Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη θεωρητική ανάλυση και προσομοίωση διάταξης φόρτισης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών για ηλεκτροκίνητο όχημα καθώς και την κατασκευή της για την πειραματική απόδειξη της ορθής λειτουργίας της. / This thesis deals with the theoritical analysis and simulation of power supply for electric vehicle and the construction for experimental evidence for the proper functioning of the power supply.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την υλοποίηση της διάταξης φόρτισης συσσωρευτών ενός μικρού ηλεκτροκίνητου οχήματος. Αυτή η διάταξη έχει ονομαστική ισχύ 1kW και αποτελεί το μέσο που συνδέει τους συσσωρευτές με το δίκτυο παροχής ενέργειας. Η εκπόνηση της εργασίας πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η υλοποίηση ενός φορτιστή ο οποίος πρέπει να έχει υψηλό βαθμό απόδοσης και ταυτόχρονα να προσφέρει ασφάλεια στο χρήστη. Ωστόσο, βασική επιδίωξη είναι να μην επιβαρύνει το δίκτυο με την έγχυση ανώτερων αρμονικών. Έτσι, στη σχεδίαση συμπεριλαμβάνεται η εφαρμογή τεχνικής Διόρθωσης του Συντελεστή Ισχύος (Power Factor Correction). Χρησιμοποιείται ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος τύπου Flyback (υποβιβασμού-ανύψωσης) με ενεργό κύκλωμα καταστολής υπερτάσεων (Snubber) και μετασχηματιστή απομόνωσης. Αρχικά, παρουσιάζονται τα οφέλη της ηλεκτροκίνησης. Κατόπιν, πραγματοποιείται η θεωρητική ανάλυση και μελέτη της βαθμίδας φόρτισης, για κατανόηση και επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας της διάταξης. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία σχεδιασμού του φορτιστή. Έτσι, καθορίζονται οι προδιαγραφές και τα χαρακτηριστικά του, ο οποίος πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τους συσσωρευτές του ηλεκτρικού οχήματος «Buggy» του Εργαστηρίου. Το επόμενο βήμα αποτελεί η προσομοίωση της υπό μελέτη διάταξης στο λογισμικό προσομοίωσης κυκλωμάτων Simulink του Matlab. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται επιβεβαίωση της θεωρητικής ανάλυσης που προηγήθηκε. Τέλος, παρουσιάζεται το πρακτικό σκέλος της εργασίας, που εκπονήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος «Πρακτικής Άσκησης Φοιτητών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών», στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις της εταιρίας APTRONIC HELLAS, η οποία εξειδικεύεται στην παροχή προσαρμοσμένων λύσεων στα ηλεκτρονικά ισχύος. Πέρα από την εξοικείωση με το εργασιακό περιβάλλον, πραγματοποιήθηκε το σχηματικό και το τυπωμένο κύκλωμα του φορτιστή στο λογισμικό Zuken Cadstar. / The present diploma thesis deals with the design and implementation of a charger which is used for the batteries of a small electric vehicle. This device has nominal power of 1kW and is the medium that connects the batteries to the power grid. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion at the Department of Electrical Engineering and Computer Science of the Polytechnic School in the University of Patras. The objective is to implement a charger which has high efficiency and simultaneously provides safety to the user. However, it is crucial not to overload the network by injecting higher harmonics. Thus, the design included the application of a Power Factor Correction Technique. The Power Electronic Converter which is used is a Flyback Topology (Buck-Boost Converter). Moreover, it disposes of an active surge suppression circuit (Snubber) and isolation transformer. Initially, the benefits of electrification are analysed. Then, the theoretical analysis of this device is provided so that its proper function is guaranteed. In addition, the design process of the charger is presented in detail. Consequently, all the specifications and features for the charger, which will be used for the batteries of the electric vehicle «Buggy» of the Laboratory, are determined. The next step in this thesis is the simulation of the device with Simulink of Matlab. In this way, the theoretical analysis is confirmed. Finally, the practical part of the work is presented. It was carried out during an Internship in APTRONIC HELLAS (a Phoenix Contact Company). Many projects are conducted at the industrial facilities of this company, which specializes in providing solutions in Power Electronics. Besides work experience, a schematic and a printed circuit for the charger was designed in Zuken Cadstar.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των βασικών τμημάτων που απαρτίζουν ένα ηλεκτρικό όχημα, με άμεσο στόχο τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Προς την κατεύθυνση αυτή μελετάται αρχικά η βαθμίδα φόρτισης των συσσωρευτών. Παρουσιάζονται οι προδιαγραφές και προτείνεται ως βέλτιστη τοπολογία αυτή του Flyback η οποία αντιμετωπίζει λειτουργικές δυσκολίες. Έτσι προτείνεται μια ειδική μεθοδολογία σχεδιασμού βασιζόμενη στην επιλογή του λόγου του Μ/Τ. Επίσης προτείνεται ένα νέο κύκλωμα καταστολής των υπερτάσεων λόγω σκέδασης. Η αποτελεσματική λειτουργία επιβεβαιώνεται μέσω εξομοιώσεων και πειραματικών δοκιμών. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται ένα νέο κύκλωμα τροφοδοσίας. Πρόκειται για μετατροπέα μονής βαθμίδας με ένα τρανζίστορ κα αποτελεσματική καταστολή υπερτάσεων. Παράλληλα πραγματοποιεί βελτίωση του συντελεστή ισχύος του κυκλώματος. Στο τρίτο μέρος μελετάται το κινητήριο σύστημα και προτείνεται μια μέθοδος ελέγχου της μαγνητικής ροής και του λόγου μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων ώστε να επιτυγχάνεται η ελάχιστη δυνατή ενεργειακή κατανάλωση του οχήματος. Τα αποτελέσματα εξομοίωσης επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου. / Basic aim of the present work is the analytical study of the basic part of an EV, in order to be obtained a good energy saving. For this purpose the charging unit of an EV is studied. The specifications which must fulfill this device are exhibited and the Flyback topology is suggested as the optimal. However it appears some important problems. For this purpose, a new strategy of design based on the transformer.