La presente tesis tiene como objetivo definir el tipo de vehículo eléctrico adecuado para los requerimientos de un usuario privado típico de Lima Metropolitana y determinar las principales características de los sistemas técnicos que debe utilizar el mismo. La presente tesis consta de tres partes. En la primera parte se realiza una descripción de los tipos de vehículos híbridos y vehículos eléctricos. Se da a conocer los componentes que caracterizan a estos vehículos y se define los componentes principales; rectificador y convertidor AC/DC, sistema de almacenamiento, inversor DC/AC, sistema de propulsión, sistema de transmisión. En la segunda parte de la tesis, se da a conocer los vehículos ligeros más vendidos y en consecuencia, los más utilizados en Lima Metropolitana; Toyota Yaris y Kia Rio. Además, se definen las características del ciclo de conducción en Lima Metropolitana en base a datos levantados. Obteniendo velocidades promedio de en horas de la mañana, entre 9:00 am y 11:00 am, realizando recorridos promedio de en periodos de 15 minutos. Se realizan encuestas a usuarios de vehículos dedicados a gasolina y diesel, determinando un promedio de recorrido diario de. Se propone que el vehículo eléctrico debe tener una autonomía mínima de diarios. En la tercera y última parte de la tesis, se definen las características técnicas de los componentes del vehículo eléctrico para uso en Lima Metropolitana. Dicho vehículo eléctrico debe contar con un mínimo de potencia y la capacidad de almacenamiento de las baterías debe ser, para cumplir con los requerimientos de los usuarios. Se selecciona un motor eléctrico de potencia y un pack de baterías de iones de litio de dicha selección se realiza en base al peso bruto de un vehículo ligero. Finalmente, se elabora una comparación de costos del uso de un vehículo eléctrico y un vehículo dedicado a gasolina, para un recorrido anual. Se determina que el vehículo eléctrico demanda Nuevos Soles anuales para recorrer y el vehículo dedicado a gasolina demanda Nuevos Soles anuales para el mismo recorrido. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / La creciente demanda de dispositivos que requieren autonomía han marcado un importante y creciente desarrollo de las baterías. En el contexto de la electromovilidad y el desarrollo sustentable de soluciones que permitan el transporte de personas a través de la ciudad es que resulta trascendental conocer el estado de carga de la batería y poder pronosticar cuando se descargará. Este trabajo se realiza en el contexto del proyecto de investigación FONDECYT 1140774 y con la colaroración de ELIBATT, Empresa que proporcionó la bicicleta eléctrica utilizada en el estudio. El objetivo de este trabajo es estimar y pronosticar la potencia máxima disponible en una batería (SoMPA) y posteriormente utilizarlo como variable para pronosticar cuando la batería se descargará, considerando distintos perfiles de uso. Las metodologías de estimación y pronóstico utilizan como base un esquema desarrollado en \cite{Claudio}. En dicho esquema se modifica principalmente el algoritmo de pronóstico donde se incluye un cálculo off-line de los perfiles de uso, se adiciona una solución para el SoMPA en función del estado de carga y de las restricciones físicas de este problema en particular, se modifica la definición de probabilidad de falla y se realiza el pronóstico de la falla en función del SoMPA y los perfiles de uso. Los datos utilizados se obtuvieron en pruebas en terreno mediante un dispositivo basado en Arduino, el que fue rediseñado y reprogramado con el fin de obtener datos representativos del uso una batería de ión-litio en una bicicleta eléctrica. Para la etapa de estimación se obtuvo que la metodología utilizada logra estimar el SoC y el Voltaje con errores menores al $5 \%$ en los set de datos utilizados mientras que la estimación del SoMPA es consistente con la potencia medida y el tiempo de falla. Además la metodología utilizada logra un pronóstico del SoMPA que permite estimar el tiempo de falla con errores menores al $12 \%$ considerando una potencia de corte en función de la máxima corriente para cada perfil de uso, es decir, el peor caso de cada perfil. Se concluye que la metodología de estimación y pronóstico basada en filtro de partículas, logra estimar y pronosticar utilizando el SoMPA como variable crítica y perfiles de uso predefinidos.

