Przegląd systemów ładowania elektrycznych osobowych pojazdów i koncepcja dwukierunkowej ładowarki pokładowej

• Autorzy: Czyż P. , Cichowski A.

Warianty tytułu

EN

Review of battery chargers for passenger electric vehicles and the concept of bidirectional on-board charger

• Konferencja: XXVII cykl seminarów zorganizowanych przez PTETiS Oddział w Gdańsku ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2017 (XXVII; 2017; Gdańsk, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktualnie trwa intensywny rozwój pojazdów elektrycznych (EV) i hybrydowych typu plug-in (PHEV) z pokładowymi bateriami akumulatorów. Badania w tej dziedzinie skupiają się na maksymalizowaniu sprawności oraz minimalizowaniu masy i objętości systemów ładowania baterii. W artykule przedstawiono podział systemów ładowania osobowych pojazdów typu EV/PHEV. Opisano systemy ładowania przewodowego z podziałem na ładowarki pokładowe i zewnętrzne, systemy bezprzewodowe oraz układy wymiany baterii. Zaprezentowano wady i zalety takich systemów. W artykule autorzy przedstawili własną koncepcję izolowanej, dwukierunkowej ładowarki pokładowej zasilanej z sieci jednofazowej. Do realizacji wybrano dwustopniową topologię składającą się z przekształtników AC/DC (pełen mostek tranzystorowy) oraz DC/DC (wysokoczęstotliwościowy przekształtnik w topologii podwójnego mostka aktywnego). Dodatkowo, ładowarka jest wyposażona w aktywny obwód odsprzęgający w celu minimalizacji objętości kondensatorów w obwodzie pośredniczącym napięcia stałego.

EN

The increasing demand for more environmental friendly vehicular technologies contributes to the development of electric and hybrid vehicles (EVs and HVs). The current research topics cover maximizing the efficiency of the electric system, minimizing its weight and volume and extending the range of the vehicle. In this paper the overview of battery chargers for passenger EVs/PHEVs is presented. Battery chargers can be classified as on-board and off-board with unidirectional or bidirectional power flow. Another categorization divides the chargers into conductive and contactless systems. Various battery chargers are presented and compared. Advantages and disadvantages of different charging systems are given. In the second part authors present the concept of an isolated bidirectional On-Board Charger (OBC) using GaN transistors for electric vehicles application. The OBC should enable charging the vehicle from single-phase grid and using the vehicle as the source of energy in vehicle-to-grid application. The selected topology for this concept is a two-stage charger comprised of a full bridge (AC/DC converter), followed by a high frequency dual active bridge (DC/DC converter). Additionally, to minimize the capacitance in the DC-link active power decoupling method in a boost topology is employed.

Słowa kluczowe

PL

ładowarka; ładowanie baterii; pojazd elektryczny typu plug-in; pojazd hybrydowy typu plug-in; przekształtniki AC/DC; przekształtniki DC/DC; aktywne odsprzęganie mocy

EN

battery charger; electric plug-in vehicle; hybrid plug-in vehicle; AC/DC converters; DC/DC converters; active power decoupling

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 57
• Strony: 11--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czyż P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

