Research on micro-mobility with a focus on electric scooters within Smart Cities

In the context of the COVID-19 pandemic, an increasing number of people prefer individual single-track vehicles for urban transport. Long-range super-lightweight small electric vehicles are preferred due to the rising cost of electricity. It is difficult for new researchers and experts to obtain information on the current state of solutions in addressing the issues described within the Smart Cities platform. The research on the current state of the development of long-range super-lightweight small electric vehicles for intergenerational urban E-mobility using intelligent infrastructure within Smart Cities was carried out with the prospect of using the information learned in a pilot study. The study will be applied to resolving the traffic service of the Poruba city district within the statutory city of Ostrava in the Czech Republic. The main reason for choosing this urban district is the fact that it has the largest concentration of secondary schools and is the seat of the VSB-Technical University of Ostrava. The project investigators see secondary and university students as the main target group of users of micro-mobility devices based on super-lightweight and small electric vehicles.Web of Science1310art. no. 17

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF BULK NANOSTRUCTURED OXIDES FOR FUNCTIONAL APPLICATIONS

This thesis work is focused on the study of oxides in form of nanostructured samples for functional applications. These applications take advantage of their high mechanical and chemical stability, high melting point, electric, optical, and magnetic properties. In particular the work is divided in three parts, which represent the three different functional applications studied: magnetic materials, protonic conductors, and lithium-ion batteries cathodes. For the magnetic materials, CoFe2O4 nanostructured sintered samples were studied in their magnetic properties, leading to interesting values. The magnetic parameters have been evaluated in sintered sample having different type of microstructure, relative density, and grain size. The protonic conductors studied are TiO2, CeO2 and ZrO2 doped with sulfur. The nanostructured sintered samples of these oxides were evaluated in their protonic conduction properties, the protonic conductivity has been evaluated in this oxide at different values of relative humidity. The results are that S-TiO2 and S-ZrO2 showed very good conductivity values, instead S-CeO2 presented values of conductivity not so good to be applied as protonic conductor. Finally new materials in form of high-entropy oxides were tried to synthesize in order to obtain new cathodes nanostructured oxides for Li-ion batteries, having the same crystal structure of LiMn2O4 but with the substitution of some cations on the MnIII and MnIV sites. Different trivalent and tetravalent cations have been used in order to enter in the spinel structure and lead to an enlargement of the spinel unit cell: Y3+, Fe3+, Al3+, Cr3+, In3+, Ti4+, Zr4+, Tb4+. Some interesting compounds, as LiFe0.6Ti0.6Mn0.8O4, LiFe0.7Mn0.6Ti0.7O4, LiFe0.5Mn0.5TiO4 and LiFe0.5Ti0.5MnO4 were synthesized

Design and Operation of Stationary Distributed Battery Micro-storage Systems

Due to some technical and environmental constraints, expanding the current electric power generation and transmission system is being challenged by even increasing the deployment of distributed renewable generation and storage systems. Energy storage can be used to store energy from utility during low-demand (off-peak) hours and deliver this energy back to the utility during high-demand (on-peak) hours. Furthermore, energy storage can be used with renewable sources to overcome some of their limitations such as their strong dependence on the weather conditions, which cannot be perfectly predicted, and their unmatched or out-of-synchronization generation peaks with the demand peaks. Generally, energy storage enhances the performance of distributed renewable sources and increases the efficiency of the entire power system. Moreover, energy storage allows for leveling the load, shaving peak demands, and furthermore, transacting power with the utility grid. This research proposes an energy management system (EMS) to manage the operation of distributed grid-tied battery micro-storage systems for stationary applications when operated with and without renewable sources. The term micro refers to the capacity of the energy storage compared to the grid capacity. The proposed management system employs four dynamic models; economic model, battery model, and load and weather forecasting models. These models, which are the main contribution of this research, are used in order to optimally control the operation of the micro-storage system (MSS) to maximize the economic return for the end-user when operated in an electricity spot market system. Chapter 1 presents an introduction to the drawbacks of the current power system, the role of energy storage in deregulated electricity markets, limitations of renewable sources, ways for participating in spot electricity markets, and an outline of the main contributions in this dissertation. In Chapter 2, some hardware design considerations for distributed micro-storage systems as well as some economic analyses are presented. Chapters 3 and 4 propose a battery management system (BMS) that handles three main functions: battery charging, state-of-charge (SOC) estimation and state-of-health (SOH) estimation. Chapter 5 proposes load and weather forecasting models using artificial neural networks (ANNs) to develop an energy management strategy to control the operation of the MSS in a spot market system when incorporated with other renewable energy sources. Finally, conclusions and future work are presented in Chapter 6

