Cargador inteligente para vehículo eléctrico con flujo de energía bidireccional y sistema integrado de gestión de baterías

Abstract

A lo largo de los últimos años, ha surgido un gran reto, los diferentes gobiernos muestran una mayor concienciación medioambiental debido a una mayor preocupación por el cambio climático. Los Vehículos Eléctricos (VE) están desarrollándose con el objetivo de reducir las emisiones de gas invernadero, y aumentar el uso de energías renovables. Las baterías constituyen una parte importante del VE, ya que su desarrollo representa la clave para ser atractivos para los clientes (tiempo de carga, autonomía, suponen la mitad del coste del VE, etc.). Este trabajo presenta un cargador de VE bidirectional adaptable a la fase de la Red. Permite la carga de la batería (en horas de precio bajo) y vender energía a la Red cuando está cara. Es capaz de hacerlo con una corriente sin armónicos y con factor de potencia de desplazamiento unitario, eliminando el problema de los VE que existen en el mercado. A su vez, el algoritmo permite detectar si la conexión es trifásica o monofásica, y adapta el cargador. La función de ecualización de las celdas de la batería es implementada para evitar un envejecimiento prematuro o explosión de la batería. Además, se realiza un mapeo de la salud de las celdas, que permite su análisis y cambio. Finalmente se implementa la función de compensación de potencia reactiva. Los resultados de simulación y experimentales presentados validan el cargador diseñado.

Along the last years, a big challenge is being pursued, governments are concerned with a more environmentally friendly world, due to an increasingly global climate change awareness. Electric Vehicles (EV) are emerging with the aim of a reduction in the greenhouse emissions, and the usage increase in more efficient and sustainable energies. Batteries represent an important part in EVs, as its development represents the key for EVs to be attractive for the customers (charging time, battery autonomy, it supposes approximately half of the total cost, etc.). This work presents a Phase-Adaptive Bidirectional EV Battery Charger. It allows the battery charge (when the cost is low) and inject the energy back when it is more expensive. This system performs by demanding or injecting a current without harmonics and with unity displacement power factor, avoiding the problem that the commercial vehicles in the market present. In addition, the algorithm allows the detection of single-phase and three-phase Grid connection, and adapts the charger. The cell equalization function is implemented to avoid a premature aging effect or the battery explosion. Besides, a battery health map is developed, which allows its analysis and change. Finally a reactive power compensation function is implemented. Simulation and experimental results are presented and validate the designed charger.