Diseño de un control no lineal para el proceso de carga de baterías con aplicación en vehículos eléctricos

Abstract

"Este trabajo de tesis presenta el diseño de un esquema de control para un sistema de carga de baterías de un vehículo eléctrico. El propósito de este trabajo es demostrar que es posible aplicar la teoría de control no lineal para diseñar un controlador basado en pasividad que pueda modificar, a través de los dispositivos de conmutación, la energía almacenada y las características de amortiguamiento del circuito, sin despreciar las no linealidades del sistema y así, lograr una apropiada regulación y seguimiento de las trayectorias deseadas, resultando en la carga adecuada de las baterías de acuerdo a un algoritmo de carga específico. Para el desarrollo de esta investigación, se considera un sistema de carga monofásico, unidireccional y no aislado, el cual consiste de tres etapas: un convertidor de corriente alterna a corriente directa, un convertidor corriente directa a corriente directa y el banco de baterías. La primera etapa está basada en rectificador-elevador monofásico con corrección de factor de potencia conectado a la red eléctrica, mientras que la segunda etapa está compuesta por un convertidor reductor conectado a la última etapa, es decir, las baterías. Así también, se obtiene modelos matemáticos del sistema de carga completo, mediante dos enfoques: uno a partir del análisis tradicional de circuitos (leyes de Kirchhoff) y el otro en base a las ecuaciones de Euler-Lagrange, conveniente para aplicar la metodología de control basado en pasividad. Se destaca que estos dos enfoques de modelado resultan ser consistentes entre sí. Las pruebas de simulación realizadas en este trabajo consisten en validar que los objetivos de control son logrados, esto es, corrección de factor de potencia y la regulación de la corriente y voltaje de las baterías durante el proceso de carga de acuerdo al algoritmo corriente constante - voltaje constante. En dichas pruebas se consideran tanto la ausencia como la presencia de incertidumbre paramétrica en la resistencia parásita de los elementos inductivos del sistema. Por lo tanto, se diseña un observador no lineal de perturbaciones, con el fin de estimar la perturbación é incluir dichas estimaciones al esquema de control y así poder hacer frente a este problema."

"This thesis work presents the design of a control scheme for a battery charger system of an electric vehicle. The aim of this work is to demonstrate that it is possible to apply the non-linear control theory to design a passivity based controller that can modi ed, through the switching devices, the storage energy and the damping features of the circuit, despite the non-linearities of the system and so, achieve an appropriate regulation and tracking of desired trajectories, resulting in an adequate battery charging process according to an speci c charging algorithm. The present research considers a single-phase, unidirectional and non-isolated charger system, which consist of three stages: a AC/DC converter, a DC/DC converter and the battery bank. The rst stage is based on a bridgeless single-phase with power factor correction recti er connected to the grid while the second stage is composed by a buck converter connected to the last one stage, this is, the battery bank. Additionally, through two approaches, mathematical models are obtained for the charger system: the traditional analysis (Kirchho laws) and the Euler-Lagrange formulation, which is convenient for passivity based control method. As a remark, both approaches are consistent among them. The performed simulation scenarios aim to validate that the control objectives are ful lled, this is: to achieve the power factor correction and regulation of battery current or voltage during the charging process according to the constant current-constant voltage algorithm, as well. These scenarios consider both, the absence and presence of parametric uncertainty in parasitic resistance of in inductances of the circuit. In this sense, a nonlinear disturbance observer is synthesized in order to estimate the disturbances and then feedback this estimation to the control scheme, to nally cope this problem."