Modelado y control de un convertidor DC-DC de carga rápida para vehículos eléctricos

Abstract

In this paper the modeling of a DC-DC converter and its respective control system was designed for fast charging an electric vehicle. This system unlike others in the market is independent from the grid and instead is supplied by a photovoltaic system. The photovoltaic system was also designed to include a battery bank and to provide 15kWh per day. This energy can charge up to 50% capacity of an average electric vehicle in an hour. This design is intended to function as a road assistance system that helps a low charged vehicle to reach their destination or another charging point in their trip. The converter was designed to meet the SAE standard criteria for a Level 1 DC charger which has a maximum output power of 36 kW at a nominal tension of 400 V. Due to high conversion ratio and high power specifications, the topology selected was an interleaved boost converter of two phases. This design wasn’t physically implemented for the scope of this study therefore all tests were simulated using software tools like Matlab, Simulink and PSIM.

En este informe se detalla el modelado de un convertidor DC-DC y su respectivo sistema de control para la carga de un vehículo eléctrico. Este sistema de carga a diferencia de los existentes actualmente en el mercado, toma como única fuente de energía un sistema fotovoltaico en vez de la red eléctrica tradicional. El sistema fotovoltaico fue dimensionado para poseer un banco de baterías y además proveer 15kWh por día, el cual permitiría cargar al 50% de su capacidad un vehículo eléctrico promedio en una hora. Este diseño fue pensado como un sistema de asistencia en carretera que le permita a un vehículo con poca carga llegar a su destino o alcanzar otro punto de recarga que se encuentre dentro de la ruta de su viaje. El convertidor como tal fue diseñado según las especificaciones de la SAE para un cargador DC de nivel 1, donde la potencia máxima es de 36 kW bajo una tensión nominal de 400 V. Debido a la relación de conversión, el convertidor es de tipo elevador y debido a la alta potencia que debe manejarse en este diseño, se optó por una topología entrelazada del convertidor elevador, en este caso y por simplicidad se utilizaron dos fases. El diseño no fue implementado en físico por lo que todas las pruebas se realizaron haciendo uso de herramientas de software como Matlab, Simulink y PSIM.