Power equalization of parallel converters via droop control for battery charging

Abstract

A presente dissertação de mestrado desenvolve um modelo de equipamento capaz de transferir energia de um banco de baterias estacionário para um banco de baterias de um veículo elétrico. Para tal finalidade, utiliza-se o conversor Buck-Boost Não-Inversor. Esta topologia foi escolhida por apresentar saída não inversora de tensão e, devido aos níveis de tensão que os bancos de bateria excursionam, o conversor deve operar como abaixador ou elevador. Por meio da técnica de interleaving, são apresentados os benefícios resultantes da conexão de conversores em paralelo. Para equalização das correntes entre módulos, a técnica de controle por droop é utilizada, juntamente com resistores virtuais, que são resistências inseridas através da malha de controle sem dissipação de energia. Em outras palavras, sem influenciar na eficiência do conversor. Dessa forma, são apresentados o equacionamento do conversor, seu modelo dinâmico e seu regime de operação. A partir disso, dimensiona-se dois conversores de 30 kW, dos quais resultados experimentais foram extraídos. Na sequência, o conversor apresentou bom desempenho para os níveis de tensões desejados. Então, foram validados os modelos teóricos de resistências virtuais. Finalmente, o controle por droop foi implementado, o que demonstrou resultados satisfatórios.

Abstract: This master's thesis develops a model of equipment capable of transferring energy from a stationary battery bank to an electric vehicle battery bank. For this purpose, the Non-Inverting Buck-Boost converter is used. This topology was chosen because it has a non-inverting voltage output and, due to the voltage levels that the battery banks travel, the converter must operate as a stepper-down or stepper-up. Through the interleaving technique, the benefits resulting from connecting parallel converters are presented. For electrical current equalization between modules, the droop control technique is used, together with virtual resistors, which are resistors inserted through the control loop without energy dissipation. In other words, without influencing the converter's efficiency. In this way, the equation of the converter, its dynamic model, and its operating regime are presented. From that, two 30 kW converters are dimensioned, from which experimental results were extracted. In sequence, the converter performed well for the desired voltage levels. Then, the theoretical models of virtual resistances were validated. Finally, control by droop was implemented, which demonstrated satisfactory results.