Performance Benchmarking of Active-Front-End Rectifier Topologies Used in High-Power, High-Voltage Onboard EV Chargers

Authors : Mehmet Uğraş CUMA, Murat Mustada SAVRUN

Pages : 1041-1050

Doi:10.21605/cukurovaumfd.1048344

View : 19 | Download : 9

Publication Date : 2021-12-29

Article Type : Research Paper

Abstract :Üç fazlı şebekeden beslenen Elektrikli araçlarda (EA'lar) ve plug-in hibrit EV'lerde (PHEA'lar) kullanılan yüksek güçlü yerleşik batarya şarj cihazları genellikle AA-DA ve DA-DA olarak iki aşamalı bir yapıdan oluşur. AA-DA aşaması, active-front-end (AFE) olarak da bilinir. AFE, şebeke gerilimini doğrultup, güç faktörünü düzenleyip ve DA-DA dönüştürücüye sabit bir DC-bara gerilimi sağlarken, DA-DA dönüştürücü aşaması, batarya ömrünü uzatmak için şarj algoritmalarını dikkate alarak şarj akımını regüle eder. Bu çalışma, yüksek güçlü yerleşik şarj cihazlarında kullanılabilecek maliyet/performans açısından etkin AFE topolojisinin seçimine odaklanmaktadır. Uygun olan dört farklı AA-DA topolojisi incelenmiştir: (i) 3-fazlı 2-seviyeli doğrultucu, (ii) 3-fazlı, 3-seviyeli nötr nokta-bağlantılı (NPC) doğrultucu, (iii) 3-fazlı, 3-seviye T tipi doğrultucu ve (iv) Viyana doğrultucu. Bu çalışmada, yukarıda bahsedilen AFE topolojileri PLECS/SpeedFit ortamında simüle edilmiş ve verimlilik, kayıplar, sıcaklık, anahtarlama elemanları sayısı, maliyet ve maliyet/verimlilik ölçütleri açısından karşılaştırılmıştır. Söz konusu topolojilerin performans sonuçları farklı çalışma frekansları altında değerlendirilmiştir. Sonuçlar, front-end AA-DA dönüştürücü için en uygun topoloji alternatiflerinin 3 fazlı 2 seviyeli PWM doğrultucu ve Viyana doğrultucu olduğunu ortaya koymaktadır. 3 fazlı 2 seviyeli PWM doğrultucu %12 maliyet avantajı, daha az bileşen ve kontrol kolaylığı avantajları ile üstün olmasına rağmen, toplam harmonik bozulma açısından Viyana doğrultucunun biraz gerisinde kalmaktadır.
Keywords : Araçüstü batarya şarj cihazı, Elektrikli araç, Fişli, Active front end, Doğrultucu