PFI-TT: Development of Single-Stage Power Modules for Modular Medium-Voltage Electric Vehicle Fast Chargers

PFI-TT:模块化中压电动汽车快速充电器单级功率模块的开发

基本信息

  • 批准号:
    1827714
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2021-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this PFI project is to provide an electric vehicle charger that is at least 10 times smaller than existing EV charging systems and wastes half as much power during the charging process. This advanced is based on the proposed solid-state transformer (SST) technology, which makes use of a high frequency magnetics to shrink the system size and improve efficiency. The SST connects directly to the medium voltage distribution system, eliminating bulky step-down transformers, and eliminating power conversion stages. A smaller, more efficient EV charger translates into cheaper system installation, higher revenue, and better site utilization for charging station owners, and cheaper and faster charging for the EV owners. The same technology can serve other applications where large DC loads are present, including the data centers, which already make up 1.8% of total US power consumption. The proposed project will advance technologies developed under the FREEDM ERC, by solving a number of important challenges in the area of medium voltage power conversion. We will prove that our recently discovered, provisional patent protected, single stage power converter can reduce system costs and improve system efficiency. The team will analytically derive the conditions that allow for switching device soft-switching transitions that result in minimal system losses. We will develop analytical models to determine the optimal switching trajectories that consider phase shift, switching frequency and non-linear saturable inductor elements as independent variables. With an analytical representation of the optimal modulation schemes for the proposed controller, the team will develop a design space exploration tool to systematically trade off converter design parameters against multiple performance criteria, namely cost, efficiency, power density and reliability.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该PFI项目更广泛的影响/商业潜力是提供一种电动汽车充电器,其体积至少比现有的电动汽车充电系统小10倍,并且在充电过程中浪费一半的电力。这一先进技术是基于所提出的固态Transformer(SST)技术,该技术利用高频磁性元件来缩小系统尺寸并提高效率。SST直接连接到中压配电系统,消除了笨重的降压变压器,消除了功率转换阶段。更小、更高效的电动汽车充电器意味着更便宜的系统安装、更高的收入和充电站所有者更好的场地利用率,以及电动汽车所有者更便宜、更快的充电。同样的技术可以服务于其他存在大型直流负载的应用,包括数据中心,这些数据中心已经占美国总功耗的1.8%。拟议的项目将通过解决中压功率转换领域的一些重要挑战,推进FREEDM ERC下开发的技术。我们将证明我们最近发现的、受临时专利保护的单级功率转换器可以降低系统成本并提高系统效率。该团队将通过分析推导出允许开关器件软开关转换的条件,从而将系统损耗降至最低。我们将开发分析模型,以确定考虑相移,开关频率和非线性饱和电感元件作为独立变量的最佳开关轨迹。通过对所提出的控制器的最佳调制方案的分析表示,该团队将开发设计空间探索工具,以系统地权衡转换器设计参数与多个性能标准,即成本,效率,功率密度和可靠性。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查进行评估,被认为值得支持的搜索.

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Guest Editorial Special Issue on High-Power Fast Chargers and Wireless Charging
关于高功率快速充电器和无线充电的客座社论特刊
A Distributed Control Architecture for Cascaded H-Bridge Converter With Integrated Battery Energy Storage
  • DOI:
    10.1109/tia.2020.3039430
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Bei Xu;H. Tu;Yuhua Du;Hui Yu;Hui Liang;S. Lukic
  • 通讯作者:
    Bei Xu;H. Tu;Yuhua Du;Hui Yu;Hui Liang;S. Lukic
Extreme Fast Charging of Electric Vehicles: A Technology Overview
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  • DOI:
    10.1109/tia.2019.2915511
  • 发表时间:
    2019
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Lukic, Srdjan M.
Toward Extreme Fast Charging: Challenges and Opportunities in Directly Connecting to Medium-Voltage Line
迈向极快充电:直连中压线路的挑战与机遇
  • DOI:
    10.1109/mele.2018.2889547
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Srdic, Srdjan;Lukic, Srdjan
  • 通讯作者:
    Lukic, Srdjan
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