Dwugałęziowy przekształtnik prądu stałego z tranzystorami SiC MOSFET do bateryjnego magazynu energii o napięciu 1.5 kV

• Autorzy: Sobieski Radosław , Miśkiewicz Rafał , Kopacz Rafał , Rąbkowski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.01.30

Warianty tytułu

EN

Two-phase DC-DC converter with SiC MOSFETs for a 1.5 kV rated energy storage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł omawia budowę i badania dwukierunkowego przekształtnika prądu stałego łączącego obwody średniego (1,5 kV) i niskiego napięcia (800 V) w systemie szybkiego ładowania z magazynem energii. System został przetestowany z mocą znamionową do 260 kW i pokazano, że zastosowanie najnowocześniejszych modułów mocy SiC MOSFET pozwala osiągnąć wysoką sprawność (do 98,7%) przy pracy z częstotliwościami przełączania do 25 kHz i istotnie zmniejszonymi elementami biernymi.

EN

his paper describes the design and tests of a two-phase interleaved DC-DC converter connecting 1.5 kV and 800 V DC links in the fast charging system. The converter was validated experimentally up to 260 kW, and it is shown that using state-of-the-art SiC-based power modules allows to reach high efficiency (up to 98.7%) at notable frequencies (up to 25 kHz) and with reduced passive components.

Słowa kluczowe

PL

bateryjny magazyn energii; przekształtnik prądu stałego; SiC MOSFET; moduł mocy

EN

battery storage system; DC-DC converter; SiC MOSFET; power module

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 1
• Strony: 142--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sobieski Radosław

• Markel Sp. z o.o., ul. Techniczna 2, 05-500 Piaseczno

• https://orcid.org/0000-0002-7446-3441

autor

Miśkiewicz Rafał

• Markel Sp. z o.o., ul. Techniczna 2, 05-500 Piaseczno

autor

Kopacz Rafał

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, Koszykowa 75, 00-662, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-2054-9821

autor

Rąbkowski Jacek

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, Koszykowa 75, 00-662, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-8857-3505

Bibliografia

• [1] X. She, A. Q. Huang, L. Ó, and B. Ozpineci, "Review of Silicon Carbide Power Devices and Their Applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 10, pp. 8193-8205, 2017.
• [2] L. Zhang, X. Yuan, X. Wu, C. Shi, J. Zhang, and Y. Zhang, "Performance Evaluation of High-Power SiC MOSFET Modules in Comparison to Si IGBT Modules," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 2, pp. 1181- 1196, 2019 T. Ishigaki et al., "3.3 kV/450 A Full-SiC nHPD2 (next High Power Density Dual) with Smooth Switching", PCIM Europe 2017; International Exhibition and Conference for Power Electronics Intelligent Motion Renewable Energy and Energy Management, pp.1-6,2017.
• [3] J. Rabkowski, R. Sobieski, M. Zdanowski, S. Piasecki, "3.3 kV/450 a SiC MOSFET Module—Modelling and Experiments", In Proceedings of the 20th European Conference on Power Electronics and Applications, Riga, Latvia, 17–21 September 2018; pp. 1–10.
• [4] L. Wang, Q. Zhu, W. Yu, and A. Q. Huang, ‘‘A medium-voltage medium-frequency isolated DC–DC converter based on 15-kV SiC MOSFETs, ’’IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 5, no. 1, pp. 100–109,nMar. 2017.
• [5] A. Anurag, S. Acharya, Y. Prabowo, G. Gohil, and S. Bhattacharya, “Design considerations and development of an innovative gate driver for medium-voltage power devices with high dv/dt,” IEEE Trans. PowerElectron., vol. 34, no. 6, pp. 5256–5267, Jun. 2019.
• [6] Y. Li et al., "500 kW Forced Air-Cooled Silicon Carbide (SiC) Three-Phase DC/AC Converter With a Power Density of 1.246 MW/m3 and Efficiency >98.5%," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 57, no. 5, pp. 5013-5027, Sept.-Oct. 2021.
• [7] J. Fabre et al., "Characterization and Implementation of Resonant Isolated DC/DC Converters for Future MVdc Railway Electrification Systems," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 7, no. 2, pp. 854-869, June 2021.
• [8] T. Lagier et al., "Experimental validation and comparison of a SiC MOSFET based 100 kW 1.2 kV 20 kHz three-phase dual active bridge converter using two vector groups," 2020 22nd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'20 ECCE Europe), Lyon, France, 2020
• [9] J. Fabre, P. Ladoux, E. Solano, G. Gateau and J. -M. Blaquière, "MVDC Three-Wire Supply Systems for Electric Railways: Design and Test of a Full SiC Multilevel Chopper," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, no. 6, pp. 5820-5830, Nov.-Dec. 2017.
• [10] M. Forouzesh, Y. P. Siwakoti, S. A. Gorji, F. Blaabjerg, and B. Lehman, "Step-Up DC–DC Converters: A Comprehensive Review of Voltage-Boosting Techniques, Topologies, and Applications," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 12, pp. 9143- 9178, 2017.
• [11] R. Sobieski, Praca doktorska, Politechnika Warszawska, 2023
• [12] J. Rabkowski, F. Gonzalez-Hernando, M. Zdanowski, I. Villar and U. Larrañaga, "Real EOFF as a factor in design of soft-switched DC-DC converters with SiC MOSFET power modules," 2022 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/ECCE50734.2022.9947303.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).