Operação em Modo II

Durante o modo II de operação do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi, a energia, de igual forma como no modo I, irá fluir da bateria presente no VE1 para o VE2. No entanto, as condições de operação são alteradas de forma a comprovar o seu funcionamento sobre condições mais severas, validando as 2 situações possíveis de ocorrer relativamente à energia presente em cada bateria.

De acordo com as condições impostas, foi então definida uma tensão de entrada, Vbat1, com um valor de tensão de 168 V, valor máximo de tensão fornecida pelas fontes CC. Na saída do conversor foi empregue uma carga resistiva, simulando Vbat2, com um valor de 26 Ω. Definindo uma corrente referência de 6,5 A para a carga, é esperado obter uma tensão de 169 V na saída do conversor.

Um dos objetivos propostos na validação do funcionamento do conversor é o seu controlo ser válido em todas as condições impostas ao seu funcionamento, sendo desta forma aplicado o controlo validado na operação em modo I. Definida uma tensão de referência para o barramento CC do conversor de 220 V e uma corrente de referência de saída de 6,5 A, foram iniciados os testes práticos ao modo II de operação do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi.

Na Figura 6.12 encontram-se as formas de onda e os seus respetivos valores médios no primeiro teste prático realizado ao modo II de operação do conversor. No canal 1 encontra-se a tensão média de saída do conversor, obtida aos terminais da carga resistiva, sendo esta de 164 V, e no canal 2 o valor médio da corrente de saída do conversor empregue à carga resistiva (6,22 A). No canal 3 encontra-se a forma de onda e tensão média do barramento CC do conversor com um valor de 213 V, ao passo que, no canal 4 encontra-se a corrente média de entrada do conversor, corrente esta fornecida pela fonte CC, de -7,27 A. Após uma breve análise dos valores definidos e obtidos é possível verificar que os mesmos apresentam ligeiras perdas, mas que não invalidam o seu funcionamento, encontrando-se muito perto dos valores definidos. Tais perdas, como já mencionado, são derivadas de perdas de comutação, indutâncias e ruídos eletromagnéticos que possam ocorrer nas PCBs durante o seu funcionamento.

Carregador de Baterias para Veículos Elétricos com Modo de Operação Vehicle-to-Vehicle (V2V).

Carlos Filipe Vilaça Martins – Universidade do Minho 128

Figura 6.12 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente de carga presente na bobina (CH2: 5 A/div), tensão presente no barramento CC (CH3: 50 V/div) e corrente de descarga presente na bobina (CH4: 5 A/div) do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e Vbat2 > Vbat1.

Em seguida, na Figura 6.13, encontram-se representadas as formas de onda da tensão e corrente de entrada e saída do conversor, sendo possível obter uma melhor analise ao seu funcionamento. No canal 1 encontra-se igualmente representada a forma de onda da tensão de saída com um valor de 165 V, presente aos terminais da carga resistiva Vbat2, ao passo que, no canal 2 tem-se a corrente de saída, presente na bobina do VE2 com um valor médio de 6,20 A. No canal 3, encontra-se a tensão presente à entrada do conversor Vbat1, com um valor de 157 V, tensão esta fornecida pelas fontes CC. No canal 4 é apresentada a corrente fornecida pela fonte ao conversor, presente na bobina do VE1, tendo um valor médio de -7,18 A. Analisando as formas de onda e os seus valores médios, é possível constatar que a tensão de entrada é inferior à tensão de saída, validando uma das condições de operação do modo II.

Também é possível observar que o valor da corrente média de entrada é superior ao da corrente de saída, cerca de 1 A, o que já seria de esperar, sendo a tensão de entrada inferior à de saída. Por último, através dos cálculos dos valores de potência, é possível obter uma potência de saída de 1023 W e uma potência de entrada de 1127 W, obtendo-se um rendimento de aproximadamente 91%. Comparando o rendimento obtido com o modo I, é possível verificar que apesar das diferentes condições de operação, ambos os modos apresentam valores de rendimento idênticos.

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Carlos Filipe Vilaça Martins – Universidade do Minho 129

Figura 6.13 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente de carga presente na bobina (CH2: 5 A/div), tensão presente na entrada do conversor (CH3: 50 V/div) e corrente de descarga presente na bobina (CH4: 5 A/div) do

conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e Vbat2 > Vbat1.

Finalizando os testes práticos ao modo II de operação do conversor, na Figura 6.14 encontram-se presentes as formas de onda da tensão de entrada, tensão do barramento CC, tensão de saída e a corrente presente no barramento CC. No canal 1 é possível observar-se a forma de onda da tensão de saída, presente aos terminais da carga resistiva Vbat2, com um valor de 165 V. No canal 3, encontra-se representada a forma de onda da tensão de entrada, fornecida pelas fontes CC Vbat1, com um valor de 157 V, ao passo que, no canal 4 encontra-se a forma de onda da tensão presente no barramento CC com um valor médio de 218 V. No canal 2, é possível observar a forma de onda da corrente presente no barramento CC, iV2V, que tem como valor médio 4,87 A e assume uma forma de onda sinusoidal, como de esperar. É possível verificar que, novamente, a condição iV2V > 0 é garantida, validando todas as condições de funcionamento impostas para operação em modo II do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi.

Figura 6.14 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente presente no barramento CC (CH2: 5 A/div), tensão presente na entrada do conversor (CH3: 50 V/div) e tensão presente no barramento CC (CH4: 50 V/div) do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e

Vbat2 > Vbat1.

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Carlos Filipe Vilaça Martins – Universidade do Minho 130

Finalizada a análise aos testes práticos realizados ao modo II e validadas as condições de operação definidas para o seu funcionamento, é possível concluir que o mesmo se encontra em correto funcionamento. Após uma breve comparação entre os resultados experimentais obtidos e os resultados das simulações computacionais, é verificado que ambos apresentam o mesmo comportamento, apesar da existência de problemas como indutâncias parasitas, perdas de comutação e ruido eletromagnético que não são contempladas nas simulações computacionais. É também possível afirmar que, no decorrer da operação em modo II, o conversor estará sempre sujeito a correntes de entrada superiores ao modo I para os mesmos valores de corrente obtidos na saída, visto a tensão de saída ser superior.