Projeto e implementação de um conversor SEPIC Bridgeless aplicado ao carregamento de baterias de carros elétricos
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2020
Resumo
Carros Elétricos apresentamumpapel promissor na sociedade moderna, uma vez que configuramse
como uma alternativa sustentável para a mitigação dos índices de poluição atmosféricos e
sonoros. Em virtude disso, estudos aplicados à análise dos sistemas de processamento de energia
dos carros elétricos são de suma importância, em especial ao carregamento das baterias.
Por esse motivo, o presente trabalho almeja analisar, simular e implementar na prática um
conversor SEPIC Bridgeless operando em Modo de Condução Descontínuo (MCD) aplicado ao
carregamento de baterias para uso em carros elétricos. A escolha da topologia Bridgeless foi
devido à redução de perdas térmicas e internas do conversor, pois a quantidade de dispositivos
semicondutores no caminho de corrente é menor. O MCD, por sua vez, foi selecionado devido
ao fato de ser necessário realizar apenas o controle da tensão e corrente de saída do conversor
SEPIC Bridgeless, sendo que o alto fator de potência é naturalmente obtido sem o controle
da corrente de entrada. Então, iniciou-se a análise das correntes e tensões nos componentes
do conversor. Em seguida, elaborou-se o projeto do circuito de potência em conjunto com o
de controle do conversor. Ademais, buscou-se analisar um modelo matemático de bateria do
tipo chumbo-ácido a fim de conectá-la ao conversor para validação completa do sistema. Os
resultados apresentados nos testes em bancada convergem com os resultados de simulação do
conversor, sendo que foi possível se obter um fator de potência de 0,98 na entrada do conversor
experimentalmente. Com relação a utilização da bateria, foram obtidos resultados de simulação
para o carregamento da bateria em corrente constante até atingir sua tensão nominal, para depois
ser mantida em sua tensão de manutenção.
Abstract/Resumen
Electric Cars play a promising role in modern society, as they are configured as a sustainable
alternative for the mitigation of air and noise pollution levels. As a result, studies applied to
the analysis of the energy processing systems of electric cars are of paramount importance,
especially for battery charging. For this reason, the present work aims to analyze, simulate and
implement in practice a SEPIC Bridgeless converter operating in Discontinuous Driving Mode
(MCD) applied to the charging of batteries for use in electric cars. The choice of the Bridgeless
topology was due to the reduction of thermal and internal losses of the converter, since the
number of semiconductor devices in the current path is less. The MCD, in turn, was selected
due to the fact that it is only necessary to control the voltage and output current of the SEPIC
Bridgeless converter, and the high power factor is naturally obtained without controlling the
current input. Then, the analysis of currents and voltages in the converter components began.
Then, the design of the power circuit was elaborated together with the control of the converter.
In addition, an attempt was made to analyze a mathematical model of a lead-acid battery in order
to connect it to the converter for complete system validation. The results presented in the bench
tests converge with the converter simulation results, and it was possible to obtain a power factor
of 0.98 at the converter input experimentally. Regarding the use of the battery, simulation results
were obtained for charging the battery in constant current until reaching its nominal voltage, to
then be maintained at its maintenance voltage.
Instituição
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões