Design and Implementation of a Prognostic and Health Monitoring System for the Power Electronics Converter of a FEV Powertrain

Résumé

Los sistemas prognósticos para la predicción y monitorización del estado de salud de sistemas complejos han atraído gran interés en los últimos tiempos. Las industrias que emplean sistemas en infraestructuras críticas para la seguridad, tales como, plantas nucleares, industria ferroviaria o aeroespacial, han descubierto su potencialidad, siendo capaces de mejorar la confiabilidad y la seguridad, así como de reducir los costes asociados al mantenimiento. El principal objetivo de los sistemas prognósticos es el de determinar el estado de salud de los componentes monitorizados, permitiendo conocer la Vida Útil Remanente (VUR), para así poder implementar políticas avanzadas de mantenimiento, alejadas del clásico mantenimiento correctivo. Esto conlleva prolongar la explotación del sistema de forma segura, reduciendo los costes debidos a las paradas no programadas y aumentando la disponibilidad. El incremento en el número y la variedad de los sensores introducidos, tanto en sistemas mecánicos como eléctricos, unido al desarrollo de algoritmos avanzados para el tratamiento de datos, ha permitido la introducción de los sistemas prognósticos en variedad de aplicaciones. La irrupción del vehículo eléctrico en el mercado, ha generado incertidumbre con respecto a su fiabilidad, mayormente, en sus componentes eléctricos y electrónicos, dada la sensibilidad de la industria automovilística en este aspecto. La industria del automóvil se ve especialmente afectada por el fallo de sistemas, debido a su impacto negativo en la percepción del cliente sobre la marca. En este sentido, el empleo de tecnologías poco testadas en estas aplicaciones, tales como motores de imanes permanentes e inversores de potencia, sugieren que el vehículo eléctrico es un candidato para la aplicación de sistemas prognósticos. En el presente trabajo, se desarrolla una metodología para la implementación de sistemas prognósticos en el tren de potencia de un vehículo eléctrico. Se ha llevado a cabo un caso de estudio en un inversor de potencia, para validar y testear la metodología. Las principales contribuciones de este trabajo son: la metodología seguida, la definición y selección de variables precursoras de fallo, así como el desarrollo de algoritmos para la predicción de la vida útil remanente de los componentes bajo estudio.