Convertidor CUK bidireccional en un sistema híbrido de energía

Abstract

En este trabajo se propone el diseño, simulación y montaje de un convertidor electrónico dc-dc tipo CUK bidireccional que se utiliza para gestionar la carga y descarga de un sistema de almacenamiento hibrido de energía eléctrica (HESS, Hibrid Energy Storage System), formado por una batería de 48 V y un supercondensador, con el objetivo de emplearlo en la gestión de energía de un coche eléctrico. El sistema de almacenamiento HESS, generalmente está formado por una batería y un supercondensador, también conocido como ultracondensador, junto con el sistema electrónico de control. Los supercondensadores se caracterizan por tener una respuesta más rápida que las baterías. Por esta razón, la batería, en este caso de iones de litio (batería Li-Ion), es la encargada de suministrar la energía para la potencia media de funcionamiento de la aplicación, mientras que el supercondensador, cubre los picos de corriente temporales, por ejemplo, durante la aceleración o frenado del motor; su elevado rendimiento permite suministrar corrientes elevadas durante un breve periodo de tiempo sin dañarse. El convertidor que se desarrolla en este trabajo, es bidireccional, de forma que permite la carga del sistema de almacenamiento de energía a partir de una fuente de energía, o alimentar con la energía almacenada en el sistema de almacenamiento HESS las diferentes partes del sistema electrónico del vehículo eléctrico, o incluso, devolver la energía almacenada hacia la red eléctrica. Por tanto, se trata de un convertidor DC-DC que permite intercambiar energía en ambas direcciones.

This paper proposes the design, simulation and assembly of a bidirectional CUK-type DC-DC electronic converter used to manage the charge and discharge of a hybrid energy storage system (HESS), consisting of a 48 V battery and a supercapacitor, with the aim of using it in the energy management of an electric car. The HESS storage system is generally made up of a battery and a supercapacitor, also known as an ultracapacitor, together with the electronic control system. Supercapacitors are characterized by having a faster response than batteries. For this reason, the battery, in this case lithium-ion (Li-Ion battery), is responsible for supplying the energy for the average operating power of the application, while the supercapacitor is responsible for covering temporary current peaks, for example, during engine acceleration or braking; its high performance allows it to supply high currents for a short period of time without being damaged. The converter developed in this work is bidirectional, so that it allows the energy storage system to be charged from a power source, or to feed the energy stored in the HESS storage system to the different parts of the electric vehicle's electronic system, or even to return the stored energy to the electrical grid. Therefore, it is a DC-DC converter that allows energy to be exchanged in both directions.