Sistema de conversão para aplicações G2V e V2G

Abstract

O objetivo da presente dissertação de Mestrado, é estabelecer o estudo teórico, obter modelos matemáticos e a subsequente avaliação por simulação numérica de carregadores bidirecionais em potência, para veículos elétricos. A estrutura de um carregador bidirecional para veículos elétricos, pode variar substancialmente, mediante o que são as necessidades de energia efetiva, e do tempo necessária a uma carga completa da bateria. Um carregador bidirecional em potência permite carregar o veículo elétrico, e realizar o processo inverso, onde esse mesmo veículo passa a fornecer energia à rede, ou seja, o fluxo de energia passa a ser bidirecional, podendo registar-se nos dois sentidos. Para que tal seja exequível, quando estamos a carregar as baterias do veículo elétrico, é necessário converter corrente alternada da rede em corrente contínua para o veículo. Quando as baterias se encontram carregadas poderá registar-se o inverso, nomeadamente, converter corrente contínua em corrente alternada, para que esta energia proveniente do veículo possa ser colocada na rede. Com efeito, inicialmente estabelece-se o estudo teórico dos diferentes tipos e classificações de carregadores existentes no mercado, isto é, carregadores convencionais, que apenas fornecem energia da rede para o veículo elétrico, e a sua implementação nos diversos tipos de instalações elétricas, públicas e privadas. Posteriormente, uma vez reunida toda a informação necessária sobre os sistemas já existentes/conhecidos, segue-se o estudo de um carregador bidirecional, e das suas implicações/necessidades quanto à respetiva implementação. Tendo então por base os objetivos da presente dissertação, foi efetuada a modelação do conversor com comutação a altas frequências, ou seja, do conversor bidirecional, juntamente com os parâmetros de uma bateria de um veículo elétrico, simulando seu comportamento. Uma vez reunidos e compilados os dados resultantes da simulação efetuada, segue-se a implementação laboratorial, tendo como princípio a utilização de um protótipo experimental, constituído por dois módulos trifásicos de potência, sendo um ii para conversão de corrente alternada para corrente contínua, e o outro para elevar ou reduzir a tensão contínua, conforme as necessidades do modo funcionamento imposto. Por fim, efetua-se a validação do modelo de simulação numérica através da comparação dos resultados obtidos em ambos os casos, numérica e experimental.

This Master thesis aims to make the theoretical study and the respective evaluation by simulation of a two-way charger for electric vehicles. Electrical vehicles chargers can be very different, depending on the power needs of the vehicle battery. The structure of a bidirectional charger for electric vehicles can differ substantially, depending on the amount of energy they need and the time we have to fully charge them. Bidirectional chargers allow charging the electric vehicle, but they also allow the inverse functionality, the possibility that the vehicle can also provide power to the grid. This means that the power can flow in both directions. When the battery of the electrical vehicle is charging, it´s necessary to convert alternated current in direct current, the power flows from the grid to vehicle. When the battery is completely charged, the vehicle can provide himself power to the grid, converting direct current in alternate current. Initially, a theoretical study is carried out on the types and classifications of chargers known in the market, conventional chargers, which only provide power from the grid to the vehicle, and its implementation in the different types of public and private electric facilities. Subsequently, we will study and test a bidirectional charger, as well as is implementation and consequences. Therefore, the high-frequency converter and bidirectional converter will be simulated, together with the parameters of a battery pack of an electric vehicle. The laboratory implementation was based on a prototype with two three-phase power modules, one for converting AC current in DC and the other as a buck/boost converter, depending on the power flow of the system. Lastly, the experimental results will be compiled in order to validate the implemented model in Matlab/Simulink.