بخشی از مقاله
چکیده -
استفاده از خودروهای الکتریکی - EV - یکی از روشهای مناسب برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای میباشد. موتورهای رلوکتانسی سویچ شونده - SRM - یکی از موتورهای پر کاربرد در خودروهای الکتریکی میباشند. برای افزایش میزان مسافت رانندگی با این خودروها، استفاده از پنلهای خورشیدی - PV - روی خودرو از میزان وابستگی به باتری آن میکاهد.
در این مقاله، یک مبدل با سه پورت - Tri-port - برای پخش انرژی بین پنل خورشیدی، باتری و SRM پیشنهاد میشود. شش مدکاری وجود دارد که چهارمورد از آنها برای درایو و دو مورد نیز برای شارژ کردن خودرو در حالت ثابت استفاده میشوند.
در مدهای مربوط به درایو، یک کنترل جداگانه برای پیدا کردن نقطه حداکثر توان - MPPT - پنل PV و کنترل سرعت SRM انجام میشود و در مدهای مربوط به شارژ ثابت، از یک توپولوژی شارژ متصل به شبکه بدون استفاده از سخت افزار خارجی استفاده میشود. زمانی که پنل PV بطور مستقیم باتری را شارژ میکند، از یک استراتژی کنترل شارژ چند مرحله ای برای بهینه کردن مصرف انرژی، استفاده میشود. نتایج شبیه سازی در Matlab/Simulink تاثیر مبدل پیشنهادی را اثبات میکنند و ساختار خودروهای الکتریکی را نیز بهبود میدهند.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر، استفاده از خودروهای الکتریکی - EV - افزایش یافته است که با پیشرفت در درایو موتورها، مبدلهای الکترنیک قدرت، باتریها و سیستمهای مدیریت انرژی این مهم حاصل شده است .[4]-[1] به علت محدودیت در تکنولوژی باتریها، میزان مسافت پیموده شده، نسبتا" کوتاه است که این استفاده از این خودروها را تا حد زیادی محدود میکند
برای غلبه بر این مسائل، یک پنل خورشیدی - PV - و یک موتور رلوکتانسی سویچ شونده - SRM - به ترتیب برای تامین توان و درایو موتور معرفی شده اند. ابتدا با اضافه کردن یک پنل PV به بالای EV، یک منبع انرژی پایدار بدست میآید. با اینکه پنلهای PV چگالی توان کمتری برای درایو دارند ولی میتوان از آن ها برای شارژ باتری استفاده کرد.
بطور کلی، تغذیه EV با پنل PV ساختاری مشابه خودروهای الکتریکی هیبریدی دارد، به این صورت که موتور احتراق داخلی - ICE - آن با پنل PV جایگزین شده است. سیستم PV تغذیه کننده EV در شکل - 1 - مشاهده میشود. قسمتهای اصلی آن را جایگاه شارژ ، باتریها و مبدلهای الکترونیک قدرت شامل میشوند .[10]-[8] برای کاهش پروسه تبدیل انرژی، یک روش برای طراحی دوباره موتور با چند شارژ کننده غیر مستقیم پیشنهاد شده است
برای مثال، در [13] یک موتور مغناطیس دائم - PM - نیم فاز 20 کیلوواتی برای شارژ EV طراحی شده است، اما این موتور، هارمونیکهای بزرگی ایجاد میکند. در [14] برای شارژ مستقیم و تصحیح ضریب توان در یک 2/3 SRM کیلوواتی، از سیم پیچیهای موتور به عنوان فیلتر ورودی، استفاده شده است. مفهوم ساختار ماژولار توپولوژی درایو در [15] آورده شده است.
براساس ماژولهای هوشمند توان - IPM - ، یک مبدل نیم پل چهار فازه برای درایو و شارژ شبکه استفاده شده است. اگرچه ماژولار کردن، قسمت عمده تولید را پشتیبانی می کند، اما استفاده از توپولوژی نیم پل و یا تمام پل، قابلیت اطمینان سیستم را کاهش میدهد. در [16] یک توپولوژی ساده برای خودروهای الکتریکی هیبریدی - HEV - متصل به برق - Plug-in - ایجاد شده است که تغییرات پخش انرژی را پشتیبانی میکند. اما برای شارژ ، شبکه باید به یک ژنراتور یکسوساز متصل شود که پروسه تبدیل انرژی را افزایش داده و راندمان شارژ را کاهش دهد.
