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dc.contributor.advisorMendoza Castellanos, Luis Sebastianspa
dc.contributor.advisorMendoza Gonzalez, Edward Yesithspa
dc.contributor.authorRodriguez Millan, Duvan Felipespa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.coverage.temporal2019spa
dc.date.accessioned2020-07-29T03:08:44Z
dc.date.available2020-07-29T03:08:44Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/7092
dc.description.abstractEn este proyecto se propone y simula una estación de carga de bicicletas eléctricas con energía solar sin conexión a red. La estación consiste en un arreglo fotovoltaico conectado a un convertidor (CC/CC) tipo Boost con seguimiento de punto de máxima potencia y en seis convertidores (CC/CC) tipo Buck, asociados a los seis puertos de carga provistos para la carga de baterías Ion litio de bicicletas. La contribución de este trabajo, es la formulación de estrategias de control para un novedoso sistema solar de carga de bicicletas eléctricas bajo un enfoque de intercambio de baterías. Una estación de carga de baterías (BBS por sus siglas en inglés) carga las baterías por adelantado y las prepara para ser intercambiadas con el usuario en un tiempo considerablemente corto. En este sistema propuesto, se carga de forma directa las baterías de las bicicletas con energía eléctrica generada por arreglo fotovoltaico sin hacer uso de banco de baterías adicional. Para el planteamiento de estrategias de control, se modela y parametriza el conjunto de componentes que conforma la estación y se unifican en un modelo que simule el comportamiento de la estación ante de cambios de irradiancia, temperatura y carga. Finalmente, mediante simulación en Matlab, se observa si las estrategias de control propuestas establecen un comportamiento del proceso de carga dentro de rango seguro de operación y se evalúa la efectividad del algoritmo de seguimiento de máxima potencia. Se establecen dos modos de operación de la estación para gestión de flujos de potencia ante los casos en que la potencia fotovoltaica supera la potencia demanda y viceversa. Se analiza ventajas y desventajas para cada uno de ellosspa
dc.description.tableofcontentsINTRODUCCIÓN 3 1. OBJETIVOS 5 1.1 Objetivo general 5 1.2 Objetivos específicos 5 METODOLOGÍA 6 1.3 CARACTERIZACION DE LA ESTACION DE CARGA 6 1.4 MODELADO DE BATERÍA Y PANEL SOLAR 6 1.5 IMPLEMENTACIÓN DE ALGORITMOS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL 7 1.6 Simulación y análisis de resultados 7 2 MARCO REFERENCIAL 8 2.1 MARCO CONTEXTUAL 8 2.2 ESTADO DEL ARTE 9 2.3 MARCO TEORICO 11 2.3.1 Energía solar fotovoltaica. 11 2.3.2 Operación de los paneles solares 13 2.3.3 Sistema de seguimiento de máxima potencia (MPPT) 14 2.3.4 Baterías recargables 15 2.3.5 Tipos de modelos matemáticos para baterías recargable 15 2.3.6 Cargador de baterías 19 2.3.7 Convertidores CC/CC 22 3 CARACTERIZACIÓN ESTACIÓN DE CARGA 27 3.1.1 Recurso solar disponible 27 3.1.2 Capacidad de baterías 28 3.1.3 Potencia fotovoltaica 29 4 MODELADO MATEMATICO 30 4.1 MODELO DE BATERIA 30 4.1.1 Estimación de parámetros celda Ion litio 31 4.1.2 Configuración pack de baterías de simulación 37 4.2 MODELO PANEL SOLAR 38 4.2.1 Estimación de parámetros modulo solar 39 4.2.2 Configuración arreglo fotovoltaico 40 5 ALGORITMOS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL IMPLEMENTADAS 42 5.1 SISTEMA DE CARGA BATERÍAS 42 5.1.1 Bloque de potencia convertidor CC/CC tipo Buck 43 5.1.2 Control de carga 45 5.2 SISTEMA DE SEGUIMIENTO DE MÁXIMA POTENCIA 48 5.2.1 Bloque de potencia convertidor CC/CC tipo Boost 49 5.2.2 Algoritmo de seguimiento de máxima potencia 50 5.3 ALGORITMO DE CONTROL, PARA LA GESTIÓN DE FLUJOS DE POTENCIA 51 6 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN REALIZADA EN MATLAB SIMULINK 53 6.1 Respuesta del controlador de carga 53 6.2 Respuesta algoritmo de seguimiento de máxima potencia 57 6.3 Simulación estación de carga 58 6.3.1 Potencia fotovoltaica mayor a potencia demanda por la carga de las baterías 61 6.3.2 Potencia fotovoltaica menor a potencia demanda por la carga de las baterías 64 CONCLUSIONES 70 RECOMENDACIONES 71 REFERENCIAS 72spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.titleModelado y simulación de una estación de carga de baterías para portabilidad energética en bicicletas eléctricasspa
