Υλοποίηση μετατροπέα Dual Active Bridge για σταθμό ταχείας φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων

Abstract

Στο κοντινό μέλλον τα ηλεκτρικά οχήματα στους δρόμους θα πολλαπλασιαστούν και η απαίτηση για την ταυτόχρονη φόρτιση τους από το δίκτυο θα είναι αναπόφευκτη. Κάτι τέτοιο δημιουργεί σημαντικές απαιτήσεις ηλεκτρικής ισχύος, την οποία δεν μπορεί να παρέχει άμεσα το υπάρχον δίκτυο, και η ευστάθεια του δικτύου θα είναι δύσκολο να διατηρηθεί. Παράλληλα η ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε.) απαιτεί την προσεκτική σχεδίαση λύσεων για την αποθήκευση ενέργειας ώστε να γίνει η μετάβαση στην καθαρότερες μορφές ενέργεια. Μια συμφέρουσα λύση που εξετάζουμε στην παρούσα διπλωματική είναι η δημιουργία μικροδικτύου συνεχούς ρεύματος (DC Microgrid) που θα υποστηρίζει την αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες, και την ταχεία φόρτιση σε τοπικό επίπεδο μέσω της αποθηκευμένης ενέργειας, χωρίς να επιβαρύνει το δίκτυο. Επιπλέον επεκτάσεις αυτού του συστήματος λόγω της ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας είναι η επιστροφή ενέργεια προς το δίκτυο όποτε υπάρχει πλεόνασμα ενέργειας ή αυξημένη ζήτηση στο δίκτυο. Θέτοντας ως αντικείμενο μελέτης τον συνολικό σταθμό φόρτισης με DC μικροδίκτυο, στην παρούσα διπλωματική εστιάζουμε στην υλοποίηση των μετατροπέων που θα απαρτίζουν το σύστημα. Η διερεύνηση γίνεται για έναν μετατροπέα ο οποίος στην μία πλευρά του θα έχει μπαταρία, είτε του αυτοκινήτου, είτε την τοπική του σταθμού, και από την άλλη πλευρά τον DC δίαυλο του μικροδικτύου. Επομένως μελετάμε τον μετατροπέα που θα χρησιμεύει και για την σύνδεση με τα οχήματα του σταθμού, αλλά και για την σύνδεση με την τοπική μπαταρία. Για την αναλυτικότερη μελέτη και για την αντιμετώπιση πιθανών προβλημάτων που προκύπτουν με την υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος ταχείας φόρτισης και αποθήκευσης ενέργειας, στο Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών & Ηλεκτρονικών Ισχύος της σχολής υλοποιήσαμε έναν DC/DC μετατροπέα Dual Active Bridge. Για την δημιουργία του εργαστηριακού μετατροπέα σχεδιάστηκε και αναλύθηκε σε τρισδιάστατο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων (3D FEM) ο υψίσυχνος μετασχηματιστής. Επιλέχθηκαν κατάλληλα ημιαγωγικά στοιχεία και σχεδιάστηκε η πλακέτα (PCB) του μετατροπέα. Ακόμη υλοποιήθηκε ο έλεγχος σε μικροεπεξεργαστή (MCU) και κατασκευή του μετατροπέα στο εργαστήριο.