implementar avances en el campo de la electrónica, por lo anterior en la rama de

la Ingeniería en control, se implementa un sistema de recuperación de energía cinética en una

motocicleta eléctrica, con el fin de aumentar la autonomía representada en el incremento del

recorrido con el uso del sistema de recuperación de energía.

- 11 -

JUSTIFICACIÓN

Debido a la problemática que se vive actualmente en la mayoría de países a nivel mundial con la

contaminación del medio ambiente, se hace completamente necesaria la adaptación de vehículos

para el transporte y el desplazamiento de la comunidad en general, con dispositivos que ayuden a

mitigar de alguna forma el impacto a la atmosfera. Por tal motivo se quiere fomentar el uso de los

vehículos que utilicen como fuente de combustible la energía eléctrica para reducir en algún

porcentaje los niveles de contaminación que afectan el medio ambiente

En nuestro caso puntual se desea implementar un dispositivo en una moto eléctrica con motor tipo

Brushless que administre y recupere energía; siendo así consecuentes con las iniciativas de

conservación de energía y siguiendo los pasos a los avances tecnológicos generados,

contribuyendo a la conservación del medio ambiente ampliando el conocimiento de los

proponentes y espectadores o quienes sean afines o se interesen por este tipo de proyectos.

- 12 -

OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL

Diseño e implementación de un sistema electrónico que permita realizar la recuperación y

administración de energía eléctrica, que se genera por efectos cinéticos en una motocicleta

propulsada por un motor Brushless de 500W.

1.1 Objetivos Específicos

Crear un prototipo electrónico que permita recuperar la energía generada por el motor, cuando

el vehículo se encuentra en desaceleración.

Diseñar e Integrar al sistema de control de una motocicleta eléctrica, un prototipo que logre

conmutar la recepción y entrega de las señales de tensión del motor.

Recopilar datos de eficiencia eléctrica en un motor Brushless acoplado en una motocicleta de

500W que permitan generar parámetros con los cuales se logre medir y verificar la viabilidad

del administrador y el recuperador de energía integrados.

Verificar por métricas que los datos obtenidos al integrar el sistema, generan una mayor

autonomía, mejorando el uso de la motocicleta en un 2%.

- 13 -

2. MARCOS DE REFERENCIA

2.1 Marco teórico

2.1.1. Motocicleta Eléctrica

Una motocicleta o scooter eléctrica es una motocicleta que utiliza un motor eléctrico

como medio de propulsión.(“Motocicleta eléctrica,” 2014)

2.1.2. Motor Brushless

Un motor eléctrico sin escobillas o motor brushless es un motor que no emplea

escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.(“Motor eléctrico sin

escobillas,” 2014)

Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes.

Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden

calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón

que manchan el motor de un polvo que además, puede ser conductor.(“Motor eléctrico

sin escobillas,” 2014)

Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos.

Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más

baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control

era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los

controles electrónicos.(“Motor eléctrico sin escobillas,” 2014)

El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en

alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente

continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna

se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho

mayor que un motor de corriente continua con escobillas. Algunas aplicaciones serían

los coches y aviones con radiocontrol, que funcionan con pilas.(“Motor eléctrico sin

escobillas,” 2014)

- 14 -

Figura 1.Motor Brusshles(“a-BM-motors-3,” n.d.)

Figura 2.Motor Brusshles Zero(“Moto Eléctrica || Zero SR || ZERO MOTORCYCLES,” n.d.)

Otros motores sin escobillas, que sólo funcionan con corriente continua son los que se

usan en pequeños aparatos eléctricos de baja potencia, como lectores de CD-ROM,

ventiladores de ordenador, casetes, etc. Su mecanismo se basa en sustituir la

conmutación (cambio de polaridad) mecánica por otra electrónica sin contacto. En este

caso, la espira sólo es impulsada cuando el polo es el correcto, y cuando no lo es, el

sistema electrónico corta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la

espira del rotor se utiliza la detección de un campo magnético. Este sistema

electrónico, además, puede informar de la velocidad de giro, o si está parado, e incluso

cortar la corriente si se detiene para que no se queme. Tienen la desventaja de que no

giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -). Para hacer el cambio se deberían

- 15 -

cruzar dos conductores del sistema electrónico.(“Motor eléctrico sin escobillas,”

2014)

Un sistema algo parecido, para evitar este rozamiento en los anillos, se usa en los

alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes, sino que se evita usar

uno más robusto y que frenaría mucho el motor. Actualmente, los alternadores tienen

el campo magnético inductor en el rotor, que induce el campo magnético al estátor, que

a la vez es inducido. Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos

corriente que la que se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un

rozamiento menor. Esta configuración la usan desde pequeños alternadores de coche

hasta los generadores de centrales con potencias del orden del megavatio.(“Motor

eléctrico sin escobillas,” 2014)

2.1.3. Frenos

Los frenos son sistemas mecánicos que mediante rozamiento permiten regular la

velocidad de movimiento de árboles y otros elementos, bien disminuyéndola o bien

manteniéndola. (Zapata & El, n.d.)

Sus principios de cálculo son semejantes a los de los embragues, si bien sus

características constructivas y algunos de los principios de cálculo han hecho

conveniente tratarlos en tema aparte. Se puede decir que un embrague conecta dos

elementos en movimiento mientras que un freno conecta una parte móvil con otra

fija.(Zapata & El, n.d.)

El trabajo de fricción que generan por la aplicación de una fuerza, produce variación

de la energía del árbol y se manifiesta por un aumento en la temperatura del freno que

es preciso eliminar de forma rápida para impedir sobrecalentamientos que pueden

llegar a inutilizar el freno.(Zapata & El, n.d.)

