Disseny, prototipatge i validació d'un sistema d'alimentació i control d'un carregador de cotxe elèctric

Abstract

El present treball de final d’estudis del Màster Universitari en Enginyeria Industrial té com a objectiu dissenyar, desenvolupar i fabricar un sistema que forma part d’un carregador semipúblic de tipus 3 de corrent altern (AC), amb la finalitat d’unificar les tecnologies dels carregadors de l’empresa Wallbox Chargers i de ABL. En concret, es duu a terme un redisseny del carregador eM4, desenvolupat per l’empresa alemanya ABL, per incloure-hi aquells circuits i funcionalitats que es troben en tot el catàleg de carregadors AC de Wallbox. Com a introducció, s’explica el funcionament de la càrrega de vehicles elèctrics, així com els diferents modes de càrrega que existeixen. A més, es presenten les normatives i protocols de comunicació entre el carregador i el vehicle i es fa una breu explicació dels diferents estats que es defineixen durant el procés de càrrega. Un cop feta aquesta explicació teòrica, s’introdueix el procés de fabricació de les plaques de circuit imprès (PCBs), i es descriuen aquelles característiques que defineixen l’estructura final del carregador. El projecte parteix d’un conjunt de requisits funcionals i normatius organitzats de la següent manera: especificació de les funcions que han d’estar disponibles al sistema, selecció de l’arquitectura, disseny dels esquemàtics, desenvolupament del layout a partir de les dimensions proporcionades pel departament d’enginyeria mecànica de l’empresa, fabricació dels prototips i, finalment, la validació funcional d’aquests. Els blocs més importants que es defineixen en el sistema són els microcontroladors, el sistema de gestió energètica, la gestió de l’entrada AC i l'adequació i distribució de les diferents alimentacions. També es tenen en compte les normatives aplicables al disseny de carregadors de vehicles elèctrics. Els resultats obtinguts inclouen els esquemàtics del sistema, el layout de la PCB, un prototip funcional i una primera validació del disseny electrònic. El nou disseny de la PCB del model eM4, que s’integra dins del carregador eM5, facilita el manteniment, redueix les despeses de desenvolupament i permet obtenir un disseny modular i completament personalitzable segons la variant de carregador que es vulgui instal·lar. Finalment, es realitza un estudi econòmic del projecte, que inclou una discussió sobre el cost total i es complementa amb un estudi de l’impacte ambiental i social del producte final.