dc.title.translatedModeling and simulation of a battery charging station for energy portability on electric bikeseng
dc.degree.nameIngeniero en Energíaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería en Energíaspa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.localTrabajo de Gradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.subject.keywordsEnergy engineeringeng
dc.subject.keywordsElectric bikeseng
dc.subject.keywordsLoading stationeng
dc.subject.keywordsPhotovoltaiceng
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
dc.relation.referencesA. A. H. Hussein and I. Batarseh, “An overview of generic battery models,” IEEE Power Energy Soc. Gen. Meet., no. 4, pp. 4–9, 2011.spa
dc.relation.referencesA. Jalilvand, H. Vahedi, and A. Bayat, “Optimal tuning of the PID controller for a buck converter using Bacterial Foraging Algorithm,” 2010 Int. Conf. Intell. Adv. Syst. ICIAS 2010, 2010.spa
dc.relation.referencesA. S. Martyanov, D. V. Korobatov, and E. A. Sirotkin, “Modeling of battery charging algorithms,” 2016 2nd Int. Conf. Ind. Eng. Appl. Manuf. ICIEAM 2016 - Proc., vol. 2014, pp. 2014–2017, 2016.spa
dc.relation.referencesB. Arabsalmanabadi, A. Javadi, and K. Al-Haddad, “Charging Techniques in Lithium-Ion Battery Charger: Review and New Solution,” IEEE.spa
dc.relation.referencesB. Hauke, “Application report: Basic calculation of a boost converter’s power stage,” no. November 2009, p. 9, 2010.spa
dc.relation.referencesB. Hauke, F. Buck, and C. Power, “Basic Calculation of a Buck Converter ’ s Power Stage Basic Configuration of a Buck Converter,” Texas Instruments, no. August, pp. 1–8, 2015.spa
dc.relation.referencesB. Sree Manju, R. Ramaprabha, and B. L. Mathur, “Modelling and control of standalone solar photovoltaic charging system,” 2011 Int. Conf. Emerg. Trends Electr. Comput. Technol. ICETECT 2011, pp. 78–81, 2011.spa
dc.relation.referencesC. Nguyen and H. Lee, “Robust and Unity Input Power Factor Control Scheme for Electric Vehicle Battery Charger,” no. April, 2015.spa
dc.relation.referencesD. E. S. Ostenible, O. D. S. En, G. Abel, and R. Flórez, “Política para el mejoramiento de la calidad del aire,” COMPES, 2018.spa
dc.relation.referencesD. Hülsebusch, S. Schwunk, S. Caron, and B. Propfe, “Modeling and simulation of electric vehicles - The effect of different Li-ion battery technologies,” no. November 2010, 2015.spa
dc.relation.referencesD. K. Jackson, A. M. Schultz, S. B. Leeb, A. H. Mitwalli, G. C. Verghese, and S. R. Shaw, “A multirate digital controller for a 1.5-kW electric vehicle battery charger,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 12, no. 6, pp. 1000–1006, 1997.spa
dc.relation.referencesE. De, J. Manuel, S. Calderón, and O. F. Torres, Informe del Estado de la Calidad del Aire en Colombia “2011 – 2015.”spa
dc.relation.referencesE. Raszmann, K. Baker, Y. Shi, and D. Christensen, “Modeling stationary lithium-ion batteries for optimization and predictive control,” 2017 IEEE Power Energy Conf. Illinois, PECI 2017, no. February, 2017.spa
dc.relation.referencesEIA, “International Energy Agency. Energy and Air Pollution,” World Energy Outlook - Spec. Rep., 2016.spa
dc.relation.referencesG. Gamboa et al., “Control strategy of a multi-port, grid connected, direct-DC PV charging station for plug-in electric vehicles,” 2010 IEEE Energy Convers. Congr. Expo. ECCE 2010 - Proc., pp. 1173–1177, 2010.spa