2.1.4. Fuente de Energía

Se han desarrollado algunos prototipos de pilas de combustible, siendo algunos

ejemplos el ENV de Intelligent Energy, el scooter de Honda que utiliza el Honda FC

Stack, y el Yamaha FC-AQEL. También se están desarrollando prototipos de

- 16 -

motocicletas híbridas con motor de gasolina y motor eléctrico.(“Motocicleta eléctrica,”

2014)

Algunos ejemplos son el Ecycle, y el Yamaha Gen-RYU. No obstante, los modelos en

producción son de baterías.(“Motocicleta eléctrica,” 2014)

3. MARCO LEGAL

3.2 Norma Técnica Colombiana NTC-ISO/TS 16949

El documento ISO/TS 16949 ha sido elaborado por la International Automotive Task Force

(IATF) [Grupo de tarea internacional del sector del automóvil], con el apoyo del Comité

Técnico ISO/TC 176, Gestión y aseguramiento de la calidad. (“TECHNICAL

SPECIFICATION ISO / TS,” 2009)

Esta Especificación Técnica está destinada a evitar la multiplicidad de auditorías de

certificación y proporciona un enfoque común al sistema de gestión de la calidad para la

producción en serie y de piezas de recambio en la industria del automóvil. (“TECHNICAL

SPECIFICATION ISO / TS,” 2009)

Esta Especificación Técnica, junto con la Norma ISO 9001:2008, define los requisitos del

sistema de gestión de la calidad para el diseño y desarrollo, la producción y, cuando sea

pertinente, la instalación y el servicio posventa de los productos del sector del automóvil.

(“TECHNICAL SPECIFICATION ISO / TS,” 2009)

4. ESTADO DEL ARTE

4.1 Historia

Finales de 1860: Se pueden encontrar las primeras referencias a motocicletas eléctricas en

patentes. (“GreenTiger Electric Model Digital-300,” n.d.)

1911: De acuerdo a un artículo en Popular Mechanics está disponible la primera motocicleta

eléctrica. (“GreenTiger Electric Model Digital-300,” n.d.)

- 17 -

1992: Roberto Eugenio Gentile presenta en la Feria de Los Inventos en Buenos Aires

(Argentina) un Vehículo BicicloImpulsado por Energía Eléctrica, capaz de desarrollar 65

km/h con una autonomía de 50 kilómetros. Gentile, continúo con el desarrollo de

Motocicletas Eléctricas obteniendo una patente de invención en 1996 en Argentina y el

reconocimiento de ONUDI. (“GreenTiger Electric Model Digital-300,” n.d.)

2007: A123 Killacycle alimentada por una batería de ion litio logra el récord de 270 km/h al

recorrer 400 metros en 7,824 s en Phoenix.(“GreenTiger Electric Model Digital-300,” n.d.)

Figura 3. Motocicleta Eléctrica

- 18 -

Axle Corporation planea comercializar una versión mini-scooter del EV-X7, con un precio

aproximado de 2100 dólares.(“GreenTiger Electric Model Digital-300,” n.d.)

4.2 Ventajas e Inconvenientes

Las motocicletas y scooters eléctricos aumentan su popularidad en la medida en la que

aumentan los precios de la gasolina. La tecnología de las baterías mejora de forma continua

haciendo más práctico este medio de transporte.(“GreenTiger Electric Model Digital-300,”

n.d.)

4.2.1. Ventajas

Tecnología limpia (no emisión de gases contaminantes, no ruido).

Mayor salida de potencia inicial al trabajar con motor eléctrico (torque constante).

Gran estabilidad en el frenado.

Cero consumo de combustible fósil.

La fácil operación y respuesta de aceleración se facilitan, toda vez que las

motocicletas no poseen embrague.

Los gastos de operación y funcionamiento son mínimos.

Durante su funcionamiento no genera calor ni presenta vibraciones, lo que implica

que tanto el conductor como el tripulante tengan sensación de confort.(“Freno

regenerativo,” 2014)

Los costos de combustible para el motor eléctrico son aproximadamente el 10% de

los costos para el motor de gasolina.

Se puede utilizar en interiores.

No se necesitan viajes a la gasolinera. Se pueden recargar en el garaje.

Informe enviado por el Técnico Mecánico Motocicletas GUMOV y un Ingeniero

Mecánico del Grupo de Movilidad de la Policía Metropolitana de Bogotá, respecto

de la prueba realizada en el Autódromo de Tocancipa, a la motocicleta eléctrica de

la empresa Norteamericana ZERO, representada en Colombia por la firma NTB

Northbound Technologies; de estos documentos se estableció:(“Freno

regenerativo,” 2014)

- 19 -

4.2.2. Inconvenientes

La carga completa de las baterías se hace en aproximadamente 6 horas, tiempo en el

que el vehículo quedaría fuera de servicio, es de anotar que para que el tiempo de

carga disminuya se deben adquirir elementos adicionales lo que se refleja en

costos.(“Freno regenerativo,” 2014)

Los gastos iniciales son mayores que en la motocicleta o scooter de gasolina

equivalente.

Menor autonomía antes de repostar.

Mayor tiempo de repostaje.

Menor velocidad máxima.

Pocos enchufes eléctricos están instalados en las calles o carreteras.(“GreenTiger

Electric Model Digital-300,” n.d.)

4.3 Freno Regenerativo (KERS)

Un freno regenerativo o KERS (Kinetic Energy Recovery System, sistema de recuperación

de energía cinética) es un dispositivo que permite reducir la velocidad de un vehículo

transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica. Esta energía eléctrica es

almacenada para un uso futuro.(“BOSH regeneracion de energia,” n.d.)

El freno regenerativo en trenes eléctricos alimenta la fuente de energía del mismo. En

vehículos de baterías y vehículos híbridos, la energía se almacena en un banco de baterías o

un banco de condensadores para un uso posterior.(“BOSH regeneracion de energia,” n.d.)

El freno regenerativo es un tipo de freno dinámico. Otro tipo de freno dinámico es el freno

reostático, mediante el cual la energía eléctrica generada en la frenada es disipada en forma

de calor.(“BOSH regeneracion de energia,” n.d.)

