Diseño de los convertidores electrónicos de la cadena de tracción de un kart eléctrico de 20 kW con dos motores BLDC independientes en el eje trasero

Abstract

[ES] Cada vez son más las competiciones de vehículos de altas prestaciones cuyo tipo de propulsión pasa de ser del tradicional motor de combustión interna a una cadena de tracción puramente eléctrica. Un caso de reciente implantación en el año 2021 es el Open España eKarting cuyo objetivo es la puesta a prueba de un kart eléctrico en fase de desarrollo. El sistema de transmisión de dicho kart es de 1 único motor eléctrico que acciona el eje trasero.

En el presente TFM se diseñan los convertidores electrónicos de la cadena de tracción de un kart eléctrico con dos motores BLDC de 10 kW en el eje trasero. La potencia total es 20 kW, similar a los del Open España eKarting y es capaz de proporcionar picos de potencia superiores a 30 kW. Cada motor acciona una rueda trasera de forma independiente y está controlado por su convertidor de potencia correspondiente.

El diseño consiste, en primer lugar, en una búsqueda de motores que se ajusten a las especificaciones de potencia. Posteriormente, conocidas las especificaciones del motor, se obtendrán los requerimientos de tensión y corriente en el convertidor de potencia y se comprobarán mediante simulación. Finalmente se concluye el diseño de los convertidores con la selección e integración de sus componentes físicos.

De esta manera, lo que se persigue en el trabajo por parte del alumno es la culminación de los conocimientos adquiridos durante el último curso del Máster en Ingeniería Industrial en un entorno real de diseño con el componente innovador motivador de tratarse de un caso de aplicación poco frecuente que constituye un reto para el estudiante.

[CAT] Cada vegada són més les competicions de vehicles d'altes prestacions el tipus de propulsió dels quals passa de ser del tradicional motor de combustió interna a una cadena de tracció purament elèctrica. Un cas de recent implantació l'any 2021 és l'Open España eKarting que té com a objectiu la posada a prova d'un kart elèctric en fase de desenvolupament. El sistema de transmissió del dit kart és de 1 únic motor elèctric que acciona l'eix del darrere. En aquest TFM dissenyen els convertidors electrònics de la cadena de tracció d'un kart amb dos motors elèctrics BLDC de 10 kW a l'eix del darrere. La potència total és 20 kW, semblant als de l'Open Espanya eKarting i és capaç de proporcionar pics de potència superiors a 30 kW. Cada motor acciona una roda del darrere de forma independent i està controlat pel seu convertidor de potència corresponent. El disseny consisteix, en primer lloc, en una cerca de motors que s'ajustin a les especificacions de potència. Posteriorment, conegudes les especificacions del motor, s'obtindran els requeriments de tensió i corrent al convertidor de potència i es comprovaran mitjançant simulació. Finalment es conclou el disseny dels convertidors amb la selecció i la integració dels seus components físics. D'aquesta manera, el que es persegueix en el treball per part de l'alumne és la culminació dels coneixements adquirits durant el darrer curs del Màster en Enginyeria Industrial en un entorn real de disseny amb el component innovador motivador de tractar-se d'un cas d'aplicació poc freqüent que constitueix un repte per a l'estudiant.

[EN] There are more and more competitions of high-performance vehicles whose type of propulsion changes from the traditional internal combustion engine to a purely electric powertrain. A case of recent implementation in 2021 is the Open España eKarting whose objective is the testing of an electric kart in the development phase. The transmission system of this kart is a single electric motor that drives the rear axle.

In the present TFM it is designed the electronic converters of the drive train of a kart with two 10 kW BLDC electric motors on the rear axle. The total power is 20 kW, similar to those of the Open España eKarting and is capable of providing peak power in excess of 30 kW. Each motor drives a rear wheel independently and is controlled by its corresponding power converter.

The design consists, first of all, in a search for motors that meet the power specifications. Subsequently, knowing the motor specifications, the voltage and current requirements on the power converter are obtained and checked by simulation. Finally, the design of the converters is concluded with the selection and integration of their physical components.

In this way, what is pursued in the work by the student is the culmination of the knowledge acquired during the last course of the Master Degree in Industrial Engineering in a real design environment with the motivating innovative component of being a case of infrequent application that constitutes a challenge for the student.