Guía docente de la asignatura

SISTEMAS ELÉCTRICOS

PARA VEHÍCULOS DE

PROPULSIÓN ELÉCTRICA

Titulación: Máster en Ingeniería Industrial Curso 2015-2016

1. Datos de la asignatura

Nombre Sistemas Eléctricos para Vehículos de Propulsión Eléctrica

(Electrical systems for electric power vehicles)

Materia Vehículos de Propulsión Eléctrica (VPE)

Módulo Bloque de optativas 3

Código 223102011

Titulación Máster en Ingeniería Industrial

Plan de estudios 2013

Centro Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial

Tipo Optativa

Periodo lectivo Cuatrimestral Cuatrimestre 1 Curso 2º

Idioma Español

ECTS 3 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 90

2. Datos del profesorado

Profesor responsable Juan Alvaro Fuentes Moreno

Departamento Ingeniería Eléctrica

Área de conocimiento Ingeniería Eléctrica

Ubicación del despacho 1ª Planta Edificio del Antiguo Hospital de Marina -Ala Este-

Teléfono 968 325 604 Fax 968 325 356

Correo electrónico juanalvaro.fuentes@upct.es

URL / WEB http://www.upct.es/die

Horario de atención / Tutorías Según se indique en Aula Virtual

Ubicación durante las tutorías Despacho del profesor

Titulación Doctor Ingeniero Industrial por la UPCT

Vinculación con la UPCT Profesor Titular de Universidad

Año de ingreso en la UPCT 1996

Nº de quinquenios (si procede) 3

Líneas de investigación (si procede) Integración de energía eólica Simulación de sistemas eléctricos

Nº de sexenios (si procede) 2

Experiencia profesional (si procede)

Otros temas de interés

3. Descripción de la asignatura

3.1. Descripción general de la asignatura

La utilización de los motores eléctricos en los futuros coches es cada vez mayor, tal y como se puede comprobar por el aumento de la oferta de éstos por los fabricantes de coches. Lo que todavía queda por ver es cuál será la solución tecnológica de tipo de motor y de almacenamiento de energía eléctrica que mejor cumpla con las restricciones tecnológicas, económicas y sociales presentes a día de hoy. Debido a ello, en esta asignatura se presentarán los tipos de motores eléctricos más utilizados en la actualidad así como diversas técnicas de control de la velocidad de éstos. Además se presentarán los elementos de almacenamiento de energía más utilizados en este tipo de vehículos en la actualidad.

3.2. Aportación de la asignatura al ejercicio profesional

Dada la diversidad de los temas que se tratan en esta asignatura y a su amplio rango de aplicaciones, se puede decir que los conocimientos aportados en ésta difícilmente no serán de aplicación en el futuro ejercicio profesional del Ingeniero Industrial.

3.3. Relación con otras asignaturas del plan de estudios

Los contenidos impartidos en esta asignatura están directamente relacionados con el bloque de optativas donde se encuentra. En concreto, la asignatura de Fundamentos de Vehículos de Propulsión Eléctrica (VPE) presentará las distintas arquitecturas así como los fundamentos para la dimensión de éstos, la asignatura de Electrónica de Potencia para VPE la temas electrónicos y su control y la asignatura de Sistemas de Control Integrados para VPE los fundamentos de la gestión energética y la problemática de la sensorización de éstos.

3.4. Incompatibilidades de la asignatura definidas en el plan de estudios

No existen incompatibilidades.

3.5. Recomendaciones para cursar la asignatura

Dado que la asignatura se encuentra en un bloque de optativas del segundo año del máster, las asignaturas recomendadas para cursar ésta, como son circuitos, máquinas eléctricas y control, ya han sido superadas por el alumno.

3.6. Medidas especiales previstas

En el caso de alumnos con algún tipo de discapacidad que pueda afectarle en el desarrollo de la asignatura, éste debe comunicarlo al profesor responsable al comienzo del cuatrimestre.

4. Competencias y resultados del aprendizaje

4.1. Competencias básicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

CB01. Haber adquirido conocimientos avanzados y demostrado, en un contexto de investigación científica y tecnológica o altamente especializado, una comprensión detallada y fundamentada de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología de trabajo en el campo de la Ingeniería Industrial. CB02. Saber aplicar e integrar sus conocimientos, la comprensión de estos, su fundamentación científica y sus capacidades de resolución de problemas en entornos nuevos y definidos de forma imprecisa, incluyendo contextos de carácter multidisciplinar tanto investigadores como profesionales altamente especializados. CB03. Saber evaluar y seleccionar la teoría científica adecuada y la metodología precisa de sus campos de estudio para formular juicios a partir de información incompleta o limitada incluyendo, cuando sea preciso y pertinente, una reflexión sobre la responsabilidad social o ética ligada a la solución que se proponga en cada caso. CB04. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. CB05. Saber transmitir de un modo claro y sin ambigüedades a un público especializado o no, resultados procedentes de la investigación científica y tecnológica o del ámbito de la innovación más avanzada, así como los fundamentos más relevantes sobre los que se sustentan. CB06. Haber desarrollado la autonomía suficiente para participar en proyectos de investigación y colaboraciones científicas o tecnológicas dentro la Ingeniería Industrial, en contextos interdisciplinares y, en su caso, con una alta componente de transferencia del conocimiento.

