Carregador veicular ultrarrápido baseado no conversor True Unit Power Factor
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Ultra fast vehicle charger based on True Unit Power Factor converter
Primeiro orientador
Membros da banca
Sidelmo Magalhães Silva
Braz de Jesus Cardoso Filho
José Antônio de Souza Brito
Braz de Jesus Cardoso Filho
José Antônio de Souza Brito
Resumo
O incentivo de diversos países do mundo ao consumo de energia renovável tem feito com que haja a popularização cada vez maior de meios de transporte movidos à tração elétrica, principalmente os veículos elétricos e híbridos. Dessa forma, surgem desafios em torno da mais nova forma mundial de se locomover. Os veículos elétricos e híbridos plug-in menores têm como combustível as baterias para alimentação dos motores elétricos. Veículos maiores, como ônibus, esbarram na limitação tecnológica dessas baterias quanto à potência suportada e, portanto, outros armazenadores como os supercapacitores passam a ser considerados. Atingir níveis elevados de eficiência, portabilidade e robustez tem sido o foco de pesquisadores de diversas entidades ao redor do mundo, para que os veículos elétricos e híbridos se consolidem de vez como a forma mais utilizada de locomoção no planeta. Partindo disso, o objetivo deste trabalho é propor uma solução para carregadores ultrarrápidos de veículos elétricos e híbridos de alta potência que utiliza o conversor True Unit Power Factor (TUPF). O TUPF tem como principal vantagem a ausência de harmônicos até a 50ª ordem, o que possibilita a não utilização de filtros c.a. capacitivos, evitando pontos de ressonância na rede.
O trabalho se desenvolve por meio de uma metodologia de projeto dos controladores do TUPF e do conversor c.c./c.c. interleaved baseados na análise da rejeição à perturbações, além de definir uma maneira adequada de realizar o recarga ultrarrápida pelo método de corrente constante e tensão constante. Obteve-se, durante a recarga do supercapacitor, nível de TDD máximo de 0,54\% para as correntes na rede e recarga em 45 segundos com carregador de 280 kW. Observa-se, portanto, a validação do TUPF como retificador para aplicações em recargas ultrarrápidas, garantindo bom nível de qualidade de energia em relação às distorções harmônicas nas correntes da rede elétrica. As proposições aqui apresentadas são suportadas por resultados de simulação em softwares de simulação e hardware-in-the-loop.
Abstract
The encouragement of several countries around the world to consume renewable energy has led to the increasing popularization of means of transport powered by electric traction, especially electric and hybrid vehicles. Thus, there are more and more challenges around the newest way of getting around in the world. Smaller plug-in electric and hybrid vehicles are fueled by batteries to power electric motors. Larger vehicles, such as buses, come up against the technological limitation of these batteries in terms of supported power and, therefore, other storage devices such as supercapacitors are being considered. Achieving high levels of efficiency, portability and robustness has been the focus of researchers from various entities around the world, so that electric and hybrid vehicles are consolidated once and for all as the most used form of transportation on the planet. Based on this, the objective of this work is to propose a solution for ultra-fast chargers for high power electric and hybrid vehicles that uses the True Unit Power Factor (TUPF) converter. The main advantage of TUPF is the absence of harmonics up to the 50th order, which makes it possible not to use filters a.a. capacitives, avoiding resonance points in the grid.
The work is developed through a design methodology of the TUPF controllers and the interleaved dc/dc converter based on the analysis of disturbance rejection, in addition to defining an adequate way to perform the ultrafast charging through the constant current and constant voltage method. During supercapacitor charging, a maximum TDD level of 0.54\% was obtained for the currents in the network and charging in 45 seconds with a 280 kW charger. Therefore, the validation of the TUPF as a rectifier for applications in ultra-fast recharges is observed, ensuring a good level of power quality in relation to harmonic distortions in the currents of the electrical network. The propositions presented here are supported by simulation results in simulation software and hardware-in-the-loop.
Assunto
Engenharia elétrica, Energia - Armazenamento, Inversores elétricos, Veículos elétricos
Palavras-chave
Carregador veicular ultrarrápido, Recarga ultrarrápida por oportunidade, Veículos elétricos, Inversor, Conversor, TUPF, Armazenador de energia
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