System Identification and control of MPPT DC-DC converters

Abstract

Este proyecto se centra en el desarrollo del subsistema eléctrico de un vehículo solar que competirá en la competición universitaria "Formula Grand Prix". La memoria del proyecto reportará información detallada sobre el MPPT (Maximum Power Point Tracker), un dispositivo que intentará optimizar el flujo de energía de los paneles solares a las baterías. Las baterías alimentarán, entre otros dispositivos, a los motores. De hecho, los dos motores serán el punto central del sistema, que se dimensionará en torno a estos. El MPPT funciona con una comunicación bidireccional,de lectura y escritura de mensajes en CAN. Usando la interfaz CANdapter, se comprobó la configuración predeterminada (leyendo mensajes CAN). Además, algunos parámetros relativos a la tensión máxima se adaptaron conforme a las especificaciones del vehículo de competición (escribiendo mensajes en CAN). Se realizaron pruebas de laboratorio que mostraron la importancia de limitar la corriente con pequeñas resistencias, de 8 ohmios, (especialmente en la respuesta transitoria inicial) para evitar quemar los fusibles de las baterías. Asimismo, las pruebas realizadas determinaron una eficiencia del MPPT del 90,2 por ciento y definieron un procedimiento seguro para activar y desactivar el MPPT.Los elementos utilizados fueron 40 paneles solares en serie, el MPPT Photon 1 y cuatro baterías de 12 voltios. Finalmente, la configuración de las baterías se ha fijado en 24 celdas en serie y 16 en paralelo. Por otro lado, la configuración de los paneles solares se ha definido como 81 celdas en serie, debido a la limitación de superficie de 162 celdas y a la limitación de corriente al MPPT de 10 Amperios.

This project focuses on the development of the electrical subsystem of a solar vehicle that will compete in the “Formula Grand Prix” competition. The thesis report will include detailed information about the MPPT (Maximum Power Point Tracker), a device that will try to optimize the flow of energy from the solar panels to the batteries. The batteries will power, among other devices, the engines. In fact, the two motors will be the central point of the system, which will be sized around them. The MPPT works with a two-way communication, which allows reading and writing CAN messages. Using the CANdapter interface, the default configuration was checked (reading CAN messages). Moreover, some parameters regarding the maximum voltage were changed to match the vehicle's specifications (writing CAN messages). Lab tests were performed using 40 solar cells in series, the Photon 1 MPPT and four 12-volt batteries. These lab tests showed the importance of limiting the current with small resistors, of 8 ohms, (specially at the initial transient response) to avoid burning the fuses of the batteries. Likewise, they determined a 90.2% MPPT efficiency and defined a safe procedure to turn on and off the MPPT. Finally, the battery configuration has been set to 24 cells in series and 16 in parallel. On the other hand, the configuration of the solar panels has been defined as 81 cells in series, due to the surface area limitation of 162 cells and the MPPT current limitation of 10A.