Guía docente de la asignatura

Electrónica de potencia

para vehículos eléctricos

Titulación: MASTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL Curso 2015-2016

1. Datos de la asignatura

Nombre Electrónica de potencia para vehículos eléctricos

Materia* Electrónica

Módulo* Materias Comunes

Código 223102010

Titulación Master en Ingeniería Industrial

Plan de estudios

Centro Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial

Tipo Optativa

Periodo lectivo Cuatrimestral Cuatrimestre 1º Curso 2º

Idioma Castellano

ECTS 4.5 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 135

* Todos los términos marcados con un asterisco están definidos en Referencias para la actividad docente en la UPCT y Glosario de términos:

http://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/10317/3330/1/isbn8469531360.pdf

2. Datos del profesorado

Profesor responsable José A. Villarejo Mañas

Departamento Tecnología Electrónica

Área de conocimiento Tecnología Electrónica

Ubicación del despacho 1ª Planta del Hospital de Marina - Lado Norte

Teléfono 968-325461 Fax 968-325345

Correo electrónico Jose.Villarejo@upct.es

URL / WEB Aula Virtual-Electronica Digital – WEB: http://dte.upct.es

Horario de atención / Tutorías Consultar aula virtual. Solicitar cita previa por e-mail.

Ubicación durante las tutorías Despacho

Titulación Ingeniero Industrial por la Universidad Politécnica de Cartagena

Vinculación con la UPCT Profesor Titular de Universidad

Año de ingreso en la UPCT 1997

Nº de quinquenios (si procede) 3

Líneas de investigación (si procede) Electrónica de potencia para energías renovables y fuentes de alimentación.

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 asignatura Sistemas de Control Integrados para VPE es de carácter básico dentro del grupo de materias del itinerario Vehículos de Propulsión Eléctrica. Su principal objetivo es introducir al alumno en los conceptos fundamentales para conocer y comprender la tecnología de los vehículos eléctricos e híbridos. En esta asignatura se hace un recorrido por la electrónica de potencia utilizada en los vehículos híbridos y eléctricos haciendo especial hincapié en los aspectos prácticos: selección de componentes y construcción del sistema de control.

3.2. Aportación de la asignatura al ejercicio profesional

El enfoque práctico de esta asignatura ofrecerá a los alumnos la oportunidad de realizar un diseño que podrán construir en el laboratorio. Aprenderán a ir desde las pruebas iniciales de laboratorio que ayudan a especificar el diseño y el problema, hasta la construcción de un prototipo, pasando por la simulación, las compras y las mejoras del prototipo.

3.3. Relación con otras asignaturas del plan de estudios

La asignatura se imparte en el primer cuatrimestre del segundo curso del Master y presenta una continuación y complemento muy claros con el resto de las asignaturas del itinerario: las asignaturas “ Sistemas eléctricos para VPE y sistemas de control integrados para VPE” que se imparte en el mismo cuatrimestre de ese mismo curso. El carácter transversal de la misma hace necesario que el alumno haya alcanzado ciertas competencias necesarias superando asignaturas como Física, Tecnología Eléctrica, y tecnología Electrónica.

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

No existen

3.5. Recomendaciones para cursar la asignatura

Tener inquietud por trabajar en el laboratorio.

3.6. Medidas especiales previstas

Los alumnos que se encuentren en circunstancias especiales deben comunicarlo al profesor/a responsable de la asignatura al principio del cuatrimestre con el fin de adoptar las medidas necesarias para permitir su integración.

Para los alumnos con discapacidad se buscará la manera de adaptar los materiales y recursos utilizados a las necesidades específicas.

Respecto a los alumnos extranjeros, las clases de la asignatura serán impartidas en castellano y el material confeccionado específicamente para el desarrollo de la misma está en este mismo idioma. No obstante, y aunque la bibliografía recomendada está en castellano, se le facilitará al alumno una bibliografía en inglés, y los profesores de la asignatura podrán emplear el inglés en las tutorías con aquellos alumnos que lo requieran.

4. Competencias y resultados del aprendizaje

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

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.

Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades

Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

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

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.

Proyectar, calcular y diseñar productos, procesos, instalaciones y plantas.

Realizar investigación, desarrollo e innovación en productos, procesos y métodos.

Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Industrial.

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

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

4.5. Resultados** del aprendizaje de la asignatura

Al finalizar la asignatura el alumno deberá ser capaz de: 1. Identificar y describir los sistemas de electrónica de potencia de los vehículos

eléctricos. 2. Modelar y simular la electrónica de potencia de un pequeño vehículo eléctrico. 3. Construir la etapa de potencia para el control de un motor BLDC. 4. Programar un sistema de control para un motor BLDC.

5. Utilizar herramientas informáticas para el modelado de la electrónica y la programación del microcontrolador-DSP.

** Véase también la Guía de apoyo para la redacción, puesta en práctica y evaluación de los resultados del aprendizaje, de ANECA:

http://www.aneca.es/content/download/12765/158329/file/learningoutcomes_v02.pdf

5. Contenidos

5.1. Contenidos del plan de estudios asociados a la asignatura

Todos los relacionaos con electricidad y electrónica.

5.2. Programa de teoría (unidades didácticas y temas)

Convertidores bidireccionales • Modelado dinámico • Dimensionado y simulación. • Cálculo de pérdidas y rendimiento.

Control de motores.

Funcionamiento y modelado de los motores de imanes permanentes BLDC. Control de velocidad de los motores BLDC con sensores.

5.3. Programa de prácticas (nombre y descripción de cada práctica)

Práctica 1. Caracterización del motor BLDC. Se realizarán diferentes pruebas en el laboratorio que ayuden a simular un motor lo más parecido posible al utilizado en los diseños. Práctica 2. Simulación del motor y sistema de control. Si no eres capaz de simularlo, ni se te ocurra construirlo.. la idea es comprobar en simulación que nuestras estrategias de control son apropiadas y que somos capaces de generar un modelo lo más parecido posible a lo que queremos diseñar. Al preparar este modelo debemos ser muy conscientes del material del que se dispone. Práctica 3. Programación del sistema de control. Una vez determinado el funcionamiento del sistema, debemos implementarlo parte del control será programa. Selección de disparos, PWM, cambio de sentido de giro, etc. Práctica 4. Construcción de la etapa de potencia. Para “mover” el motor no solo tenemos que programar el control hay que diseñar la electrónica de potencia que ponga la “fuerza” necesaria para que el motor obedezca las ordenes del control. Práctica 5. Pruebas del conjunto.

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

Bidirectional DC‐DC Converter • Introduction to switched‐mode power converters • Steady‐state operation, analysis and simulations • Modeling converter losses and efficiency Motor control • BLDC behaviour • BLDC electronic control.

5.5. Objetivos del aprendizaje detallados por unidades didácticas

La verdadera carga de esta asignatura será el laboratorio. La teoría se simplificará al máximo y se centrará en los conocimientos necesarios para realizar el diseño. Por lo que se marcarán los objetivos del aprendizaje detallados por prácticas. Práctica 1. Caracterización del motor BLDC. Conocer el funcionamiento de la máquina BLDC. Práctica 2. Simulación del motor y sistema de control. Conocer los mecanismos necesarios para modificar la velocidad de los motores BLDC así como la electrónica necesaria. Práctica 3. Programación del sistema de control. Saber implementar un sistema de control sencillo en un microprocesador especial para control de electrónica de potencia. (C2000 de ti) Práctica 4. Construcción de la etapa de potencia. Saber dimensionar los componentes de un convertidor. Especialmente para un convertidor DC/AC para motores BLDC. Práctica 5. Pruebas del conjunto. Desarrollar un sentido crítico que permita al alumno evaluar la “bondad” de su diseño y valorar por el mismo si se ajusta a lo esperado. El alumno debe aprender a trabajar en colaboración con grupos de ingenieros.

6. Metodología docente

6.1. Metodología docente*

Actividad* Técnicas docentes Trabajo del estudiante Horas

Clase de Teoría

Clase expositiva empleando el método de la lección. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes en función de los casos de estudio planteados por el profesor.

Presencial: Toma de apuntes, planteamiento de dudas.

10

No presencial: Estudio de la materia.

10

Clase de Problema

Se plantea cada ejercicio y se da un tiempo para que el estudiante intente resolverlo. Se resuelve con ayuda de la pizarra y, en ocasiones, con la participación de estudiantes en debates con las ideas expuestas.

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

5

No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor.

5

Clase de Prácticas

En esta asignatura se realizarán diseños, durante las horas de prácticas del profesor ayudará a la planificación, resolverá dudas sobre los diseños y sobre el equipamiento o medios a utilizar para los mismos (programas de simulación, software de programación, componentes, teoría, etc). El alumno deberá completar los diseños mediante su trabajo en casa.