El frenado tradicional, basado en la fricción, se sigue usando junto con el regenerativo por

las siguientes razones:(“BOSH regeneracion de energia,” n.d.)

El frenado regenerativo reduce de manera efectiva la velocidad a niveles bajos

La cantidad de energía a disipar está limitada a la capacidad de absorción de ésta por parte

del sistema de energía, o el estado de carga de las baterías o los condensadores. Un efecto no

regenerativo puede ocurrir si otro vehículo conectado a la red suministradora de energía no

- 20 -

la consume o si las baterías o condensadores están cargados completamente. Por esta razón

es necesario contar con un freno reostático que absorba el exceso de energía.

4.4 Uso en el automovilismo (KERS)

4.4.1. Descripción

El dispositivo denominado KERS (“Freno regenerativo,” 2014) entró en vigor en 2009

en la competición de Fórmula 1. Además de abaratar los costos, el objetivo de este

dispositivo es aumentar la facilidad y el número de adelantamientos, que con el avance

de la aerodinámica han ido disminuyendo. Se ha diseñado y desarrollado por Xtrac,

Torotrack y Flybrid System con las especificaciones impuestas por la FIA y la UE.

Este componente funciona obteniendo la energía que se disiparía en forma de calor en

las frenadas, acumulándola en un volante de inercia. La idea es que esa energía

almacenada otorgará una potencia extra de 60 kW (unos 81 CV / 80 HP) durante

aproximadamente 6,67 segundos en la fase de aceleración tras la frenada. Sin embargo,

es posible que la importancia del KERS vaya en aumento con los años, llegándose

incluso a los 270 CV durante 8 s con los motores limitados a 400 CV que en principio

llegarán en la próxima década.

Las escuderías podrán elegir entre tres opciones para diseñar el dispositivo: un sistema

mecánico (similar a una batería inercial), un sistema eléctrico, o un sistema neumático.

En principio la mayoría de equipos utilizarán la versión mecánica, ya que es más

eficiente y compacta. Sin embargo, es posible que algún equipo se decante por la

eléctrica ya que, aunque es menos eficiente porque debe convertir la energía mecánica

en eléctrica y viceversa, tiene la ventaja de que puede colocarse en cualquier lugar del

monoplaza (no como el mecánico que ha de estar cerca de la trasmisión).

4.4.2. Incidentes

El desarrollo del KERS ha estado rodeado de problemas. Algunos equipos se

opusieron a que se implementara en 2009, alegando problemas en el desarrollo y

asegurando que retrasando su salida al 2010 se reducirían los costes. Además, un

- 21 -

mecánico de BMW resultó herido por una descarga eléctrica mientras manipulaba un

monoplaza que contenía el dispositivo en cuestión y la fábrica de Red Bull Racing

hubo de ser evacuada por problemas de sobrecalentamiento con el KERS.1 Los

equipos convocaron una reunión en Hungría en la que se pretendía retrasar su

implantación hasta 2010; sin embargo, no se llegó a tal acuerdo. No todos los equipos

tuvieron listo el dispositivo para el inicio de la temporada, y algunas escuderías

anunciaron que no lo utilizarían en toda la temporada(“Freno regenerativo,” 2014).

4.5 Desarrollo del KERS

El uso del KERS se introdujo en los monoplazas de Fórmula 1 en el 2009 al finalizar los tests

en el Circuito de Montmeló, siendo los primeros en implementar con relativo éxito este

nuevo dispositivo la escudería BMW. Los pilotos de la escuderia Nick Heidfeld y Robert

Kubica, que se encontraban entre los pilotos con más peso corporal de la Fórmula 1

mostraron su preocupación debido a que el peso reglamentario de los coches siguió siendo el

mismo por lo que los pilotos que tenían mayor peso tenían menor lastre a repartir en el

coche.(“Freno regenerativo,” 2014)

La escudería Toyota empezó la temporada en el Gran Premio de Melbourne sin el sistema

KERS.

Ferrari presentó su modelo F60 el 12/01/2009 con el sistema KERS incorporado y lo

utilizó en el Gran Premio de Australia en Melbourne.

Renault fue el primer equipo en confirmar que usaría el sistema KERS en el Gran Premio

de Australia la semana del 06/04/2009

(“Movilidad sostenible,” 2014)

Si resulta ser un éxito, el KERS podría ser implementado en los coches de calle,

evidentemente no de la misma forma que en un Fórmula 1, sino usando continuamente

la energía obtenida de las frenadas para reducir el consumo de combustible, de lo que

se deduce que el KERS es un dispositivo ecológico.(“BOSH regeneracion de energia,”

n.d.)

- 22 -

La empresa Toyota, desde 1997, comercializa el modelo Prius el cual usa un sistema

de freno regenerativo; posteriormente desde el 2010, comercializa el modelo "Auris

Híbrido HSD" que entre otras mejoras implementa este tipo de freno regenerativo.

La empresa BMW, desde 2007 comercializa algunos modelos de serie con

motorizaciones diésel y gasolina bajo la denominación Efficient Dynamics que entre

otras mejoras incorpora un sistema que aprovecha la energía de frenado "Brake Energy

Regeneration". Este sistema, de momento se utiliza para recargar la batería del

vehículo sin necesidad de utilizar constantemente un alternador que mantenga la

batería cargada, así ahorra combustible o gana potencia, según se mire.

También la empresa Volvo hizo público en 2011 sus resultados en el desarrollo de un

sistema KERS propio de cara a implementarlo en sus vehículos de calle.

Las ventajas del dispositivo KERS en Fórmula 1 son bastante discutibles puesto que aunque

aporta algo de potencia extra durante unos pocos segundos, penaliza los tiempos por el peso

del propio dispositivo. La mayor parte de las escuderías que poseen este sistema en sus

monoplazas deciden si lo utilizan o no dependiendo del tipo de circuito, ya que lo que en

algunos circuitos es favorable en otros penaliza más de lo que aporta. En general en los

circuitos rápidos y con rectas largas (Monza, Spa) es mejor llevar KERS y en los más lentos

y sin grandes rectas (Mónaco, Singapur) es más favorable no llevarlo.

