Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 8

Simulation and Hardware implementation of Novel Controller in electric vehicle applications to improve system efficiency

Symulacja i implementacja sprzętowa nowatorskiego sterownika w zastosowaniach pojazdów elektrycznych w celu poprawy wydajności systemu

10.15199/48.2024.08.42

nr katalogowy: 149763
10.15199/48.2024.08.42

Streszczenie

Control techniques were essential to use converters to get the desired power and performance in electric vehicles' propulsion systems. To obtain a quicker transient response than that of other existing controllers, a novel controller DC-DC boost converter with Adaptive Neuro-Fuzzy rules that feds BLDCM (Brush Less Direct Current Motor) simulated and hardware designed to be robust and to have a steady-state response in electric propulsion of electric vehicles has been simulated and hardware implementation also done in this work. The MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Fed-Effect Transistor) used in the proposed controller acts like a switch to determine operational mode. The proposed controllers’ performance analysis was carried out with that of output voltage, components and number of switches used, electromagnetic torque, reliability, and system cost. The converter output voltage is controlled by the proposed ANF-SM controller as per the required speed in EV. As per the results with simulation and hardware implementation waveform results, the results of simulation and hardware implementation inferred that the proposed controller functions well with input and under different loaded conditions when compared to other traditional controllers. In a comparative analysis, the proposed non-linear boost converter was better than that of other existing controllers. It can be concluded that non-linear control with DC-DC boost-converters fed with the BLDC motor was more suitable for electric propulsion of electric vehicles.

Abstract

Techniki sterowania były niezbędne do wykorzystania przetwornic w celu uzyskania pożądanej mocy i wydajności w układach napędowych pojazdów elektrycznych. Aby uzyskać szybszą reakcję na stany przejściowe niż w przypadku innych istniejących sterowników, zastosowano nowatorski konwerter podwyższający DC-DC sterownika z adaptacyjnymi regułami Neuro-Fuzzy który zasila symulację BLDCM (brush less direct current motor) oraz sprzęt zaprojektowany tak, aby był solidny i zapewniał stałą reakcję w napędzie elektrycznym pojazdów elektrycznych, a w ramach tej pracy przeprowadzono również implementację sprzętu. MOSFET (tranzystor z efektem metalowo-tlenkowopółprzewodnikowym) zastosowany w proponowanym sterowniku działa jak przełącznik określający tryb pracy. Analizę wydajności proponowanych sterowników przeprowadzono z uwzględnieniem napięcia wyjściowego, komponentów i liczby zastosowanych przełączników, momentu elektromagnetycznego, niezawodności i kosztu systemu. Napięcie wyjściowe przetwornicy jest kontrolowane przez proponowany sterownik ANF-SM w zależności od wymaganej prędkości w EV. Zgodnie z wynikami symulacji i wynikami przebiegów implementacji sprzętu, z wyników symulacji i implementacji sprzętu wynika, że proponowany sterownik działa dobrze z wejściem i przy różnych warunkach obciążenia w porównaniu z innymi tradycyjnymi sterownikami. W analizie porównawczej zaproponowany nieliniowy konwerter podwyższający okazał się lepszy od innych istniejących sterowników. Można stwierdzić, że w przypadku elektrycznego napędu pojazdów elektrycznych bardziej odpowiednie było sterowanie nieliniowe za pomocą przetwornic podwyższających napięcie DC-DC zasilanych silnikiem BLDC.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