Presencial Realización de las actividades y ejercicios planteadas en el boletín de prácticas

30

No presencial: Simulación de la práctica a realizar en el laboratorio. Elaboración de los informes de prácticas.

60

Seminarios y trabajo cooperativo

El trabajo cooperativo será importante, ya que se realizarán grupos donde cada alumno hará parte de un diseño. Finalmente todos los diseños deberán integrarse por lo que deben existir reuniones periódicas donde se acuerde que debe incluir cada parte.

Presencial 5

No presencial: estudio de la materia a tratar en las sesiones de trabajo cooperativo. Preparación de la actividad.

5

Tutorías Resolución de dudas sobre teoría, problemas y prácticas.

Presencial: Planteamiento de dudas en horarios de tutorías.

3 No presencial: Planteamiento de dudas vía correo electrónico.

Exposición de trabajos

Sustituye al examen

Presencial: Asistencia al examen oficial.

2

135

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

Resultados del aprendizaje (4.5)

Actividades formativas (6.1) 1 2 3 4 5

Clase de teoría X X

Clase de problemas X X

Clase de practicas de laboratorio X X X X X

Reuniones de coordinación 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*

Diseño preliminar x

Una vez impartida la teoría y mostradas las herramientas de trabajo, el alumno deberá realizar un informe donde se refleje el trabajo de laboratorio que va a realizar según el grupo de trabajo elegido (o sorteado). Este informe es obligatorio, pero no se puntuará. Ayudará al alumno a planificar su trabajo y a ver donde estaba equivocado en su diseño inicial.

APTO O NO

APTO

1,2,3,4

Trabajo de laboratorio x

Los diseños deberán funcionar, por lo que las demostraciones realizadas al profesor serán la mayor parte del examen. Estas pruebas de laboratorio deberán ir acompañadas de los cálculos teóricos necesarios de manera que se justifique que el prototipo funciona tal y como se esperaba. El informe teórico puede ser el mismo que el entregado en la presentación final del trabajo. Los trabajos se realizan en grupo y se puntúa en grupo. (1)

60%

Exposición final X

La exposición final deberá ir acompañada de un informe que debe incluir la información necesaria para construir y entender el trabajo realizado. Esta información se presentará simplificada en la exposición final donde se incluirán: Cálculos simplificados, simulaciones, pruebas y presupuesto. (2)

30%

1,2,3,5

Encuesta trabajo en grupo x

Cada grupo realizará parte del diseño, y tendrá que comunicarse con los demás grupos para acordar especificaciones (tensiones, corrientes, forma de señales, etc).. cada grupo puntuará a los otros grupos mostrando el grado de satisfacción en la comunicación y los resultados obtenidos.

10%

(1) Los grupos serán de 3 ó 4 personas. Si un compañero no hacer nada en el grupo puede ser expulsado del grupo por el resto de sus compañeros. Si en un grupo todos los integrantes indican al profesor que uno no ha hecho nada en el diseño y además el profesor tiene indicios de que eso es cierto (por ejemplo no lo ha visto colaborar en clase), el alumno quedará expulsado del grupo y deberá realizar una diseño similar pero realizado por el solo. Si algún

grupo está dispuesto a cargar con “un peso muerto”, es su decisión y el profesor lo respetará, esto también pasa en la vida real. (2) La presentación y el informe tendrán un valor del 40% de la nota final. Se realizarán y entregarán en una fecha concretada al principio de curso . La valoración del trabajo de laboratorio se realizará en fechas acordadas con el profesor según el avance del trabajo de cada grupo. No es necesario presentar el trabajo final, se pueden presentar avances parciales significativos.

7.2. Mecanismos de control y seguimiento (opcional)

Se esperan grupos reducidos (menos de 10 alumnos) y el profesor participará personalmente en el diseño, por lo que el trabajo semanal será suficiente para ver la evolución de los alumnos.

8 Bibliografía y recursos

8.1. Bibliografía básica*

R. Erickson, D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, Springer 2001

http://ecee.colorado.edu/~ecen5017 • Documentación técnica de los microcontroladores empleados. En este caso:

o TMS320F28027/28026/28023/28022/28021/28020/280200 Piccolo Microcontrollers (Rev. J), Texas Instruments (SPRS523J) C2000 Real-Time Control Peripherals. Reference Guide. Texas Instruments.(SPRU566K)

8.2. Bibliografía complementaria*

Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, Second Edition . Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi

8.3. Recursos en red y otros recursos

http://aulavirtual.upct.es/