El 26 de julio de 2009 gana por primera vez un vehículo equipado con KERS una carrera de

Fórmula 1. El vehículo de la escudería McLaren-Mercedes y pilotado por Lewis Hamilton se

impuso en el circuito de Hungaroring, en Hungría.

El 23 de agosto de 2009 el GP de Europa realizado en el Circuito urbano de Valencia el

KERS volvió a dar de que hablar, ya que pese a que el coche ganador no llevaba esta

tecnología, el segundo y tercero llevaban KERS. Lo que pudo ser la segunda victoria del

KERS se obstaculizó por un error en el pit lane de la escudería McLaren-Mercedes, donde se

retrasó el coche de Lewis Hamilton y fue adelantado por el Brawn GP de Rubens

Barrichello.

El 30 de agosto de 2009 en el GP de Bélgica, en Spa-Francorchamps, los monoplazas que

aún mantienen el KERS han avanzado mucho, respecto a principios de temporada,

adjudicándose por segunda ocasión un monoplaza con KERS la victoria; esta vez fue el

- 23 -

Ferrari de Kimi Räikkönen, quien admitió que tanto en la salida (donde ganó 4 posiciones),

como luego de una bandera amarilla, atacó en las primeras tres curvas y en la salida de Eau

Rouge.

Utilizando KERS logró colocarse en la primera posición, y pese a que el Force India de

Giancarlo Fisichella era más veloz, pudo defender la posición hasta el final gracias a la

utilización del KERS en las rectas y en la salida de curvas más lentas, dicho así por el mismo

piloto.

Durante la temporada 2010 las escuderías acordaron no utilizar el sistema. En la temporada

2011 los monoplazas volvieron a incorporarlo.

4.5.1. KERS en la IndyCar 2012

La serie IndyCar Series planea utilizar un sistema similar al KERS de la Fórmula uno

en compensación a la potenciación de los próximos motores de cara a la temporada

2012.

Tecnología del automóvil de Bosch[16]

Cuando un vehículo convencional frena, gran parte de la energía cinética se convierte

en calor por la fricción del freno y se emite al medio ambiente sin aprovecharse.

Los vehículos híbridos y eléctricos pueden recuperar parte de la energía cinética.

Cuando se frena con un vehículo híbrido o eléctrico, el motor eléctrico cambia al modo

de alternador. Las ruedas transfieren la energía cinética a través del tren de transmisión

al alternador. El alternador adopta una función similar a la de la dinamo de una

bicicleta y transforma parte de la energía cinética en energía eléctrica que, a

continuación, se almacena en una batería de alta tensión. Al mismo tiempo, la

resistencia del alternador producida a partir de la electricidad creada detiene el

vehículo. Cuando se necesita más par de frenado del que puede proporcionar el

alternador por sí solo, se utilizan los frenos de fricción. La energía eléctrica

almacenada en la batería de alta tensión del vehículo está disponible para que el motor

eléctrico la utilice para arrancar y acelerar.

- 24 -

En muchos casos, la capacidad de frenado del alternador es suficiente para reducir la

velocidad del vehículo tanto como es necesario. Los frenos de fricción se utilizan con

menos frecuencia; por ejemplo, en el caso de una deceleración rápida, en velocidades

muy bajas y durante las paradas.

El frenado con recuperación de energía permite aumentar la autonomía de los

vehículos eléctricos y ayuda a ahorrar combustible en los vehículos híbridos, así como

a reducir las emisiones de CO2 y contaminantes, especialmente en el tráfico urbano,

en el que se frena y acelera con frecuencia. Además, el uso del alternador para el

frenado reduce también el desgaste de los frenos y la acumulación de polvo de

frenado.

5. Movilidad Sostenible

Movilidad sostenible es un concepto nacido de la preocupación por los problemas

medioambientales y sociales ocasionados por la generalización, durante la segunda mitad del siglo

XX, de un modelo de transporte urbano basado en el coche particular. Los inconvenientes de este

modelo, entre los que destacan la contaminación del aire, el consumo excesivo de energía, los

efectos sobre la salud de la población o la saturación de las vías de circulación, han provocado una

voluntad colectiva por encontrar alternativas que ayuden a paliar los efectos negativos de este

modelo y a idear un nuevo modelo de ciudad sostenible.(“Movilidad sostenible,” 2014)

Se entiende por actuaciones de movilidad sostenible aquellas que ayudan a reducir dichos efectos

negativos, ya sean prácticas de movilidad responsable por parte de personas sensibilizadas con

estos problemas (desplazarse a pie, en bicicleta o en transporte público en lugar de en coche

siempre que sea posible, compartir un coche entre varios compañeros para acudir al trabajo, etc.),

desarrollo de tecnologías que amplíen las opciones de movilidad sostenible por parte de empresas

o decisiones de las administraciones u otros agentes sociales para sensibilizar a la población o

promover dichas prácticas. A menudo el concepto de movilidad sostenible se vincula a las nuevas

tecnologías desarrollar los vehículos eléctricos a batería, los híbridos (Honda Insight, Toyota Prius)

o los vehículos eléctricos impulsados con pila de combustible de hidrógeno (Honda FCX Clarity)

entre otros.(“Movilidad sostenible,” 2014)

Las políticas de movilidad sostenible llevadas a cabo por las administraciones públicas se centran

en reducir la congestión de las vías al mismo tiempo que se reduce el consumo de combustibles

fósiles contaminantes, por lo que a menudo impulsan el uso de vehículos de propulsión alternativa

a través de ayudas a la compra, que gestionan las comunidades autónomas.

- 25 -

METODOLOGÍA

1. Generalidades

Para realizar el frenado dinámico del motor brushless DC(Kim & Yang, 2009), es necesario como

en cualquier otro tipo de motor DC, aumentar la carga en el embobinado, de tal manera que el

campo generado en éste aumente, reduciendo la velocidad del rotor.

