Desarrollo de un sistema compacto de generación de energía de muy alta densidad de potencia

Financiador

ministerio de ciencia innovacion y universidades

Programa: RETOS COLABORACIÓN 2017

Número de expediente: RTC-2017-5984

Partners

  • SAPA Operaciones

  • LANCOR 2000

  • Ceit-IK4

  • TECNALIA

Resumen

Debido a la creciente necesidad de disponer el mayor número de elementos consumidores de energía integrados en los vehículos en general (Compresor, ventilador, Motor de arranque, calefacción, bombas de combustible, exportación de energía, bombas de líquido de refrigeración, dirección asistida, frenos ABS, limpiaparabrisas, sistemas C4I, sensores, luces del vehículo, etc.) además de equipos específicos de los vehículos de uso militar (como cámaras, sistemas de comunicación con satélites, UAV´s, tripulantes a pie, inhibidores de frecuencia), el consumo de energía y las necesidades de potencia eléctrica de los vehículos está creciendo.

La tendencia tecnológica para el incremento de la energía eléctrica disponible, pasa por la incorporación de pesadas baterías, que suministran alta tensión en continua, empleando conversores convencionales.
En este marco, durante el periodo 2015-2017 SAPA operaciones con la ayuda de CEIT ha desarrollado un sistema de generación de energía eléctrica de alta potencia, capaz de convertir el vehículo en un gran grupo electrógeno, capaz de exportar energía en alta y baja tensión, de alta potencia, eliminando los problemas de logística de grupos electrógenos a sitios remotos y que simultáneamente, pueden ser utilizado como complemento al sistema de propulsión, en este caso, como motor de arranque.

A pesar de que dicho desarrollo de generación de energía ya es integrable en el GMP de un vehículo de gran peso off road, las exigencias actuales de mercado llevan a que es esencial la reducción de pesos, espacio y coste de los sistemas de generación de energía.
En este marco, se plantea el presente proyecto con el objetivo principal de desarrollar de un sistema compacto de generación de energía embarcada en vehículo de muy alta densidad de potencia, adaptadas a los requerimientos de las aplicaciones y el mercado.

Para poder llevar a cabo dicho desarrollo, el líder del proyecto, SAPA colabora con entidades expertas en diferentes materias y con gran interés en estar presentes en la vanguardia de soluciones de electrificación de vehículos a tracción:

  • LANCOR 2000: Empresa experta en desarrollo de máquinas eléctricas
  • Ceit-IK4: Agente de investigación experto en I+D de máquinas eléctricas
  • TECNALIA: Agente de investigación experto en I+D de convertidores DC/DC

Las líneas de desarrollo principales del proyecto serán las siguientes:

  • Nueva máquina eléctrica compacta de alta velocidad y su sistema de refrigeración por agua-glicol y por aceite
  • Nuevo alternador AC/DC compacto que sea integrable con la máquina eléctrica
  • Nuevo conversor DC/DC compacto de muy alta frecuencia a partir de transformadores DC comerciales.
  • Integración secuencial de la nueva máquina eléctrica (dos tipos de refrigeración: agua-glicol y aceite) con el AC/DC compacto y el DC/DC de muy alta frecuencia que se integraría finalmente en el nuevo sistema de generación de energía compacto.

Papel de Ceit en el proyecto

Los objetivos técnicos de Ceit-IK4 en el proyecto COMPACTPLATFORM están centrados en la optimización de la densidad de potencia de la máquina eléctrica. Se establecen los siguientes:

Análisis de velocidades de operación de la máquina hasta valores entre 15,000 rpm y 20,000 rpm. El aumento de la velocidad de la máquina hasta unos valores tan altos supone una reducción del peso y volumen de la máquina de hasta el 30%.

  • Optimización de la refrigeración de la máquina eléctrica. Concretamente, se plantea la investigación en sistemas de refrigeración directa mediante aceite, tanto del estator como del rotor, así como la técnica de spray cooling.
  • Desarrollo de metodologías de automatización e industrialización de máquinas de alta velocidad, refrigeración avanzada y devanado hairpin.
  • Diseño de dos demostradores de máquina eléctrica para operación como generador de 75kVA, incluyendo los aspectos de diseño para alta velocidad y para la refrigeración más adecuados para la optimización del rendimiento y la densidad de potencia.
  • Validación experimental del diseño de las máquinas eléctricas diseñada y comparación de los resultados en función de las tecnologías aplicadas.
 

Persona de contacto

10065650

Miguel Martínez-Iturralde

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