Ένας Διστάδιος DC-DC Μετατροπέας Απομόνωσης για Εφαρμογές Φόρτισης Μπαταριών

     Αυτό το άρθρο προτείνει και αναλύει ένα διστάδιο DC-DC μετατροπέα για εφαρμογές φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, όπου απαιτείται υψηλή απόδοση σε ευρύ φάσμα επιπέδων τάσης μπαταρίας. Ο προτεινόμενος κύκλος μετατροπής περιλαμβάνει ένα πρώτο στάδιο απομόνωσης με δύο εξόδους και δομή CLLC συντονισμού και ένα δεύτερο στάδιο με δύο εισόδους βουκάρας ρυθμιστή. Το τρανσφορματόρα του πρώτου σταδίου σχεδιάζεται ώστε τα δύο του εξωτερικά επίπεδα τάσης να αντιστοιχούν, ιδανικά, στο ελάχιστο και μέγιστο προσδοκώμενο επίπεδο τάσης που θα παρέχεται στη μπαταρία. Στη συνέχεια, το δεύτερο στάδιο συνδυάζει τις τάσεις που παρέχονται από το προηγούμενο στάδιο απομόνωσης για τη ρύθμιση της εξωτερικής τάσης του ολόκληρου του μετατροπέα. Το πρώτο στάδιο λειτουργεί πάντα σε συντονισμό, με τη μοναδική λειτουργία της παροχής απομόνωσης και σταθερών σχέσεων μετατροπής με ελάχιστες απώλειες, ενώ το δεύτερο στάδιο επιτρέπει τη ρύθμιση της εξωτερικής τάσης σε ευρύ φάσμα επιπέδων τάσης μπαταρίας. Συνολικά, δείχνεται ότι η λύση παρουσιάζει υψηλή απόδοση μετατροπής σε ευρύ φάσμα εξωτερικών επιπέδων τάσης.

1.Εισαγωγή

    Η ηλεκτρική μεταφορά κερδίζει έδαφος σε πολλές χώρες λόγω των αυξανόμενων ανησυχιών για τις παγκόσμιες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου και την παροχή και την εξάντληση των ορυκτών καυσίμων. Αυτές οι ανησυχίες έχουν προωθήσει πρόσφατα την εκθετική αύξηση της ζήτησης για ηλεκτρικά οχήματα (EVs). Αυτή η υψηλή ζήτηση σε συνδυασμό με την επιθυμία για μεγαλύτερες αποστάσεις και μικρότερο χρόνο φόρτισης προωθεί τις νεότερες γενιές EVs που εφαρμόζουν υψηλότερες δυνατότητες μπαταρίας και ταχύτερες ταχύτητες φόρτισης. Συνεπώς, χρειάζονται νέες σταθμοί φόρτισης EVs για την παροχή περισσότερης ισχύος, πιο γρήγορα από ποτέ στο παρελθόν.

2.Δομή και Λειτουργική Αρχή

    Ως φαίνεται στο Διάγραμμα, ο προτεινόμενος διστάδιος μετατροπέας αποτελείται από ένα πρώτο στάδιο απομόνωσης με βάση έναν LLC συντονισμό μετατροπέα και ένα δεύτερο στάδιο ρυθμιστή με βάση έναν βουκάρα μετατροπέα. Ο ρυθμιστής είναι υπεύθυνος για τη ρύθμιση της εξωτερικής τάσης και παρέχεται μέσω ενός υψηλής απόδοσης δισεξετερικού DCX μετατροπέα, με δευτερεύουσες τάσεις V1 και V2. Από το Διάγραμμα, είναι σαφές ότι η τάση πίεσης του ρυθμιστή, δηλαδή, V1−V2, είναι μικρότερη από την εξωτερική τάση Vo, η οποία συνεπώς επιτρέπει τη χρήση στροβίλων με μικρότερη αντίσταση και μικρότερες απώλειες στροβίλων.

3.Σχεδίαση του Σταδίου LLC Λειτουργώντος ως DCX

     Όταν το LLC συντονιστικό δεξαμενόνιο λειτουργεί στη συχνότητα συντονισμού, η σχέση μετατροπής τάσης γίνεται ιδανικά ανεξάρτητη από τον πραγματικό φορτίο. Με άλλα λόγια, ο LLC μετατροπέας διατηρεί σταθερή σχέση μετατροπής τάσης και προσαρμόζει αυτόματα την τάση του, σύμφωνα με τις συνθήκες φορτίου, συμπεριφέροντας ως DCX. Σε αυτή τη λειτουργική συνθήκη, ο LLC παρουσιάζει τη μέγιστη απόδοση, με ελάχιστη ροή αντιδραστικής ισχύος και συνθήκες μηδενικής τάσης και μηδενικής ροής (ZVS και ZCS) πάντα ικανοποιημένες. Σημαντικά, η λειτουργία DCX του LLC δεν απαιτεί εξωτερικό συντονιστικό ίνδυκτορα, διότι η απόδοση μετατροπής είναι σταθερή. Μια ισοδύναμη λύση με βάση έναν συντονισμό FB-LLC, σχεδιασμένο να λειτουργεί σε ευρύ φάσμα εξωτερικών επιπέδων τάσης, αναμένεται να παρουσιάζει υψηλότερες απώλειες από το LLC σε πρόσωρες συνθήκες DCX.

4.Συμπέρασμα

     Οι επιδόσεις μετατροπής που καλύπτουν το ολόκληρο φάσμα ισχύος και τάσης έχουν αναφερθεί πειραματικά, δείχνοντας υψηλή απόδοση σε ευρύ φάσμα λειτουργικών συνθηκών, με κορύφωση απόδοσης 98,63% σε 500V εξωτερική τάση και 7kW μεταφερόμενη ισχύ. Σε τελικές εφαρμογές, μπορούν να ληφθούν υπόψη σειριακές ή παράλληλες συνδέσεις πολλαπλών μονάδων για την κλίμακα των επιπέδων τάσης ή ροής της τελικής εφαρμογής, λόγω της απομονωμένης εξόδου. Μελλοντικές μελέτες μπορεί να περιλαμβάνουν ελεγκτές σε πραγματικό χρόνο για την επταχεία μετατροπή και διαδικασίες για την επταχεία σχεδίαση των συστατικών του μετατροπέα, όπως οι εξωτερικοί TBB ίνδυκτορες.

Πηγή: IEEE Xplore

Δήλωση: Σεβασμός στην αρχική, καλά άρθρα αξίζουν κοινή χρήση, εάν υπάρχει παραβίαση δικαιωμάτων συνδέστε σε διαγραφή