Diseño e implementación de un convertidor de potencia de alta eficiencia para un vehículo eléctrico de alto desempeño

Abstract

Con el propósito de dar continuidad a un proyecto de investigación de carácter interdisciplinar en el cual se busca ofrecer una alternativa de vehículos eléctricos autónomos apropiados para la topografía del país, mediante el diseño de un vehículo eléctrico de ato desempeño y alta densidad de potencia, se presenta la investigación y el diseño de un convertidor DC/DC de potencia y alta eficiencia el cual es el elemento más importante dentro del sistema eléctrico del vehículo. La presente investigación tiene como objetivo de diseño minimizar las pérdidas del convertidor y obtener la mejor relación posible en términos de eficiencia y volumen dados los parámetros iniciales dispuestos en el trabajo previo. Por tal motivo partiendo de una topología previamente seleccionada, el “DC/DC Boost Interleaved Converter” se hace un análisis y diseño de distintas variaciones a esta topología con el objetivo de optimizar el diseño. Adicionalmente se realizó el diseño de una nueva topología de núcleo magnético, el cual integra cuatro fases, permitiendo lograr una adecuada distribución de flujo magnético por el mismo y su utilización en convertidores intercalados. Finalmente, sobre la topología optimizada se realiza una caracterización y comparación de cada uno de los elementos con el fin de encontrar la mejor relación que represente las menores pérdidas. Se logró obtener, bajo el análisis realizado, un diseño de una nueva topología que mediante los resultados obtenidos ofrece la mejor respuesta en términos de eficiencia y relación de volumen para ser implementada en vehículos eléctricos. Adicionalmente se logró diseñar y obtener la configuración de la topología del convertidor DC-DC intercalado para aplicación específica a esta investigación de manera que pueda ser implementado, a partir de los elementos que se pueden conseguir actualmente en el comercio.

Abstract: With the purpose of giving continuity to an interdisciplinary research project in which it is sought to offer an alternative of autonomous electric vehicles for the topography of the country, through the design of an electric vehicle of high performance and power density, it is presented the research and design of a DC / DC power converter of high efficiency which is the most important element in the vehicle's electrical system. The objective of this research is to minimize the efficiency and volume of the converter. Starting from a defined topology, the DC/DC Boost Interleaved Converter, it is made an analysis and design of different variants for this topology in order to optimize the design. Additionally, the design of a new magnetic core topology was carried out, which integrates four phases, allowing an adequate distribution of magnetic flux through it and its use in interleaved converters. Finally, a characterization and comparison of each element of the optimized topology is carried out in order to find the best relationship that represents the lower losses. It was possible to obtain, under the carried out analysis, a design of a new topology that, with the obtained results, offers the best response in terms of efficiency and volume ratio for being implemented in electric vehicles. In addition, the achieved design of the DC-DC converter can be implemented using elements that can be commercially obtained.