Disseny i desenvolupament d'un sistema de proves per a cel·les de bateries

Abstract

In response to the rise of electric mobility and the lack of pedagogical tools for studying battery cells in the Automotive Engineering program at the University of Vic, this project designs and develops a PCB aimed at educational environments for conducting charge and discharge tests with currents of up to ±5 A. The main objective is to create a board for laboratory practice or project-based learning (PBL), using components studied throughout the degree, such as a bidirectional half-bridge converter and voltage and current sensors. It also includes measurement points for an oscilloscope and a simplified schematic printed directly on the board, enabling students to connect theoretical class content with practical application. Additionally, the architecture of a firmware for the control unit and a graphical user interface application is defined, allowing real-time visualization of electrical variables. The methodology includes defining requirements, calculating and selecting components, and designing a clear and didactic board that enhances understanding of the involved electronic blocks. As a result, the design meets the planned specifications, featuring an intuitive layout and optimized cost. The prototype addresses a real educational need and provides a reusable tool that fosters hands on learning in power electronics and battery systems, with potential for future improvements and expansions.

Ante el aumento de la movilidad eléctrica y la falta de herramientas pedagógicas para el estudio de celdas de batería en el grado de Ingeniería de Automoción de la Universidad de Vic, este proyecto diseña y desarrolla una PCB orientada a entornos educativos, para la realización de pruebas de carga y descarga con corrientes de hasta ±5 A. El objetivo principal es crear una placa para prácticas de laboratorio o actividades basadas en proyectos (ABP), utilizando componentes estudiados a lo largo del grado, como un convertidor half-bridge bidireccional y sensores de tensión y corriente. También incorpora puntos de medición para el osciloscopio y un esquema simplificado, impreso directamente sobre la placa, que permite relacionar el contenido teórico de las clases con la práctica. Además, se define la arquitectura de un firmware para la unidad de control y de una aplicación con interfaz gráfica para la visualización en tiempo real de las variables eléctricas. La metodología incluye la definición de requisitos, el cálculo y la selección de componentes, así como el diseño de una placa clara y didáctica que favorece la comprensión de los bloques electrónicos implicados. Como resultado, el diseño cumple las especificaciones previstas, con una distribución intuitiva y un coste optimizado. El prototipo cubre una necesidad docente real y ofrece una herramienta reutilizable que fomenta el aprendizaje práctico de la electrónica de potencia y los sistemas de batería, con posibilidades de mejora y ampliación futura.

Davant l’augment de la mobilitat elèctrica i la manca d’eines pedagògiques per a l’estudi de cel·les de bateria en la carrera d’Enginyeria de l’Automoció de la Universitat de Vic, aquest projecte dissenya i desenvolupa una PCB orientada a entorns educatius, per a la realització de proves de càrrega i descàrrega amb corrents de fins a ±5 A. L’objectiu principal és crear una placa per a pràctiques de laboratori o activitats basades en projectes (ABP), utilitzant components estudiats al llarg del grau, com un convertidor half-bridge bidireccional i sensors de tensió i corrent. També incorpora punts de mesura per a l’oscil·loscopi i un esquema simplificat, imprès directament sobre la placa, que permet relacionar el contingut teòric de les classes amb la pràctica. A més, es defineix l’arquitectura d’un firmware per a la unitat de control i d’una aplicació amb interfície gràfica per a la visualització en temps real de les variables elèctriques. La metodologia inclou la definició de requisits, el càlcul i la selecció de components, així com el disseny d’una placa clara i didàctica que afavoreix la comprensió dels blocs electrònics implicats. Com a resultat, el disseny compleix les especificacions previstes, amb una distribució intuïtiva i un cost optimitzat. El prototip cobreix una necessitat docent real i ofereix una eina reutilitzable que fomenta l’aprenentatge pràctic d’electrònica de potència i sistemes de bateria, amb possibilitats de millora i ampliació futura