학술논문
Power stage design and development of a 3.6kW DC-DC 400V/12V converter for electric and hybrid vehicles
Diseño y desarrollo de la etapa de potencia de un convertidor DC-DC 400V/12V de 3,6kW para vehículos eléctricos e híbridos
Diseño y desarrollo de la etapa de potencia de un convertidor DC-DC 400V/12V de 3,6kW para vehículos eléctricos e híbridos
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Spanish; Castilian
Abstract
In this TFM the power stage of a DC/DC 400V/12V 3.6 kW converter is developed for electric and hybrid vehicles. This is a product for the automotive sector carried out during the practice of the student in the company MAHLE Electronics, S.A.U based in Paterna. This TFM is part of the same project of the company in which the students José Carlos Mercé Godoy and Pablo Del Canto Masa participated, both performing practices in the company and students of the University Master in Electronic Systems Engineering. The student Pablo del Canto was responsible for the development of the power circuit, while José Carlos Mercé carried out the digital control with microcontroller of the DC-DC converter. From several years ago until now the combustion engine has dominated the automotive market. However, a clear trend can be observed, driven by the development of new batteries and the improvement of the power density of electric motors and power electronics, towards the use of vehicles with a high degree of electrification. Everything suggests that in a few years the combustion engine will be obsolete and the electric and hybrid vehicles will dominate the automotive market. At present, both in hybrid and all-electric cars, the high voltage battery, usually 400V, supplies power to both engines and a lower voltage system. This system, usually 12 V, is responsible for providing energy to the low voltage battery and the different charges, ranging from the audio system to the ABS of the vehicle. With this electrical architecture emerges the need to design power electrical converters that manage to transform the battery voltage from 400V to 12V with a high performance. In this paper a study of the different topologies of DC-DC converters will be carried out to finally select one of them and carry out its realization. The project will include the following points: - Dimensioning of components by mathematical methods and simulations. - Selection of commercial components and establishment of specifications for magnetic component manufacturers. - PCB design using Altium software. - Starting of the DC-DC converter and solving the problems that arise in the different modules. Experimental tests.
En este TFM se desarrolla la etapa de potencia de un convertidor DC/DC 400V/12V de 3,6 kW para vehículos eléctricos e híbridos. Se trata de un producto para el sector de la automoción llevado a cabo durante la realización de las prácticas del alumno en la empresa MAHLE Electronics, S.A.U con sede en Paterna. Este TFM es parte de un mismo proyecto de la empresa en el que participaron los alumnos José Carlos Mercé Godoy y Pablo Del Canto Masa, ambos realizando prácticas en la empresa y estudiantes del Máster Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos. El alumno Pablo del Canto fue el responsable del desarrollo del circuito de potencia, mientras que José Carlos Mercé llevó a cabo el control digital con microcontrolador del convertidor DC-DC. Desde varios años atrás hasta la actualidad el motor de combustión ha dominado el mercado de los automóviles. No obstante, se puede observar una clara tendencia, impulsada por el desarrollo de nuevas baterías y la mejora de la densidad de potencia de los motores eléctricos y la electrónica de potencia, hacia la utilización de vehículos con un alto grado de electrificación. Todo apunta a que dentro de unos años el motor de combustión quedará obsoleto y los vehículos eléctricos e híbridos dominarán el mercado automovilístico. En la actualidad, tanto en los coches híbridos como en los totalmente eléctricos, la batería de alto voltaje, habitualmente de 400V, suministra energía tanto a los motores, como a un sistema de menor voltaje. Este sistema, habitualmente de 12 V, es el encargado de proporcionar energía a la batería de baja tensión y a las diferentes cargas, que van desde el sistema de audio hasta el ABS del vehículo. Con esta arquitectura eléctrica surge la necesidad de diseñar convertidores eléctrónicos de potencia que logren transformar la tensión de la batería de 400V a 12V con un alto rendimiento. En este trabajo se realizará un estudio de las diferentes topologías de convertidores DC-DC para finalmente seleccionar una de ellas y llevar a cabo su realización. El proyecto englobará los siguientes puntos: - Dimensionamiento de los componentes mediante métodos matemáticos y simulaciones. - Selección de componentes comerciales y establecimiento de las especificaciones para los fabricantes de componentes magnéticos. - Diseño de la PCB mediante el software Altium. - Puesta en marcha del convertidor DC-DC y resolución de los problemas que van surgiendo en los diferentes módulos. Pruebas experimentales.
En este TFM se desarrolla la etapa de potencia de un convertidor DC/DC 400V/12V de 3,6 kW para vehículos eléctricos e híbridos. Se trata de un producto para el sector de la automoción llevado a cabo durante la realización de las prácticas del alumno en la empresa MAHLE Electronics, S.A.U con sede en Paterna. Este TFM es parte de un mismo proyecto de la empresa en el que participaron los alumnos José Carlos Mercé Godoy y Pablo Del Canto Masa, ambos realizando prácticas en la empresa y estudiantes del Máster Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos. El alumno Pablo del Canto fue el responsable del desarrollo del circuito de potencia, mientras que José Carlos Mercé llevó a cabo el control digital con microcontrolador del convertidor DC-DC. Desde varios años atrás hasta la actualidad el motor de combustión ha dominado el mercado de los automóviles. No obstante, se puede observar una clara tendencia, impulsada por el desarrollo de nuevas baterías y la mejora de la densidad de potencia de los motores eléctricos y la electrónica de potencia, hacia la utilización de vehículos con un alto grado de electrificación. Todo apunta a que dentro de unos años el motor de combustión quedará obsoleto y los vehículos eléctricos e híbridos dominarán el mercado automovilístico. En la actualidad, tanto en los coches híbridos como en los totalmente eléctricos, la batería de alto voltaje, habitualmente de 400V, suministra energía tanto a los motores, como a un sistema de menor voltaje. Este sistema, habitualmente de 12 V, es el encargado de proporcionar energía a la batería de baja tensión y a las diferentes cargas, que van desde el sistema de audio hasta el ABS del vehículo. Con esta arquitectura eléctrica surge la necesidad de diseñar convertidores eléctrónicos de potencia que logren transformar la tensión de la batería de 400V a 12V con un alto rendimiento. En este trabajo se realizará un estudio de las diferentes topologías de convertidores DC-DC para finalmente seleccionar una de ellas y llevar a cabo su realización. El proyecto englobará los siguientes puntos: - Dimensionamiento de los componentes mediante métodos matemáticos y simulaciones. - Selección de componentes comerciales y establecimiento de las especificaciones para los fabricantes de componentes magnéticos. - Diseño de la PCB mediante el software Altium. - Puesta en marcha del convertidor DC-DC y resolución de los problemas que van surgiendo en los diferentes módulos. Pruebas experimentales.