Desenvolvimento de um conversor CC-CC aplicado a uma estação de carregamento de veículos elétricos

Abstract

O incentivo à eletrificação veicular, em substituição aos veículos de combustão interna, é uma das estratégias exploradas pelas nações com o principal objetivo de reduzir a emissão de poluentes. Apesar do reconhecimento da importância da adoção de veículos elétricos nos sistemas de transporte alguns desafios ainda precisam ser mais bem estudados, como os impactos causados à rede elétrica e a necessidade de infraestrutura de recarga ampla e eficiente. Apesar de haver grandes incentivos para o aumento da infraestrutura de carregamento, ela permanece limitada em comparação com as destinadas a veículos de combustão interna, além de apresentarem maiores tempos de recarga. Uma alternativa para diminuir o tempo de recarga e melhorar a experiência do usuário é a adoção de estações públicas de carregamento a corrente contínua, visto que essas estações acessam diretamente os terminais da bateria, possibilitando uma maior entrega de potência com um menor comprometimento de peso e volume do veículo. Essas estações, portanto, precisam operar em uma ampla faixa de tensão de saída de forma a atender os diversos modelos de veículos elétricos disponíveis no mercado. Nesse contexto, esta dissertação busca projetar um carregador veicular em corrente contínua, em conformidade com normas internacionais e nacionais, de forma a atender uma extensa variedade de veículos. Uma revisão bibliográfica dos requisitos técnicos e normativos relativos ao sistema de recarga em corrente contínua é realizada, assim como o projeto do conversor Phase-Shift Full-Bridge (PSFB) para o atendimento de veículos com baterias de 400 V e 800 V. A modelagem do conversor PSFB é realizada a partir do modelo de pequenos sinais do conversor Buck, adicionando a este algumas particularidades da operação do PSFB. O controle digital do conversor PSFB é desenvolvido e implementado em ambiente de simulação do Matlab/Simulink, onde são realizados testes de desempenho para os estágios de recarga quando conectados a diversos modelos de baterias. Os resultados demonstram que o conversor PSFB é capaz de operar em uma larga faixa de tensão de saída e o sistema de controle adotado atende aos procedimentos de inicialização, transferência de potência e parada da estação de recarga, assim como aos requisitos de ondulação de corrente e de tensão.