Conversor modular aplicado ao carregamento de veículos elétricos a partir de uma bateria estacionária residencial

Abstract

Nesta dissertação estuda-se um conversor CC-CC modular capaz de gerenciar o fluxo unidirecional de energia entre um veículo elétrico e um sistema de armazenamento residencial de baixa tensão. O carregador converte a tensão de entrada das baterias de 50 V para 450 V, sendo este composto por cinco conversores \textit{Forward} duas chaves conectados em paralelo nas suas entradas e em série nas suas saídas (IPOS). Utiliza-se uma técnica de defasagem dos pulsos de comandos dos interruptores, conhecida como \textit{interleaved}, com o intuito de reduzir as ondulações de corrente e tensão sobre os elementos reativos do conversor e, consequentemente os seus volumes. Na modelagem matemática, a configuração IPOS é reduzida em um único conversor \textit{Buck} equivalente, cuja estratégia de controle consiste em duas malhas independentes, uma da corrente no indutor de saída e outra da tensão de saída, sendo esta implementada em um processador digital de sinais (DSP). Vale ressaltar que nesta configuração modular, são necessários apenas dois sensores, mesmo para um número elevado de módulos. Por fim, são validadas as análises teóricas a partir da experimentação, alcançando todos os objetivos propostos nesta dissertação.

Abstract : In this Master Thesis, a DC-DC modular converter is proposed. It is designed to be a residential electrical vehicle (EV) charger capable of managing the unidirectional energy flow between an EV and a low voltage residential storage system. It is highlighted that the charger consists of five two switch's Forward converter connected in parallel in their inputs and in series at their outputs (IPOS), which is responsible to convert the input voltage of a residential battery from 50 V to 450 V. Modular topologies allow to drive switches with phase shift commands, being this technique known as interleaved. It is used in order to reduce the current and voltage ripple on the reactive elements, consequently reducing their volumes and costs. In mathematical modeling, the IPOS configuration is reduced to a single equivalent Buck converter, whose control strategy consists of two independent controllers, one for the output inductor current and another for the output voltage, which control is implemented in a digital signal processor (DSP). It is noteworthy that in this modular configuration, only two sensors are required, even for a large number of modules. Finally, the theoretical analyses are validated from the experimentation, reaching all the objectives proposed in this research.