با این حال، یک توپولوژی مؤثر و استراتژی کنترلی مناسب برای PV تغذیه کننده EV هنوز پیشنهاد نشده است. پیدا کردن نقطه حداکثر توان - MPPT - و استفاده از انرژی خورشیدی از فاکتورهای منحصر به فرد PV تغذیه کننده EV میباشد. برای کاهش هزینه و حالت های پخش متغیر توان، یک مبدل قدرت با سه پورت - Tri-port - کم هزینه برای متعادل کردن پنل های PV، SRM و باتری در این مقاله پیشنهاد میشود. شش وضعیت کاری برای پشتیبانی از کنترل متغیر پخش انرژی به وجود میآید.
-2 توپولوژی و مدهای کاری
-1-2 پیشنهادی
توپولوژی tri-port پیشنهادی دارای سه پورت انرژی است: PV، باتری و .SRM این پورتها با یک مبدل قدرت که شامل چهار سویچ - S0-S3 - ، چهار دیود - D0-D3 - و دو رله است به هم متصل میشوند که در شکل - 2 - مشاهده میشود.
با کنترل رلههای J1 و J2 ، میتوان شش مد کاری را پشتیبانی کرد، که در شکل - 3 - مشاهده میشود، عملکرد رلهها در جدول - 1 - توضیح داده شده است.
-2-2 درایو
چهار مد در این حالت وجود دارد.
مد : - 1 - در بارهای نورانی مانند چراغها، انرژی تولید شده توسط PV بیشتر از نیاز SRM مورد نیاز است؛ بنابراین سیستم در مد 1 کار میکند. مدار معادل آن در شکل - - 4 - آ مشاهده میشود، که رله J1 خاموش و رله J2 روشن است. پنل PV انرژی مورد نیاز SRM را تامین کرده و باتری را شارژ میکند.
مد : - 2 - زمانی که SRM تحت بارهای سنگین کار میکند مانند رانندگی و یا شتاب گیری در سربالاییها، در این شرایط هم پنل PV وهم باتری هردو توان لازم برای SRM را تامین میکنند. مدار معادل مربوط به این مد در شکل - - 4 - ب نشان داده شده است که در اینجا رله های J1 و J2 هردو روشن هستند.
مد - : - 3 زمانی که باتری بدون توان است، پنل PV تنها منبع لازم برای خودرو است. مدار مربوط به این مد در شکل - - 4 - ج نشان داده شده است که در آن رله J1 روشن و رله J2 خاموش است.
مد : - 4 - زمانی که PV به خاطر کم بودن زاویه تابش خورشید نمیتواند انرژی لازم را تولید کند، باتری توان مورد نیاز SRM را تامین میکند که در شکل - - 4 - د مشاهده میشود. در این مد رله های J1 و J2 هردو روشن هستند.
مد : - 5 - زمانی که PV نمیتواند توان لازم را تولید کند، یک منبع خارجی برای شارژ باتری مورد نیاز است، مانند شبکه .AC مدار مربوط به این مد در شکل - - 5 - آ مشاهده میشود که در آن J1 و J2 هردو روشن هستند. نقطه A مرکز سیم پیچی های فاز است که میتواند به راحتی بدون تغییر ساختار موتور، حاصل شود. سیم پیچیهای La1 و La2 به عنوان فیلترهای ورودی بکار میروند. این سیم پیچیها بخشی از مدار درایو یک یکسوساز AC-AC برای شارژ شبکه است.
مد : - 6 - زمانی که EV زیر خورشید پارک میشود، PV میتواند باتری را شارژ کند. J1 خاموش و J2 در این مد روشن میشوند. مدار شارژ مربوط به این حالت در شکل - - 5 - ب مشاهده میشود.
مدهای - 5 - و - 6 - مربوط به شارژ باتری می باشند.
-3 استراتژی کنترلی تحت مدهای مختلف
-1-3 درایو با یک
به علت متفاوت بودن منابع قدرت، حالتهای درایو با PV، درایو با باتری و تغذیه منبع با PV و باتری بصورت موازی وجود دارند. در وضعیت بار سنگین، منبع PV نمیتواند EV را پشتیبانی کند، مد - 2 - میتواند برای پشتیبانی کافی از انرژی و استفاده کامل از انرژی خورشیدی مناسب باشد. شکل - - 6 - آ مدار معادل این حالت را نشان میدهد؛ نقاط کاری متناظر منبع PV نیز در شکل - - 6 - ب مشخص شده است. چون PV با باتری موازی است، ولتاژ PV با ولتاژ باتری UB برابر میشود. در مد - - 2، سه حالت کاری وجود دارد؛ سیم پیچی تحریک، انرژی بازگشتی و چرخشی آزاد که در شکل - 7 - مشاهده میشود. مدهای - 3 - و - 4 - نیز مشابه مد - 2 - میباشند. تفاوتی که وجود دارد این است که در مد - 3 - تنها منبع موجود PV است و در مد - - 4 منبع موجود باتری می باشد.
