ES2613536T3 - Dispositivo de recarga para batería de automóvil y procedimiento de gestión del dispositivo - Google Patents

Dispositivo de recarga para batería de automóvil y procedimiento de gestión del dispositivo Download PDF

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Abstract

Dispositivo (1) de carga rápida para batería (13) especialmente para batería de un vehículo automóvil, que comprende una etapa de filtrado (2) del tipo resistivo-inductivo-capacitivo destinado a ser conectado a una red trifásica, una etapa (3) de reductor de tensión , y una etapa (4) de elevador de tensión, destinado a ser conectado a la batería (13), así como una bobina de inducción (Ld) interpuesta entre la etapa reductor (3) y la etapa elevador(4) de tensión, comprendiendo el dispositivo (1) igualmente una unidad de regulación (15) apta para imponer relaciones cíclicas de picado (a1, a2, a3, a4) a la etapa reductor de tensión (3) y a la etapa elevador de tensión (4), unos medios de medida de las intensidades (Ie1, I2, Ie3) de las corrientes entrantes en el dispositivo por las fases (B1, B2, B3) de la red trifásica, unos medios de medida de la intensidad de la corriente (Id) que atraviesa la bobina (Ld), la unidad de regulación (15) que comprende a su vez al menos dos bucles de regulación (16, 17) utilizando los valores medidos de intensidad (Ie1, Ie2, Ie3, Id) para proporcionar tres valores (a1, a2, a3) utilizadas como consignas de las relaciones cíclicas de la etapa (3) del reductor de tensión y para compensar el desfase inducido por la etapa de filtrado (12) entre las corrientes (Ie1, Ie2, Ie3) y las tensiones (Ve1, Ve2, Ve3) retiradas de cada fase (B1, B2, B3) de la red trifásica, y para mantener el valor de la amplitud de la corriente que atraviesa la bobina (Ld) por encima de un umbral predefinido no nulo.