Magíster en Gestión para la Globalización / El objetivo de la presente tesis es presentar un plan de negocios para la implementación de una fábrica de baterías de litio en Chile enfocada en la venta de baterías de litio al mercado latinoamericano y norteamericano. Esto implica definir las especificaciones de la batería que se va a vender en función de futuras necesidades de los clientes, como definir las especificaciones de la fábrica necesaria para realizar la manufactura de la batería. La oportunidad de negocio se presenta ante diversos factores. Por una parte se espera una demanda de baterías de litio de 183 GWh para el 2023 y de 336 GWh para el 2026 a nivel mundial lo que representa más de 5 veces la capacidad actual en menos de 10 años. Esta se ve empujada por la fuerte penetración de vehículos eléctricos. A su vez se estima que en Latinoamérica la demanda generada solo por Vehículos eléctricos será 5GWh el 2023 y crecerá a 12GWh al 2026 y continuará su expansión. Por otra parte, no existen fábricas importantes de baterías de litio en Sudamérica que suplan la demanda futura. Esto abre la oportunidad para que desde Chile se supla la demanda considerando su emplazamiento conectado a pocos días de grandes centros de consumo, su estabilidad económica y política, sus tratados de libre comercio con múltiples economías y su conexión a Asia desde el Pacífico. A su vez posee producción de litio que permite realizar contratos a largo plazo y asegurar el suministro. El mercado objetivo para este proyecto se estima en 16GWh anual al 2026 equivalente a 2.4 billones de dólares. El proyecto considera una inversión de 879.5 millones de dólares que serán invertidos en un periodo de 5 años, partiendo el año 2021 e iniciando su operación el año 2023. Posteriormente continúa la expansión de la fábrica hasta fines del año 2025. La operación del proyecto se considera en un periodo de 23 años. Esta construcción por fase le dará flexibilidad para adecuarse a cambios bruscos de demanda proyectada. El proyecto posee un VAN de $2,2 billones de USD y una TIR del 31%, probando en un primer esfuerzo la viabilidad financiera del proyecto. El análisis de sensibilidad muestra que el proyecto es muy sensible tanto al costo de las materias primas como a la proyección del precio futuro, siendo necesario usar la tecnología más moderna y flexible para adoptar nuevos cambios tecnológicos, como también siendo necesario generar contratos a suministro a largo plazo para eliminar el riesgo del costo de la materia prima. El componente internacional está enfocado por una parte en traer empresas fabricantes de baterías de litio del extranjero a Chile y posteriormente vender baterías en Latinoamérica y Norteamérica. Las principales recomendaciones consideran centrar esfuerzos en generar una agenda política para el fomento a la inversión y al desarrollo del mercado interno considerando metas de penetración de vehículos eléctricos. Logrado esto entonces se puede presentar una oferta atractiva a potenciales inversionistas. A posteriori será necesario entablar relaciones con potenciales proveedores para disminuir los riesgos de suministro. En una siguiente iteración será necesario evaluar la forma óptima de insertarse en la cadena de valor con el fin de minimizar el riesgo de inversionistas y generar dinámicamente la industria.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / En este documento se entrega el desarrollo de un plan de marketing para el uso de la electricidad de Chilectra en el vehículo eléctrico (VE). Este plan es para el período 2012-2015, indicando la hoja de ruta que debe seguir la compañía para fomentar el uso y desarrollo de esta tecnología en el país, junto con entregar los productos y servicios asociados. Luego de realizar una serie de análisis, benchmarking, dimensionamiento de mercado y estudio de la estrategia de la compañía; decantan y emergen de manera natural tres objetivos para esta estrategia de marketing: i. Entregar a los usuarios de VE una experiencia realmente positiva de recarga, con puntos de carga integrados de manera limpia, confiable, eficiente y segura a la red eléctrica. ii. Tener inscritos y fidelizados al 80% de los usuarios de VE en la Región Metropolitana (RM). iii. Que cada punto de recarga público para VE se encuentre a menos de 10 km. de otro en sectores urbanos de la RM, y a menos 20 km. en zonas rurales de la RM. Estos objetivos serán la base para definir la estrategia a seguir y el abanico de proyectos posibles para cumplir dicha estrategia. El conjunto de proyectos definidos son presentados con sus respectivos presupuestos, priorizados por impacto en la consecución de los objetivos y factibilidad de implementación. El Plan de Marketing obtenido requiere un presupuesto MM$988 para el período 2012 a 2015 (MM$247 anuales). Exigiendo a la vez que este monto sea menor al 80% de los nuevos ingresos por venta de energía para VE. Finalmente se entrega un cuadro de control, el cual cuenta con ratios de seguimiento flexibles y adaptables a los cambios de mercado, junto a un programa de implementación.