1 G Young-Joo Lee, Alireza Kaleigh, Ali Emadi, “Advanced Integrated Bidirectional AC/DC and DC/DC Converter for Plug- In Hybrid Electric Vehicles,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no.8, pp. 3970-3980, October 2009. 2 Emadi, Ali, Kaushik Rajasekhara, Sheldon S. Williamson, and Srdjan M. Lukic, \Topological overview of hybrid electric and fuel cell vehicular power system architectures and conjurations, "IEEE Transactions on Vehicular Technology, 54, no. 3 (2005): 763-770. 3 Chan, C. C., Alain Bouscayrol, and Keyu Chen, \Electric, hybrid, and fuel-cell vehicles: Architectures and modelling," IEEE Transactions on Vehicular Technology, 59, no. 2 (2010): 589-598. 4 Emadi, Ali, Young Joo Lee, and Kaushik Rajasekhara, \Power electronics and motor drives in electric, hybrid electric, and plug-in hybrid electric vehicles, "IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55, no.6 (2008): 2237- 2245. 5 Martin Doppel Bauer and Patrick Winzer, "A lighter motor for tomorrow's electric car," EEE Spectrum, June 22, 2017. 6 Begam, S.R., Loveswara Rao, B. & Shobha Rani, D. ANFRBC Controller to Regulate Power Flow of Electric P r o p u l s i o n i n Electric V e h i c l e s . Int. J A u t o m o t .Technol.24,1213–1221(2023). https://doi.org/10.1007/s12239-023-0099-1. 7 Yukihiro Tanaka, Yukinori Tsuruta, Takahiro Nozaki and Atsuo Kawamura, "Proposal of ultra-high efficient energy conversion system (HEECS) for electric vehicle power train," 2015 IEEE International Conference on Mechatronics (ICM)., 20 April 2015. 8 Nandor Bodo, Emil Levi, Ivan Subotic, Jordi Espina, Lee Empringham, and C. Mark Johnson, " Efficiency Evaluation of Fully Integrated On-Board EV Battery Chargers With Nine- Phase Machines," IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 32, no. 1, March 2017. 9 Minghui Hu, Jianfeng Zeng, Shaozhi Xu, Chunyun Fu and Datong Qin, “Efficiency Study of a Dual-Motor Coupling EV Powertrain," IEEE Transactions on Vehicular Technology Volume: 64, Issue: 6, June 2015. 10 B. V. Ravi Kumar, K Sivakumar, S.Karunanidhi, “ A Novel Configuration of Regenerative Braking System to improve the Energy efficiency of an Electric Vehicle with Dual-Stator Dual-Rotor BLDC motor”,2017 IEEE Transportation Electrification Conference. 11 Siddharth Mehta, Harsh Mittal, Nithya Venkatesan. “Design and Implementation of Intelligent Controller Based Boost Converter for Electric Vehicle Applications” IEEE Student Conference on Research and Development (SCOReD), 16-17 Dec. 2014, USA, pp.1-6. 12 Chan, C. C., Alain Bouscayrol, Keyu Chen, 2010, “Electric Hybrid and Fuel-cell Vehicles Architectures and Modeling," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 59, No. 2, 2010, pp.589-598. 13 Young-Joo Lee, Alireza Khaligh, Ali Emadi, 2009, “Advanced Integrated Bidirectional AC/DC and DC/DC Converter for Plug- In Hybrid Electric Vehicles,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.58, No.8, October 2009, pp. 3970-3980. 14 Kang Miao Tan, Vigna K. Ramachandaramurthy, Jia Ying Yong. “Bidirectional battery charger for electric vehicle.” IEEE Innovative Smart Grid Technologies – Asia (ISGT ASIA) 2014. 15 Liping Guo, John Y. Hung and R.M. Nelms, “Comparative Evaluation of Linear PID and Fuzzy Control f o r a Boost Converter,” Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005. 31st Annual Conference of IEEE, 6-10 Nov 2005. 16 Tarun Gupta, R. R. Boudreaux, R. M. Nelms, and John Y. Hung, “Implementation of a Fuzzy Controller for DC–DC Converters Using an Inexpensive 8-bit Microcontroller,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 44, No. 5, October 1997. 17 Begam, Shaik Ruksana; Burthi, Loveswara Rao; Depuru, Shobha Rani, “Adaptive Neuro-Fuzzy Sliding Mode Controller (ANF-SMC) to control speed, electromagnetic torque (EMT), Stator Current, and Back EMF using PMBLDC motor (PMBLDCM) in Electric Propulsion of Electric Vehicles” Przeglad Elektrotechniczny. 2023, Vol. 2023 Issue 8, p49-62. 14p. 18 Chander, S.; Agarwal, P.; Gupta, I.; "Design, modelling and simulation of DC-DC converter for low voltage applications," Sustainable Energy Technologies (ICSET), 2010 IEEE International Conference on, vol., no., pp.1-6, 6-9 Dec. 2010. 19 Ruksana Begam Shaik and Ezhil Vignesh Kannappan, "Application of adaptive neuro-fuzzy inference rule-based controller in hybrid electric vehicles", Journal of Electrical Engineering & Technology, Sep 2020, Vol 15, No 9, pp 1937- 1945. 20 S. M. S. H. Rafin, R. Islam and O. A. Mohammed, "Overview of Power Electronic Converters in Electric Vehicle Applications," 2023 Fourth International Symposium on 3D Power Electronics Integration and Manufacturing (3D-PEIM), Miami, FL, USA, 2023, pp. 1-7, doi: 10.1109/3D- PEIM55914.2023.10052532. 21 M. R. Haque, K. M. A. Salam and M. A. Razzak, "A High Gain Cascaded DC-DC Boost Converter for Electric Vehicle Motor Controller and Other Renewable Energy Applications," 2022 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), Toronto, ON, Canada, 2022, pp. 1-5, DOI: 10.1109/IEMTRONICS55184.2022.9795806. 22 K. P. Suresh, R. S. Kumar, C. Kathirvel, N. K. Balaji, V. S. Ajith Kumar and N. Agathiyanathan, "Switched Capacitor Based Voltage Boost Converter for Electric Vehicle Applications," 2021 7th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS), Coimbatore, India, 2021, pp. 1205-1208, DOI: 10.1109/ICACCS51430.2021.9441761. 23 S. A et al., "Distinguished DC-DC Converter for an Electric Vehicle," 2022 6th International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), Erode, India, 2022, pp. 578-582, DOI: 10.1109/ICCMC53470.2022.9753880. 24 Y. Guttula and S. Samanta, "Modeling and Control Implementation of Interleaved Coupled and Uncoupled Boost Converter for EV Drive Applications," 2021 IEEE 18th India Council International Conference (INDICON), Guwahati, India, 2021, pp. 1-6, DOI: 10.1109/INDICON52576.2021.9691491. 25 P. S. R. Nayak, K. Kamalapathi, N. Laxman and V. K. Tyagi, "Design and Simulation Of BUCK-BOOST Type Dual Input DCDC Converter for Battery Charging Application in Electric Vehicle," 2021 International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SEFET), Hyderabad, India, 2021, pp. 1-6, DOI: 10.1109/SeFet48154.2021.9375658.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-8 , nr katalogowy 149763 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma