Park, Hong-Sun;Kim, Chong-Eun;Kim, Chol-Ho;Moon, Gun-Woo;Lee, Joong-Hui
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2007년도 하계학술대회 논문집
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pp.350-352
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2007
Modularized charge equalization converter for HEV lithium-ion battery cells is proposed in this paper, in which intra-module and inter-module charge equalization can be achieved at the same time. For intra-module charge equalization, the conventional flyback DC/DC converters of low power and small size are employed, in which all of the primary sides are coupled in parallel for selective charge of the specific under charged cell within the module. For inter-module charge equalization, the flyback DC/DC converters are also added, in which all the secondary windings are electrically linked in parallel for automatic charge balancing among the modules. An engineering sample of forty cells hiring the proposed cell balancing scheme is implemented and its experimental result shows that the proposed modularized charge equalization circuit has good cell balancing performance.
A power system designer may have difficulties in choosing a suitable multiple-input converter topology for a specific target application because each multiple-input converter topology presented in the literature has its own advantages and disadvantages. In this perspective, this paper presents a systematic topology selection method for multiple-input converters with three comparison criteria including cost-saving effect, modularity potential and flexibility. Based on these criteria, this paper proposes a strategic flow chart example for choosing a proper multiple-input converter topology. This flow chart will provide a powerful selection tool to a power system designer when he or she chooses a specific multiple-input converter for a given application.
This paper presents generalized small-signal models for asymmetrically-driven double-ended dc-to-dc converters. The proposed small-signal models include the effects of the parasitic resistances, which have dominant influence on the damping of the secondary power stage double-pole. To confirm the validity of new models, an asymmetrical half-bridge converter with center-taped rectifier and a forward-flyback converter with current doubler rectifier were built, and their performances were compared with the theoretical predictions.
This study focuses on a high-performance direct active and reactive power controller design that is successfully applicable to three-phase pulse width modulation (PWM) AC/DC converters used in renewable distributed energy generation systems. The proposed controller can overcome the sluggish transient dynamic response of conventional controllers to rapid power command changes. Desired active and reactive powers can be thoroughly obtained at the end of each PWM period through a deadbeat solution. The proposed controller achieves an exact nonlinear cross-coupling decoupling of system power without using a predefined switching table or bang/bang hysteresis control. A graphical and analytical analysis that naturally leads to a control voltage vector selection is provided to confirm the finding. The proposed control strategy is evaluated on a 3 kW PWM AC/DC converter in the simulation and experiment.
To increase the capacity of secondary cells, an appropriate serial composition of the battery modules is essential. The unbalance that may occur due to the series connection in such a serial composition is the main cause for declines in the efficiency and performance of batteries. Various studies have been conducted on the use of a passive or active topology to eliminate the unbalance from the series circuit of battery modules. Most topologies consist of a complex structure in which the Battery Management System (BMS) detects the voltage of each module and establishes the voltage balancing in the independent electrical power converters installed on each module by comparing the module voltage. This study proposes a new magnetic flux sharing type DC/DC converter topology in order to remove voltage unbalances from batteries. The proposed topology is characterized by a design in which all of the DC/DC convertor outputs connected to the modules converge into a single transformer. In this structure, by taking a form in which all of the battery balancing type converters share magnetic flux through a single harmonic wave transformer, all of the converter voltages automatically converge to the same voltage. This paper attempts to analyze the dynamic properties of the proposed circuit by using a Programmable Synthesizer Interface Module (PSIM), which is useful for power electronics analysis, while also attempting to demonstrate the validity of the proposed circuit through experimental results.
This paper presents a study on the state-of-charge (SOC) reference based active cell balancing in real-time. The optimal references of SOC are determined by using the proposed active cell balancing system with the bidirectional DC/DC converters via the dual active bridge (DAB) type. Then, the energies between cells can be balanced by the power flow control of DAB based bidirectional DC/DC converters. That is, it provides the effective management of battery by transferring energy from the strong cell to the weak one until the cell voltages are equalized to the same level and therefore improving the additional charging capacity of battery. In particular, the cell aging of battery and power loss caused from energy transfer are considered. The performances of proposed active cell balancing system are evaluated by an electromagnetic transient program (EMTP) simulation. Then, the experimental prototype is implemented in hardware to verify the usefulness of proposed system.
