Unser E-Book beginnt mit der Frage, wozu ein bidirektionaler AC/DC-Wandler mit hoher Leistung benötigt wird. Anschließend wird erläutert, welche Entwicklungen in letzter Zeit stattgefunden haben, die solche Designs kommerziell realisierbar machen. Zuletzt gehen wir noch auf weitere Details ein.
Die meisten in der Fachliteratur veröffentlichten Konstruktionsvorschläge für bidirektionale 10-kW-AC/DC-Wandler sind vollständig symmetrisch. Sie basieren auf dem Konzept, dass die Eingangs- und Ausgangsstufen gleich sein müssen., da die Leistung in beide Richtungen fließt. Dies ignoriert die Tatsache, dass eine AC-Quelle/Last im Vergleich zu einer DC-Last/Quelle sehr unterschiedliche Eigenschaften hat.
Wir beschreiben eine unsymmetrische Lösung, die Leistung in beide Richtungen mit sehr hohem Wirkungsgrad (über 96 Prozent in beide Richtungen) übertragen kann und dennoch eine DC-Stufe hat, die für das Laden/Entladen einer Hochleistungsbatterie mit Strom- und Spannungsüberwachung optimiert ist. Die AC-Stufe bietet dabei nicht nur eine hervorragende Leistungsfaktorkorrektur (> 0,99 in beide Richtungen) und einen präzisen dreiphasigen Wechselrichter, sondern ist auch für den Anschluss an das AC-Netz mit geringer leitungsgebundener EMI optimiert.
Prototyp-Anwendung in Batteriekonditionierungssystem
Sowohl die AC- als auch die DC-Stufen sind intelligent, sodass sich der bidirektionale Umrichter an unterschiedliche Betriebs- und Fehlerbedingungen anpassen kann, um im sicheren Betriebsbereich zu bleiben. Über eine digitale Schnittstelle können die Betriebsparameter programmiert und überwacht werden. Trotz dieser fortschrittlichen Leistungsspezifikation bleibt das Design kostenbewusst, da unnötige Schaltungen durch geschickte Nutzung der vorhandenen Komponenten eliminiert werden können.
Ein 10-kW-Prototyp wurde gebaut, um die Arbeitsspezifikationen zu bestätigen. Die Anwendung war Teil eines Batteriekonditionierungssystems (neu hergestellte Batteriepacks müssen geladen, entladen und wieder aufgeladen werden, um ihre volle Kapazität zu erreichen – durch die Rückführung der gespeicherten Energie in das Stromnetz wurde dieser Prozess wirtschaftlicher gestaltet). Die grundlegenden Funktionsprinzipien ähneln dabei den Anforderungen von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die in der Lage sein müssen, in Zeiten des Spitzenbedarfs Strom aus der Lithium-Ionen-Batterie des Autos zurückzuspeisen.