Description

imagen1
imagen2
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imagen4
imagen5
imagen6
La matriz T-1 (ωt) que, multiplicada por T(ωt) permite encontrar la matriz identidad, está dada por:
imagen7
La matriz T(ωt), y las derivadas primera y segunda con respecto al tiempo de su matriz inversa T-1 (ωt), poseen las siguientes importantes propiedades:
imagen8
Se utiliza a continuación las siguientes anotaciones: Ve123 = (Ve1, Ve2, Ve3) = Vm (sen (ωt), sen (ωt-2π/3), sen (ωt+2π/3), que es la expresión de
imagen9en la base de partida.
Vedq0 = T (ωt) * Veimagen10123 = (Ved, Veq, Ve0) = (Vm,0, 0) que es la expresión de
imagen11en la base giratoria definida) por los 10 vectores Ie123 = (Ie1, Ie2, Ie3) = Im (sen(ωt-φ), sen (ωt –φ-2π/3), sen(ωt-φ+2π/3)), que es la expresión de
imagen12en la base de partida, siendo φ el desfase de la corriente con respecto a la tensión de cada terminal de ramificación del dispositivo 1 a la red trifásica.
Iedq0 = T(ωt) * Ieimagen13123 = (Ied, Idq, Id0) = Im (cosφ, senφ, 0), que es la expresión de
imagen14en la base giratoria definida por los 15 vectores
En efecto, dada la manera en la que está definida la base giratoria imagen15 imagen16está fijo en la base giratoria y el vector corriente
está fijo igualmente en la base giratoria y puede escribirse si la corriente en cada fase está desfasada con respecto a la tensión de fase un ángulo φ: Iedq0 = (Ied, Ieq, Ie0) = Im (cosφ, sen φ,0), dicho de otra manera, reducir el desfase entre la corriente y la tensión imagen17
20 retirada de la red se vuelve a anular el componente según es decir anular la componente Ieq. Se utilizan igualmente las anotaciones:
If123 = (If1, If2, If3) que es la expresión de
imagen18en la base de partida, Ifdq0 = T(ωt) * If123 = (Ifd, Ifq, If0) que es la expresión de
imagen18en la base giratoria definida por los vectores imagen19. Vf123 = (Vf1, Vf2, Vf3) que es la expresión de
imagen20en la base de partida, 25 Vfdq0 = T(ωt) * Vf = (Vfd,Vfq, Vf0) que es la expresión de
imagen21en la base giratoria definida por los vectores imagen22.
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imagen23
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en donde FA(s) es una función de transformación de Ifq que se deduce de las ecuaciones (3) y (4), y FB(s) es una función de transformación de la función Ifd que se deduce igualmente de las ecuaciones (3) y (4). Se encuentra que para las pulsaciones ω de la red eléctrica próximas a ω = 2π x 50 u ω = 2π x 60, y para los órdenes de magnitud las resistencias R, Rd de las capacidades C y de las inductancias L1, L2 Ld mencionadas más arriba, la transformación FB(s) aplicada a un valor de la corriente I proporciona unos valores despreciables ante los valores salidos de la transformación FA(s) aplicada a la misma corriente I.
Se deduce de ello que se puede utilizar la variable Ifq de corriente transitoria entre el filtro 2 y el reductor de tensión 3, como variable de control para limitar la componente Ieq de la corriente a 0, y anular así el desfase entre las corrientes y las tensiones de entrada del dispositivo de carga.
Según la aproximación:
imagen24ecuación (5)
La ecuación del ramal que contiene la máquina eléctrica 5 permite proponer una relación que relaciona Id e Ifd. En efecto, se escribe:
imagen25
Considerando que el producto Ibat x Vbat es una perturbación de variación mucho más lenta que los valores de las corrientes de entrada que se tratan de regular, y considerando que la componente Vfq del vector de las tensiones en los terminales de las capacidades es nula – o poco diferente, por el hecho de que los valores R, L1, L2 del filtro, de Veq-se obtiene a partir de la ecuación (6) una relación que une directamente las variaciones de Ifd y de Id.
Se puede pues utilizar la variable de la corriente Ifd como variable de control para limitar la corriente Id que atraviesa la máquina eléctrica 5, a un valor de consigna que será elaborado de tal manera que no permita la anulación de la corriente en la bobina de inductancia Ld.
Ifd e Ifq pueden pues ser utilizadas las dos como variables de control para limitar respectivamente la corriente Id que atraviesa la máquina eléctrica y la corriente Ieq transmitida entre el filtro y el reductor de tensión 3, cada uno a un valor de consigna de referencia.
