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Cargador de paquetes de baterías de NiMH
 de 24 V, 10 Ah para vehículos eléctricos

   Trabajo Fin de Máster en Ingeniería Electrónica



                        Autor: Carlos Magarín Martín
                        Director: José Ignacio Artigas Maestre
Índice
• Introducción
• Clasificación de baterías
• Método de carga
• Desarrollo del proyecto
• Resultados obtenidos
• Conclusiones y líneas futuras

                                                                2

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Introducción
• Objetivo
• Estado del arte
• Innovación y novedad del proyecto




                                                               3

               Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Clasificación de baterías
• Baterías de plomo-ácido
• Baterías de iones de litio
• Baterías de níquel-cadmio
• Baterías de níquel-hidruro metálico




                                                                4

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Método de carga de baterías de Ni-MH




                                                              5

              Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Finalización de la carga
• Tres métodos
   -ΔV/ Δt : Variación de tensión
   ΔT/ Δt : Variación de temperatura
   Timer : Temporizadores




                                                                6

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Desarrollo del proyecto
                                         Magnitud                Valor     Unidades
                             Tensión de entrada                    230            V
                             Frecuencia de entrada                  50           Hz
                             Tensión de salida                      34            V
                             Corriente de salida                     4            A
                             Frecuencia de conmutación             100          kHz
                             Tensión del circuito de bias           15            V




    Topology    Power Range(W)     Vin(dc) Range        In/Out Isolation   Typical Efficiency (%)   Relative Parts Cost

  Buck          0-1000           5-40                  No                  78                       1.0
  Boost         0-150            5-40                  No                  80                       1.0
  Buck-boost    0-150            5-40                  No                  80                       1.0
  Forward       0-150            5-500                 Yes                 78                       1.4
  Flyback       0-150            5-500                 Yes                 80                       1.2
  Push-pull     100-1000         50-1000               Yes                 75                       2.0
  Half-bridge   100-500          50-1000               Yes                 75                       2.2
  Full-bridge   400-2000+        50-1000               Yes                 73                       2.5

Marty Brown, Power Supply Cookbook.: NEWNES, 2001. pág 29
                                                                                                                          7

                                           Trabajo Fin de Máster                      Carlos Magarín Martín
Etapa de potencia




Power Integrations, TOPSwitch Flyback Design Methodology, Application Notes
Marty Brown, Power Supply Cookbook.: NEWNES, 2001. pág 82
A. Martinez, Fuentes de alimentación electrónicas, http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=18140&Identificador=3453   8

                                                           Trabajo Fin de Máster                      Carlos Magarín Martín
Etapa de control
• Sensores
• Microcontrolador




                                                               9

               Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Diseño final




Ramón Pallás Areny, Sensores y acondicionadores de señal.: MARCOMBO, S.A., 2003.
                                                                                                           10

                                                         Trabajo Fin de Máster     Carlos Magarín Martín
Diseño final
                     13.7 cm




                                                 7.2 cm




                                                               11

               Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Banco de ensayos




                                                           12

           Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Firmware
• Bucle principal
• Interrupción del timer D




                                                                13

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Estado 1                           Vbat = 24 V




                                                               14

              Trabajo Fin de Máster    Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Estado 2                           Vbat = 29 V




                                                               15

              Trabajo Fin de Máster    Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Estado 3                           Vbat = 32 V




                                                               16

              Trabajo Fin de Máster    Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Estado 4                           Vbat = 32 V




                                                               17

              Trabajo Fin de Máster    Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Tensión en la batería




                                                                 18

                 Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Temperatura en la batería




                                                                19

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Resultados obtenidos
 • Corriente por la batería




                                                                 20

                 Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Conclusiones
 • Cargador rápido y eficaz
 • Útil para baterías de Ni-MH y Ni-Cd
 • Más económico que la competencia




                                                                21

                Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Líneas futuras
 • Índice de carga mayor
 • Rediseño del PCB
 • Mejora del filtro de EMI
 • Mejora del firmware
 • Conexión RS-232


