Der Ladevorgang der Superkondensatorbank führt zu einem Ausfall des DC / DC-Wandlers

Ich bin ein Student im Grundstudium und Mitglied des Teams der Universität, das sich mit der Entwicklung eines Elektrofahrzeugs befasst. Eines unserer Projekte ist die Implementierung eines kompletten regenerativen Bremssystems. Wir haben das fast erreicht, aber es gibt ein Problem mit unserem Ladesystem. Um genauer zu sein, möchte ich Ihnen einige Grundlagen zu unserem System erläutern:

1) Während der Verzögerung des Fahrzeugs fungiert der 3-Phasen-Elektromotor als Generator und wandelt kinetische Energie in elektrische Energie um.

2) Der Wechselstrom des Motors (Generators) durchläuft einen Wechselstrom / Gleichstrom-Wechselrichter, der eine Ausgangsgleichspannung mit einem Bereich von 0 bis 34 Volt erzeugt.

3) dass Gleichstrom einen Gleichstrom / Gleichstrom-Wandler (Abwärtswandler) durchläuft, der eine feste Leistung von 15 Volt erzeugt,

4) Dieser DC / DC-Wandler ( Abwärtswandler) wird zum Laden einer Superkondensatorbank (156 Farad) mit einer Nennspannung von 15 Volt verwendet.

Im folgenden Bild sehen Sie eine grafische Darstellung der Topologie. Der grüne Pfeil zeigt die Richtung des Gleichstroms, der während des Ladevorgangs vom Motor zu den Superkondensatoren über den Wechselstrom / Gleichstrom-Wechselrichter und den Gleichstrom / Gleichstrom-Wandler fließt.

Während Labortests erhöhen wir allmählich die Drehzahl des Motors (durch Verwendung eines anderen Motors), und dann beginnt das Ladesystem reibungslos, die Superkondensatorbank aufzuladen.

Leider brannte der DC / DC-Wandler (siehe das orangefarbene Kästchen im beigefügten PDF), als wir mit unserem Fahrzeug eine Fahrt machten, um das regenerative Bremssystem auf eine echte Verzögerung zu testen.

Der Unterschied zu Labortests besteht darin, dass sich das Fahrzeug während der tatsächlichen Verzögerung mit hoher Geschwindigkeit bewegt und plötzlich der Ladeschalter (siehe beigefügtes PDF) für den Ladevorgang eingeschaltet wird . Wir glauben, dass in diesen Momenten (während der Ladeschalter eingeschaltet ist) sofort einige Gleichstromspitzen erzeugt werden, was zur Katastrophe des Gleichstrom / Gleichstrom-Wandlers führt.

Wir glauben, dass eine Lösung dafür die Platzierung einer Spule entweder am Eingang des DC / DC-Wandlers oder am Ausgang sein könnte, um die Spitzen zu beseitigen. Ist unser Gedanke richtig oder passiert etwas anderes?

Das Problem ist die feste Ausgangsspannung von 15 V Ihres DC-DC-Wandlers. Kondensatoren sollten mit einem Stromausgang und nicht mit einem Spannungsausgang aufgeladen werden.

Wenn die Spannung an einem Kondensator geringer ist als die Ausgangsspannung eines Netzteils, das ihn speist, nimmt es so viel Strom auf, wie das Netzteil liefert, mit anderen Worten, es verhält sich wie ein Kurzschluss.

Der DC-DC-Wandler kann immer noch Buck sein, kann immer noch dieselbe Leistungsstufe verwenden, aber der Regler sollte geändert werden, um den maximalen Stromausgang auf sichere Werte sowie die maximale Spannung zu steuern, um für die Superkappen sicher zu sein.

Bei regenerativem Bremsen würden Sie den Wandler idealerweise so programmieren, dass er ein Bremsmoment auf die Räder ausübt, das proportional zur Position des Bremshebels / Pedals ist. Dies ist natürlich das, was Sie erhalten würden, wenn Sie versuchen würden, die Reaktion des Verhaltens mechanischer Bremsen nachzuahmen. Ich nehme an, Sie möchten, dass sich das elektrische System so verhält, wie es ein Fahrer erwarten würde.

Ich habe einen Abwärtswandler (Nennspannung 42 Volt) in die Luft gesprengt, als ich eine Eingangsinduktivität hatte, die Spannungsstörungen ausgleichen sollte. Ironischerweise funktionierte es genau umgekehrt; Ein Ausgangskurzschluss (der während eines Tests absichtlich angelegt wurde) verursachte beim Entfernen eine so plötzliche Änderung des Eingangsstroms, dass die Eingangsinduktivität eine Spannung von mehr als 42 Volt und Bingo erzeugte. Das Linear Tech-Gerät fiel aus und ging vom Eingang zum Kurzschluss Der Ausgang, dh der MOSFET, der das Schalten durchgeführt hat, ist ausgefallen!

Was hier also passieren könnte, ist, dass Sie beim Einschalten Ihres Schalters die Entkopplungskappe für die Eingangsversorgung des Chips schnell aufladen und ein hoher Stromimpuls anliegt, wenn sich diese Kappe auflädt - wenn in der Leitung, die den Schalter von der Leitung speist, eine nennenswerte Induktivität vorhanden ist AC / DC-Wandler Wenn der Kappen-Eingangsstrom abfällt (weil sich die volle Ladung nähert), versucht die Induktivität, diesen Strom fließen zu lassen, indem sie das Potential auf der Seite des Abwärtswandlers erhöht. Ich kann mir vorstellen, dass dasselbe Szenario mit meinem alten Design passiert, aber ich habe den Induktor losgeworden und dieses Szenario nie speziell getestet.

Die meisten anständigen Buck-Regler haben einen eingebauten Kurzschlussschutz. Wenn Sie also nicht glauben, dass das Problem im Ausgang liegt, versuchen Sie, über den Schalter zum Buck-Regler über die Leitungsinduktivität vom AC / DC-Wandler nachzudenken.