dc.relation.referencesG. L. Plett, BATTERY MANAGEMENT SYSTEMS. Battery Modeling. 2015.spa
dc.relation.referencesG. Plett, Battery Management Systems: Volume I, Battery Modeling. 2015.spa
dc.relation.referencesG. Walker, “EVALUATING MPPT CONVERTER TOPOLOGIES USING A MATLAB PV MODEL,” no. January 2001, 2014.spa
dc.relation.referencesH. Zhang and M. Y. Chow, “Comprehensive dynamic battery modeling for PHEV applications,” IEEE PES Gen. Meet. PES 2010, pp. 1–6, 2010.spa
dc.relation.referencesI. Eduardo, V. Morales, J. Arturo, P. Venzor, J. De Dios, and C. Ruiz, “Control de un convertidor CD-CD tipo buck por medio del microcontrolador ATMEGA328 Introducción,” no. 55.spa
dc.relation.referencesIDEAM, “CALIDAD DEL AIRE - IDEAM.” [Online]. Available: http://www.ideam.gov.co/web/contaminacion-y-calidad-ambiental/calidad-del-aire. [Accessed: 21-Aug-2018].spa
dc.relation.referencesJ. A. Carta González, Centrales de energías renovables : generación eléctrica con energías renovables. 2012.spa
dc.relation.referencesJ. Bisquert, “Sistemas electroquímicos y nanotecnología para el almacenamiento de energía limpia,” Cell, pp. 1–27, 2005.spa
dc.relation.referencesJ. D. Weigl, L. W. Bin, A. K. Pacheriwala, and L. Yi, “Solar Charging Station for Electric Vehicles,” EVS28 Int. Electr. Veh. Symp. Exhib., pp. 1–6, 2015.spa
dc.relation.referencesJ. H. Fonseca, “LITIO UNA ALTERNATIVA PARA ….??? Cells , Batteries And Lithium-Ion Batteries for an Alternative ....??,” J. Boliv. Ciencias, vol. 8, pp. 41–48, 2011.spa
dc.relation.referencesJ. Ma. A. Maestro and J. I. Ma. CArbajo, “Aplicaciones Industriales de la Nanotecnología,” Univ. Oviedo, p. 92, 2012.spa
dc.relation.referencesL. Panasonic ideas for life, “NCR-18650B NCR-18650B DATA SHEET.”spa
dc.relation.referencesM. D. Almawlawe and M. Kovandzic, “A Modified Method for Tuning PID Controller for Buck-Boost Converter,” Int. J. Adv. Eng. Res. Sci., vol. 3, no. 12, pp. 20–26, 2016.spa
dc.relation.referencesM. Javier Gazzarri, “Modelado y Simulación de Baterías Recargables con MATLAB y Simulink - Vídeo - MATLAB & Simulink.” [Online]. Available: https://la.mathworks.com/videos/modeling-and-simulation-of-rechargeable-batteries-with-matlab-and-simulink-spanish-100501.html. [Accessed: 20-Oct-2018].spa
dc.relation.referencesMathWorks Documentation, “Implement PV array modules - Simulink.” [Online]. Available: https://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/pvarray.html. [Accessed: 05-May-2019].spa
dc.relation.referencesMathWorks, “Frequency-Response Based Tuning - MATLAB & Simulink,” MathWorks Documentation. [Online]. Available: https://www.mathworks.com/help/slcontrol/ug/frequency-response-based-tuning-basics.html. [Accessed: 09-Apr-2019].spa
dc.relation.referencesNASA, “POWER Data Access Viewer.” [Online]. Available: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/. [Accessed: 15-May-2019].spa
dc.relation.referencesO. Tremblay, L. A. Dessaint, and A. I. Dekkiche, “A generic battery model for the dynamic simulation of hybrid electric vehicles,” VPPC 2007 - Proc. 2007 IEEE Veh. Power Propuls. Conf., no. V, pp. 284–289, 2007.spa
dc.relation.referencesP. Keil and A. Jossen, “Charging protocols for lithium-ion batteries and their impact on cycle life — An experimental study with different 18650 high-power cells,” J. Energy Storage, vol. 6, pp. 125–141, 2016.spa
dc.relation.referencesR. F. Coelho, W. M. Santos, and D. C. Martins, “Influence of Power Converters on PV Maximum Power Point Tracking Efficiency.”spa
dc.relation.referencesR. Morales-caporal, “Simulación de convertidores CD / CD como cargadores de baterías para una bicicleta eléctrica,” no. July, 2017.spa
dc.relation.referencesS. E. Reviews, “General review and classification of different MPPT Techniques,” vol. 68, no. July 2016, pp. 1–18, 2017.spa