La industria automotriz se encuentra ad portas de uno de los cambios más grandes desde su inicio. Existen varios factores que han creado las condiciones para el desarrollo masivo de vehículo eléctricos. Los altos precios del petróleo y la creciente preocupación por la incidencia de las emisiones de los vehículos de combustión interna en el medio ambiente están modificando las decisiones de compra. La movilidad eléctrica se convierte en una alternativa para solucionar estos problemas. Las características propias de los vehículo eléctricos significarán una disminución en los costos de operación y la posibilidad de ser parte activa de los sistemas eléctricos. El presente trabajo de título trata sobre la conversión de un vehículo de combustión interna a eléctrico en sus etapas de diseño, modelación e implementación, el que se encontrará disponible para realizar estudios sobre los impactos que tendrá la movilidad eléctrica en el transporte comercial. Junto con la conversión a auto eléctrico, también incluye el desarrollo de un controlador de motor de inducción utilizando un inversor de potencia comercial, uno de los módulos de mayor valor agregado en la integración de los distintos sistemas que conforman un vehículo eléctrico. Se realiza un estudio del estado del arte de los distintos sistemas que conforman un auto eléctrico de accionamiento trifásico. Esto sirve de base para la elección de los equipos necesarios para realizar una conversión que mantenga las características de un auto convencional. Es así como se especifica un banco de baterías de ion litio de 19.8kWh lo que permite tener una autonomía cercana a los 70 kms. con una recarga que demora entre 4 y 6 horas. El motor que se caracteriza corresponde a un motor inducción trifásico Siemens de 250V, 42HP nominales y capaz de alcanzar peaks de 90 HP. Tiene la capacidad de llegar hasta las 13.000RPM y sus características de torque y potencia lo hacen ideal para aplicaciones automotrices disminuyendo a la mitad el peso que tendría un motor de combustión interna de similares características. El sistema de control del motor eléctrico se realiza usando un módulo de potencia comercial para el cual se diseñan y fabrican los circuitos de control. También se programan dos estrategias de control. La primera de ellas corresponde al control escalar o V/Hz que se implementa y valida en el laboratorio con éxito. El segundo esquema corresponde al control por orientación de flujo, que reduce los peaks de corriente y entrega una mejor respuesta transitoria, presenta problemas en su implementación debido a las mediciones de corriente. Para poder validar el correcto funcionamiento del control escalar implementado se realizan pruebas en el laboratorio. Se observa la respuesta en vacío y con carga del motor de inducción acoplado mecánicamente a un generador de corriente continua. Los resultados de estas pruebas son satisfactorias al mantener las características de torque de la máquina con un error menor al 5% y el seguimiento del control en vacío tiene un error menor al 1% con respecto a las referencias de velocidad entregadas. Entre los trabajos futuros que se pueden desprender uno de los más importantes correspondería al rediseño de los circuitos de control para prevenir el ruido proveniente de los disparos de los IGBT. Así se tendría una mejor adquisición de señales y podría implementarse de forma exitosa la estrategia de control por orientación de flujo. También sería importante implementar una interfaz amigable con el usuario en el que se desplieguen la información de interés del automóvil y realizar una estimación de la carga de baterías usando algoritmos más complejos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Los últimos desarrollos en baterías de ión-litio han permitido una verdadera revolución en la industria automotriz. Los vehículos eléctricos representan una porción del mercado que aumenta año a año. Estos vehículos operan bajo condiciones variables, requiriendo de bancos de baterías para hacer frente a las respectivas demandas de torque y potencia. En este trabajo construimos un simulador que, dado el tamaño del banco, determina cuando una recarga (autonomía) o reemplazo del banco (vida útil remanente) son necesarios. Con este fin estudiamos los indicadores de Estado-de-Carga (SOC), y Estado-de-Salud (SOH), usando modelos en espacio de estados discreto. Las predicciones se basan en una caracterización probabilística de los perfiles de uso en un vehículo eléctrico, que a su vez son una función de entradas