                                                                 22

                 Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Preguntas




                                                            23

            Trabajo Fin de Máster   Carlos Magarín Martín
Gracias por su atención


Carlos Magarín Martín
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TFM Ingeniería electrónica: Cargador de paquetes de baterias de NiMH de 24V, 10Ah

  • 1. Cargador de paquetes de baterías de NiMH de 24 V, 10 Ah para vehículos eléctricos Trabajo Fin de Máster en Ingeniería Electrónica Autor: Carlos Magarín Martín Director: José Ignacio Artigas Maestre
  • 2. Índice • Introducción • Clasificación de baterías • Método de carga • Desarrollo del proyecto • Resultados obtenidos • Conclusiones y líneas futuras 2 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 3. Introducción • Objetivo • Estado del arte • Innovación y novedad del proyecto 3 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 4. Clasificación de baterías • Baterías de plomo-ácido • Baterías de iones de litio • Baterías de níquel-cadmio • Baterías de níquel-hidruro metálico 4 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 5. Método de carga de baterías de Ni-MH 5 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 6. Finalización de la carga • Tres métodos -ΔV/ Δt : Variación de tensión ΔT/ Δt : Variación de temperatura Timer : Temporizadores 6 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 7. Desarrollo del proyecto Magnitud Valor Unidades Tensión de entrada 230 V Frecuencia de entrada 50 Hz Tensión de salida 34 V Corriente de salida 4 A Frecuencia de conmutación 100 kHz Tensión del circuito de bias 15 V Topology Power Range(W) Vin(dc) Range In/Out Isolation Typical Efficiency (%) Relative Parts Cost Buck 0-1000 5-40 No 78 1.0 Boost 0-150 5-40 No 80 1.0 Buck-boost 0-150 5-40 No 80 1.0 Forward 0-150 5-500 Yes 78 1.4 Flyback 0-150 5-500 Yes 80 1.2 Push-pull 100-1000 50-1000 Yes 75 2.0 Half-bridge 100-500 50-1000 Yes 75 2.2 Full-bridge 400-2000+ 50-1000 Yes 73 2.5 Marty Brown, Power Supply Cookbook.: NEWNES, 2001. pág 29 7 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 8. Etapa de potencia Power Integrations, TOPSwitch Flyback Design Methodology, Application Notes Marty Brown, Power Supply Cookbook.: NEWNES, 2001. pág 82 A. Martinez, Fuentes de alimentación electrónicas, http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=18140&Identificador=3453 8 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 9. Etapa de control • Sensores • Microcontrolador 9 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 10. Diseño final Ramón Pallás Areny, Sensores y acondicionadores de señal.: MARCOMBO, S.A., 2003. 10 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 11. Diseño final 13.7 cm 7.2 cm 11 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 12. Banco de ensayos 12 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 13. Firmware • Bucle principal • Interrupción del timer D 13 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 14. Resultados obtenidos • Estado 1 Vbat = 24 V 14 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 15. Resultados obtenidos • Estado 2 Vbat = 29 V 15 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 16. Resultados obtenidos • Estado 3 Vbat = 32 V 16 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 17. Resultados obtenidos • Estado 4 Vbat = 32 V 17 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 18. Resultados obtenidos • Tensión en la batería 18 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 19. Resultados obtenidos • Temperatura en la batería 19 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 20. Resultados obtenidos • Corriente por la batería 20 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 21. Conclusiones • Cargador rápido y eficaz • Útil para baterías de Ni-MH y Ni-Cd • Más económico que la competencia 21 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 22. Líneas futuras • Índice de carga mayor • Rediseño del PCB • Mejora del filtro de EMI • Mejora del firmware • Conexión RS-232 22 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 23. Preguntas 23 Trabajo Fin de Máster Carlos Magarín Martín
  • 24. Gracias por su atención Carlos Magarín Martín Trabajo Fin de Máster en Ingeniería Electrónica Cargador de paquetes de baterías de NiMH de 24 V, 10 Ah para vehículos eléctricos