4.2. Competencias generales del plan de estudios asociadas a la asignatura

CG01. Tener conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de: métodos matemáticos, analíticos y numéricos en la ingeniería, ingeniería eléctrica, ingeniería energética, ingeniería química, ingeniería mecánica, mecánica de medios continuos, electrónica industrial, automática, fabricación, materiales, métodos cuantitativos de gestión, informática industrial, urbanismo e infraestructuras. CG02. Proyectar, calcular y diseñar productos, procesos, instalaciones y plantas.

4.3. Competencias específicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

Conocimientos y capacidades para el cálculo y diseño de los sistemas eléctricos, electrónicos y de control de los vehículos de propulsión eléctrica.

4.4. Competencias transversales del plan de estudios asociadas a la asignatura

Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos.

4.5. Resultados del aprendizaje de la asignatura

Al superar la asignatura los alumnos deberán haber obtenido los siguientes resultados: R1) Conocer la problemática de la integración de los vehículos eléctricos en las redes eléctricas R2) Comprender y aplicar los modelos dinámicos de las máquinas eléctricas utilizadas en los vehículos eléctricos R3) Diseñar el control de las máquinas eléctricas utilizadas en los vehículos eléctricos R4) Conocer las distintas formas de almacenar energía en los vehículos eléctricos R5) Utilizar herramientas informáticas orientadas al análisis y diseño de los sistemas eléctricos de los vehículos eléctricos

5. Contenidos

5.1. Contenidos del plan de estudios asociados a la asignatura

Fundamentos de máquinas eléctricas utilizadas en la propulsión. Almacenamiento en baterías. Almacenamiento en supercondensadores. Almacenamiento en volantes de inercia. Pilas de combustible. Hibridación de sistemas de acumulación.

5.2. Programa de teoría

TEMA I.- INTEGRACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA TEMA II.- LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS EN LOS VEHÍCULOS DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA

Máquinas de continua con y sin escobillas Máquinas síncronas de imanes permanentes Máquinas asíncronas Máquinas de reluctancia variable

TEMA III.- CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Control de la máquina de continua Control escalar de la máquina asíncrona Control vectorial de la máquina asíncrona Control directo de par de la máquina asíncrona Control vectorial de la máquina síncrona de imanes permanentes Control de máquinas de reluctancia variable

TEMA IV.- ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN VEHÍCULOS DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA Sistemas con baterías Sistemas con condensadores Sistemas con pilas de combustible Sistemas con volantes de inercia Hibridación de sistemas de acumulación

5.3. Programa de prácticas

1.‐ Introducción a Scilab/Xcos: aplicación al modelado de máquinas eléctricas 2.‐ Simulación de máquinas de inducción 3.‐ Simulación del control vectorial de máquinas de inducción 4.- Simulación del control directo de par de la máquina de inducción 5.- Simulación del control vectorial del motor síncrono de imanes permanentes

Prevención de riesgos

La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria.

Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un “Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos” que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de

actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente.

En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.

5.4. Programa de teoría en inglés (unidades didácticas y temas)

UNIT I.- INTEGRATION OF ELECTRIC VEHICLES IN ELECTRIC ENERGY SYSTEMS UNIT II.- ELECTRIC MACHINES IN ELECTRIC VEHICLES

DC machines and brushless DC machines Permanent magnet synchronous machines Induction machines Variable reluctance machines

TEMA III.- CONTROL OF ELECTRIC MACHINES DC-machine control Induction machine scalar control Induction machine vector control Induction machine direct torque control Permanent magnet synchronous machine vector control Variable reluctance machine control

TEMA IV.- ENERGY STORAGE IN ELECTRIC VEHICLES Battery systems Capacitor systems Fuel cell systems Flywheel systems Hybridization of energy storage systems

5.5. Objetivos del aprendizaje detallados por unidades didácticas

Los objetivos del aprendizaje detallados por unidades didácticas son los siguientes: TEMA I.- INTEGRACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Presentar el posible impacto que la integración a gran escala de los vehículos eléctricos pueda tener en las redes eléctricas

TEMA II.- LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS EN LOS VEHÍCULOS DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA Establecer los modelos dinámicos de los distintos tipos de máquinas eléctricas

utilizados en los vehículos eléctricos TEMA III.- CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Presentar los distintos tipos de control de las máquinas utilizadas en los vehículos eléctricos

Introducir técnicas para el diseño del sistema de control de la máquina

TEMA IV.- ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN VEHÍCULOS DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA Presentar diversas formas de almacenamiento de energía en los vehículos y los

sistemas utilizados para su conversión en energía eléctrica.

