SISTEMA DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA A BATERÍAS VEHÍCULO ELÉCTRICO CUSHMAN

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

SEDE VIÑA DEL MAR – JOSÉ MIGUEL CARRERA

SISTEMA DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA A BATERÍAS VEHÍCULO ELÉCTRICO CUSHMAN

Trabajo de Titulación para optar al Título de Técnico Universitario en ELECTRICIDAD.

Alumnos:

Ignacio Andrés Aravena Herrera

Víctor Nicolás Silva Moris

Profesor Guía:

Ing. Javier Eguren Aspe

Profesor Correferente:

Ing. Rubén Espinoza Salgado

2020

RESUMEN

KEYWORD: BATERÍA PLOMO ÁCIDO, TEMPERATURA, CONTROLADOR

En el presente trabajo se proponen opciones de medición de temperatura a un banco de baterías de plomo-ácido de un vehículo eléctrico emplazado en las dependencias del laboratorio de electricidad de la Universidad Técnica Federico Santa María, sede Viña del Mar. El trabajo a su vez se enmarca en medio de las necesidades del proyecto multidisciplinario de investigación interno de la universidad, el cual lleva como nombre “Correlación entre temperatura y superficie de deslizamiento en Vehículo Eléctrico “Cushman” con Monitoreo en tiempo real e inalámbrico de temperatura e identificación digital de superficie”. Se detallan las características de tres de los tipos de baterías más utilizadas en el mercado de la electromovilidad y los efectos que conlleva la temperatura respecto a su funcionamiento haciendo énfasis en las baterías de plomo-ácido, específicamente las baterías Trojan T-890 describiendo sus características internas y externas, su curva de capacidad respecto a la temperatura.

La selección del sensor de temperatura se realiza en base a distintas propuestas de sensores aptos para la medición, se selecciona el Sensor LM35-C el cuál será montado en una placa. Adicional a la temperatura se mide la corriente del banco de baterías además de la tensión en cada una de las baterías. Los datos obtenidos por los sensores son recopilados por un controlador, para lo cual se analiza el uso de PLC 1214 DC/DC/DC o Arduino Mega, analizando sus ventajas y realizando una comparación económica de ambas opciones, eligiendo el uso del controlador PLC por la confiabilidad de sus procesos.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 1

Objetivo general 2

Objetivos específicos 2

CAPÍTULO 1: Condiciones iniciales del proyecto 1

1. CONDICIONES inicIales del proyecto 3

1.1. ANTECEDENTES GENERALES 3

1.2. UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA 4

1.3. EMPLAZAMIENTO 5

1.4. VEHÍCULO A ESTUDIAR 7

1.5. BATERÍAS 8

1.5.1. Baterías de Plomo-Ácido 10

1.5.2. Baterías de Níquel-Cadmio 11

1.5.3. Baterías de Ion-Litio 12

1.6 EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN BATERÍAS 13

1.6.1. Baterías Plomo-Ácido 13

1.6.2. Baterías Níquel-Cadmio 15

1.6.3. Baterías Ion-Litio 17

1.7 SISTEMA DE CONTROL Y MEDICIÓN. 18

CAPÍTULO 2: SELECCIÓN DE SENSOR Y DEFINICION DE CONTROLADORES A UTILIZAR 20

2. SELECCIÓN DE SENSOR Y DEFINICIÓN DE CONTROLADORES A UTILIZAR 21

2.1. BATERÍAS A UTILIZAR 21

2.2. SENSORES 24

2.2.1. Sensores de temperatura 24

2.2.2. Amplificadores de instrumentación (INA) 27

2.2.3. Placa electrónica 27

2.2.4. Ubicación de los sensores 28

2.3. CONTROLADORES DIGITALES 29

2.3.1. Controlador lógico programable (PLC) 30

2.3.2. Microcontrolador Arduino 31

2.4. COMUNICACIÓN CON EL USUARIO 32

2.4.1. Pantalla HMI 32

2.4.2. Transmisión de datos inalámbrica 33

2.5. ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 33

2.6. DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES 35

2.7. ESQUEMAS DE CONEXIÓN 36

CAPÍTULO 3: DISEÑO DE SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN 38

3. DISEÑO DE SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN 39

3.1. SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN PLC 39

3.1.1. TIA portal 39

3.1.2. Programación del proyecto 40

3.1.3. Diagrama de bloques 42

3.1.4 Comunicación con el usuario 43

3.2 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO 44

3.2.1. LabVIEW 45

3.2.2. Programación del proyecto 45

3.2.3 Diagrama de bloques 46

3.2.4 Comunicación con el usuario 48

CAPÍTULO 4: DETERMINACIÓN DE COSTOS ASOCIADOS A LOS SISTEMAS 50

4. DETERMINACIÓN DE COSTOS ASOCIADOS AL SISTEMAS 51

4.1. PLANIFICACIÓN 51

4.2. COSTOS UTILIZANDO