معالجة الطاقة التفاضلية OBC لهندسة 400V / 800V EV
بفضل التطورات في السيارات الكهربائية (EVs) ، سيتم تشغيل سيارات الجيل التالي بأنظمة ذات كثافة طاقة متزايدة باستمرار وتكاليف أقل. تعتبر أجهزة الشحن على متن الطائرة (OBCs) مكونات مهمة في هذا السياق ، حيث إنها تدير إعادة شحن البطارية وتحويل جهد التيار المتردد الخارجي إلى جهد التيار المستمر الذي تتطلبه البطاريات. تتطور تقنية OBC بسرعة بسبب تصنيفات الطاقة الجديدة وتقنيات البطارية.
أحد التطورات الحالية هو تطوير أنظمة طاقة أعلى وجهد بطارية قادرة على زيادة كثافة الطاقة وتقليل وقت الشحن. نتيجة لذلك ، يتزايد عدد الأنظمة التي تتحول من بطاريات 400-V المستخدمة حاليًا إلى أنظمة محسّنة مع بنية ناقل 800-V. تستلزم بطاريات الجهد العالي ، مثل 800-V ، العديد من الفوائد ، بما في ذلك تيار أقل ، وإدارة حرارية أفضل (يلزم تبديد حرارة أقل) ، وأوقات شحن أسرع ، ومزيد من الأمان للمشغل.
تعد الأجهزة ذات الجهد العالي والطوبولوجيا الجديدة ضرورية لتحقيق الأداء الأمثل والكفاءة وتشغيل الجهد العالي لتلبية هذه المتطلبات الصعبة. لتحقيق كفاءة عالية وكثافة طاقة في هذا السياق ، ستقترح هذه المقالة بنية شاحن على متن الطائرة فعالة من حيث التكلفة تستخدم معالجة الطاقة التفاضلية. يعتمد التصميم المقترح على هيكل ترادفي لتحسين معالجة الطاقة وإتاحة استخدام وحدات MOSFET فائقة التوصيل تعتمد على السيليكون بجهد 650 فولت وذات أسعار معقولة. تم إثبات جدوى الاقتراح من خلال تصميم وتنفيذ واختبار الحل في تكوين شاحن 3.6 كيلو واط على متن الطائرة.
الرجاء العثور هنا على المقالة الأصلية.
معالجة القدرة التفاضلية
تكنولوجيا السيارات الكهربائية (EV)1 مدعوم من قبل عدد كبير من أنظمة الطاقة الفرعية الإلكترونية2، مشتمل:
- أنظمة إدارة البطارية. تقوم هذه الأجهزة بإجراء تحويل AC-DC المطلوب لشحن حزمة البطارية
- أنظمة تكييف الحمل. تقوم هذه الأجهزة بإجراء تحويل DC-DC المطلوب لتحويل الجهد العالي الذي توفره البطاريات (400-V / 800-V) إلى الجهد المنخفض اللازم لتشغيل الأحمال المتصلة بالناقل 12-V أو 48-V
- أنظمة مجموعة نقل الحركة. تقوم هذه الأجهزة ، بما في ذلك ما يسمى بعاكس الجر أو العاكس الرئيسي ، بإجراء تحويل التيار المتردد إلى التيار المتردد المطلوب لتحريك المحرك الكهربائي ، والذي يكون في معظم الحالات محركًا تحريضيًا ثلاثي الأطوار للتيار المتردد.
في هذا السياق ، أنظمة تخزين الطاقة3، مثل البطاريات والمكثفات الفائقة وخلايا الوقود وأنظمة تخزين الطاقة الهجينة4تلعب دورًا أساسيًا. اليوم ، تركز الأبحاث على تحسين هذه المكونات لتقديم المزيد من الطاقة مقابل أموال وحجم ووزن أقل.
نظرًا لمزايا تقليل الوزن ، والكفاءة الأعلى ، ووقت الشحن الأسرع ، من المتوقع أن تحل تقنية البطارية 800 فولت محل بطاريات 400-V الأكثر تقدمًا قريبًا.
يعد الشاحن المدمج (OBC) أحد الأنظمة الفرعية لإلكترونيات الطاقة الأساسية المسؤولة عن التحكم في شحن البطارية ، والذي يتكون عادةً من مرحلة مصحح عامل الطاقة (PFC) ، متبوعًا بمحول DC-DC (الشكل 1). تحسينات في نظام البطارية وتكنولوجيا أشباه الموصلات وزيادة الطلب على الطاقة اللازمة والكفاءة وكثافة الطاقة ، تقدم الوقود في تقنية OBC.
