Hydrogen has been identified by the European Commission to be a competitive alternative to fossil fuels within the transport sector in the medium to long perspective. Because of this, an increased understanding is required of the electrical power train present within such vehicles. An integral aspect of these systems is the interface converter, which is located between the fuel cell and the rest of the power train. During the design process of high-powered fuel cell interface converters used in transport applications, it is important to achieve designs of low losses, size and cost. One of the most important parts to achieve these goals is the inductor present within the converter; this is generally the bulkiest part of the converter. To analyse how the inductor’s properties are affected by the converter topology, three different topologies have been analysed: the conventional single-phase boost converter and two versions a two-phase interleaved boost converter, where one uses two single inductors and the other an inversely coupled inductor. These three cases’ steady-state properties have then been characterised and used to select designs minimising either the self-inductance or the flux levels induced in the inductor, while maintaining a permissible input current ripple and continuous conduction mode throughout the converter’s operational region. Finally, a preliminary design framework has been developed for both the single and coupled inductors, where initially the so-called geometrical constant method and then a multiobjective optimisation method using evolutionary algorithms was used to design each inductor. Provided the optimisation framework was fed appropriate bounds and constraints, it was able to outperform the geometrical method. For the case of an inductor operating under a high DC bias, it was found that it is better to premiere a core material with a high saturation flux density over a reduction in the losses. Moreover, the inductor’s dimensions are reduced by using an inversely coupled core irrespective if the switching frequency was the same or halved compared to the test case of the conventional boost converter inductor. Irrespective of the switching frequency, a coupling factor of 0.55 is deemed to provide the best overall performance and most robust design at the price of a slightly worse transient response compared to using a stronger coupling. / Vätgas har blivit identifierat av den Europeiska kommissionen till att vara ett konkurrenskraftigt alternativ till fossila bränslen inom transportsektorn i ett mellan- till långtidsperspektiv. På grund av det krävs en bättre förståelse av det elektriska drivsystemet som används inom dessa fordon. En viktig del av ett sådant drivsystem är gränssnittsomvandlaren som är placerad emellan bränslecellen och de resterande delarna av drivsystemet. Under designprocessen av gränssnittsomvandlare till kraftfulla bränsleceller, ämnade till att användas inom transportapplikationer, är det viktigt att uppnå designer med låga förluster, storlek och kostnad. En av de viktigaste delarna till att uppnå dessa målsättningar är induktansen; detta är generellt den största delen av omriktaren. Som metod till att analysera hur induktorns egenskaper påverkas av omriktarens topologi, har tre olika topologier analyserats: den konventionella boost omriktaren och två versioner av en två-fas interleaved boost omriktare, där en använder två induktanser och den andra en omvänt kopplad induktans. Dessa tre olika falls egenskaper under stabilt tillstånd karakteriserades och sedan användes för att välja designer som antingen minimerade själv-induktansen eller järnkärnans magnetiska flöde, medan ett godkänt rippel och kontinuerlig ledningsläge säkerhetsställdes för hela omriktarens operativa region. Slutgiltigen formulerades en reluktansbaserad dimensionerings metod för varje fall av induktor, där initialt den såkallade geometriska konstant metoden och sedan en multiobjektiv heuristisk optimerings metod, som baserades på evolutionära algoritmer, användes för att designa induktanserna. Förutsatt optimerings algoritmen fick ta del av korrekta gränser och begränsningar, utklassade den geometriska metoden. För induktanser utsatta för stora DC-komponenter i strömmen, är det bättre att premiera material med en hög mättningsgrad för den magnetisk flödestäthet över låga järnförluster. Utöver det är induktorns dimensioner reducerade genom att använda en omvänt kopplad induktor oavsett om samma eller en halverad switch frekvens användes jämfört med testfallet av den konventionella boost omvandlarens induktans. Oavsett switch frekvensen, en kopplings faktor på 0.55 ansågs ge den bästa prestandan samt mest robusta designen, till priset av ett någorlunda sämre transitenrespons jämfört med en starkare kopplingsfaktor.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-325052 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Tunelid, Lucas |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:896 |
Page generated in 0.0037 seconds