In the dissertation, a power conversion system for fuel cell is composed of a PWM inverter with LC filter in order to convert fuel cell voltage to a single phase 220[V], In addition, new insulated DC-DC converters are proposed in order that fuel cell voltage is boosted to 380[V]. In this paper, it requires smaller components than existing converters, which makes easy control. The proposed DC-DC converter controls output power by the adjustment of phase-shift width using switch S5 and S6 in the secondary switch, which provides 93-97[%] efficiency in the wide range of output voltage. Fuel cell simulator is implemented to show similar output characteristics to actual fuel cell. Appropriate dead time td enables soft switching to the range where the peak value of excitation current in a high frequency transformer is in accordance with current in the primary circuit. Moreover, appropriate setting to serial inductance La reduces communication loss arisen at light-load generator and serge voltage arisen at a secondary switch and serial diode. Finally, TMS320C31 board and EPLD using PWM switching technique to act a single phase full-bridge inverter which is planed to make alternating current suitable for household.
Chung, Il-Yop;Liu, Wenxin;Cartes, David A.;Cho, Soo-Hwan;Kang, Hyun-Koo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제6권6호
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pp.750-759
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2011
This paper focuses on the control of bidirectional power flow in the electric shipboard power systems, especially in the Medium-Voltage Direct Current (MVDC) shipboard power system. Bidirectional power control between the main MVDC bus and the local zones can improve the energy efficiency and control flexibility of electric ship systems. However, since the MVDC system contains various nonlinear loads such as pulsed power load and radar in various subsystems, the voltage of the MVDC and the local zones varies significantly. This voltage variation affects the control performance of the bidirectional DC-DC converters as exogenous disturbances. To improve the control performance regardless of uncertainties and disturbances, this paper proposes a novel controller design method of the bidirectional DC-DC converters using $L_1$ control theory and intelligent optimization algorithm. The performance of the proposed method is verified via large-scale real-time digital simulation of a notional shipboard MVDC power system.
Kim, Do-Hyun;Kim, Hyun-Woo;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
Journal of Power Electronics
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제15권6호
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pp.1468-1479
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2015
Renewable energy resources such as wind and photovoltaic power generation systems demand a high step-up DC-DC converters to convert the low voltage to commercial grid voltage. However, the high step-up converter using a transformer has limitations of high voltage stresses of switches and diodes when the transformer winding ratio increases. Accordingly, conventional studies have been applied to series-connect multioutput converters such as forward-flyback and switched-capacitor flyback to reduce the transformer winding ratio. This paper proposes new single-ended converter topologies of an isolation type and a non-isolation type to improve power efficiency, cost-effectiveness, and output ripple. The first proposal is an isolation-type charge-pump switched-capacitor flyback converter that includes an extreme-ratio isolation switched-capacitor cell with a chargepump circuit. It reduces the transformer winding number and the output ripple, and further improves power efficiency without any cost increase. The next proposal is a non-isolation charge-pump switched-capacitor-flyback tapped-inductor boost converter, which adds a charge-pump-connected flyback circuit to the conventional switched-capacitor boost converter to improve the power efficiency and to reduce the efficiency degradation from the input variation. In this paper, the operation principle of the proposed scheme is presented with the experimental results of the 100 W DC-DC converter for verification.
In photovoltaic(PV) generator systems, DC-DC converters are significantly considered for control system performance in power quality point of view. This paper presents a novel adaptive control method for DC-DC converters applied in PV generator systems. First, we derive a state-space average model of the converter system and then propose a reset control methodology to enhance transient response performance for time-varying PV systems. For estimating parameters of a reset control, a gradient descent optimization is utilized and an adjustment rule of them are derived respectively. An objective of the optimization is that characteristic equation of an augmented system model which is formed with an converter system model and an reset control is to trace a predefined polynomial given as a reference characteristic model. Next, we accomplish stability analysis by means of a well-known Lyapunov theory for nonlinear converter systems including time-varying voltage excitation from a PV generator. Numerical simulation demonstrates reliability of our control methodology and its superiority by comparison to a traditional control strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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