Non-linear control of DC-DC converters for battery power management in electric vehicle application

• Autorzy: Araria Rabah , Negadi Karim , Boudiaf Mohamed , Marignetti Fabrizio

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.03.20

Warianty tytułu

PL

Nieliniowe sterowanie przekształtnika DC-DC w zarządzaniu napięciem baterii samochodu elektrycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, we use two DC/DC boost-buck converters powered a direct current motor. The boost converter ensures an energy flux for an ideal operation of the vehicle even in case of battery voltage drop. The buck converter his role is to controls and drives the electric motor at different operating conditions. To exploit the proposed approach in the automotive field, experimental tests were carried out. The performances obtained show the usefulness of this system for a better energy management of an electric vehicle and an ideal control under different operating conditions, mostly at nominal operation, in the presence of a load torque and even in case of battery chamber failure. The whole system has been tested experimentally using two microcontroller Arduino, We use Lyapunov nonlinear advanced control strategy and its performance has been analysed.

PL

W tym artykule wykorzystujemy dwa przekształtniki DC-DC typu boost-buck do zasilania silnika prądu stałego. Przekształtnik doładowania zapewnia strumień energii dla idealnej pracy pojazdu, nawet w przypadku spadku napięcia akumulatora. Jego rola polega na sterowaniu i zasilaniu silnika elektrycznego w różnych warunkach pracy. Aby wykorzystać proponowane podejście w branży motoryzacyjnej, przeprowadzono testy eksperymentalne. Uzyskane wyniki wskazują na przydatność tego systemu do lepszego zarządzania energią pojazdu elektrycznego i idealnego sterowania w różnych warunkach pracy, głównie przy pracy nominalnej, w obecności momentu obciążenia, a nawet w przypadku awarii celki akumulatora. Cały system został przetestowany eksperymentalnie przy użyciu dwóch mikrokontrolerów Arduino. Używamy nieliniowej zaawansowanej strategii sterowania bazującej na metodzie Lyapunova, a jego działanie zostało zilustrowano i przeanalizowane.

Słowa kluczowe

EN

electric vehicle (EV); DC-DC converter; non linear controller; Lyapunov function; Permanent magnet DC motor

PL

pojazd elektryczny; przetwornik DC-DC; sterownik nieliniowy; funkcja Lyapunova; silnik prądu stałego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 3
• Strony: 82--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Araria Rabah

• Laboratory of Energy and Computer Engineering L2GEGI, Department of Electrical Engineering, Faculty of Applied Sciences, University of Tiaret, BP 78 Size Zarroura, Tiaret 14000, Algeria

autor

Negadi Karim

• Laboratory of Energy and Computer Engineering L2GEGI, Department of Electrical Engineering, Faculty of Applied Sciences, University of Tiaret, BP 78 Size Zarroura, Tiaret 14000, Algeria

autor

Boudiaf Mohamed

• Department of Electrical Engineering, University Ziane Achour of Djelfa, Algeria

autor

Marignetti Fabrizio

• Dipartimento di Automazione Università degli Studi di Cassino, Italy

Bibliografia

• [1] M. Ehsani, Y. Gao, S. Longo, and K. Ebrahimi, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles. CRC press, 2018 .
• [2] B. Arun, D. Pai, K. N. Chethan, and. al, Review on alternative propulsion in automotives-hybrid vehicles, International Journal of Engineering and Technology (UAE), 7(2018), no. 3, pp. 1311-1319.
• [3] Araria R., Negadi K., Marignetti F. Design and analysis of the speed and torque control of IM with DTC based ANN strategy for electric vehicle application, Tecnica Italiana-Italian Journal of Engineering Science, 63(2019), No. 2-4, pp.181-188.
• [4] Z. Adel, A. A. Hamou, and S. Abdellatif, Design of Real-time PID tracking controller using Arduino Mega 2560for a permanent magnet DC motor under real disturbances, International Conference on Electrical Sciences and Technologies in Maghreb (CISTEM), 2018, pp. 1-5: IEEE.
• [5] B. Johansson, DC-DC converters-dynamic model design and experimental verification, 2005
• [6] M. Garbarino et al., PID Control Strategies Comparison with Gain Schedule and States Feedback in a Buck-Boost Converter, IEEE International Conference on Automation/XXIII Congress of the Chilean Association of Automatic Control (ICAACCA), 2018, pp. 1-6.
• [7] H. El Fadil, F. Giri, J. M. Guerrero and A. Tahri, Modeling and Nonlinear Control of a Fuel Cell/Supercapacitor Hybrid Energy Storage System for Electric Vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 63(2014), No. 7, pp. 3011-3018,.
• [8] E. Hernández-Márquez, and A. C. Avila-Rea, Robust Tracking Controller for a DC/DC Buck-Boost Converter-Inverter-DC Motor System, Energies, 11(2018), No. 10.
• [9] A. A. Mahfouz, M. Mohammed, and F. A. Salem, "Modeling, simulation and dynamics analysis issues of electric motor, for mechatronics applications, using different approaches and verification by MATLAB/simulink, International Journal of Intelligent Systems and Applications, 5(2013), no. 5, pp. 39.
• [10] A. T. Hafez, A. A. Sarhan and S. Givigi, Brushless DC Motor Speed Control Based on Advanced Sliding Mode Control (SMC) Techniques, IEEE International Systems Conference (SysCon), Orlando, FL, USA, 2019, pp. 1-6.
• [11] Ghosh D, Willich CandKallo J, Development of a novel AC hybrid concept for a fuel cell-battery hybrid electric aircraft with power electronics switches,14th International Conference on Power Electronics (CIEP): IEEE; 2018. p. 105-109.
• [12] I. H. Kim and Y. I. Son, Regulation of a DC/DC Boost Converter Under Parametric Uncertainty and Input Voltage Variation Using Nested Reduced-Order PI Observers, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(2017), No. 1, pp. 552-562.
• [13] S. Sabzi, M. Asadi and H. Moghbelli, Design and Analysis of Lyapunov Function based Controller for DC-DC Boost Converter, Indian Journal of Science and Technology, 9(2016),no 48.
• [14] M. Sellali, A. Betka, A. Djerdir,Power management improvement of hybrid energy storage system based on H ∞ control, Mathematics and Computers in Simulation, 167(2019), pp. 478-494

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).