La motocicleta eléctrica yongkank skooda (Figura 4) posee un sistema que controla su velocidad

de acuerdo a las necesidades del usuario, sin embargo el frenado del motor se realiza de forma

tradicional ya que utiliza la fricción por medio de bandas. El equipamiento viene compuesto desde

fabrica por un banco de cuatro baterías de 12V a 18A, conectadas en serie, encargadas de entregar

la alimentación al Driver del motor que a su vez entrega una señal AC trifásica por medio del

control PWM al motor (Peak & Plunkett, 1983), además este motor tipo brushless utiliza tres

sensores de efecto Hall (Figura 5)(Fedullo & Delagrammatikas, 2011) que detectan el campo

magnético para obtener la posición del motor, adicional existe un dispositivo convertidor de 48V a

12V para garantizar el nivel de voltaje correcto para las demás piezas eléctricas de la motocicleta

como luces, bocina y testigos.

Figura 4. Motocicleta Eléctrica Yongkank Skooda

- 26 -

Figura 5. Sensores de Efecto Hall.

Tabla 1.Alimentación Motor Mínima y Máxima Voltaje vs Frecuencia.

Voltaje entre fase y masa Frecuencia

34,3 V 169Hz

13,7 V 37,5Hz

Tabla 2.Valores Cargador.

Voltaje Corriente

58 Voltios 2,3 A

Tabla 3.Valores Funcionamiento Voltaje Motor.

Voltaje Mínimo Baterías Voltaje Carga Alta

46 Voltios 58 V

- 27 -

2. Diseño y Construcción del Dispositivo

El sistema se desarrolla en varias etapas: se dio inicio con la investigación de KERS

(Kinetic Energy Recovery System, que es un dispositivo que permite reducir la velocidad

de un vehículo transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica, la cual es

almacenada para un uso futuro), sistema desarrollado por algunas firmas del automovilismo,

también se investigó sobre los adelantos nacionales en el uso de las motocicletas eléctricas

y sus generalidades, tecnología que se está adentrando en el territorio Colombiano por

ofrecer una alternativa de movilidad versátil y a muy bajo costo, posteriormente se integró

la recepción de los datos iniciales del sistema, la siguiente etapa consistió en la construcción

de dispositivos que permitieran obtener la energía de forma eléctrica con corrientes y

voltejes asociados a los parámetros de operación de los dispositivos de control y potencia,

los cuales fueron dispuestos para lograr almacenar la energía eléctrica recuperada en un

módulo de ultracondensadores, finalmente se implementa el sistema para redistribuir la

carga almacenada en el circuito de iluminación de la motocicleta, adicional se crea una

interfaz de visualización la cual otorga al usuario información en tiempo real sobre el estado

de carga del sistema, y por último la etapa de análisis de resultados y factores de mejora

para futuras investigaciones y tecnologías.

A continuación se muestra el diagrama de bloques general que representa la adición del

prototipo de recuperación de energía al sistema inicial de la motocicleta (Figura 6).

Figura 6.Diagrama General.

- 28 -

En el diagrama de la figura 7 se muestra detalladamente la configuración del prototipo,

donde se observa que el sistema de recuperación está compuesto por diferentes etapas que

procesan la energía para obtener como resultado la alimentación de las luces de la

motocicleta, alternando el uso del banco de condensadores con las baterías.

Figura 7.Diagrama Específico.

La primera fase del proceso de construcción que se denomina Adquisición de Señales

Estándar de Motor, es aquella en donde se captura la señal eléctrica saliente de las tres fases

que caracterizan el diseño del prototipo y delimitan los parámetros máximos de corriente y

voltaje que suministra el motor. (Tabla 4).

Tabla 4.Máximos Entregados AC.

Muestra Velocidad (Km/H) Voltaje AC (V) Corriente (A)

1 10 1.25 23

2 20 1.85 32

3 30 2.3 48

4 40 3.3 55

5 50 4 79

- 29 -

Posteriormente la señal trifásica fue tratada a través de un puente rectificador (Figura 8),

con lo que se obtuvo una tensión DC (Tabla 5) proporcional a la velocidad.

Figura 8.Puente Rectificador Trifásico.

(“Laboratorio de Electrónica Industrial » Experienci,” n.d.)

Tabla 5.Máximos Entregados DC.

Muestra Velocidad (Km/H) Voltaje DC (V) Corriente (A)

1 30 20 8

2 55 40 16

3 80 60 24

Una vez caracterizado el motor y obtenida una señal DC, se construye el conmutador

“propulsor – generador” que es el encargado de cerrar el circuito prototipo de carga al

momento de presentarse los siguientes escenarios: cuando es accionado el interruptor de

frenado que a su vez deshabilita el Driver de motor y/o cuando no se esté accionado el

sistema de aceleración de la moto; lo que envía señales eléctricas al coordinador de tareas,

que físicamente es el Psoc5, que se encarga de activar el circuito de conmutación mediante

un control de potencia con optoacopladores y módulos relé (Figura 9), para la anterior tarea

se conmutan dos relés y los dos restantes están dispuestos para las rutinas de carga y

descarga del banco de ultracondensadores, lo cual se explicará más adelante; adicional se

integró un sistema de control a través de un conversor análogo – digital, que actúa como

- 30 -

protección para el sistema de recuperación, interrumpiendo la conmutación cuando el

voltaje a la salida de la rectificación supera el umbral de operación del sistema.

Figura 9. Módulos Relé.

En la segunda etapa se implementó un circuito para regular la señal del voltaje con la que se

carga el banco de condensadores; para lo anterior se configuró el circuito que se presenta a

continuación (Figura 10), compuesto por un Convertidor de DC / DC reductor tipo Buck y

un TIP 35 con el fin de no sobrepasar los límites de operación de cada ultracondensador

según su registro de características.