Ensayos de recuperación en baterías electroquímicas

La elaboración y desarrollo del proyecto fueron realizados en el laboratorio perteneciente al Grupo de Control de Sistemas de Potencia (GCSP) del "Parque Científico LEGANÉS tecnológico", propuesto por el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Carlos III de Madrid. Capítulo 1: Se expone un listado con los objetivos a abordar a lo largo de la realización del presente proyecto. Capítulo 2: Se describe ampliamente toda la información que engloba el concepto de batería electroquímica. Se exponen los fundamentos y características de la batería electroquímica. Se realiza una descripción y comparación de los distintos tipos de baterías de media/alta capacidad, siendo la tecnología de la batería Ni-Cd la escogida para este proyecto. También, se presentan toda la metodología para realizar los procesos de carga y descarga, describiendo los distintos tipos y efectos de estos procesos. Capítulo 3: A lo largo de este capítulo se han explicado, a través de numerosas referencias, las características principales de una batería electroquímica, los dos ensayos principales a los que se puede someter una batería electroquímica para proceder a su estudio, los conceptos más relevantes para poder entender cuál es el funcionamiento de una batería electroquímica. Se ha implementado un método de carga, recomendado por la norma. Explicación del proceso de Recuperación al que hemos sometido a nuestras baterías para proceder con la mejora de sus propiedades. Presentación del ensayo utilizado para conseguir la recuperación, el método de aceptación de carga a tensión constante. Capítulo 4: Presentación del Set Up, así como de las mejoras que se han realizado. Desarrollo de nuevos códigos ejecutables para proceder a la realización de nuestros ensayos. Implementación de una interfaz gráfica con la cual somos capaces de conocer en todo momento en que situación se encuentra nuestro ensayo, conociendo la tensión y corriente real por la batería, así como el tiempo de ejecución en que se encuentra el ensayo. Implantación de un software para proceder al control de los ensayos desde cualquier lugar a través de control remoto. Capítulo 5: Se presenta los ensayos realizados a través del proceso de recuperación con el cuál hemos procedido en la investigación en este proyecto. Se comentan cómo han ido estos ensayos, dejando constancia de cómo hemos ido mejorando las propiedades de capacidad y aceptación de carga, a una celda que se encuentra en condiciones de envejecimiento prematuro. Capítulo 6: Implementación de los resultados obtenidos. En éste nos damos cuenta como hemos sido capaces de mejorar la capacidad de carga de nuestra celda, aplicando el método de aceptación de carga a tensión constante. Hemos sido capaces de obtener una aceptación de carga de 7,53 Amperios hora, partiendo de 4,18 Amperios hora que presentaba nuestra celda en el primer ensayo de acondicionamiento al que se le ha sometido. Capítulo 7: Presentación del plan de trabajo realizado a lo largo de la ejecución del proyecto. Se presenta el presupuesto que se ha utilizado en la elaboración.. Capítulo 8: Se enumeran las conclusiones a las que se ha llegado una vez finalizado el presente proyecto. Capítulo 9: Se expone una lista de la bibliografía referenciada. Capítulo 10: Anexos. Se adjuntan todos los resultados experimentales y el código empleado en la automatización de los ensayos.Ingeniería Industria

Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida

Tesis por compendio[ES] Dos aspectos críticos en la operación de una microrred son las estrategias de control y gestión de potencia implementadas, las cuales son esenciales para proporcionar su buen funcionamiento. La aplicación adecuada de dichas estrategias permite compensar los desequilibrios de potencia causados por la discontinuidad de la generación y de la demanda de energía en las microrredes. En este sentido, el objetivo global de estas estrategias de gestión es equilibrar adecuadamente el flujo de potencia en la microrred, mediante la aplicación de diferentes algoritmos que permiten cumplir con los criterios de estabilidad, protección, balance de potencia, transiciones, sincronización con la red y gestión adecuada de la microrred. En el caso de microrredes de pequeña escala de potencia con bajo número de generadores y sistemas de almacenamiento distribuidos, las estrategias de control centralizado ofrecen un alto nivel de flexibilidad para lograr funcionalidades avanzadas en la microrred y una adecuada distribución de la potencia entre los convertidores que la conforman. Esta tesis se ha enmarcado en el contexto de algoritmos de gestión centralizada de potencia de una microrred de generación distribuida en modo conectado a red. Los algoritmos presentados se pueden aplicar a los convertidores de potencia conectados al bus DC de una microrred AC/DC híbrida o en una microrred de DC, donde el despacho de potencia es observado y gestionado por un controlador central. Este último adquiere datos del sistema mediante una infraestructura de comunicaciones y estima la potencia que gestionará cada uno de los convertidores de potencia, sistemas de almacenamiento y cargas en funcionamiento. En este estudio se muestra la validación experimental de las estrategias de gestión aplicadas en la microrred desde el enfoque del comportamiento de los convertidores de potencia, de las baterías y las cargas ante dicha gestión. Se verifica la estabilidad de la microrred sometiendo a los convertidores a diferentes escenarios de funcionamiento. Estos escenarios pueden ser fluctuaciones en la irradiación, la demanda, el estado de carga de las baterías, los límites máximos de exportación/importación de potencia desde/hacia la microrred hacia/desde la red principal y de la tarifa eléctrica. Adicionalmente, se propone un sistema de almacenamiento de energía en baterías encargado de mantener el equilibrio de potencia en el bus de DC de la microrred que permite aprovechar las fuentes de generación renovables presentes en la microrred y maximizar el tiempo de servicio de las baterías mediante la aplicación de un algoritmo de carga de las baterías. Este último se ajusta al procedimiento de carga especificado por el fabricante, estableciendo las tasas de carga en función de los escenarios en que la microrred se encuentre. El procedimiento de carga en las baterías es fundamental para garantizar las condiciones adecuadas de operación de las mismas, ya que toman en consideración los parámetros establecidos por el fabricante, como son: tasas de carga/descarga, tensión máxima de carga, temperaturas de operación, etc.[CA] Dos dels aspectes crítics en l'operació d'una micro-xarxa són les estratègies de control i gestió de potència implementades, les quals són essencials per proporcionar el seu bon funcionament. L'aplicació adequada de dites estratègies permet compensar els desequilibris de potència causats per la discontinuïtat de la generació i demanda d'energia en les micro-xarxes. En aquest sentit, l'objectiu global de les nomenades estratègies de gestió és equilibrar adequadament el flux de potència en la micro-xarxa mitjançant l'aplicació de diferents algoritmes que permeten complir amb els criteris d'estabilitat, protecció, balanç de potència, transicions, sincronització amb la xarxa i gestió adequada de la micro-xarxa. En el cas de micro-xarxes de potència a petita escala i amb baix nombre de generadors i sistemes d'emmagatzematge distribuïts, les estratègies de control centralitzades ofereixen un alt nivell de flexibilitat per aconseguir funcionalitats avançades en la micro-xarxa i una adequada distribució de la potència entre els convertidors que la conformen. Aquesta tesi s'ha emmarcat al context d'algoritmes de gestió centralitzada de potència d'una micro-xarxa de generació distribuïda en mode de connexió a xarxa. Els algoritmes presentats es poden aplicar als convertidors de potència connectats al bus DC d'una micro-xarxa AC/DC hibrida o en una micro-xarxa de DC, on el despatx de potència és observat i gestionat per un controlador central. Aquest últim adquireix dades del sistema mitjançant una infraestructura de comunicacions i estima la potència que gestionarà cadascun dels convertidors de potència, sistemes d'emmagatzematge i càrregues en funcionament. En aquest estudi es mostren la validació experimental de les estratègies de gestió aplicades en la micro-xarxa des d'un enfocament dels convertidors de potència, de les bateries i les càrregues davant d'aquesta gestió. Es verifica l'estabilitat de la micro-xarxa exposant als convertidors a diferents escenaris de funcionament. Aquest escenaris poden ser fluctuants en la irradiació, la demanda, l'estat de càrrega de les bateries, els límits màxims d'exportació/importació de potència des de/cap a la micro-xarxa cap a/des de la xarxa principal i de la tarifa elèctrica. Addicionalment, es proposa un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries encarregats de mantindre l'equilibri de potència al bus DC de la micro-xarxa i que permet aprofitar les fonts de generació renovables presents en la micro-xarxa i maximitzar el temps de servei de les bateries mitjançant l'aplicació d'un algoritme de càrrega de bateries. Aquest últim s'ajusta al procediment de càrrega especificat pel fabricant, establint les taxes de càrrega en funció dels escenaris en que la micro-xarxa es trobe. El procediment de càrrega a les bateries es fonamental per garantir les condicions adequades d'operació de les mateixes, ja que prenen en consideració els paràmetres establerts pel fabricant, com ara són: taxes de càrrega/descàrrega, tensió màxima de càrrega, temperatures d'operació, etc.[EN] Two critical aspects in microgrids operation are the control and power management strategies, which are essential for their efficient operation. The adequate application of these strategies allows compensating the power imbalance caused by the discontinuity in the energy generation or changes in the power demand of the microgrid. In this sense, the overall objective of these power management strategies is to keep the power balance between the generation and the demand in the microgrid through the application of different algorithms that fulfill the criteria of stability, protection, smooth transitions and synchronization with the main grid. In the case of small-scale microgrids with a low number of distributed generators and energy storage systems, the centralized control strategies offer a higher level of flexibility to achieve advanced features in the microgrid and for the suitable power sharing between the converters that compose it. This thesis has been focused on centralized power management algorithms of a microgrid working in grid connected mode. These algorithms can be applied to the power converters connected to the DC bus of both hybrid AC/DC and DC microgrids, where the power dispatch is controlled by a central controller which acquires system data through a communication infrastructure and sets the power to be managed by each of the converters under operation. In this thesis, the experimental validation of the power management strategies of the microgrid is presented, from the point of view of the behavior of the power converters, batteries and loads. It is provided with a realistic evaluation under different microgrid operation scenarios. These scenarios were sudden changes of the irradiation, load, state of charge, the maximum power to be exported/imported from/to the microgrid to/from the grid, and the electricity tariff. Additionally, it is proposed a battery energy storage system that keeps the power balance at the DC bus of the microgrid, taking advantage from the renewable energy sources and adjusting the battery energy storage through a suitable charging procedure specified by the manufacturer. The proposed procedure changes the charging parameters of the batteries depending on the microgrid states. Its goal is to extend the service time of batteries and to allow proper energy management in the system.Salas Puente, RA. (2019). Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658TESISCompendi