Härtill 7 uppsatser

Diss. (sammanfattning) Linköping : Linköpings universitet, 2025

A critical component of a battery electric vehicle (BEV) is the battery pack, which has many series- and parallel-connected electrochemical cells. The total power, energy delivered, and lifetime of the battery pack are limited by the weakest cell in the pack. Battery-integrated modular multilevel converters (BI-MMC) can overcome this limitation by increasing cell-level control. BI-MMCs have several series-connected DC-to-AC converters with a battery module having a few series- and parallel-connected cells called submodules (SM). The research in this thesis focuses on the design, modulation, and control of BI-MMCs. The efficiency and adaptability of five basic BI-MMC topologies with half-bridge and full-bridge SMs across three main system configurations are presented. Full-bridge topologies offer high efficiency, some even higher than the state-of-the-art SiC two-level inverter. However, adapting them to BEVs requires significant architectural modifications to the BEV’s electrical system. The half-bridge topologies require fewer architectural modifications for adaption into the BEVs.

Populärvetenskaplig sammanfattning: I takt med att klimatfrågan blir alltmer aktuell står transportbranschen inför en omställning. Medan elbilar nu används i stor utsträckning har övergången till elektrifierade lastbilar varit långsammare i jämförelse. En anledning är att lastbilar kräver större batterier med signifikant fler elektrokemiska celler. Den svagaste cellen i dessa batteri begränsar uteffekten, minskar den tillgängliga energin och kan förkorta batteriets totala livslängd. Denna begränsning kan övervinnas genom att aktivt hantera enskilda celler eller grupper av celler med hjälp av batteri-integrerade modulära flernivåomvandlare (BI-MMC). Dessa omvandlare är dock komplexa och kräver noggranna designval. Denna forskning bidrar till att göra BI-MMC:er effektiva och förbättra deras integration i lastbilar genom att identifiera viktiga elektriska kretstopologier, omvandlarens designparametrar samt modulerings- och styrtekniker. I den här avhandlingen presenteras BI-MMC-elektriska kretstopologier som är mer effektiva än de som används i dagens ellastbilar. Dessutom presenteras dessa elektriska kretstopologiers anpassningsbarhet till ellastbilar. BI-MMC består av submoduler som har halvledarswitchar, ett batteri med fåtal celler, samt en kondensator för filtrering. I avhandlingen identifieras viktiga designparametrar för submodulen: kondensatorns energi och halvledarswitcharnas omkopplingsfrekvens. Slutligen presenteras moduleringsteknikernas inverkan på BI-MMC:ernas effektivitet och hur distribuerade styrarkitekturer kan anpassas till BI-MMC:er för ellastbilar.