Desarrollo de modelo térmico para estudio de gestión térmica de un motor de inducción de aplicación automotriz

Abstract

[ES] Actualmente, debido a la problemática ambiental, los coches eléctricos están ganando popularidad y se plantea que en un futuro cercano estos reemplacen los vehículos convencionales.

Con el fin de mejorar la eficiencia de estos vehículos, existe una creciente necesidad de investigar mejoras para el sistema de gestión térmica. Ésta es importante a nivel global en el vehículo para mantener los elementos que lo componen en sus condiciones óptimas de operación, algunos de ellos muy sensibles al cambio de temperatura, como es la batería; incluso podría estudiarse el aprovechamiento del calor generador por el motor en el sistema de gestión térmica integral del vehículo, por ejemplo, para calentar dichas baterías en invierno.

El objetivo principal de este estudio es desarrollar un modelo térmico de un motor de inducción. Primero se desarrolló el modelo electromecánico del motor, con el cuál se puede calcular distintas variables de funcionamiento del motor para cualquier condición de operación. Además, con este modelo también se pueden estimar las pérdidas de calor del motor, que sirven como entrada del modelo térmico del motor eléctrico, con el cuál se puede estimar la temperatura en distintas ubicaciones del motor, así como los flujos de calor entre ellas. Estos modelos fueron validados mediante ensayos experimentales que se realizaron en un motor de inducción de 2.2 kW. Posteriormente, con estos modelos, se realizaron estudios de gestión térmica para un motor de inducción de aplicación automotriz.

[CAT] Actualment, a causa de la problemàtica ambiental, els cotxes elèctrics estan guanyant popularitat i es planteja que en un futur proper aquests reemplacin els vehicles convencionals. Per tal de millorar l'eficiència d'aquests vehicles, hi ha una necessitat creixent d'investigar millores per al sistema de gestió tèrmica. Aquesta és important a nivell global al vehicle per mantenir els elements que el componen en les seves condicions òptimes d'operació, alguns molt sensibles al canvi de temperatura, com és la batería. Aquest fet es podria utilitzar per estudiar l'aprofitament de la calor generadora pel motor al sistema de gestió tèrmica integral del vehicle, per exemple, per escalfar aquestes bateries a l'hivern. L’objectiu principal d’aquest estudi és desenvolupar un model tèrmic d’un motor d’inducció. Primer es va desenvolupar el model electromecànic del motor, amb el qual es poden calcular diferents variables de funcionament del motor per a qualsevol condició d'operació. A més, amb aquest model també es poden estimar les pèrdues de calor del motor, que serveixen com a entrada del model tèrmic del motor elèctric, amb el qual es pot estimar la temperatura a diferents ubicacions del motor, així com els fluxos de calor entre elles. Aquests models van ser validats mitjançant assaigs experimentals que es van fer en un motor d'inducció de 2.2 kW. Posteriorment, amb aquests models, es van fer estudis de gestió tèrmica per a un motor d'inducció d'aplicació automotriu.

[EN] Currently, due to environmental problems, electric cars are gaining popularity and it is proposed that in the near future they will replace conventional vehicles. In order to improve the efficiency of these vehicles, there is a growing need to investigate improvements to the thermal management system. This is important at a global level in the vehicle to maintain the elements that compose it in their optimal operating conditions, some of them very sensitive to changes in temperature, such as the battery. This fact could be used to study the use of the heat generated by the engine in the vehicle's integral thermal management system, for example, to heat these batteries in winter. The main objective of this study is to develop a thermal model of an induction motor. First, the electromechanical model of the engine was developed, with which different operating variables of the engine can be calculated for any operating condition. In addition, with this model the heat losses of the motor can also be estimated, which serve as input for the thermal model of the electric motor, with which the temperature in different locations of the motor can be estimated, as well as the heat flows between them. These models were validated through experimental tests that were carried out on a 2.2 kW induction motor. Subsequently, with these models, thermal management studies were carried out for an induction motor for automotive application.