Eletroposto móvel para carga de baterias de veículos elétricos alimentadas em corrente contínua e alternada

Abstract

Esta dissertação apresenta o estudo, análise, projeto e validação via simulação de um sistema móvel para carregar baterias de veículos elétricos. Com o objetivo de aumentar a eficiência global, reduzir custo, volume e operar com inversão do fluxo de energia, o projeto emprega conversores bidirecionais em ambos estágios, ou seja, no estágio CA-CC/CC-CA e CC-CC. Inicialmente, a revisão na literatura com a definição das topologias utilizadas para este projeto são apresentadas, na qual propõe-se um conversor Boost trifásico para o estágio CA-CC/CC-CA e um conversor Dual-Active Bridge(DAB) para o estágio CC-CC. Uma vez definida as topologias, foram determinadas as formas de operação de cada estágio, estabelecendo que o conversor Boost opera como PFC e o conversor DAB opera com comutação suave. Diante de cada topologia, foram estudados e determinados os modos de operação de cada estágio, as equações para os componentes armazenadores de energia, as equações de esforços sobre os semicondutores e as equações dos modelos dinâmicos. Por intermédio das equações de modelo, foram definidas as estratégias de controle de cada modo de operação. No trabalho é definido os modos de operação de carga da bateria principal, do VE conectado na saída CC e do VE conectado na saída CA. O conversor Boost trifásico é o responsável por desempenhar a interface entre o barramento CC e a rede elétrica em ambos os modos de carga. O conversor DAB realiza a interface entre barramento CC e bateria principal. Findada a análise teórica, realizou-se os projetos dos estágios de processamento de potência do conversor Boost e DAB, além de realizar a implementação via simulação ideal e não ideal com uma carga de 2,1 kW no software PSIM. Por fim, com o objetivo de apresentar e validar os estudos teóricos propostos, apresentam-se os resultados de simulação ideais e não ideais dos modos de carga com o modelo dinâmico de dupla polarização preciso de uma bateria, comparando-os em ambos os modos de operação.

Abstract: This dissertation presents the study, analysis, design and validation via simulation of a mobile system to charge electric vehicle batteries. Aiming to increase global efficiency, reduce cost, volume and operate with energy flow inversion, the project employs bidirectional converters in both stages, that is, in the CA-CC/CC-CA and CC-CC stage. Initially, the literature review with the definition of the topologies used for this project are presented, in which a three-phase Boost converter is proposed for the CA-CC/CC-CA stage and a Dual-Active Bridge(DAB) converter for the CC-CC stage. Once the topologies were defined, the operating modes of each stage were determined, establishing that the Boost converter operates as PFC and the DAB converter operates with soft switching. For each topology, the operating modes of each stage, the equations for the energy storage components, the equations of efforts on semiconductors and the equations of dynamic models were studied and determined. Through the model equations, the control strategies of each mode of operation were defined. In work, the operating modes of charging the main battery, the VE connected to the DC output and the VE connected to the AC output are defined. The three-phase Boost converter is responsible for performing the interface between the DC bus and the electrical network in both load modes. The DAB converter interfaces between DC bus and main battery. After the theoretical analysis, the projects of the power processing stages of the Boost and DAB converter were carried out, in addition to carrying out the implementation via ideal and non-ideal simulation with a load of 2.1 kW in the software PSIM. Finally, in order to present and validate the proposed theoretical studies, the ideal and non-ideal imulation results of charging modes are presented with the accurate dual polarization dynamic model of a battery, comparing them in both charging modes.