dc.relation.referencesS. Gawre and I. View, “Simulation and Designing of MPPT Based Solar PV System with DC-DC Boost Converter,” no. October, 2017.spa
dc.relation.referencesS. Ji, C. R. Cherry, L. D. Han, and D. A. Jordan, “Electric bike sharing: Simulation of user demand and system availability,” J. Clean. Prod., vol. 85, pp. 250–257, 2014.spa
dc.relation.referencesS. Li and B. Ke, “Study of battery modeling using mathematical and circuit oriented approaches,” IEEE Power Energy Soc. Gen. Meet., pp. 1–8, 2011.spa
dc.relation.referencesV. K. Garg, “To Perform Matlab Simulation of Battery Charging Using Solar Power With Maximum Power Point Tracking ( MPPT ),” Int. J. Electron. Electr. Eng., vol. 7, no. 5, pp. 511–516, 2014.spa
dc.relation.referencesV. M. Alfaro Ruíz, “Métodos De Sintonización De Controladores Pid Que Operan Como Servomecanismos,” Rev. Ing., vol. 13, no. 1–2, 2014.spa
dc.relation.referencesW. P. R. Ned Mohan, Tore M. Undeland, Electrónica de potencia Convertidores, aplicaciones y diseño, Tercera ed. Mc Graw Hill, 2009.spa
dc.relation.referencesW. R. Liou, M. L. Yeh, and Y. L. Kuo, “A high efficiency dual-mode buck converter IC for portable applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 2, pp. 667–677, 2008.spa
dc.relation.referencesY. Solar, “Panda Bifical 60CL,” 2018.spa
dc.contributor.cvlacMendoza Castellanos, Luis Sebastian [0000115302]*
dc.contributor.googlescholarMendoza Castellanos, Luis Sebastian [S5TZbi8AAAAJ]*
dc.contributor.orcidMendoza Castellanos, Luis Sebastian [0000-0001-8263-2551]*
dc.contributor.scopusMendoza Castellanos, Luis Sebastian [57193169160]*
dc.subject.lembInnovaciones tecnológicasspa
dc.subject.lembBaterías para vehículos eléctricosspa
dc.subject.lembCargadores de bateríaspa
dc.subject.lembEstaciones de carga de bateríaspa
dc.subject.lembVehículos eléctricosspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.description.abstractenglishThis project proposes and simulates a solar-powered electric bike charging station without a grid connection. The station consists of a photovoltaic array connected to a Boost converter (DC/DC) with maximum power point tracking and six Buck type converters (DC/DC) associated with the six charging ports provided for charging Ion lithium batteries from Bicycles. The contribution of this work is the formulation of control strategies for a novel solar electric bike charging system under a battery exchange approach. A battery charging station (BBS) charges the batteries in advance and prepares them to be exchanged with the user in a considerably short time. In this proposed system, bicycle batteries are directly charged with electric energy generated by photovoltaic array without making use of additional battery bank. For the planning of control strategies, the set of components that make up the station are modeled and parameterized and unified in a model that simulates the behavior of the station before changes in irradiance, temperature and load. Finally, by simulation in MATLAB, it is observed whether the proposed control strategies, establish a load process behavior within safe operating range and evaluate the effectiveness of the maximum power tracking algorithm. Two station modes of operation are established for power flow management in cases where photovoltaic power exceeds demand power and vice versa. Advantages and disadvantages are analyzed for each of themeng
dc.subject.proposalIngeniería en energíaspa
dc.subject.proposalBicicletas eléctricasspa
dc.subject.proposalEstación de cargaspa
dc.subject.proposalFotovoltaicaspa
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.contributor.researchgroupGrupo de Investigación Recursos, Energía, Sostenibilidad - GIRESspa


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