Figura 10. Reductor Tipo Buck

- 31 -

3. Almacenamiento

Los ultracondensadores conocidos como condensadores electroquímicos de doble capa,

supercapacitores, pseudocapacitores, supercondensadores, ultracapacitores, estos tienen

un gran período de operación y tensión, capacidad de proporcionar elevados valores de

corriente (Abo-Elyousr, Kamel, Abo-zeid, & Abd-elbar, 2013).

Los condensadores electrolíticos típicos pueden llegar a capacidades del orden de

centenares de μF, mientras que los ultracondensadores presentan capacidades de

centenares de Faradios incluso hasta 3.000 F o 5.000 F. Esto supone un incremento de 6

órdenes de magnitud en la capacidad, aunque presentan el inconveniente de que su tensión

nominal es usualmente más baja (Carreira, Domingos Marques, & Sousa, 2014),

adicionalmente son elementos de fuente de energía alternativa, empleados en automóviles

híbridos, apoyo energético, transferencia de potencia.

Se utilizan 20 ultracondensadores para el diseño y adaptación del banco, cada uno con una

capacitancia de 500F, y una tensión máxima de alimentación de 2.7V, de la casa fabricante

es Green-Cap, ubicada en Singapur, el dispositivo que se puede visualizar en la Figura 11.

Figura 11. Ultracondensadores en Físico.

El diseño del banco de ultracondensadores se empieza con el análisis y los cálculos

matemáticos, para lo cual se utilizaron las mismas ecuaciones de condensadores

convencionales (Ecuaciones 1 y 3), porque estos tienen el mismo comportamiento de carga

y descarga, lo que cambia es su construcción interna y el valor de capacitancia. Como se

comentó anteriormente, cada ultracondensador es de 500 F y aunque se puede conectar a

una fuente de alimentación sin resistencia externa para la recarga, la constante de tiempo se

genera por su carga resistiva interna ESR (Moungngam, Songprakorp, Chomsuwan, &

Phatrapornnant, 2014), por lo que el tiempo es muy largo cuando se recargan en una

- 32 -

configuración netamente paralela, por lo tanto se eligió una configuración mixta,

conformada por 4 circuitos conectados en paralelo, cada uno ellos compuesto por cinco 5

ultracondensadores unidos en serie (Figura 12).

Figura 12. Configuración Mixta en Banco de Ultracondensadores.

A continuación se presenta el circuito equivalente del banco de condensadores, el cual se

calculó con el fin de aplicar ecuaciones de capacidad, resistencia y tiempo (Figura

13)(Ecuaciones 1 a 6).

Figura 13. Circuito Equivalente.

- 33 -

𝐶𝑠1 = 1

1

𝐶1+

1

𝐶2+

1

𝐶3+

1

𝐶4+

1

𝐶5

(1).

𝐶𝑠1 = 1

1

500+

1

500+

1

500+

1

500+

1

500

𝐶𝑠1 = 100𝐹

Como el valor de la capacidad de todos los condensadores es el mismo, tenemos:

𝐶𝑠1 = 𝐶𝑠2 = 𝐶𝑠3 = 𝐶𝑠4 = 100𝐹 (2).

𝐶𝑒𝑞 = 𝐶𝑠1 + 𝐶𝑠2 + 𝐶𝑠3 + 𝐶𝑠4 = 400𝐹 (3).

Teniendo en cuenta que cada condensador tiene un límite máximo de voltaje de 2.7V

tenemos:

𝑉𝐶𝑠1 = 𝑉𝐶1 + 𝑉𝐶2 + 𝑉𝐶3 + 𝑉𝐶4 + 𝑉𝐶5 (4).

𝑉𝐶𝑠1 = 2.7𝑣 + 2.7𝑣 + 2.7𝑣 + 2.7𝑣 + 2.7𝑣

𝑉𝐶𝑠1 = 13.5𝑣

𝑉𝐶𝑠1 = 𝑉𝐶𝑠2 = 𝑉𝐶𝑠3 = 𝑉𝐶𝑠4 = 13.5𝑣 (5).

La carga total se calcula con la siguiente ecuación: 𝑞𝑒𝑞 = 𝐶𝑒𝑞 𝑉𝐴𝐵 (6).

𝑞𝑒𝑞 = 400𝐹 .13.5𝑉

𝑞𝑒𝑞 = 5400 𝐶

- 34 -

Se calcula el Tao de manera experimental obteniendo un Tao de:

𝜏 = 109𝑠

𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑅 273𝑚𝜴

Finalmente se determina hacer uso de la energía recuperada y almacenada en el banco,

reutilizándola en el circuito principal de luces de la motocicleta, por lo cual fue necesario

acoplar un módulo elevador DC – DC tipo boost (Figura 14) a la salida del banco, con el

fin de mantener un nivel constante de 12V, necesario para alimentar el circuito de las luces.

Figura 14. Módulo Elevador DC – DC Boost

La carga y descarga del banco de ultracondensadores, se administra a través del Psoc5 el

cual envía señales para conmutar los dispositivos relé dispuestos dentro del módulo

general, se utiliza un relé de carga y uno de descarga. El banco se mantiene en estado de

carga siempre que el conmutador “propulsor – generador” esté activado. Por otra parte la

descarga del sistema depende del nivel de voltaje existente en el banco, en donde solo una

vez se alcance el valor de 11V el sistema de luces va a empezar a operar con la

alimentación del banco, pero si el valor del voltaje de almacenamiento desciende de los 7V,

automáticamente se conmuta la suplencia del banco a las baterías principales de la

motocicleta.

- 35 -

RESULTADOS

1. Pruebas Reales de Funcionamiento

Se realizaron pruebas de funcionamiento con el sistema de recuperación apagado y se

obtuvieron los siguientes datos de comportamiento de la motocicleta:

Prueba 1

(Luces Encendidas).

Tabla 6. Sistema Apagado, Luz Encendida.

