Επαγωγικός Φορτιστής Ηλεκτρικού Οχήματος

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, ο σχεδιασμός και η προσομοίωση συστήματος επαγωγικής μεταφοράς ισχύος για χρήση σε συστήματα ασύρματης φόρτισης μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός καλύπτει προδιαγραφές ισχύος εξόδου 4kW για τάση εισόδου 230V AC, 50 Hz, αλλά μπορεί να αναπροσαρμοστεί για την κάλυψη διαφορετικών προδιαγραφών. Η διάταξη αποτελείται από ανορθωτή της μονοφασικής παροχής, αντιστροφέα υψηλής διακοπτικής συχνότητας, μετασχηματιστή μεγάλου διακένου, κύκλωμα συντονισμού, και ανορθωτή της τάσης εξόδου του δευτερεύοντος για τροφοδότηση της μπαταρίας του αυτοκινήτου. Προτείνεται μια μέθοδος σχεδίασης του μαγνητικού κυκλώματος και σχεδιάζονται οι πυρήνες που το αποτελούν. Σχεδιάζεται το σύστημα ελέγχου της διακοπτικής συχνότητας του αντιστροφέα με κύκλωμα κλειστού βρόχου το οποίο εξασφαλίζει τη λειτουργία της διάταξης στη συχνότητα συντονισμού. Προτείνεται μια διάταξη ημιανόρθωσης της τάσης του δευτερεύοντος η οποία αυξάνει την απορροφούμενη ισχύ και συγκρίνεται με διάταξη πλήρους ανόρθωσης. Εξετάζεται η απόδοση του συστήματος σε διάφορους συντελεστές σύζευξης. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μέσω των προγραμμάτων FEMM και Matlab - Simulink.

The purpose of this diploma thesis is the study, design and simulation of an inductive power transfer system for use in electric vehicle wireless charging systems. The specifications for the proposed design are 4kW output power and 230 V AC, 50Hz input voltage source; however, it can be easily redesigned to meet different specifications. The system consists of a single phase full bridge rectifier, a high switching frequency inverter, an air gapped transformer, a resonant circuit and an output voltage rectifier that provides dc power to the car’s battery charger. A method for designing the magnetic circuit is proposed and the cores of the air gapped transformer are designed. The inverter’s switching frequency control system is implemented by a closed loop circuit that ensures the resonant function of the system. A half-bridge rectifier is proposed for the rectification of the output voltage which increases the absorbed power in comparison with the full-bridge rectifier. The efficiency of the overall system is examined for various coupling coefficients. The results of the simulations carried out by FEMM and Matlab/ Simulink software are provided.