Estudo e desenvolvimento de um módulo auxiliar de potência aplicado a veículos elétricos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Löbler, Pedro Henrique Bulegon
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31898
Resumo: The APM is a DC-DC converter that is vitally important in an electric vehicle as it feeds the low voltage battery from the high voltage batteries (traction batteries, which commonly operate in the 400 V range) of the electric vehicle. , which keeps the electric vehicle running and allows the operation of all low voltage loads that operate in the 12 V range. Thus, the APM can operate with a power of a few kilowatts (from 1 kW to 3 kW), which brings with it some challenges such as: high currents on the secondary side of the converter; operate over a wide range of input voltage (260 - 450 V) and output (10 - 14 V). In this context, this work proposes the study and development of a 1500 W auxiliary power module, which meets the APM requirements. To choose the topology used, a study of the main converters with galvanic isolation, operation with high currents and high efficiency, was carried out. After defining the topology of the DC-DC converter (half-bridge with isolated current doubler), an in-depth analysis of the chosen converter was carried out, describing the operation steps, determination of the converter parameters and its simulation. Afterwards, the converter with a power of 1500 W was implemented, showing experimental results for different components. From practical experimentation, it is clear that the greatest losses are concentrated on the low voltage side of the converter due to the high currents. Even so, an efficiency of 94,7% was achieved, showing a satisfactory result of the converter. Finally, an improved version of the APM is presented, seeking to integrate new elements into the module such as planar magnetic cores, use of different types of capacitors, parallel operation of semiconductors and control systems. These improvements aim to overcome previously identified challenges and further enhance the efficiency and reliability of APM.
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Thus, the APM can operate with a power of a few kilowatts (from 1 kW to 3 kW), which brings with it some challenges such as: high currents on the secondary side of the converter; operate over a wide range of input voltage (260 - 450 V) and output (10 - 14 V). In this context, this work proposes the study and development of a 1500 W auxiliary power module, which meets the APM requirements. To choose the topology used, a study of the main converters with galvanic isolation, operation with high currents and high efficiency, was carried out. After defining the topology of the DC-DC converter (half-bridge with isolated current doubler), an in-depth analysis of the chosen converter was carried out, describing the operation steps, determination of the converter parameters and its simulation. Afterwards, the converter with a power of 1500 W was implemented, showing experimental results for different components. From practical experimentation, it is clear that the greatest losses are concentrated on the low voltage side of the converter due to the high currents. Even so, an efficiency of 94,7% was achieved, showing a satisfactory result of the converter. Finally, an improved version of the APM is presented, seeking to integrate new elements into the module such as planar magnetic cores, use of different types of capacitors, parallel operation of semiconductors and control systems. These improvements aim to overcome previously identified challenges and further enhance the efficiency and reliability of APM.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO APM é um conversor CC-CC que possui importância vital no veículo elétrico pois o mesmo alimenta a bateria de baixa tensão, a partir das baterias de alta tensão (baterias de tração, que operam comumente na faixa de 400 V) do veículo elétrico, a qual mantém o veículo elétrico funcionando e permite o funcionamento de todas as cargas de baixa tensão que operam na faixa de 12 V. Assim, o APM pode operar com uma potência de alguns quilowatts (de 1 kW a 3 kW), o que traz consigo alguns desafios como: as altas correntes do lado secundário do conversor; operar em uma grande faixa de tensão de entrada (260 - 450 V) e saída (10 - 14 V). Nesse contexto, esse trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de um módulo auxiliar de potência de 1500 W, que atenda os requisitos do APM. Para a escolha da topologia empregada, um estudo dos principais conversores com isolamento galvânico, operação com altas correntes e alta eficiência, foi realizado. Após definida a topologia do conversor CC-CC (meia ponte com dobrador de corrente isolado), uma análise aprofundada do conversor escolhido foi efetuada, descrevendo as etapas de operação, determinação dos parâmetros do conversor e a simulação do mesmo. Após, foi implementado o conversor com potência de 1500 W, mostrando resultados experimentais para diferentes componentes. A partir da experimentação prática, fica claro que as maiores perdas se concentram no lado de baixa tensão do conversor devido às elevadas correntes. Mesmo assim, uma eficiência de 94,7% foi atingida, mostrando um resultado satisfatório do conversor. Por fim, é apresentado uma versão melhorada do APM buscando integrar novos elementos ao módulo como núcleos magnéticos planares, uso de diferentes tipos de capacitores, operação paralela de semicondutores e sistemas de controle. Estas melhorias visam superar os desafios previamente identificados e potencializar ainda mais a eficiência e a confiabilidade do APM.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaSchuch, Lucianohttp://lattes.cnpq.br/6395346342569490Rech, CassianoOliveira, Sérgio Vidal GarciaBeltrame, Rafael ConcattoLöbler, Pedro Henrique Bulegon2024-05-14T13:10:03Z2024-05-14T13:10:03Z2024-02-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/31898porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-05-14T13:10:03Zoai:repositorio.ufsm.br:1/31898Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2024-05-14T13:10:03Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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