autor

Cichowski A.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

Bibliografia

• 1. Ministerstwo Energii: Krajowe ramy polityki rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych, online 13.03.2017, http://bip.me.gov.pl/files/upload/26450/Krajowe_ramy_polityki_final.pdf.
• 2. Ministerstwo Energii: Plan Rozwoju Elektromobilności w Polsce, online 13.03.2017, http://bip.me.gov.pl/files/upload/26453/Plan%20Rozwoju%20Elektromobilno%C5%9Bci.pdf.
• 3. European Automobile Manufacturers’ Association: Alternative fuel vehicle registrations in 2016, online 13.03.2017, http://www.acea.be/pressreleases/article/alternative-fuel-vehicle-registrations-1.2-in-fourth-quarter-of-2016-4.1-in.
• 4. US Department of Energy: Electric Drive Technologies 2015 Annual Report, online 13.03.2017, https://energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/FY%202015%20Electric%20Drive%20Technologies%20Annual%20Report.pdf.
• 5. Electric vehicle conductive charging system – Part 1: General requirements, EN 61851-1:2011, 08-2011.
• 6. Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler, SAE Standard J1772, 02-2016.
• 7. Technical Specifications of a DC Quick Charger for Use with Electric Vehicles, 2030.1.1-2015 IEEE Standard.
• 8. Nissan: LEAF Electric Car, online 13.03.2017, https://www.nissanusa.com/electric-cars/leaf/.
• 9. Tesla: Charging, online 13.03.2017, https://www.tesla.com/charging.
• 10. BYD Auto: Build Your Dreams!, online 13.03.2017, http://bydeurope.com/innovations/technology/index.php#charging.
• 11. Chevrolet Volt: Extended Range Electric Car, online 13.03.2017, ttp://www.chevrolet.ca/volt-electriccar.html.
• 12. Mitsubishi Motors UK: Charging Hybrid Electric Cars, online 13.03.2017, http://www.mitsubishicars.co.uk/outlander/charging.aspx.
• 13. EV-Volumes: The Electric Vehicle World Sales Database, online 13.03.2017, http://www.evvolumes.com/country/total-world-plug-in-vehiclevolumes,/.
• 14. SAE International: Mobility engineering, online 13.03.2017, http://www.sae.org/servlets/pressRoom?OBJECT_TYPE=PressReleases&PAGE=showRelease&RELEASE_ID=2296.
• 15. WiTricity Corp.: DRIVE 11 Evaluation System, online 13.03.2017, http://witricity.com/wpcontent/uploads/2017/01/DRIVE_11_20170104-1.pdf.
• 16. Bombardier: PRIMOVE e-car, online 13.03.2017, http://primove.bombardier.com/projects/europe/primove-e-car.html.
• 17. Bosshard R., Kolar J.W.: Inductive power transfer for electric vehicle charging: Technical challenges and tradeoffs, IEEE Power Electronics Magazine, 2016, t. 3, nr 3, s. 22–30.
• 18. Hua J.: Progress in Battery Swapping and the Demonstrations in China, 6th U.S.-China Electric Vehicle and Battery Technology Workshop, 2012.
• 19. Everts J., Krismer F., Keybus J.V. den, Driesen J., Kolar J.W.: Charge-based ZVS soft switching analysis of a single-stage dual active bridge AC-DC converter, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2013, s. 4820–4829.
• 20. Jang Y., Jovanović M.M., Ruiz J.M., Kumar M., Liu G.: Implementation of 3.3-kW GaN-ased DC-DC converter for EV on-board charger with series-resonant converter that employs combination of variablefrequency and delay-time control, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2016, s. 1292–1299.
• 21. Han T.J., Preston J., Jang S.J., Ouwerkerk D.: A high density 3.3 kW isolated on-vehicle battery charger using SiC SBDs and SiC DMOSFETs, IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2014, s. 1–5.
• 22. Xue L.: GaN-Based High-Efficiency, HighDensity, High-Frequency Battery Charger for Plug-in Hybrid Electric Vehicle, Blacksburg, Virginia, 2015, PhD Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University.
• 23. Whitaker B., Barkley A., Cole Z., Passmore B., Martin D., McNutt T.R., Lostetter A.B., i in.: A High-Density, High-Efficiency, Isolated On-Board Vehicle Battery Charger Utilizing Silicon Carbide Power Devices, IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, t. 29, nr 5, s. 2606–2617.
• 24. Czyż P., Cichowski A., Śleszyński W., Jednofazowy falownik napięcia z aktywnym obwodem odsprzęgającym, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, nr 57, Gdańsk 2017, s. 17-20.
• 25. TPH3207WS 650V Cascode GaN FET Datasheet, Rew.tph3207w.10, 13-12-206, Transphorm Inc.
• 26. IPW65R045C7 650V CoolMOS™ C7 Power Transistor Datasheet, Rew. 2.1, 30-04-2013. Infineon Technologies AG.
• 27. Graovac D., Pürschel M., Kiep A., MOSFET Power Losses Calculation Using the DataSheet Parameters Application Note, Infineon Technologies AG, rew 1.1, 2006.
• 28 Czyz P., Reinke A., Cichowski A., Sleszynski W.: Performance Comparison of a 650 V GaN SSFET and CoolMOS, 10th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), 2016, s. 438-443.
• 29. Czyż P., Reinke A., Michna M., Zastosowanie tranzystorów GaN w wysokoczęstotliwościowych przekształtnikach DC/DC, Przegląd Elektrotechniczny, 93 (2017), num 1, s. 333-338.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).