Resumen

En este artículo se presenta el diseño, simulación e implementación de un cargador de baterías con baja distorsión armónica en corriente, a pequeña escala. Se propone un diseño compuesto por dos convertidores boost en cascada, el primero funcionando como PFC y el segundo como un regulador de la corriente que se inyecta a las baterías. Adicionalmente, se presenta el procedimiento necesario para el diseño de los controladores de cada etapa. En la primera etapa se usa un control en modo corriente promedio y en la segunda etapa se usan dos controles que permiten emplear el método de carga de baterías, corriente constante - tensión constante. Los controladores usados en ambas etapas son de tipo PI y junto con el circuito de potencia fueron simulados en los software PSIM® y MATLAB® y validados experimentalmente, obteniendo factores de potencia cercanos a 0,98 y distorsión armónica en corriente por debajo del 10%, cumpliendo así con los requerimientos de la norma IEC 61000-3-2. Finalmente, se presentan las conclusiones.

INTRODUCCIÓN

Una de las tecnologías más utilizadas y que en los últimos años ha sido ampliamente investigada se relaciona con los Vehículos Eléctricos (VE), destacando el aumento exponencial de la investigación en temas relacionados con movilidad eléctrica (1.

En el desarrollo de los VE el cargador de baterías juega un papel muy importante, ya que es el encargado de transferir la energía eléctrica de la red a las baterías. En este sentido se han realizado estudios relacionados con los convertidores de potencia, en donde se resalta que el cargador de baterías debe asegurar una baja distorsión armónica de corriente hacia la red eléctrica, para minimizar el impacto en la calidad de la señal de potencia eléctrica (2, y debe tener un alto factor de potencia (FP); por lo tanto, es necesario adicionar una etapa a la estructura general del cargador, encargada de hacer corrección del factor de potencia 3-4.

El cargador de baterías consta de varias etapas; en 5 se propone una estructura compuesta por un filtro EMI, convertidor AC-DC PFC (Corrector del Factor de Potencia), convertidor DC-DC y un filtro de salida. Una estructura similar se propone en 6 donde adicionan un rectificador bidireccional, un inversor y un transformador de aislamiento. Este último permitiría un flujo de potencia bidireccional pensando que en un futuro cercano las baterías de los VE se conviertan en una fuente de almacenamiento para redes inteligentes. De acuerdo a lo anterior, se observa que el cargador de baterías requiere como mínimo una etapa que funcione como PFC y otra como convertidor DC-DC que proporcione una salida de tensión y corriente regulada con los valores que requieren las baterías.

• Materias:Baterias eléctricas Potencia eléctrica Vehículos eléctricos
• Subjects:Electric batteries Electric power Electric vehicles
• Palabras claves:Vehículo eléctrico; Cargador de batería; Calidad de la potencia; Distorsión amónica; Convertidor boost; Corrector de factor de potencia
• Keywords:Electric vehicle; Battery charger; Power quality; Harmonic distortion; Boost converter; Power factor corrector