بخشی از مقاله
چکیده:
وسایل نقلیه الکتریکی به عنوان یک راه حل قابل دوام و سازگار با محیط زیست براي رفت و آمد روزمره در حال ظهور است. اگر چه استفاده گسترده تر از وسایل نقلیه الکتریکی در رنج محدودي افزایش یافته است پراکنده بودن شبکه شارژ و سیستم شارژر باتري سریع و کارآمد یکی از عوامل مهم براي موفقیت وسایل نقلیه الکتریکی است. این مقاله به چالش هاي در حال توسعه از جمله شارژر با توان بالاو پیشنهاد مدولار، مقیاس پذیري آسان و پیاده سازي کارآمد از یک سوئیچ مبدل DC-DC براي انجام فرآیند شارژ با جریان ثابت ولتاژ ثابت باتري می پردازد.
مقدمه:
در سال هاي اخیر، صنعت خودرو و علاقه خاصی به رشد و توسعه خودرو هاي الکتریکی نشان داده است که عمدتاً به دلیل بهره مندي بالاي موتورهاي الکتریکی ، قیمت ارزان برق و کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي ، این اتومبیل ها به صورت مستقیم قابل تولید می باشند. امروزه ، وصل کردن برق در وسایل نقلیه الکتریکی دو رویکردي است که توسط بسیاري از تولیدکنندگان خودرو اتخاذ شده است. تا زمانی که پیشرفت بیشتري در زمینه پژوهش باتري به دست آید ، زیر ساخت هاي شارژ باید به طور گسترده در دسترس قرار گیرد . سیستم هاي شارژ باتري را می توان در شرایط سطح قدرت و زمان شارژ رشان طبقه بندي کرد. با توجه به سیستم هایی با قدرت بالاتر، معمولاً DC به عنوان سیستم شارژ سریع شناخته می شود. که مشخصات آن ارائه شده است:
سطح اول: DC باتري اتومبیل به طور مستقیم به وسیله ي یک مدار خارجی به عنوان زیر ساخت DC که یک ولتاژ - بین 200v و - 500v با یک سطح جریان 80 آمپر و یک سطح قدرت حداکثري تا40kw عرضه می کند شارژ می شود.
سطح دوم:DC باتري اتومبیل به طور مستقیم به وسیله ي یک مدار خارجی به عنوان زیر ساخت DC که ولتاژي - بین500v و - 200v عرضه کرده و اجازه جریان 200 آمپري و حداکثر سطح قدرت 100kw را می دهد، شارژ می شود. با این حال چالش هایی در شارژهاي استاندارد کنترلی DC موجود که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، وجود دارد که در سیستم هاي شارژري DC مشخص است که حداکثر قدرت 62/5kW را دارند.
به رغم وجود اختلافاتی بین پروتکل ها و استانداردهاي ارتباطی، توسعه چنین سیستم هایی با قدرت بالا، نگرانی هاي مشترکی را با توجه به قابلیت شبکه هاي برقی موجود به وجود می آورد که خواستار حمایت از چنین سیستم هاي قدرت و پارامترهاي کیفیت شبکه بوده اند. مانند انحرافات هارمونیکی و فاکتور توان که تحت تأثیر این آسیب پذیري قرار گرفته اند. این تحلیل مهم با توجه به قدرت بالاي سیستم هاي شارژي صورت گرفته است. با بودن در لایه هاي پایین تحرك الکتریکی زنجیره تأمین، راهی که آنها توسعه می دهند نقش مهمی را در آینده ي محرك الکتریکی ایفا می کند. توپولوژي معمولی چن ین سیستم شارژي در شکل - 1 - ارائه شده است.
شکل - 1 - توپولوژي شارژر ev براي یک سیستم ورودي 3 فاز
همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده است، توسعه الکتریکی به منظور حمایت از استقرار شبکه شارژ مانند EV چنین سیستمی پذیراي چنین مراحل به هم پیوسته اي به طور خلاصه در بخش - 2 - شرح داده شده است، که است که به صورت جداگانه و چالش هاي پیچیده ي حاضرالزامات برجسته اي در مراحل اصلاح AC-DC و پیامدهاي در نظر گرفته شده است. آن بر طراحی مراحل سیستمی به شرح زیر است.
بنابراین تجزیه و تحلیل انجام شده در این مقاله به چهار تبدیل کننده DC- DC که ارتباط بیشتري با مراحل کار بخش تقسیم می شود. چالش هاي مطرح شده در شبکه حاضر دارند، در بخش - - 3 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. در بخش - 4 - روش طراحی ماژولار براي اجراي یک مبدل DC- DC طراحی شده است که قادر به انجام شارژ جریان ثابت_ ولتاژ ثابت در یک باتري با طیف گسترده اي از حالات بار ممکن است. در نهایت در بخش - 5 - یک نمونه سیستم با توجه به موضوعاتی که قبلاً مورد بحث واقع شده به طور خلاصه ارائه شده است.
-2 مرحله تبدیلAC-DC
ورودي مبدل یکسو کننده AC-DC جزء کلیدي براي عملکرد مناسب سیستم است که اتصال شبکه را شامل می شود. با الزامات قانونی در مواجهه با انحرافات کلی - THD - ، محدودیت هاي هارمونی ک و اصلاح ضریب قدرت ورودي - PFC - را به همراه دارد. ساده ترین توپولوژي AC-DC یکسو کننده، به طور معمول شامل یک پل دیود و خازن است که جریان غیر سینوسی را از شبکه می کشد و به شدت از لحاظ کیفیت توان شبکه توزیع رو به وخامت است.
شکل - - 2 یک راه حل خوب براي بیان مشکل تجزیه و تحلیل است. در یک سیستم تک فاز ، یکسو کننده AC-DC بدون PFC از شبکه یک موج، جریان مشخص می کشد که تنها زمانی که ولتاژ خازن نسبت به مقدار ولتاژ شبکه افت داشته باشد، رخ می دهد.
این اجرا مشکلات شدیدي را در نیرومندي سیستم به وجود می آورد. در مقاله حاضر، اجزا در طول مسیر قدرت باید مشخصات قابل توجهی را که داراي امتیاز هستند، به منظور مقاومت در برابر جریان بزرگ که چندین برابر بزرگتر از ارزش اسمی مورد انتظار است، داشته باشند. استفاده از سیستم PFC رویکردي است که باید منجر به اصلاح ولتاژ شبکه شود که اوج این جریان عظیم و شارژ خازن در طول زمان صاف می شود.
شکل - - 2 شکل موج ولتاژ و جریان در یک مدار یکسو کننده ساده
کلیت مدار PFC از نحوه تغییر افزایشی منبع تغذیه مشتق شده است - SMPS - که توپولوژي آن به دلیل سادگی و قابلیت مداوم آن در شبکه فعلی جلب توجه کرده است. در کاربردهاي توان بالا، به طور معمول بیش از 10kWو 6 سوئیچ 3 فاز براساس توپولوژي ترجیح داده شده، افزایش داشته است. یک مثال از این رویکرد در شکل - 3 - ارائه شده است. در این سیستم اصلاح ضریب قدرت با کنترل همزمان سه بار اصلاح صورت می گیرد به طوري که جریان ورودي هر فاز با توجه به ولتاژ فاز گزارشگر شکل گرفته است که در نهایت منجر به این می شود که فاز ولتاژ به دست آمده مورد بررسی قرار گیرد.