Vuelta Odómetro Vuelta Odómetro Vuelta Odómetro

0 991,6 30 998,9 60 1006,3

5 992,8 35 1000,1 65 1007,7

10 994 40 1001,4 70 1008,8

15 995,2 45 1002,6 75 1010

20 996,5 50 1003,9 80 1011,2

25 997,7 55 1005,1 82 1011,6

Valor Inicial Odómetro Km 991,6

Valor Final Odómetro Km 1011,6

Cantidad de vueltas 82

Distancia por vuelta Km 0,244

Distancia Km 20

Luces Encendidas

Tiempo 58:37 minutos

- 36 -

Prueba 2

(Luces Apagadas).

Tabla 7. Sistema Apagado, Luz Apagada.


0 1011,9 35 1020,3 70 1028,9

5 1013,1 40 1021.6 75 1030,1

10 1014,3 45 1022.8 80 1031,3

15 1015,5 50 1024 85 1032,5

20 1016,7 55 1025,2 90 1033,8

25 1017,9 60 1026,4 95 1035

30 1019,1 65 1027,6

Valor Inicial Odómetro 1011,9

Valor Final Odómetro 1035


Distancia por vuelta 0,243

Distancia Km 23,1

Luces Apagadas

Tiempo 1:01:30 minutos

Prueba 3

(Luces Encendidas – Banco de Almacenamiento Funcionando).

Se realizan pruebas de funcionamiento del sistema de recuperación acoplado con la

motocicleta, de forma que se obtienen los siguientes resultados:

- 37 -

Tabla 8. Sistema Encendido, Luz Encendida.


0 959,7 30 967 60 974,2

5 961 35 968,3 65 975,4

10 962,2 40 969,4 70 976,6

15 963,4 45 970,7 75 977,9

20 964,6 50 971,9 80 979

25 965,9 55 973,1 85 980,3

90 981,6

Valor Inicial Odómetro 959,7

Valor Final Odómetro 981,6


Distancia por vuelta 0,242

Distancia Km 21,9

Luces Encendidas

Tiempo 1:01:12 minutos

2. Incremento de Autonomía

De acuerdo a los datos obtenidos en las pruebas con las luces encendidas, se observa que el

número total de vueltas se incrementa en 8 unidades, cuando se utiliza el sistema de

recuperación, respecto a las 82 dadas con el sistema apagado. Además este incremento en la

autonomía también se representa en los 1.9Km adicionales recorridos.

En la ecuación 7 se determina el porcentaje de autonomía por Kilometraje adicional:

20 100%1,9 X

= 190

20= 9% (7)

- 38 -

3. Carga vs Tiempo

Los resultados de carga en el banco de condensadores se presentan a continuación, el

recorrido por muestra "vuelta" es aproximadamente de 0,235Km para un total de 4.7Km

recorridos.

Tabla 9. Carga Banco de Condensadores.

Muestra Tiempo (Min:Sec) Voltaje (V) Muestra Tiempo (Min:Sec) Voltaje (V)

1 00:00 3.5 11 06:54 10.1

2 01:05 4.7 12 07:30 10.3

3 01:55 5.7 13 08:09 10.6

4 02:29 6.2 14 09:02 11

5 03:12 6.8 15 09:43 11.3

6 03:47 7.5 16 10:34 11.6

7 04:27 8.2 17 11:16 11.8

8 04:58 8.7 18 12:07 11.9

9 05:36 9.2 19 12:52 12.1

10 06:14 9.7 20 13:34 12.3

Figura 15.Voltaje / Tiempo.

- 39 -

4. Adaptación de Prototipo

A continuación se presentan algunas imágenes reales del prototipo en conjunto con la

motocicleta:

Figura 16. Adición del Prototipo.

Figura 17. Adecuación de Compartimiento.

- 40 -

Figura 18. Control Sistema de Regeneración.

- 41 -

CONCLUSIONES

Se obtiene un sistema de recuperación de energía que durante los tiempos de frenado,

convierte la señal de un motor brushless en función generador, en una señal apta en voltaje

y corriente que permite realizar el ciclo de carga de un banco de ultracondensadores que

bajo la configuración serie - paralelo se disponen adaptando su salida de voltaje

consiguiendo suplir en momentos específicos la alimentación de energía en las luces de la

motocicleta.

Se hace evidente que existe un nivel de energía generada pero inutilizada o desperdiciada en

la cotidianidad del desplazamiento de una motocicleta eléctrica, lo cual en la mayoría de

casos para desapercibido para el usuario, de modo que al desarrollar estudios y sistemas

como este, se comprende que dicha energía una vez es tratada y recuperada, puede ser muy

útil y contributiva para autonomía del mismo vehículo, lo cual finalmente representa una un

ahorro en términos energéticos y monetarios.

Los sistemas de almacenamiento de energía basados en ultracondensadores, resultan

bastante eficientes y muy asertivos en este tipo de aplicaciones, en donde el común

denominador es la carga y descarga constante, teniendo en cuenta que su composición

interna permite la operación bajo un régimen exigente, ofreciendo una vida útil bastante

elevada.

El uso de ultracondensadores resulta adecuado y muy confiable para la adaptación de

bancos de almacenamiento ya que por trabajar de la misma forma y bajo el mismo principio

que un capacitor universal permiten diseñar y probar diferentes configuraciones serie y

paralelo, con el respaldo de mantener una alta capacitancia.

- 42 -

TRABAJO FUTURO

Implementar un mecanismo que permita configurar y alternar el modo de carga y descarga

del banco de almacenamiento, teniendo en cuenta que dependiendo de dichas conexiones

se puede lograr mejorar la autonomía de la motocicleta al aumentar el tiempo en los taos de

descarga de los ultracondensadores y elevar la velocidad de carga.

Replantear y adecuar el uso de la energía recuperada en otro proceso adicional al del

sistema de luces de la motocicleta, ya sea propio o externo.

Teniendo en cuenta la tecnología de frenos ABS, se plantea realizar mejoras en el

accionamiento del sistema de regeneración para que dentro de las características del

frenado por absorción de energía, se supla el comportamiento de la tecnología.