genéricas, e.g. el mapa de la misión, las características mecánicas del vehículo, perfiles de conducción y configuración del banco de baterías. En nuestro enfoque estocástico, el pronóstico para el SOC y SOH son generados en un esquema basado en filtro de partículas, con medidas de riesgo e intervalos de confianza obtenidos tanto para el fin-de- la-descarga (en cada ciclo) como para el fin-de-vida-útil (reemplazo). Estos esquemas se benefician de la incorporación de metamodelos para la resistencia óh- mica interna y la eficiencia de Coulomb del banco. El primero depende de la demanda de corriente y el SOC, mientras el segundo se basa en la magnitud de la corriente y la profundi- dad de cada descarga. Ambos metamodelos son incluidos dentro del esquema del SOC/SOH, i) efectivamente introduciendo nueva fenomenología en ellos, y ii) proveyendo de una conex- ión entre el SOC/SOH y el cómo cada descarga afecta el estado de salud del banco de baterías como un todo. También presentamos una metodología para experimentos de laboratorio que son capaces de determinar estas cantidades empíricamente en baterías de ión-litio. Consideramos efectos ignorados hasta ahora en este tipo de modelos empíricos, i.e. cómo las condiciones de operación en una descarga conciernen al pronóstico de la vida útil rema- nente, y cómo las dependencias de la impedancia interna afectan la autonomía del vehículo. Un sub-producto de este trabajo es el mejoramiento del rango de opciones, modularidad y velocidad de ejecución de algoritmos. Finalmente, establecemos aquí las bases para trabajo futuro en diseño óptimo de bancos de baterías en función de perfiles de uso particulares.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Las micro redes (MR o μG) se constituyen como una solución para la electrificación mediante el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables locales, tanto en zonas remotas como en sistemas interconectados. Sin embargo, en zonas aisladas el uso de combustibles fósil para el transporte local prevalece como un desafío a su suministro energético. Ante esta problemática, los vehículos eléctricos (VE) se perfilan como una solución en la medida que tengan la capacidad de operar coordinadamente con una MR existente en la localidad. En esta tesis se diseña, construye y valida en laboratorio un conversor de potencia que permite el intercambio de energía entre una fuente DC y una máquina de inducción trifásica o una MR aislada, con el objetivo de materializar el concepto de V2μG (del inglés Vehicle to Micro-Grid). Se propone la utilización de un inversor trifásico, tetrapolar y multifuncional, cuyo sistema eléctrico permite dos modos de operación: el modo VE, diseñado para manipular el torque del motor de inducción trifásico del vehículo, basado en la estrategia IFOC (del inglés Indirect Field Oriented Control); y el modo V2μG, que mediante estrategias de control basadas en Acondicionadores de Potencia tipo Filtro Activo permite su integración con la MR a través de los sub-modos IDLE, COMPENSACIÓN DE COMPONENTES DE SECUENCIA CERO (CCS0), COMPENSACIÓN DE COMPONENTES DE SECUENCIA NEGATIVA (CCS-), SUAVIZADOR P-Q (SPQ) y CONTROL DE TENSIÓN BUS DC (CTBDC). Los resultados experimentales de la operación en modo VE muestran que la estrategia IFOC implementada en el conversor funciona correctamente siempre que la medición de velocidad del rotor de la máquina sea suficientemente precisa. En este caso, se observa que la respuesta del sistema ante cambios en la referencia de tipo escalón es menor a 27[ms]. Por otro lado, en el modo V2μG, se comprueba que en el sub-modo IDLE el conversor no inyecta ni absorbe potencia de la red. Se verifica que los otros sub-modos operan correctamente y de forma independiente. Sin embargo, se obtienen mejores resultados al combinar los sub-modos CCS0, CCS- Y CTBDC, logrando reducir el THD y desbalance de corriente aguas arriba al punto de conexión desde 12,5[%] a 4[%] y de 100[%] a menos del 2[%] respectivamente. Al combinar los sub-modos CCS0, CCS-, CTBDC y SPQ se logra suavizar los escalones de potencia activa y reactiva producto de la dinámica del sistema aguas arriba del punto de conexión. Para futuros trabajos se propone implementar una estrategia de carga de baterías, mejorar los controladores de corriente para el modo V2μG, integrar la operación en isla para cargas monofásicas y trifásicas e integrar funciones de control remoto para su operación en redes inteligentes. Finalmente, se plantea agregar la funcionalidad de dar soporte ante fallas en la red.

