A hybrid sinusoidal-pulse current (HSPC) charging method for the Li-ion batteries in electric vehicle applications is proposed in this paper. The HSPC charging method is based on the Li-ion battery ac-impedance spectrum analysis, while taking into account the high power requirement and system integration. The proposed HSPC method overcomes the power limitation in the sinusoidal ripple current (SRC) charging method. The charger shares the power devices in the motor inverter for hardware cost saving. Phase shifting in multiple pulse currents is employed to generate a high frequency multilevel charging current. Simulation and experimental results show that the proposed HSPC method improves the charger efficiency related to the hardware and the battery energy transfer efficiency.
This work presents a high efficiency phase shifted full bridge (PSFB) DC-DC converter for use in the second stage of a battery charger for neighborhood electrical vehicle (EV) applications. In the design of the converter, Lithium-ion battery cells are preferred due to their high voltage and current rates, which provide a high power density. This requires wide range output voltage regulation for PSFB converter operation. In addition, the battery charger works with a light load when the battery charge voltage reaches its maximum value. The soft switching of the PSFB converter depends on the dead time optimization and load condition. As a result, the converter has to work with soft switching at a wide range output voltage and under light conditions to reach high efficiency. The operation principles of the PSFB converter for the continuous current mode (CCM) and the discontinuous current mode (DCM) are defined. The performance of the PSFB converter is analyzed in detail based on wide range output voltage and load conditions in terms of high efficiency. In order to validate performance analysis, a prototype is built with 42-54 V / 15 A output values at a 200 kHz switching frequency. The measured maximum efficiency values are obtained as 94.4% and 76.6% at full and at 2% load conditions, respectively.
본 논문에서는 일정한 주파수로 동작하는 영전압 스위칭 방식의 PWM 컨버터를 제안하였다. 제안된 컨버터에서 컨버터의 주스위치는 항상 영전압에서 스위칭을 하며, 보조 스위치는 항상 소프트 스위칭을 한다. 또한, 컨버터 스위치의 전압 및 전류 스트레스는 기존의 PWM 컨버터와 같이 적다. 제안된 컨버터는 배터리 컨버터로 적용하기 위하여 buck형 컨버터로 구현하였다. 컨버터는 스위칭 특성은 실험적으로 확인하였다.
This paper proposes an isolated DCDC converter that consists of unregulated LLC resonant converter and non-isolated synchronous buck converter for battery charger of energy storage systems application. The unregulated converter operates as transformer with fixed duty ratio and switching frequency. The synchronous buck converter is installed in the output of the LLC resonant converter. And the converter charges and discharges the battery by controlling a current of battery. The proposed converter can get the high efficiency by separating function. This paper explains design of an unregulated converter and synchronous converter.
본 논문은 전기자동차 (Electric Vehicles, EVs) 및 플러그인 하이브리드 자동차 (Plug-In Hybrid Electric Vehicles, PHEVs)용 리튬 이온 (Li-Ion) 배터리 충전을 위한 3.3 kW급 차량 탑재형 (On-Board) 충전기 하드웨어의 설계 및 제작에 대하여 기술한다. 차량 실장 특성을 고려하여 부하직렬공진형 dc-dc 컨버터를 적용하고, 80-130kHz의 고주파 스위칭 및 ZVS (Zero-Voltage Switching) 기법을 통해 수동소자의 크기를 최적화하여 5.84L, 5.8kg의 저부피, 경량을 달성한다. 전자부하를 대상으로 정전류 (Constant Current, CC) 및 정전압 (Constant Voltage, CV) 제어를 수행하여 92.5%의 고효율 획득 및 성능을 검증한다.
The design and performance of a SiC-MOSFET-based 11-kW bi-directional on-board charger (OBC) for electric vehicles is presented. The OBC consists of a three-phase two-level AC/DC converter and a CLLLC resonant converter. All the power devices are implemented with SiC-MOSFETs to reduce the conduction losses generated in the OBC, and the DC-link voltage is designed to track the level of battery voltage in the forward and reverse powering modes. As a result, the CLLLC resonant converter always runs at the switching frequency near the resonant frequency, resulting in high-efficiency operation at the maximum powering modes. As the DC-link voltage varies according to the battery voltage, the AC/DC converter in the proposed OBC adopts an adaptive DC-link voltage controller. The performance of the proposed 11-kW OBC is verified by a prototype converter with the following specifications: three-phase 60-Hz 380-V input, 11-kW capacity, and battery voltage range of 214-413-V, resulting in the conversion efficiency of over 95.0-% in the forward and reverse powering modes.
This research is to develop satiable battery charger with a variety of capacity and voltage specifications of battery. For this, voltage or current were controlled through buck converter which is DC voltage that already received three-phase at primary side and passed bridge rectifier diode. And, it was comprised of full-bridge converter and HFTR for insulation and a square wave AC. The transformer primary side was comprised in series to divide certain charging current and the secondly side was comprised of 6 fixed transformers so that they can generate certain amount of power and various output voltage through relay parallel compound 6 DC Link outputs. To confirm such structure's verification and validity, simulation with PSIM was conducted, and validity of proposed variable charger system was verified through 3kW stack production.
This paper proposes a single-stage interleaved soft-switching electrolytic capacitor-less EV charger with reduced component count and simple circuit structure. The proposed charger achieves ZVS turn-on of all switches and ZCS turn-off of all diodes without regard to voltage and load variation. It achieves high power density even without an input filter due to CCM operation and bulky electrolytic capacitors and without a low-frequency component in the transformer. A 2 kW prototype of the proposed charger with sinusoidal charging is built and tested to verify the validity of the proposed operation.
In this paper, a study was conducted on the miniaturization of an e-Mobility battery charger module using GaN-FET. GaN-FET is one of the types of WBG devices, and it is a device that exceeds the performance of existing Si power semiconductors. In particular, GaN-FET has the advantage of small packaging size and high switching frequency operation, which is advantageous for miniaturization of power converters. Therefore, a bidirectional DC/DC converter module for e-mobility charging using GaN-FET was developed. To apply to the converter to be developed, analysis is performed on the characteristics of GaN-FET, and after manufacturing a prototype of a bidirectional DC/DC converter module, the efficiency and temperature data of the power converter are analyzed to verify its feasibility.
Recently, there is an increasing demand for efficient high power/weight auxiliary power supplies for use on high speed traction application. many new conversion techniques have been proposed to reduce the voltage and current stress of switching components, and the switching losses in the traditional pulse width modulation(PWM) converter. Among them, the phase shift full bridge zero voltage switching PWM techniques are thought most desirable for many applications because this topology permits all switching devices to operate under zero voltage switching(ZVS) by using circuit parasitic components such as leakage inductance of high frequency transformer and power device junction capacitance. The proposed topology is found to have higher efficiency than conventional soft-switching converter. Also it is easily applicable to phase shift full bridge converter by applying an energy recovery snubber consisted of fast recovery diodes and capacitors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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