Un cargador portátil de alta eficiencia y alta densidad de potencia basado en SiC para vehículos eléctricos
Autores: Ditze, Stefan; Ehrlich, Stefan; Weitz, Nikolai; Sauer, Marco; Aßmus, Frank; Sacher, Anne; Joffe, Christopher; Seßler, Christoph; Meißner, Patrick
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un cargador portátil de alta eficiencia y alta densidad de potencia basado en SiC para vehículos eléctricos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Propuesto
Cargador externo
Vehículos eléctricos
Trifásico
Convertidor resonante LLC
Dispositivos SiC
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un cargador portátil de 11 kW para vehículos eléctricos. En la etapa de ac/dc, se elige una corrección de factor de potencia (PFC) en topología trifásica. Se calculan las pérdidas y el volumen de la inductancia PFC en un amplio rango de parámetros y se optimizan con respecto al diseño, el bobinado y el material del núcleo. Se elige un convertidor resonante LLC trifásico que opera a 1 MHz para la etapa dc/dc aislada galvánicamente. Se desarrolla un modelo de pérdidas parametrizable del transformador de alta frecuencia y del inductor de resonancia para minimizar el volumen, el peso y las pérdidas. Con la ayuda de un algoritmo automatizado que utiliza estos modelos de pérdidas, se optimizan los componentes inductivos en términos de especificaciones de bobinado, material magnético y geometría del núcleo, verificado por análisis de elementos finitos y mediciones. Para la etapa ac/dc, se adoptan dispositivos SiC de 900 V, y se utilizan dispositivos SiC de 1200 V en los lados primario y secundario de la etapa dc/dc. Se utiliza un voltaje de enlace dc variable para ajustar el perfil de carga y para operar el convertidor resonante LLC en el punto más eficiente cerca de la frecuencia de resonancia en serie. Se realiza y prueba un prototipo de cargador portátil refrigerado por aire mecatrónicamente integrado con 11 kW, entrada trifásica de 400 V y salida de 620-850 V. El prototipo demuestra una densidad de potencia de 2.3 kW/litro (37.7 W/in^3), una eficiencia máxima del 96% y una eficiencia del 95.8% en el rango de voltaje de la batería definido.
Descripción
Este documento propone un cargador portátil de 11 kW para vehículos eléctricos. En la etapa de ac/dc, se elige una corrección de factor de potencia (PFC) en topología trifásica. Se calculan las pérdidas y el volumen de la inductancia PFC en un amplio rango de parámetros y se optimizan con respecto al diseño, el bobinado y el material del núcleo. Se elige un convertidor resonante LLC trifásico que opera a 1 MHz para la etapa dc/dc aislada galvánicamente. Se desarrolla un modelo de pérdidas parametrizable del transformador de alta frecuencia y del inductor de resonancia para minimizar el volumen, el peso y las pérdidas. Con la ayuda de un algoritmo automatizado que utiliza estos modelos de pérdidas, se optimizan los componentes inductivos en términos de especificaciones de bobinado, material magnético y geometría del núcleo, verificado por análisis de elementos finitos y mediciones. Para la etapa ac/dc, se adoptan dispositivos SiC de 900 V, y se utilizan dispositivos SiC de 1200 V en los lados primario y secundario de la etapa dc/dc. Se utiliza un voltaje de enlace dc variable para ajustar el perfil de carga y para operar el convertidor resonante LLC en el punto más eficiente cerca de la frecuencia de resonancia en serie. Se realiza y prueba un prototipo de cargador portátil refrigerado por aire mecatrónicamente integrado con 11 kW, entrada trifásica de 400 V y salida de 620-850 V. El prototipo demuestra una densidad de potencia de 2.3 kW/litro (37.7 W/in^3), una eficiencia máxima del 96% y una eficiencia del 95.8% en el rango de voltaje de la batería definido.