Estudo da influência das estratégias de controlo no desempenho de um conversor DC-DC isolado

Abstract

In recent years electric vehicles have grown tremendously, becoming a viable alternative to the common combustion vehicle due to the low emissions of polluting gases, low noise and the high yield. In order to provide power to the engine, the electric vehicle needs an electrical energy storage system, which is formed of batteries. In the other hand, the batteries need a charging system in order to charge the batteries from an external source, so it is necessary to use the DC-DC converters. DC-DC converters can be divided into isolated and non- isolated, depending on whether electrical isolation between the source and the load is needed, and those can be divided into resonant or non-resonant depending on whether system compensation is required or not. In the scope of this work, an LLC converter was developed to charge the batteries of an electric vehicle, which is a bidirectional isolated resonant DC-DC converter. At the beginning of this work an analysis was made to the literature regarding the dif-ferent DC-DC converters and the different methods used for their control. Then a detailed analysis of a bidirectional LLC converter is shown, as well as an analy-sis of the different control methods that can be used to control this type of converter. Subsequently, the bidirectional LLC converter and the various control methods were simulated in a simulation environment in order to analyze their operation and to be able to com-pare results among the various control methods used. In order to validate the results obtained in simulation, a prototype similar to the one presented in the simulation was also created. Finally, the results obtained in the simulation and in the practical analysis of the project are analyzed and compared in order to be able to conclude the best control method for the reso-nant converter used in this work.

Nos últimos anos os veículos elétricos têm tido um enorme crescimento, tornando-se uma alternativa viável ao comum veículo de combustão, devido as baixas emissões de gases poluentes, ao baixo ruído e ao alto rendimento. De forma a poder fornecer energia ao motor, o veículo elétrico precisa de um sistema de armazenamento de energia elétrica, o qual é constituído a partir de baterias. Por sua vez, as baterias precisam de um sistema de carregamento, de forma a permitir carregar as baterias a partir de uma fonte externa, sendo por isso necessário o uso dos conversores DC-DC. Os conversores DC-DC podem ser divididos em isolados e não isolados, dependendo se se pretende um isolamento elétrico entre a fonte e a carga, e por sua vez estes podem ser divididos em ressonantes ou não ressonantes, dependendo se é necessária compensação do sistema ou não. No âmbito deste trabalho foi desenvolvido um conversor LLC, um conversor DC-DC ressonante isolado bidirecional para carregamento de baterias de um veículo elétrico.No inicio deste trabalho foi feita uma análise à literatura relativa aos diferentes conversores DC-DC existentes e aos diferentes métodos usados para o seu controlo. De seguida é apresentada uma análise detalhada sobre os conversores LLC bidirecionais, assim como uma análise aos diferentes métodos de controlo que podem ser usados para controlar este tipo de conversores.Posteriormente procedeu-se á implementação do conversor LLC bidirecional e dos vários métodos de controlo em ambiente de simulação de forma a analisar e o seu funcionamento e poder comparar resultados entre os vários métodos de controlo usados.De forma a validar os resultados obtidos em simulação, foi também criado um protótipo semelhante ao apresentado na simulação.Por fim são analisados e comparados os resultados obtidos na simulação e na análise prática do projeto para assim ser possível concluir qual o melhor método de controlo para o conversor ressonante usado neste trabalho.