Модульний зарядний пристрій акумулятора електромобіля з двостороннім передаванням енергії

Автор(и)

  • Ievgen Verbytskyi КПІ ім. Ігоря Сікорського http://orcid.org/0000-0001-7275-5152
  • Andrii Harnytskyi КПІ ім. Ігоря Сікорського

DOI:

https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.03

Ключові слова:

зарядний пристрій електромобіля, концепція Vehicle to Grid, модульний перетворювач

Анотація

Описані перспективи використання акумуляторних батарей електромобілів в якості регуляторів мережі або резервних джерел живлення згідно з концепціями V2G (Vehicle to Grid) та G2V (Grid to Vehicle). Визначено вимоги, яким мають відповідати двонаправлені перетворювачі електроенергії: широкий діапазон параметрів вхідної напруги, корекція коефіцієнта потужності вхідного струму, відбирання максимальної потужності від відновлювальних джерел енергії, висока енергетична ефективність. Обрана топологія двонаправленого ізольованого перетворювача з двома активними мостами, що підтримує м’яку комутацію транзисторів при нульовій напрузі та запропонований модульний підхід до побудови перетворювача, який має ряд переваг, серед них: забезпечення будь-яких значень напруги або струму, зниження пульсацій, підвищення коефіцієнта корисної дії схеми, висока надійність, завдяки можливості включення резервних модулів, що можуть замінити основні в разі їхньої відмови, зменшення габаритів реактивних елементів і можливість роботи кожної комірки на вищих частотах. Обрано найефективніший для поставленої задачі тип з’єднання комірок – паралельно по входу і по виходу, що дозволяє розподілити між модулями вхідний і вихідний струми. Представлено розрахунок однієї комірки перетворювача, а саме: розрахунок високочастотного трансформатора, транзисторів і згладжувального LC-фільтру та проведений порівняльний аналіз технічних показників в одно- та багатокоміркових перетворювачах. Проведене моделювання в програмному середовищі Matlab Simulink, оцінено ефект від використання модульного перетворювача при роботі з джерелами постійної та змінної напруги, зокрема проведене порівняння коефіцієнтів пульсації в перетворювачах із різною кількістю комірок при сталому значенні габаритів згладжувального фільтра, а також підібрані параметри фільтра для різної кількості комірок, при яких забезпечується однаковий коефіцієнт пульсацій. Результати моделювання підтвердили правильність розрахунків та довели ефективність використання модульної топології перетворювача.

Посилання

White C. D., Zhang K. M. Using vehicle-to-grid technology for frequency regulation and peak-load reduction. J. Power Sources, 2011, no. 196, pp. 3972–3980, doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.11.010.

Zhou Y., Li X. Vehicle to Grid Technology: A Review. 34th Chinese Control Conference, 2015, pp. 9031–9036, doi: 10.1109/chicc.2015.7261068.

Weise N. D., Mohapatra K. K., Mohan N. Universal utility interface for plug-in hybrid electric vehicles with vehicle-to-grid functionality. 2010 IEEE Power and Energy Society General Meeting, pp. 1–8, doi:10.1109/PES.2010.5589710.

Alonso A. R., Sebastian J., Lamar D. G., Hernando M. M., Vazquez A. An overall study of a dual active bridge for bidirectional dc/dc conversion. 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 1129–1135, doi:10.1109/ECCE.2010.5617847.

Xie Y., Sun J., Freudenberg J. S. Power flow characterization of a bidirectional galvanically isolated high-power DC/DC converter over a wide operating range. IEEE Transactions on Power Electronics, 2010, no. 25 (1), pp. 54–66, doi:10.1109/TPEL.2009.2024151.

Weise N. D., Castelino G., Basu K., Mohan N. A single-stage dual-active-bridge-based soft switched AC-DC converter with open-loop power factor correction and other advanced features. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, no. 29 (8), pp. 4007–4016, doi: 10.1109/TPEL.2013.2293112.

Zumel P., Ortega L., Lazaro A., Fernandez C., Barrado A., Rodriguez A. Modular dual-active bridge converter architecture, 2015, no. 52 (3), pp. 2444–2455, doi: 10.1109/TIA.2016.2527723.

Ievgen Verbytskyi, Oleksandr Bondarenko, Dmitri Vinnikov. Multicell-type current regulator based on Cuk converter for resistance welding. 2017 IEEE 58th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), Riga, 2017, pp. 1–6, doi:10.1109/RTUCON.2017.8124844.

Verbytskyi Ievgen, Bondarenko Oleksandr, Kaloshyn Oleksandr. Multicell-type charger for supercapacitors with power factor correction. Young Engineers Forum (YEF-ECE), Costa da Caparica, Portugal, 2018, pp. 91–96, doi: 10.1109/YEF-ECE.2018.8368945.

Bondarenko O. F., Bondarenko Yu. V., Safronov P. S., Kaloshy`n O. O. Problemy` ocinky` nadijnosti peretvoryuvachiv z modul`noyu topologiyeyu [Problems of estimating the reliability of converters with modular topology]. Bulletin of NTU “KhPI”. Kharkiv: NTU "KhPI", 2017, no. 27 (1249), pp. 238–243.

Hu T., Khan M. M., Xu K., Zhou L., Rana A. Design of an input-parallel output-parallel multi-module dc-dc converter using a ring communication structure. J. Power Electron., 2015, no. 15, pp. 886–898, doi:10.6113/JPE.2015.15.4.886

Blinov A., Verbytskyi I., Zinchenko D., Vinnikov D., Galkin I. Modular Battery Charger for Light Electric Vehicles. Energies, 2020, no.13 (4), pp. 774, doi:10.3390/en13040774

Wang Y., Wang F., Lin Y., Hao T. Sensorless parameter estimation and current-sharing strategy in two-phase and multiphase IPOP DAB DC–DC converters. IET Power Electronics, 2018, no. 11 (6), pp. 1135–1142, doi: 10.1049/iet-pel.2017.0860.

Tseng, K.-C., Huang, C.-C.High Step-Up High-Efficiency Interleaved Converter With Voltage Multiplier Module for Renewable Energy System. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, no. 61 (3), pp. 1311–1319, doi: 10.1109/tie.2013.2261036.

Infineon Technologies AG, “Cool MOS Power Transistor” SPW21N50C3 datasheet, 2008, Available at: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-SPW21N50C3-DS-v02_05-en.pdf?fileId=db3a304412b407950112b42cf60a47dc (accessed: 12.11.2020).

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-30

Як цитувати

Verbytskyi, I., & Harnytskyi, A. (2020). Модульний зарядний пристрій акумулятора електромобіля з двостороннім передаванням енергії. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях, (4(6), 22–27. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.03

Номер

Розділ

Енергетика, машинобудування та технології конструкційних матеріалів