Generar un control que incorpore experiencias de recorridos y usos frecuentes que

permitan a través de una interfaz amigable, que el usuario conozca y determine el uso del

sistema.

- 43 -

BIBLIOGRAFIA

a-BM-motors-3. (n.d.). Retrieved November 6, 2014, from

http://www.southernsoaringclub.org.za/a-BM-motors-4.html

Abo-Elyousr, F. K., Kamel, R. M., Abo-zeid, H., & Abd-elbar, F. (2013). Characterization and

effectiveness of an ultracapacitor bank to enhance a battery electric vehicle energy storage

system dynamics (pp. 235–241). http://doi.org/10.1109/ICEMS.2013.6754420

Afjei, E., Hashemipour, O., Saati, M. A., & Nezamabadi, M. M. (2007). A NEW HYBRID

BRUSHLESS DC MOTOR/GENERATOR WITHOUT PERMANENT MAGNET, 20(1).

BOSH regeneracion de energia. (n.d.). Retrieved from

http://www.bosch-automotivetechnology.com/es/com/component_com/SF_PC_AS_Regene

rative-Braking-Systems_SF_PC_Active-Safety_2575.html?compId=2572

Carreira, D., Domingos Marques, G., & Sousa, D. M. (2014). Hybrid energy storage system

joining batteries and supercapacitors (pp. 1–6). http://doi.org/10.1109/PEDG.2014.6878712

Correa P., G., Fernandez, D., Gaudiano, M., Mathe, L., Moschen, E., & Munoz, P. (2014).

Dimensionamiento y gesti #x00F3;n de la energ #x00ED;a #x00F3;ptimos en un veh

#x00ED;culo el #x00E9;ctrico a pila de combustible utilizando modelos din #x00E1;micos

del veh #x00ED;culo (pp. 792–797). http://doi.org/10.1109/ARGENCON.2014.6868590

DiGiovine, C. P., Cooper, R. A., & Dvornak, M. J. (n.d.). Modeling and analysis of a manual

wheelchair coast down protocol (Vol. 5, pp. 1888–1891). IEEE.

http://doi.org/10.1109/IEMBS.1997.758702

El problema de la contaminación ambiental. (n.d.). Retrieved from

http://www.ecoportal.net/Temas_Especiales/Contaminacion/El_problema_de_la_contamina

cion_ambiental

Freno regenerativo. (2014, August). Retrieved from

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Freno_regenerativo&oldid=74767057

GreenTiger Electric Model Digital-300. (n.d.). Retrieved August 17, 2014, from

http://www.clickbd.com/bangladesh/335751-greentiger-electric-model-digital-300.html

- 44 -

Hartley, J. A. A., McLellan, R. G., Richmond, J., Day, A. J., & Campean, I. F. (2011).

Regenerative braking system evaluation on a full electric vehicle (pp. 73–86). Woodhead

Publishing Limited. http://doi.org/10.1533/9780857095879.1.73

Ieee, Applications, & Ma. (2011). Development of zero-emission vehicles. IEEE.ORG/IA S.

http://doi.org/10.1109/MIAS.2010.939811

Jeongwoo Lee, & Nelson, D. J. (n.d.). Rotating Inertia Impact on Propulsion and Regenerative

Braking for Electric Motor Driven Vehicles (pp. 308–314). IEEE.

http://doi.org/10.1109/VPPC.2005.1554575

Klocke, F., Lung, D., Schlosser, R., Dobbeler, B., & Buchkremer, S. (2012). Ecological lifecycle

assessment of an electric drive for the automotive industry (pp. 1–6).

http://doi.org/10.1109/EDPC.2012.6425130

Liu, C., Chau, K. T., & Jiang, J. Z. (2008). A permanent-magnet hybrid in-wheel motor drive for

electric vehicles. In 2008 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, VPPC 2008.

http://doi.org/10.1109/VPPC.2008.4677525

Luis Martinez Brocal Contreras. (2014, May). Controlador de Motor Brushless DC para Arduino.

Madrid: Universidad pontificia Comillas.

Moto Eléctrica || Zero SR || ZERO MOTORCYCLES. (n.d.). Retrieved November 6, 2014, from

http://www.zeromotorcycles.com/es/zero-s-sr

Motocicleta eléctrica. (2014, July). Retrieved from

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motocicleta_el%C3%A9ctrica&oldid=75921232

Motor eléctrico sin escobillas. (2014, June). Retrieved from

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motor_el%C3%A9ctrico_sin_escobillas&oldid=6

4748214

Moungngam, W., Songprakorp, R., Chomsuwan, K., & Phatrapornnant, T. (2014). Applied

supercapacitor to energy storage during regenerative brake state in electric vehicle (pp. 1–6).

http://doi.org/10.1109/ECTICon.2014.6839867

Movilidad sostenible. (2014, July). Retrieved from

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Movilidad_sostenible&oldid=74993074

- 45 -

Plug-in de penetración y los incentivos de mercado del vehículo eléctrico: una revisión global.

(n.d.). Retrieved September 2, 2015, from

http://www.cabi.org.bdigital.udistrital.edu.co:8080/environmentalimpact/abstract/20153215

260

Supercondensador. (2014, October). Retrieved from

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Supercondensador&oldid=76596116

Tansel, I., Nedbouyan, A., & Trujillo, M. (n.d.). Design of a smart workpiece holder (SWH) to

extend the useful life of micro-tools (Vol. 1, pp. 116–120). IEEE.

http://doi.org/10.1109/IECON.1995.483343

TECHNICAL SPECIFICATION ISO / TS. (2009), 2009. Retrieved from

http://www.iso.org/iso/home.html

Zapata, F. D. E., & El, E. (n.d.). T e m a 6 . - f r e n o s.

SISTEMA DE RECUPERACION DE ENERGIA CINETICA...

Documents

Transcript of SISTEMA DE RECUPERACION DE ENERGIA CINETICA...