6. Metodología docente

6.1. Metodología docente

Actividad Técnicas docentes Trabajo del estudiante Horas

Clase de teoría

Clase expositiva basada en la técnica de la lección magistral con variantes de aprendizaje cooperativo informal. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes.

Presencial: Toma de apuntes. Planteamiento de dudas. Realización de actividades de aprendizaje cooperativo informal.

14

No presencial: Estudio de la materia

15

Clase de problemas

Se resolverán problemas tipo. Se enfatizará el trabajo en plantear métodos de resolución y no en los resultados. Se plantearán problemas similares para que los alumnos los resuelvan en pequeños grupos con la ayuda del profesor

Presencial: Participación activa. Resolución de ejercicios. Planteamiento de dudas.

6

No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor tanto en clase como en la bibliografía.

10

Clase de prácticas

Sesiones informáticas necesarias como apoyo a la comprensión de contenidos teóricos, adquiriendo habilidad en el uso de paquetes informáticos.

Presencial: Realización de simulaciones y de esquemas de control de máquinas, adquisición de datos eléctricos y mecánicos necesarios para la realización de un informe de prácticas.

10

No presencial:

Actividades de trabajo cooperativo

Planteamiento de simulaciones complementarias para que los alumnos en grupos adquieran un valor añadido en su visión de la materia

Presencial:

No presencial: Puesta en común y discusión de soluciones planteadas a las propuestas realizadas por el profesor

6

Tutorías

Resolución de dudas, habitualmente de forma individual aunque también se incluye la posibilidad de grupos, acerca de la materia teórica, las prácticas o las actividades de trabajo cooperativo propuestas.

Presencial: Planteamiento de dudas en horario de tutorías

6

No presencial:

Trabajos propuestos

Actividad individual cuya finalidad será analizar casos reales por medio de simulaciones aplicando los métodos explicados en teoría.

Presencial: Exposición de los trabajos realizados mediante la realización de una presentación

1

No presencial: Realización de los trabajos

20

Realización de pruebas de evaluación

Realización de la prueba de examen según convocatoria oficial de la misma

Presencial: Realización de prueba de evaluación individual en aula de informática.

2

No presencial:

90

6.2. Resultados (4.5) / actividades formativas (6.1)

Resultados del aprendizaje (4.5)

Actividades formativas (6.1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Clase de teoría x x x x

Clase de problemas x x

Clase de prácticas x x x

Actividades de trabajo cooperativo x x x x x

Tutorías x x x x x

Trabajos propuestos x x x x

Realización de pruebas de evaluación x x x x

7. Metodología de evaluación

7.1. Metodología de evaluación

Actividad

Tipo

Sistema y criterios de evaluación

Peso (%)

Resultados (4.5)

evaluados

Sum

ativ

a

Form

ativ

a

Realización de pruebas de evaluación

x Realización de prueba de evaluación individual en aula de informática

50% R2, R3, R4 y

R5

Actividades de trabajo cooperativo

x Informe del trabajo en grupo sobre simulaciones que complementan la materia impartida.

10% Todos

Trabajos propuestos x Informe a realizar de forma individualiza sobre los trabajos propuestos y presentación.

40% R2, R3, R4 Y

R5

Tal como prevé el artículo 5.4 del Reglamento de las pruebas de evaluación de los títulos oficiales de grado y de máster con atribuciones profesionales de la UPCT, el estudiante en el que se den las circunstancias especiales recogidas en el Reglamento, y previa solicitud justificada al Departamento y admitida por este, tendrá derecho a una prueba global de evaluación. Esto no le exime de realizar los trabajos obligatorios que estén recogidos en la guía docente de la asignatura.

7.2. Mecanismos de control y seguimiento (opcional)

8 Bibliografía y recursos

8.1. Bibliografía básica

[1] Ned Mohan. “Advanced Electric Drives: Analysis, Control and Modeling Using Matlab/Simulink”, Willey, 2014.

8.2. Bibliografía complementaria

[1] Ned Mohan. “Electric Machines and Drives”, Willey, 2012. [2] Werner Leonhard. “Control of Electrical Drives”, Springer, 2001 [3] John M. Miller. “Propulsion Systems for Hybrid Vehicles”, 2nd edition, The Institution of Engineering and Technology, 2010.

8.3. Recursos en red y otros recursos

AULA VIRTUAL: La información relativa al curso y la documentación relacionada estarán disponibles en Aula Virtual.