I convertitori per veicoli elettrici

17/11/2011
Elettronica di potenza per veicoli elettrici ed ibridi
Prof. Giuseppe Tomasso ‐ Università di Cassino
Schema di un convertitore per automotive
Input
(DC o AC)
Switches
Switches (IGBT e/o MOSFET e modulatori
Filtri (passa‐
basso LC)
Carico (AC o DC)
Circuiti di controllo
Interfaccia utente
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
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17/11/2011
Raddrizzatori
(ideali)
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
Raddrizzatori
(ideali)
Prof. Giuseppe Tomasso ‐ Università di Cassino
Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
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17/11/2011
Raddrizzatori
(reali)
In un auto elettrica/ibrida la
tensione in alternata di solito
proviene
da
un
generatore
sincrono, un alternatore, ecc…
L’ingresso del raddrizzatore, quindi,
non vede una rete alternata a
potenza prevalente, come i normali
raddrizzatori per sistemi elettrici.
L’impedenza serie del generatore e
l caduta
la
d
di tensione
i
suii diodi
di di del
d l
raddrizzatore non sono più
trascurabili.
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
Raddrizzatori
(reali)
Possono nascere differenze notevoli fra
l’uscita del convertitori in condizioni di
vuoto e di p
pieno carico.
Tale caduta di tensione deve essere
compensata da un regolatore di
tensione.
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17/11/2011
Raddrizzatori
monofase reali
V0
R0
C1
Va
i
A vuoto, per la presenza della capacità in uscita, la tensione in uscita eguaglia il picco
della tensione in ingresso:
V0  2Va  1.414Va
Sotto carico, l’impedenza del generatore e dei diodi causa una caduta di tensione:
1
di Rs
 i   2Va sin t   2VD  V0 
dt Ls
Ls
VD  RD i
V0 pertanto, diventa una grandezza variabile, fortemente legata alla corrente di carico.
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PWM Rectifiers
Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
Struttura utilizzata in un EV e in un HEV per interfacciare il
generatore alle batterie, e per controllare in recupero il
motore di propulsione
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17/11/2011
PWM Rectifiers
dia

va  Ria  L dt  S1V0

dib

 S2V0
vb  Rib  L
dt

dic

 vc  Ric  L dt  S3V0

v  Ri  L
di
 fcV0
dt
Si effettua
ff tt il controllo
t ll sulla
ll tensione
t i
V0 mediante
di t regolatore
l t
PI la
PI,
l cuii uscita
it sii prende
d
come riferimento dell’ampiezza di corrente.
I *  k p (V0*  V0 )  ki  (V0*  V0 )dt
i*  I * e jv
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
Motore di propulsione anteriore
Generatore
Convertitori di propulsione
(Toyota Highlander)
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Motore di propulsione posteriore
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Celle a combustibile + supercapacitor
Convertitori per sorgenti multiple
RFC
iFC
LFC
TFC
PEMFC
DFC
T+11
T+12
T+13
T-12
T-13
VDC1
T-11
Inverter Rsc
Lsc
isc
Vsc
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Batterie + supercapacitor
Convertitori per sorgenti multiple
Rb
Lb
T+11
T+12
T+13
T-12
T-13
VDC1
Vb
T-11
Inverter Rsc
Lsc
isc
Vsc
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
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17/11/2011
Cascaded
inverter
RFC
iFC
PEMFC
LFC
DFC
T+11
T+12
T+13
T+23
T+22
T+sc
T+21
Rsc
Lsc
VDC2
TFC
isc
VDC1
T-11
Vsc
T-12
T-13
T-23
T-21
T-sc
inverter 2
inverter 1

j 
j  
2
v  VDC1 T11  T12 exp 3  T13 exp 3  
3


2
T-22
4

f1  T11  T12 expp


2
4

j 
j  
2
 VDC 2 T21  T22 exp 3  T23 exp 3 
3


2
j 
3
 T13 exp
p
4
j 
3




2
4
 
j 
j  


f2  T21  T22 exp 3  T23 exp 3 


2
2
v  VDC1f1  VDC 2 f2
3
3
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Convertitori elettronici per veicoli elettrici e ibridi
Cascaded
inverter
RFC
iFC
PEMFC
LFC
TFC
DFC
T+11
T+12
T+13
T+23
T+22
T+sc
T+21
VDC2
Lsc
isc
VDC1
T-11
Rsc
Vsc
T-12
T-13
inverter 1
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T-23
T-22
T-21
T-sc
inverter 2
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Cascaded
inverter
LFC
RFC
iFC
DFC
T+11
T+23
T+13
T+sc
T+21
T-12
T-13
T-23
Im (v)
T-22
T-21
T-sc
Im{v}
Inverter 1
Inverter 2
output voltage
v12
v22
v15
v11
v26
v15
v16
output voltage
I
V21
Re (v)
Re{v}
v16
v23
v22
V25
v24
v25
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V20
V24
v11
v14
V22
II
v12
v13
v21
v24
III
V23
Re (v)
v25
isc
inverter 2
Im (v)
v13
Lsc
Vsc
inverter 1
v14
Rsc
VDC1
T-11
v23
T+22
VDC2
TFC
PEMFC
T+12
V26
v21
v26
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