Diseño y desarrollo de la etapa de potencia de un convertidor DC-DC 400V/12V de 3,6kW para vehículos eléctricos e híbridos

Abstract

En este TFM se desarrolla la etapa de potencia de un convertidor DC/DC 400V/12V de 3,6 kW para vehículos eléctricos e híbridos. Se trata de un producto para el sector de la automoción llevado a cabo durante la realización de las prácticas del alumno en la empresa MAHLE Electronics, S.A.U con sede en Paterna. Este TFM es parte de un mismo proyecto de la empresa en el que participaron los alumnos José Carlos Mercé Godoy y Pablo Del Canto Masa, ambos realizando prácticas en la empresa y estudiantes del Máster Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos. El alumno Pablo del Canto fue el responsable del desarrollo del circuito de potencia, mientras que José Carlos Mercé llevó a cabo el control digital con microcontrolador del convertidor DC-DC. Desde varios años atrás hasta la actualidad el motor de combustión ha dominado el mercado de los automóviles. No obstante, se puede observar una clara tendencia, impulsada por el desarrollo de nuevas baterías y la mejora de la densidad de potencia de los motores eléctricos y la electrónica de potencia, hacia la utilización de vehículos con un alto grado de electrificación. Todo apunta a que dentro de unos años el motor de combustión quedará obsoleto y los vehículos eléctricos e híbridos dominarán el mercado automovilístico. En la actualidad, tanto en los coches híbridos como en los totalmente eléctricos, la batería de alto voltaje, habitualmente de 400V, suministra energía tanto a los motores, como a un sistema de menor voltaje. Este sistema, habitualmente de 12 V, es el encargado de proporcionar energía a la batería de baja tensión y a las diferentes cargas, que van desde el sistema de audio hasta el ABS del vehículo. Con esta arquitectura eléctrica surge la necesidad de diseñar convertidores eléctrónicos de potencia que logren transformar la tensión de la batería de 400V a 12V con un alto rendimiento. En este trabajo se realizará un estudio de las diferentes topologías de convertidores DC-DC para finalmente seleccionar una de ellas y llevar a cabo su realización. El proyecto englobará los siguientes puntos: - Dimensionamiento de los componentes mediante métodos matemáticos y simulaciones. - Selección de componentes comerciales y establecimiento de las especificaciones para los fabricantes de componentes magnéticos. - Diseño de la PCB mediante el software Altium. - Puesta en marcha del convertidor DC-DC y resolución de los problemas que van surgiendo en los diferentes módulos. Pruebas experimentales.