Soggetti:
- Introduzione
- Panoramica del sistema AT
- Funzionamento del convertitore
- Convertitore boost
Introduzione:
Troviamo convertitori in veicoli ibridi e completamente elettrici. Il convertitore converte un'alta tensione CC in una bassa tensione CC. Chiamiamo quindi questo componente un convertitore DC-DC. L'alta tensione della batteria HV da 200 a 600 Volt (a seconda del veicolo) viene convertita nel convertitore in 14 Volt DC per la batteria di bordo. I componenti elettrici interni ed esterni (come illuminazione, radio, serrature, motorini degli alzacristalli elettrici, ecc.). vengono alimentati con tensione e corrente da questa batteria.
Il convertitore è integrato nel veicolo come componente ad alta tensione proprio. Il collegamento per il cavo ad alta tensione è riconoscibile dal cappuccio di plastica arancione.
Il convertitore contiene due bobine con un nucleo di ferro dolce tra di loro. Una corrente elevata scorre attraverso le bobine. A causa dello sviluppo di calore, il convertitore è collegato al sistema di raffreddamento. Il liquido di raffreddamento circolante assorbe il calore e lo trasferisce al radiatore.
Panoramica del sistema HV:
L'alta tensione della batteria HV viene inviata al invertitore conduce. La conversione da DC ad AC avviene nell'inverter (la tensione si inverte da DC a AC). Con questa tensione alternata viene messo in moto il motore elettrico AT (sincrono o asincrono).
La batteria HV alimenta anche la DC-DCconvertitore che converte l'alta tensione in una tensione di bordo da 12 a 14 volt.
La figura seguente mostra schematicamente i componenti del sistema HV.
Funzionamento del convertitore:
Il convertitore viene montato tra la batteria HV e la batteria di bordo da 12 Volt. L'immagine seguente mostra i componenti da sinistra a destra:
- Batteria di bordo da 12 volt;
- condensatore (elco);
- bobina di soppressione (per filtrare i picchi ad alta frequenza);
- diodi (raddrizzatori);
- trasformatore con bobine isolate galvanicamente;
- Ponte H con quattro transistor;
- Batteria ad alta tensione
Il trasferimento dell'alta tensione a 14 volt avviene tramite induzione di bobine. Il collegamento tra i sistemi di bassa e alta tensione è isolato galvanicamente: ciò significa che non esiste alcun collegamento conduttivo tra i due sistemi.
De in arrivo la bobina (N2, lato AT) fornisce un campo magnetico alternato nel nucleo di ferro dolce. IL In uscita la bobina (N1, lato 14 volt) si trova in un campo magnetico alternato. Questo crea tensione.
La ECU del sistema AT accende i transistor T2 e T3 (vedi figura seguente). Il transistor T2 collega quindi il positivo della batteria HV alla parte inferiore della bobina primaria. La corrente lascia la parte superiore attraverso la bobina e ritorna al negativo della batteria HV attraverso il transistor T3.
La corrente primaria provoca un campo magnetico nel trasformatore, che genera una tensione nella bobina secondaria. Il campo magnetico generato e quindi la tensione sono inferiori nella bobina secondaria rispetto alla bobina primaria. La batteria sinistra e il condensatore vengono caricati con una tensione continua di circa 14,4 volt.
Il trasformatore funziona solo con tensioni alternate. Poiché le batterie forniscono solo tensione continua, accendendo e spegnendo i transistor viene creato un campo magnetico variabile.
Per questo motivo i transistor T2 e T3 si spengono, dopodiché T1 e T4 si accendono immediatamente. La corrente nella bobina primaria scorre ora nella direzione opposta (dall'alto verso il basso). In questo modo nel trasformatore viene generato un campo magnetico opposto e quindi anche una tensione opposta nella bobina secondaria. Anche in questa situazione la tensione di carica della batteria e del condensatore è di circa 14,4 Volt.
Esempio:
- Ingresso CA: 201,6 volt;
- N1: 210 giri, R = 27,095 Ω ;
- N2: 15 giri, R = 0,138 Ω;
- Rapporto di avvolgimento (i) = N1 : N2 = 210:15 = 14;
- Uscita CA = Ingresso CA: i = 201,6: 14 = 14,4 volt;
- P in = U^2 : R = 201,6^2 : 27,095 = 1500 Watt;
- P out (senza perdite) = U^2 : R = 14,4 : 0,138 = 1500 Watt;
- Efficienza = 90%;
- P out (effettiva) = P out * efficienza = 1500 * 0,9 = 1350 Watt;
- Corrente della batteria (I) = P: U = 1350: 14,4 = 93,75 Ampere.
Convertitore boost:
L'immagine seguente mostra una panoramica del sistema che include il convertitore boost e il invertitore di una Toyota Prius.
La tensione della batteria di 201,6 volt viene convertita nel convertitore boost in una tensione continua di 650 volt. Una bobina e due IGBT (transistor) vengono utilizzati per generare una tensione di induzione. La bobina del reattore è mostrata nel convertitore boost tra il condensatore (a sinistra) e gli IGBT T1 e T2. Pilotando/non pilotando continuamente i transistor, viene generata una tensione di induzione nella bobina del reattore, che carica il condensatore.
Il diodo assicura che la tensione di carica aumenti fino a raggiungere i 650 volt.
Pagine correlate:
- Propulsione elettrica (Panoramica);
- Batteria ad alta tensione;
- Inverter.
