Field weakening and sensorless control solutions for synchronous machines applied to electric vehicles.

184 p.La polución es uno de los mayores problemas en los países industrializados. Por ello, la electrificación del transporte por carretera está en pleno auge, favoreciendo la investigación y el desarrollo industrial. El desarrollo de sistemas de propulsión eficientes, fiables, compactos y económicos juega un papel fundamental para la introducción del vehículo eléctrico en el mercado.Las máquinas síncronas de imanes permanentes son, a día de hoy la tecnología más empleada en vehículos eléctricos e híbridos por sus características. Sin embargo, al depender del uso de tierras raras, se están investigando alternativas a este tipo de máquina, tales como las máquinas de reluctancia síncrona asistidas por imanes. Para este tipo de máquinas síncronas es necesario desarrollar estrategias de control eficientes y robustas. Las desviaciones de parámetros son comunes en estas máquinas debido a la saturación magnética y a otra serie de factores, tales como tolerancias de fabricación, dependencias en función de la temperatura de operación o envejecimiento. Las técnicas de control convencionales, especialmente las estrategias de debilitamiento de campo dependen, en general, del conocimiento previo de dichos parámetros. Si no son lo suficientemente robustos, pueden producir problemas de control en las regiones de debilitamiento de campo y debilitamiento de campo profundo. En este sentido, esta tesis presenta dos nuevas estrategias de control de debilitamiento de campo híbridas basadas en LUTs y reguladores VCT.Por otro lado, otro requisito indispensable para la industria de la automoción es la detección de faltas y la tolerancia a fallos. En este sentido, se presenta una nueva estrategia de control sensorless basada en una estructura PLL/HFI híbrida que permite al vehículo continuar operando de forma pseudo-óptima ante roturas en el sensor de posición y velocidad de la máquina eléctrica. En esta tesis, ambas propuestas se validan experimentalmente en un sistema de propulsión real para vehículo eléctrico que cuenta con una máquina de reluctancia síncrona asistidas por imanes de 51 kW

Field weakening and sensorless control solutions for synchronous machines applied to electric vehicles.

184 p.La polución es uno de los mayores problemas en los países industrializados. Por ello, la electrificación del transporte por carretera está en pleno auge, favoreciendo la investigación y el desarrollo industrial. El desarrollo de sistemas de propulsión eficientes, fiables, compactos y económicos juega un papel fundamental para la introducción del vehículo eléctrico en el mercado.Las máquinas síncronas de imanes permanentes son, a día de hoy la tecnología más empleada en vehículos eléctricos e híbridos por sus características. Sin embargo, al depender del uso de tierras raras, se están investigando alternativas a este tipo de máquina, tales como las máquinas de reluctancia síncrona asistidas por imanes. Para este tipo de máquinas síncronas es necesario desarrollar estrategias de control eficientes y robustas. Las desviaciones de parámetros son comunes en estas máquinas debido a la saturación magnética y a otra serie de factores, tales como tolerancias de fabricación, dependencias en función de la temperatura de operación o envejecimiento. Las técnicas de control convencionales, especialmente las estrategias de debilitamiento de campo dependen, en general, del conocimiento previo de dichos parámetros. Si no son lo suficientemente robustos, pueden producir problemas de control en las regiones de debilitamiento de campo y debilitamiento de campo profundo. En este sentido, esta tesis presenta dos nuevas estrategias de control de debilitamiento de campo híbridas basadas en LUTs y reguladores VCT.Por otro lado, otro requisito indispensable para la industria de la automoción es la detección de faltas y la tolerancia a fallos. En este sentido, se presenta una nueva estrategia de control sensorless basada en una estructura PLL/HFI híbrida que permite al vehículo continuar operando de forma pseudo-óptima ante roturas en el sensor de posición y velocidad de la máquina eléctrica. En esta tesis, ambas propuestas se validan experimentalmente en un sistema de propulsión real para vehículo eléctrico que cuenta con una máquina de reluctancia síncrona asistidas por imanes de 51 kW

Ibilgailu elektrikoen propultsio-sistemak: motor elektrikoak eta horien kontrola

Ibilgailu elektriko eta hibridoetako propultsio-sistemetan erabiltzen diren motor elektrikoen artearen egoera aztertzen du artikulu honek. Horrez gain, makina horiek kontrolatzeko ohikoak diren FOC (Field Oriented Control) eta DTC (Direct Torque Control) kontrol-egiturak azaltzen eta konparatzen dira, eta baita motorraren posizio eta abiadura mekanikoa neurtzen duen sentsorerik gabeko kontrola (sensorless, ingelesez) ere: behatzaileetan oinarritutako estimadoreak, abiadura moderatu eta altuetarako baliagarriak direnak, eta salientzia magnetikoan oinarritutako metodoak, abiadura baxu edota ibilgailua geldi dagoenean ezartzen direnak. Amaitzeko, teknologiak etorkizunean izan ditzakeen erronkak eta joerak azaltzen dira.

Desarrollo de software de control para sistema BMS embarcado en vehículo eléctrico mediante el empleo de herramientas de diseño basado en modelos

Los sistemas electrónicos de gestión de baterías (BMS. Battery Management System, en inglés) son fundamentales en aplicaciones avanzadas que requieren elevados niveles de seguridad, como por ejemplo sistemas de generación de energía eléctrica renovables y vehículos eléctricos. En particular, la fiabilidad del software de control del BMS resulta de extremada importancia. En este trabajo se emplea el dise ˜no basado en modelos (MBD, Model Based Design, en inglés), de forma que se facilita el desarrollo de un software fiable y orientado al cumplimiento de niveles de seguridad automotrices ASIL (Automotive Safety Integrity Level, en inglés). Se describen los principales bloques funcionales desarrollados y se presentan resultados de simulación y experimentales que demuestran la correcta implementación de los mismos.Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Gobierno del País Vasco dentro de las ayudas para grupos del Sistema Universitario Vasco (IT1440-22), por el Aula Tecnalia de la Escuela de Ingeniería de Bilbao y por la Unión Europea Horizon Europe en el contexto del proyecto eBRT2023 (nº 101095882)

Análisis de estrategias de control con gestión térmica para mejorar la fiabilidad de los inversores de tracción aplicados a vehículos eléctricos

La fiabilidad es una de las características más deseables para los sistemas electrónicos de potencia de propulsión embarcados en los vehículos eléctricos o híbridos. En general, la industria utiliza perfiles de derating preestablecidos que limitan la potencia de salida cuando, durante un tiempo determinado, se sobrepasa la potencia nominal del accionamiento eléctrico. Como alternativa a este tipo de soluciones, es posible utilizar algoritmos que determinen la temperatura de unión de los semiconductores en tiempo real y ajusten alguno de los parámetros de control o de consigna para limitarla. Recientemente, en la literatura se han propuesto soluciones que modifican la frecuencia de conmutación en tiempo real. En este contexto, este trabajo analiza y compara dos técnicas pertenecientes a este grupo, una primera basada en un regulador histéretico y una segunda basada en un algoritmo de seguimiento de temperatura (TCT, Temperature Constraint Tracking). Se presentan resultados de simulación y se discuten las ventajas y desventajas de cada una de estas aproximaciones de control.Este trabajo ha sido financiado por el Gobierno Vasco mediante subvención a grupos de investigación de universidades vascas (IT1440-22), por el Gobierno de España MCIN/AEI/10.13039/501100011033 en el contexto del proyecto PID2020-115126RB-I00, por el Gobierno Vasco a través del proyecto de investigación EPOGAN del programa ELKARTEK (KK-2023/00091) y ERABIL+ del programa ELKARTEK (KK-2023/00069) y financiado por la Unión Europea - NextGenerationEU en el contexto del proyecto H2PLAN

Control of dual three-phase IPMSM drive with cascaded DC-link capacitors for third generation EV

In this work, a dual three-phase Interior Permanent Magnet Synchronous Machine (IPMSM) drive connected to a high voltage DC/DC converter (800 V) at its input is considered for electric vehicle (EV) applications. The drive is constituted by two cascaded three-phase inverters, enabling fast charging compatibility. In this particular con guration, balancing the input voltages of the two inverters is mandatory during operation. A novel control approach that not only provides such voltage balancing but also considers the cross-coupling effects of the dual-three phase IPMSM is proposed, guaranteeing an adequate torque regulation through the whole operation range of the drive. Simulation results in a high delity platform that validate the proposal are provided.Supported in part by the Government of the Basque Country within the fund for research groups of the Basque University system IT978-16 and the research program ELKARTEK (project ENSOL2-KK-2020/00077), and also by the Ministerio de Ciencia e Innovaci´on of Spain within the project PID2020-115126RB-I00 and FEDER funds

Modelado electro-térmico de un pack de baterías cilíndrico de ion de litio para el desarrollo de sistemas de gestión térmica en vehículos eléctricos

Los packs de baterías de ion de litio (Li-ion) utilizados en los vehículos eléctricos e híbridos actuales son especialmente sensibles a las condiciones ambientales. Para garantizar un funcionamiento adecuado de los mismos y asegurar un ciclo de vida prolongado, las baterías deben operar con una temperatura de entre los 20?C y los 40?C. Por ello, los vehículos deben integrar un sistema para la gestión térmica de las baterías (BTMS, Battery Thermal Management System, en inglés). En este artículo se desarrolla un modelo electro-térmico preciso que representa el comportamiento de un módulo de baterías de automoción con configuración cilíndrica. El modelo, desarrollado en Matlab/Simulink, se utilizará para la validación del software de control de una futura BTMS y su unidad electrónica de control (ECU, Electronic Control Unit, en inglés) siguiendo el paradigma MBD (Model Based Design, en inglés). Se presentan los modelos matemáticos que permiten la caracterización eléctrica y térmica de la planta, y se muestran resultados de simulación que ejemplifican su funcionamiento.Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Gobierno del País Vasco dentro de las ayudas para grupos del Sistema Universitario Vasco (IT1440-22), por el Aula Tecnalia de la Escuela de Ingeniería de Bilbao y por la Unión Europea Horizon Europe en el contexto del proyecto eBRT2023 (nº 101095882)

Designing, prototyping and testing of a ferrite permanent magnet assisted synchronous reluctance machine for hybrid and electric vehicles applications

This paper aims at presenting the designing, prototyping and testing results of a permanent magnet assisted synchronous reluctance machine, suited for A/B-segment electric vehicles. The machine is designed to avoid the use of rare-earths materials in the magnets, compensating the loss of performance from adopting ferrite magnets with a novel hairpin winding for the stator and a lightweight modular design for the rotor. Beyond the motor itself, the paper presents the design of the full drive, with an integrated power-electronics and an air-cooled housing. The simulation results show that the drive provides a maximum torque performance of 133 Nm at 3,600 rpm and a maximum power of 52.9 kW at 4,300 rpm, with peak efficiency above 96% at 4,000 \ub1 500 rpm and 50 \ub1 20 Nm, decreasing to 93\u201394% by including the inverter. These performances are validated with Hardware-in-the-Loop measurements on the prototype, despite small deviations from the operation of the control algorithm, and from the slightly degraded material performance. The proposed drive is finally evaluated based on its machine constant of mechanical power and torque density values, bringing to an improvement of respectively +45% and +25% compared to the 2016 benchmark, thus resulting in the best-in-class ferrite-based PMaSYRM