Sistema de gestión de baterías y eléctrico para vehículo submarino autónomo (bms and electric for auv)

Abstract

The present document is a Final Degree Project that outline the design, creation and development of a sub-marine vehicle specifically an autonomous vehicle, AUV (Autonomous Underwater Vehicle); focusing on electronics devices and especially in the battery management system, BMS and power cut off circuit.

Este documento, Proyecto Fin de Carrera, detalla el diseño, creación y desarrollo de un vehículo submarino, en concreto, un vehículo autónomo, AUV (Autonomous Underwater Vehicle); centrándose en sus componentes electrónicos y en especial en el sistema de gestión de baterías BMS y el circuito de corte de potencia. El proyecto surge gracias a la Plataforma Oceánica de Canarias, PLOCAN, que gestiona, dinamiza y patrocina el proyecto con la colaboración de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, ULPGC, en el marco de Campus de Excelencia Internacional y la Fundación Universitaria de Las Palmas, FULP. El objetivo global del proyecto es hacer que, agrupando los conocimientos de PLOCAN y los de las diversas facultades de Ingeniería de la ULPGC junto a sus institutos de investigación se cree un AUV para participar en la competición Student Autonomous Underwater Challenge Europe, SAUC-e, en el año 2012. SAUC-e es una competición universitaria de vehículos autónomos submarinos, AUV’s. Esta competición comenzó en 2006 en Reino Unido, posteriormente en 2008 se trasladó a Francia al IFREMER (Instituto Francés de Investigación para la explotación del Mar, siglas en Francés) en Issy-les-Moulineaux; y desde 2010 se lleva realizando en Italia, con sede en el NURC (Nato Underwater Research Center), actualmente denominado CMRE (Centre for Maritime Research & Experimentation), en La Spezia. La competición pretende conseguir que algunos de los futuros ingenieros se interesen por el medio marino para desarrollar tecnología capaz de estudiar este entorno; por esto plantea una competición en la que equipos universitarios formados por un máximo de 10 integrantes sean capaces de construir un AUV que logre superar una serie de misiones. El objetivo de este Proyecto Fin de Carrera por un lado es conseguir diseñar y fabricar un AUV, centrándonos en la parte electrónica del AUV, y por otro implementar el diseño, fabricación, montaje y verificación del Sistema de Gestión de Baterías, BMS. Respecto a la parte electrónica del vehículo no sólo nos centraremos en cómo realizar el conexionado, sino también en implementar aquellos circuitos impresos que nos sean necesarios, como: preamplificador para hidrófonos, convertidores de tensión, corriente o puertos, circuito de corte de potencia, etc. Se ha de planificar y esquematizar un conexionado compacto, pues el espacio que nos ocupa la electrónica está limitado. El vehículo dispone de hidrófonos para detectar el seguimiento de un vehículo de superficie, ASV; y para obtener una señal que pueda ser procesada, se ha de diseñar un circuito preamplificador. Por otro lado, algunos de los elementos equipados requieren de alimentación negativa para operar, por ello se ha de realizar un convertidor de corriente continua negativa. También se necesita crear un convertidor de nivel para operar entre TTL y puerto serie RS-232, y realizar la comunicación entre la unidad de control y las controladoras de propulsores. Respecto al circuito de corte de potencia, su complejidad radica en la tensión y corriente que debe soportar el interruptor, pues debe ser de pequeño tamaño y soportar una tensión y voltaje elevados. Su utilización es básica para proporcionar seguridad, cortando el suministro de alimentación a los motores si estos se descontrolan y también permite que un buzo pueda operar con el AUV sin riesgos personales. El BMS es el circuito encargado de garantizar que las celdas de la batería se mantengan dentro de sus límites de tensión, corriente y temperatura en el proceso de la carga y descarga. Es de vital importancia cuando se dispone de una batería constituida por celdas individuales pues, una descompensación a la hora de cargar o descargar una de ellas podría provocar que se estropeara, quedando inservible ésta y por tanto también el pack porque dejaría de cumplir con las especificaciones técnicas para las que fue diseñado.