Publicação

Nova topologia de conversor bidirecional unificado para sistema de tração e carregamento de baterias em veículos elétricos

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Os veículos elétricos são cada vez mais uma realidade dos nossos dias. Contudo, a introdução dos veículos elétricos no mercado tem sido constrangida por várias condicionantes tecnológicas que limitam o seu desempenho e que inflacionam o seu custo. Por outro lado, a introdução dos veículos elétricos traz novas oportunidades, nomeadamente a sua integração nos sistemas elétricos como elemento estabilizador, podendo ainda contribuir para o aumento da eficiência energética. A eletrónica de potência associada aos sistemas de tração em veículos elétricos possui uma complexidade acrescida, originando questões técnicas e económicas mais relevantes que as da própria máquina elétrica. Deste modo, o controlador da máquina elétrica desempenha um papel vital, sendo uma peça essencial em termos de desempenho e eficiência energética global do sistema de tração. Por sua vez, a utilização de sistemas bidirecionais para o carregamento das baterias eletroquímicas dos veículos elétricos possibilita o armazenamento de energia, produzida em horas de vazio, para posterior devolução à rede elétrica em horas de pico de consumo. Esta funcionalidade permite uma melhor gestão da carga do sistema, sempre que seja necessário. Assim, estes sistemas bidirecionais surgem como uma mais-valia para os sistemas elétricos. Tendo em consideração as diversas oportunidades existentes, não só no desenvolvimento dos sistemas de tração, mas também dos sistemas de carregamento das baterias dos veículos elétricos, existe uma forte aposta no desenvolvimento tecnológico para a mobilidade elétrica. Deste modo, foi identificado um espaço para a conceção de uma nova topologia de conversor de eletrónica de potência que integra o sistema de tração e o sistema de carregamento de baterias. Consequentemente, esta nova topologia contribui para uma melhoria do desempenho global do veículo, através da redução do peso e do custo, e de um aumento de funcionalidades, com benefícios para o utilizador e para a rede elétrica. Assim, esta tese de doutoramento tem como objetivo conceber, desenvolver e testar uma nova topologia de conversor bidirecional unificado que integra o sistema de tração e o sistema de carregamento de baterias. Tradicionalmente, o veículo elétrico possui um conversor de eletrónica de potência que aciona a máquina elétrica responsável pela tração. Adicionalmente, existe um segundo conversor de eletrónica de potência para o carregamento das baterias. Pode constatar-se a existência de semelhanças entre estes conversores, permitindo antever uma convergência entre eles num único conversor de potência. Este conversor é controlado para que em cada momento execute as funcionalidades implementadas, de tração ou de carregamento de baterias. Quando o veículo elétrico se encontra em andamento, o conversor de eletrónica de potência opera bidirecionalmente para efeito de tração e de travagem regenerativa. Analogamente, quando o veículo elétrico se encontra imobilizado e acoplado à rede elétrica, o conversor de eletrónica de potência pode também operar bidirecionalmente, tendo a função de controlar a transferência de energia entre a rede elétrica e as baterias, efetuando a carga ou descarga das mesmas. Ao longo desta tese foi possível realizar a validação da nova topologia de conversor bidirecional unificado proposto, bem como dos algoritmos de controlo necessários. Deste modo, numa fase inicial, e com o auxílio de ferramentas de simulação computacionais, foi possível obter resultados que fundamentam o correto funcionamento do sistema proposto. Em seguida, procedeu-se à implementação prática do protótipo laboratorial, onde foi possível obter, de forma análoga, resultados do funcionamento do protótipo desenvolvido. Com base nesses resultados experimentais, comparados com as simulações, foi possível comprovar o correto funcionamento da nova topologia proposta.
Autores principais:	Pedrosa, Delfim Duarte Rolo
Assunto:	Veículos elétricos Conversores de potência bidirecionais Sistemas de carregamento de baterias Sistemas de tração Electric vehicles Bidirectional power converters Battery charging systems Powertrain systems
Ano:	2017
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	Os veículos elétricos são cada vez mais uma realidade dos nossos dias. Contudo, a introdução dos veículos elétricos no mercado tem sido constrangida por várias condicionantes tecnológicas que limitam o seu desempenho e que inflacionam o seu custo. Por outro lado, a introdução dos veículos elétricos traz novas oportunidades, nomeadamente a sua integração nos sistemas elétricos como elemento estabilizador, podendo ainda contribuir para o aumento da eficiência energética. A eletrónica de potência associada aos sistemas de tração em veículos elétricos possui uma complexidade acrescida, originando questões técnicas e económicas mais relevantes que as da própria máquina elétrica. Deste modo, o controlador da máquina elétrica desempenha um papel vital, sendo uma peça essencial em termos de desempenho e eficiência energética global do sistema de tração. Por sua vez, a utilização de sistemas bidirecionais para o carregamento das baterias eletroquímicas dos veículos elétricos possibilita o armazenamento de energia, produzida em horas de vazio, para posterior devolução à rede elétrica em horas de pico de consumo. Esta funcionalidade permite uma melhor gestão da carga do sistema, sempre que seja necessário. Assim, estes sistemas bidirecionais surgem como uma mais-valia para os sistemas elétricos. Tendo em consideração as diversas oportunidades existentes, não só no desenvolvimento dos sistemas de tração, mas também dos sistemas de carregamento das baterias dos veículos elétricos, existe uma forte aposta no desenvolvimento tecnológico para a mobilidade elétrica. Deste modo, foi identificado um espaço para a conceção de uma nova topologia de conversor de eletrónica de potência que integra o sistema de tração e o sistema de carregamento de baterias. Consequentemente, esta nova topologia contribui para uma melhoria do desempenho global do veículo, através da redução do peso e do custo, e de um aumento de funcionalidades, com benefícios para o utilizador e para a rede elétrica. Assim, esta tese de doutoramento tem como objetivo conceber, desenvolver e testar uma nova topologia de conversor bidirecional unificado que integra o sistema de tração e o sistema de carregamento de baterias. Tradicionalmente, o veículo elétrico possui um conversor de eletrónica de potência que aciona a máquina elétrica responsável pela tração. Adicionalmente, existe um segundo conversor de eletrónica de potência para o carregamento das baterias. Pode constatar-se a existência de semelhanças entre estes conversores, permitindo antever uma convergência entre eles num único conversor de potência. Este conversor é controlado para que em cada momento execute as funcionalidades implementadas, de tração ou de carregamento de baterias. Quando o veículo elétrico se encontra em andamento, o conversor de eletrónica de potência opera bidirecionalmente para efeito de tração e de travagem regenerativa. Analogamente, quando o veículo elétrico se encontra imobilizado e acoplado à rede elétrica, o conversor de eletrónica de potência pode também operar bidirecionalmente, tendo a função de controlar a transferência de energia entre a rede elétrica e as baterias, efetuando a carga ou descarga das mesmas. Ao longo desta tese foi possível realizar a validação da nova topologia de conversor bidirecional unificado proposto, bem como dos algoritmos de controlo necessários. Deste modo, numa fase inicial, e com o auxílio de ferramentas de simulação computacionais, foi possível obter resultados que fundamentam o correto funcionamento do sistema proposto. Em seguida, procedeu-se à implementação prática do protótipo laboratorial, onde foi possível obter, de forma análoga, resultados do funcionamento do protótipo desenvolvido. Com base nesses resultados experimentais, comparados com as simulações, foi possível comprovar o correto funcionamento da nova topologia proposta.