Çok girişli DC/DC çevirici tasarımı

Abstract

Son zamanlarda alternatif enerji kaynaklarına olan talep, her geçen gün artmaktadır. Alternatif enerji kaynaklarından biri olan hidrojen enerjisinin kullanımı da, yakıt hücresindeki gelişmelere paralel olarak artmaktadır. Fakat yakıt hücresinin temel eksik noktalarından biri yavaş dinamik cevabıdır. Yakıt hücresinin yavaş dinamiğinden dolayı, bir hibrid aracın dc dağıtım barasındaki gerilim, olması gereken 42V dc geriliminden çok büyük farlılık gösterir. Hibrid araç sistemi tarafından ihtiyaç duyulan performans ve uyumluluk karakteristiklerini sağlamak için, yakıt hücresinin daha yavaş olan güç çıkışı ile beraber daha hızlı güç tepkisine sahip süper kapasitörler kullanılır.Bu tez çalışmasında, hibrid ve yakıt hücreli araçlarda, farklı türde enerji kaynaklarından oluşan girişleri tek bir tür enerji çıkışına dönüştüren çevirici bir sistem tasarlanmıştır. Bu amaçla, çok girişli sistemlerin birleştirilmesinde dc dağıtım konfigürasyonu seçilmiştir. Dönüştürücünün birinci kaynağı olan yakıt hücresinin yavaş dinamik cevabından kaynaklanan gerilim değişimlerine karşı sabit bir gerilim elde etmek için yeni bir Z- Kaynak çeviricisi tasarlanmıştır. Z- Kaynak çeviricisi, darbe genişlik modülasyonunun (PWM) kontrolü ile giriş gerilimine göre çıkış gerilimi alçaltır ya da yükseltir. Z- Kaynak çeviricisi maliyetleri azaltır ve güvenilirliği arttırır. İkinci kaynak olan süper kapasitörler, yakıt hücresinin yetersiz kaldığı durumlarda yardımcı bir enerji kaynağı olarak kullanılmıştır. Süper kapasitörün gerilimini dc baraya uygun bir gerilime dönüştürmek için, iki bölgeli süper kapasitör dc-dc çeviricisi tasarlanmıştır.

Recently, demand for the alternative energy sources has been increasing more and more. Usage of hydrogen energy, which is one of the alternative energy sources, increases in parallel to improvements in the fuel cell technology. However, one of the main drawbacks of fuel cell is its slow dynamic response. Due to this slow dynamic response, dc distribution bus voltage of a hybrid vehicle, which is ideally equal to 42 V, has a considerable difference from 42V. To ensure the performance and compatibility characteristics required by a hybrid vehicle system, super capacitors with faster power response should be used together with the fuel cell has relatively slow power response.In this thesis study, a converter system which converts the inputs comprised of different energy sources to single output with only one type of energy is designed for hybrid and fuel cell vehicles. For this aim, the DC distribution configuration is chosen to combine the multiple inputs. A new Z-Source converter is designed to get a constant output voltage even though there is some voltage change stems from the slow dynamic response of the fuel cell. Z-Source converter regulates the output voltage according to input voltage, by controlling the pulse width modulation (PWM). It reduces the cost and improves the reliability. Super capacitors, which are the secondary energy sources for the system, are used as an auxiliary energy source in case the fuel cell, the primary energy source, may be insufficient. A two-quadrant, super capacitor dc-dc converter is designed to convert the super capacitor voltage to a voltage level suitable for dc bus.