Con el fin de conocer los valores de relación cíclica de picado a1, a2, a3 que permiten obtener los valores de Ifd e Ifq deseados, basta con efectuar un cambio de señal con la ayuda de la matriz T-1 (ωt) con el fin de recalcular a partir de Ifd e Ifq las tres coordenadas If1, If2 If3 de las corrientes transmitidas entre el filtro 2 y el reductor de tensión 3. Dividiendo estos tres valores If1, If2, If3 por el valor Id de la corriente medida a través de la máquina eléctrica 5, se obtienen por definición los tres valores a1, a2, a3 de la relación cíclica de picado del reductor de tensión 3. El control del reductor de tensión 3 con la ayuda de estas tres consignas de las relaciones cíclicas de picado, permite limitar Ieq en una referencia nula, con el fin de anular el desfase entre corriente y tensión de entrada del dispositivo, y limitar Id, la corriente que atraviesa la máquina eléctrica 5, al valor de consigna deseado Idref
Si se regula Ieq con Ifq para anular el desfase φ, y se regula Id con Ifd para evitar la anulación de la corriente en la bobina de la máquina eléctrica, es suficiente entonces para satisfacer el tercer objetivo de la regulación efectuada por la unidad de regulación 15, es decir limitar la corriente entrante en la batería Ibat al valor de consigna Ibatref proporcionado por el módulo de seguimiento de la carga 19. Para ello, se puede por ejemplo imponer una relación cíclica de picado as en el elevador de tensión 4 de tal manera que se respeta la relación as = Ibatref /Id. Con el fin de compensar el desfase temporal entre el momento en el que los valores Ibat e Id son medidos, y el momento en el que la variable de control as que define la relación cíclica de picado del elevador de tensión 4, se hace efectivos, puede utilizarse un bucle de control del tipo “feed forward”, calculando la variable de control as a partir de la suma de la corriente de consigna Ibatref y del error integrado entre la corriente de consigna Ibatref y la corriente efectivamente medida Ibat en el terminal + de la batería 13.
Según otra variante de realización, se pueden utilizar las ecuaciones (3) y (4) con el fin de escribir eliminando los términos Vfd y Vfq una relación entre Ied, Ifq e Ifd bajo la forma:
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32 Corrector 33 Corrector integrador
34 Sumador
35 Bucle “feed forward”
36 Inversor
37 Multiplicador
40 Sustractor
41 Corrector
42 Sustractor
43 Corrector
α Factor de corrección del corrector 32
a1, a2, a3 Relaciones cíclicas de picado del reductor de tensión 3 definidas por a1 = If1/Id, a2 = If2/Id, a3 = If3 /Id
as Relación cíclica de picado del elevador de tensión 4 definida por as = Ibat /Id
B1, B2, B3 Terminales del ramal del dispositivo 1 en las fases de la red trifásica
C Capacidades del filtro 2, de valor C
D1, D2, D3 Puntos de conexión del filtro 2 en las entradas del reductor de tensión 3
F1, F2, F3 Ramales o puntos de conexión entre las entradas del reductor de tensión 3, el medio (punto entre
dos interruptores) de cada ramal 6, 7, 8 del reductor de tensión 3 L1 Primera serie de inductancias del filtro 2, de valor L1 L2 Segunda serie de inductancias del filtro 2, de valor L2 R Resistencias del filtro 2, de valor R Rd Resistencia equivalente de los bobinados de la máquina eléctrica Ld Inductancia equivalente de los
bobinados de la máquina eléctrica 5 Ie1, Ie2, Ie3 Valores medidos de la corriente entrante por los ter-If1, If2 If3 Corrientes entrantes en los ramales F, F, F en el reductor de tensión 3 a partir del filtro 2 Id Corriente medida que atraviesa la máquina eléctrica 5 Ibat Corriente medida que entra por el terminal ‹‹+›› de la batería 13 Ibatref Consigna de intensidad de corriente de la batería emitida por el módulo de seguimiento de carga
19
Ied imagen31Proyección del vector imagen32expresado en la base de partida sobre el primer vector
de la base giratoria Proyección del vector If igual a (If1, If2, If3) expresado en la base de partida sobre el primer vector de la base giratoria K1, K4, K5, K6 Funciones de corrección de los correctores 24, 21 41 y 43
y un tercer vector de base es fijo con
respecto a la base de partida
imagen33
imagen34
15
T-1 (ωt)
Matriz inversa de cambio de base, entre la señal definida por la base giratoria y la señal inicial
VEa, VEb, VEc red trifásica
Tensión medida entre la masa y cada uno de los terminales del ramal del dispositivo de carga en
5
Ve1, Ve2, Ve3 medidos VE1, Valores de tensión filtrados por el módulo de normalización 14 a partir de los valores de tensión
VE2, VE3
reordenados de 1 a 3 para obtener un desfase predefinido entre el primero, el segundo y el tercer
término filtrado, siendo repercutida la numeración de 1 a 3 en la numeración de los terminales B1, B2, B3, D1
D2, D3 y los ramales F1, F2, F3 del dispositivo de carga y en la designación de los valores medidos al nivel de estos terminales o de estos ramales.
16

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