¿Sabías que los vehículos eléctricos como transporte serian la solución tecnológica para la contribución con el cuidado del medio ambiente? Decimos esto porque hoy en día los vehículos eléctricos son de rápida implementación que contribuye a resolver el problema de la contaminación del medio ambiente, con un transporte ecológico también se mejora la calidad del aire ya que a la circular no emiten el CO2 porque el motor no emite ningún tipo de humo, debido a que estos son impulsados por uno o varios motores eléctricos en vez de motores de combustión (gasolina o diésel). Ahora ¿Tenias conocimiento que los vehículos eléctricos se recargan por 8 horas y tienen una capacidad especifica de kilometraje de duración de recarga y que las baterías se pueden enchufar a la red cuando estén estacionados? En comparación con los vehículos de motor de combustión, el transporte eléctrico tiene ventajas obvias en cuanto a las emisiones y nuestra salud, ya que solo el transporte es responsable de cerca del 23% de las emisiones de dióxido de carbono energéticas a nivel mundial. Lo que se pretende es lanzar al mercado son estaciones de recarga se podría reducir el tiempo de carga en 20minutos en lugares estratégicos sin necesidad de regresar a casa. Actualmente casi el 80% de los dueños de los vehículos realizan sus cargas en sus propios domicilios, por ello las diferencias entre cargar en estaciones y los hogares, es que en los hogares puede demorar entre 4 y 6 horas una recarga completa. / Did you know that electric vehicles as transport would be the technological solution for the contribution to caring for the environment? We say this because nowadays electric vehicles are of rapid implementation that contributes to solving the problem of environmental pollution, with an ecological transport the air quality is also improved since in the circular they do not emit CO2 because the engine does not emit no smoke, because they are powered by one or more electric motors instead of combustion engines (gasoline or diesel). Now, did you know that electric vehicles recharge for 8 hours and have a specific capacity of mileage of recharge duration and that batteries can be plugged into the network when parked?. Compared to combustion engine vehicles, electric transport has obvious benefits in terms of emissions and our health, as transport alone is responsible for around 23% of global energy carbon dioxide emissions. What is intended is to launch to the market are recharging stations, the charging time could be reduced by 20 minutes in strategic places without the need to return home. Currently, almost 80% of vehicle owners carry out their charges in their own homes, so the differences between charging at stations and in homes is that in homes it can take 4 to 6 hours to fully recharge. / Trabajo de investigación

Una de los objetivos de la incursión de los vehículos eléctricos en la sociedad es frenar la contaminación del planeta. Esto debido a que la energía eléctrica es más limpia en comparación de la proveniente de los combustibles fósiles. Uno de los factores por el cual aún no se está consolidando la inclusión total de los vehículos eléctricos en las ciudades es debido a su limitado rango de autonomía. Esto ocurre principalmente porque los métodos de suministro de energía para estos vehículos aún no son del todo satisfactorios. Se han desarrollado diversas infraestructuras de carga, las cuales se clasifican en 2 criterios de carga. Los cargadores AC son clasificados como dispositivos de carga lenta y los cargadores DC son clasificados como dispositivos de carga rápida. Todos estos cargadores funcionan bajo un protocolo de carga que se diferencian en el tipo de conector, rangos de potencia de carga y la comunicación de control entre el vehículo eléctrico y la infraestructura de carga. Los cargadores DC más modernos pueden cargar por completo un vehículo en un tiempo alrededor de 10 minutos. Mientras que con los cargadores AC, el tiempo de carga puede extenderse hasta varias horas. En este trabajo se desarrollará un modelo de solución del diseño de un prototipo de cargador portátil DC para EVs bajo el protocolo de carga CCS Combo1. Este servirá para poder cargar un vehículo eléctrico sin la necesidad de tener acceso a un punto de red eléctrica.

La presente tesis presenta una metodología para la estimación de la velocidad angular de un motor asíncrono trifásico, también llamado motor de inducción, instalado en un vehículo eléctrico. Debido a su eficiencia, robustez, bajo costo, mínimo mantenimiento y con la aparición de la estrategia de control vectorial (la cual aseguraba precisión en el control de velocidad con un adecuado torque), los motores de inducción se presentan como una alternativa conveniente para reemplazar a los motores de combustión interna en los vehículos, contribuyendo de esta manera a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. En la búsqueda evitar añadir elementos adicionales al sistema de control, se han desarrollado metodologías que prescinden del uso de instrumentos de medición de velocidad utilizando un estimador de dicha variable. Como estrategia de estimación se utilizará en principio un observador de Luenberger con el cual se determinará el flujo magnético del rotor, para luego diseñar un sistema adaptativo con modelo de referencia (MRAS) para estimar finalmente la velocidad. Al ser un sistema no lineal y multi-variable, la dinámica del motor se describe a través de un modelo de espacio estado. Luego de presentar los conceptos teóricos que respaldan esta metodología, se modelará este sistema y se simulará el comportamiento de las variables eléctricas a través de distintos patrones de velocidad y torque, propios de un vehículo de pasajeros. Finalmente se podrán apreciar en las gráficas de los errores de estimación, la eficacia de este algoritmo. Este trabajo busca no solo presentar un algoritmo eficiente en la estimación de la velocidad angular, sino que además sirva de referencia para futuros estudios que busquen optimizar estrategias de control mediante un modelamiento que represente de la forma más fidedigna posible la dinámica de un motor de inducción.