لتوفير كفاءة ونمطية أعلى مع تقليل التكلفة ، سيتم اقتراح طوبولوجيا OBC جديدة تعتمد على مفهوم معالجة الطاقة التفاضلية. تتمتع هذه الهيكلية بميزة تمكين تنفيذ 400 و 800 V بطارية OBCs باستخدام تقنية 650-V Super junction (SJ) MOSFET القياسية.
طوبولوجيا محول الطاقة
تم تصميم بنية محول الطاقة المقترحة لتزويد تقنية البطارية 800 فولت الجديدة. من خلال اعتماد معالجة الطاقة التفاضلية ، تسمح استراتيجية DC-DC المقترحة باستخدام أجهزة مصنفة بجهد 650 فولت ، على عكس النهج التقليدي ، الذي يعتمد على استخدام أجهزة 1200 فولت ، على الأقل في الإخراج DC-DC. هذا سيجعل من الممكن خفض التكاليف بشكل كبير.
يعتمد الهيكل المقترح لمحول الطاقة DC-DC على نهج ترادفي يجمع بين جسر نشط مزدوج (DAB) يتكون من {MH-ML ، Ms ، H-Ms-L} ، ومرحلة مقوم الصمام الثنائي المتسلسل الرنان مكونة من {Dsr، H-Dsr، L} وخزان الطنين {Lsr، r – Csr}. يستخدم الحل المقترح محولًا واحدًا لتنفيذ فعال من حيث التكلفة ، وتوفر الأجهزة القياسية القائمة على 650-V Si تلقائيًا توزيعًا دقيقًا لجهد الخرج.
في هذا التصميم ، يعمل محول DAB بجهد خرج متغير اعتمادًا على حالة البطارية بدلاً من مقوم الرنين المتسلسل ، الذي يحتوي على جهد خرج محدد. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل الأول دائمًا بتردد طنين ، مما يضمن أداء ZVS / ZCS. يؤدي تقليل الطاقة المعالجة وتمكين الكفاءة المحسنة وكثافة الطاقة إلى توفير معالجة فعالة للطاقة التفاضلية. من خلال ضبط تحول الطور لفروع DAB الأولية والثانوية ، يتم التحكم في كلا المحولين.
نتائج تجريبية
تم تنفيذ نموذج أولي واستخدامه لتكوين 800-V و 3.6 kW لإثبات جدوى الهيكل المقترح. يتم عرض النموذج الأولي المصمم ومنضدة الاختبار التجريبية في المقالة الأصلية. توضح هذه النتائج جدوى الحل المقترح ، والذي يتيح استخدام تقنية MOSFET القياسية القائمة على السيليكون ويتيح تنفيذًا فعالًا من حيث التكلفة.
خاتمة
تتطور إدارة الطاقة لأنظمة بطاريات 800-V بسرعة في المركبات الكهربائية. اقترحت هذه المقالة OBC المستندة إلى DAB الترادفية التي تستخدم معالجة الطاقة المتوازية. تقدم البنية المقترحة حلاً عالي الأداء ومنخفض التكلفة من خلال السماح باستخدام مكون مغناطيسي واحد وترانزستورات Si 650-V MOSFET القياسية. تم إثبات جدوى هذا الاقتراح من خلال التحقق التجريبي من المنهجية المقترحة باستخدام 3.6 كيلو واط OBC.
مراجع
[1] CC Chan، “The State of the Art of Electric، Hybrid، and Fuel Cell Vehicles،” Proceedings of the IEEE، vol. 95 ، لا. 4 ، ص 704-718 ، 2007.
[2] A. Emadi وآخرون ، “إلكترونيات الطاقة ومحركات المحركات في السيارات الكهربائية ، والكهربائية الهجينة ، والمركبات الكهربائية الهجينة التي تعمل بالكهرباء ،” IEEE Transactions on Industrial Electronics ، المجلد. 55 ، لا. 6 ، ص 2237-2245 ، 2008.
[3] SM Lukic وآخرون ، “أنظمة تخزين الطاقة لتطبيقات السيارات ،” معاملات IEEE على الإلكترونيات الصناعية ، المجلد. 55 ، لا. 6 ، ص 2258-2267 ، 2008.
[4] A. Khaligh and Z. Li ، “البطارية ، والمكثف الفائق ، وخلية الوقود ، وأنظمة تخزين الطاقة الهجينة للمركبات الكهربائية الهجينة والكهربائية الهجينة وخلايا الوقود والمركبات الكهربائية الهجينة الموصولة بالكهرباء: حالة الفن” ، معاملات IEEE على تكنولوجيا المركبات ، المجلد. 59 ، لا. 6 ، الصفحات من 2806 إلى 2814 ، 2010.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
