Dissertação

{en_GB=Switching Converter Systems for Fuel Cell Powered Electric Vehicles} {} EVALUATED

{pt=A adopção em larga-escala de soluções de mobilidade eléctrica representa um passo crucial para o alcance das metas ambientais associadas ao sector dos transportes. Contudo, a opinião pública encontra-se ainda dividida, devido às limitações actuais dos veículos eléctricos. Este trabalho explora o projecto de conversores comutados capazes de servir de interface a sistemas alternativos de armazenamento de energia. Foi dado particular enfâse a pilhas de combustível, nomeadamente a pilhas de combustível de alumínio-ar, devido às vantagens inerentes à construção simples, recarregabilidade mecânica, reciclabilidade, baixo custo, e elevada energia especifíca, não obstante aos desafios que apresentam. A configuração experimental adoptada baseia-se num sistema paralelo hibrido baseado em pilhas de combustível e ultracondensadores, dada esta combinação favorecer significativamente as sinergias entre tecnologias, ao mesmo tempo que mitiga as suas maiores desvantagens. Por forma a melhorar o desempenho, eficiência, e fiabilidade do sistema, foi adoptada uma topologia intercalada para os Conversores CC/CC. Ambos os Conversores e o Inversor utilizam frequências elevadas de comutação por forma a diminuir os filtros necessários. A estratégia de controlo do sistema baseia-se no fluxo bidirecional de potência permitido pelos ultracondensadores, visando assim aproveitar a excelente resposta transitória destes dispositivos. O sistema apresenta ainda funcionamento intercalado com tolerância a falhas de circuito-aberto em semiconductores e limitadores de correntes de curto-circuito. Durante o desenvolvimento deste trabalho, todos os sistemas propostos foram sistematicamente testados por via de simulações, resultando assim na validação do seu comportamento e especificações., en=The large-scale adoption of electric mobility solutions represents a crucial step towards achieving the environmental targets associated with the transportation sector. However, the public’s opinion of electric vehicles is still divided, owing to the perceived issues of current electric vehicles. This thesis explores the design of switching power converters capable of interfacing alternative mobility-oriented energy storage technologies. A particular emphasis on fuel cells was pursued, namely in the form of aluminium-air fuel cells, as their simple construction, mechanical rechargeability, recyclability, low cost, and high specific energy present interesting advantages, albeit not without challenges. The resulting experimental powertrain is comprised of a high-voltage hybrid parallel configuration of fuel cells and ultracapacitors, as this combination was found to greatly enhance the synergies between both technologies, whilst mitigating their drawbacks. In order to improve performance, efficiency, and reliability, an interleaved topology for the DC/DC Converters was favored. Additionally, both the DC/DC Converters and Inverter employ high switching frequencies, in order to further decrease the required filters. The system control strategy is based on the bidirectional power flow ability of the ultracapacitors, and takes advantage of their excellent transient response. It also features open-circuit semiconductor fault tolerant interleaving and short-circuit current limiters. During the development of this work, simulations of all the proposed systems were systematically carried out, resulting in the successful validation of their behavior and design specifications.}
{pt=Veículos Eléctricos, Conversores Comutados, Pilhas Combustível, Topologia Intercalada, Ultracondensadores, Tolerância a Falhas, en=Electric Vehicles, Switching Converters, Fuel Cells, Interleaving, Ultracapacitors, Fault Tolerant}

Outubro 2, 2020, 9:30

Orientação

ORIENTADOR

José Fernando Alves da Silva

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático