Przegląd systemów ładowania elektrycznych osobowych pojazdów i koncepcja dwukierunkowej ładowarki pokładowej

Aktualnie trwa intensywny rozwój pojazdów elektrycznych (EV) i hybrydowych typu plug-in (PHEV) z pokładowymi bateriami akumulatorów. Badania w tej dziedzinie skupiają się na maksymalizowaniu sprawności oraz minimalizowaniu masy i objętości systemów ładowania baterii. W artykule przedstawiono podział systemów ładowania osobowych pojazdów typu EV/PHEV. Opisano systemy ładowania przewodowego z podziałem na ładowarki pokładowe i zewnętrzne, systemy bezprzewodowe oraz układy wymiany baterii. Zaprezentowano wady i zalety takich systemów. W artykule autorzy przedstawili własną koncepcję izolowanej, dwukierunkowej ładowarki pokładowej zasilanej z sieci jednofazowej. Do realizacji wybrano dwustopniową topologię składającą się z przekształtników AC/DC (pełen mostek tranzystorowy) oraz DC/DC (wysokoczęstotliwościowy przekształtnik w topologii podwójnego mostka aktywnego). Dodatkowo, ładowarka jest wyposażona w aktywny obwód odsprzęgający w celu minimalizacji objętości kondensatorów w obwodzie pośredniczącym napięcia stałego.

The increasing demand for more environmental friendly vehicular technologies contributes to the development of electric and hybrid vehicles (EVs and HVs). The current research topics cover maximizing the efficiency of the electric system, minimizing its weight and volume and extending the range of the vehicle. In this paper the overview of battery chargers for passenger EVs/PHEVs is presented. Battery chargers can be classified as on-board and off-board with unidirectional or bidirectional power flow. Another categorization divides the chargers into conductive and contactless systems. Various battery chargers are presented and compared. Advantages and disadvantages of different charging systems are given. In the second part authors present the concept of an isolated bidirectional On-Board Charger (OBC) using GaN transistors for electric vehicles application. The OBC should enable charging the vehicle from single-phase grid and using the vehicle as the source of energy in vehicle-to-grid application. The selected topology for this concept is a two-stage charger comprised of a full bridge (AC/DC converter), followed by a high frequency dual active bridge (DC/DC converter). Additionally, to minimize the capacitance in the DC-link active power decoupling method in a boost topology is employed.