In this thesis, fuel cells and different types of fuel cells, along with advantages for each of them, are introduced then production and storage methods for hydrogen are presented. Later on, the different designs for the boost dc-dc converter are expressed. Industrial electronic converters, especially dc-dc converters, are essential in developing advanced technologies such as electric vehicles, so in these advanced systems, industrial electronic converters are used to increase or decrease the input voltage. These converters use high-frequency transformers to increase the voltage conversion and improve the converter's performance. This thesis proposes an isolated boost dc-dc converter using a three-winding transformer. The proposed converter's voltage-current relation and the relevant operating modes are also analyzed; semiconductor elements' voltage and current stresses such as diodes and switches have been investigated. One of the features of the proposed converter is the single-switch structure of this converter, which is directly connected to the ground. To demonstrate the profermance of the proposed converter, it is assumed that the proposed converter is used in an electric vehicle based on a Fuel Cell, and the results of the performance of the converter by considering different load scenarios have been approved by MATLAB/ SIMULINK software and the voltage and current analysis are done for all elements in the simulation. Also, a PI controller is designed to keep the output voltage at the desired level.

In questa tesi vengono presentate le celle a combustibile e diversi tipi di celle a combustibile, insieme ai vantaggi per ciascuna di esse inoltre vengono elencati i metodi di produzione e stoccaggio dell'idrogeno. Successivamente vengono spiegate le diverse progettazioni per il convertitore boost dc-dc. I convertitori elettronici industriali, in particolare i convertitori dc-dc, sono essenziali nello sviluppo di tecnologie avanzate come i veicoli elettrici, in questi sistemi avanzati vengono utilizzati convertitori elettronici industriali per aumentare o diminuire la tensione d'ingresso. Questi convertitori utilizzano trasformatori ad alta frequenza per aumentare la conversione di tensione e migliorare le prestazioni del convertitore. Questa tesi propone un convertitore dc-dc boost isolato che utilizza un trasformatore a tre avvolgimenti, viene inoltre analizzata la relazione tensione-corrente del convertitore proposto e le relative modalità di funzionamento. Sono state studiate le sollecitazioni di tensione e corrente di elementi semiconduttori come diodi e interruttori. Una delle caratteristiche del convertitore proposto è la struttura a interruttore singolo, che è direttamente collegatA a terra. Per dimostrare le prestazioni del convertitore proposto, si presume che il convertitore proposto sia utilizzato in un veicolo elettrico basato su una cella a combustibile e che i risultati delle prestazioni del convertitore siano prese considerando diversi scenari di carico, e siano stati approvati dal software MATLAB/SIMULINK, l'analisi di tensione e corrente viene eseguita per tutti gli elementi nella simulazione, inoltre un controller PI è progettato per mantenere la tensione d'uscita al livello desiderato.

New topology for isolated boost dc-dc converter for fuel cell application

ABEROUMANDAZAR, MEHRDAD
2021/2022

Abstract

In this thesis, fuel cells and different types of fuel cells, along with advantages for each of them, are introduced then production and storage methods for hydrogen are presented. Later on, the different designs for the boost dc-dc converter are expressed. Industrial electronic converters, especially dc-dc converters, are essential in developing advanced technologies such as electric vehicles, so in these advanced systems, industrial electronic converters are used to increase or decrease the input voltage. These converters use high-frequency transformers to increase the voltage conversion and improve the converter's performance. This thesis proposes an isolated boost dc-dc converter using a three-winding transformer. The proposed converter's voltage-current relation and the relevant operating modes are also analyzed; semiconductor elements' voltage and current stresses such as diodes and switches have been investigated. One of the features of the proposed converter is the single-switch structure of this converter, which is directly connected to the ground. To demonstrate the profermance of the proposed converter, it is assumed that the proposed converter is used in an electric vehicle based on a Fuel Cell, and the results of the performance of the converter by considering different load scenarios have been approved by MATLAB/ SIMULINK software and the voltage and current analysis are done for all elements in the simulation. Also, a PI controller is designed to keep the output voltage at the desired level.
BRENNA, MORRIS
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2022
2021/2022
In questa tesi vengono presentate le celle a combustibile e diversi tipi di celle a combustibile, insieme ai vantaggi per ciascuna di esse inoltre vengono elencati i metodi di produzione e stoccaggio dell'idrogeno. Successivamente vengono spiegate le diverse progettazioni per il convertitore boost dc-dc. I convertitori elettronici industriali, in particolare i convertitori dc-dc, sono essenziali nello sviluppo di tecnologie avanzate come i veicoli elettrici, in questi sistemi avanzati vengono utilizzati convertitori elettronici industriali per aumentare o diminuire la tensione d'ingresso. Questi convertitori utilizzano trasformatori ad alta frequenza per aumentare la conversione di tensione e migliorare le prestazioni del convertitore. Questa tesi propone un convertitore dc-dc boost isolato che utilizza un trasformatore a tre avvolgimenti, viene inoltre analizzata la relazione tensione-corrente del convertitore proposto e le relative modalità di funzionamento. Sono state studiate le sollecitazioni di tensione e corrente di elementi semiconduttori come diodi e interruttori. Una delle caratteristiche del convertitore proposto è la struttura a interruttore singolo, che è direttamente collegatA a terra. Per dimostrare le prestazioni del convertitore proposto, si presume che il convertitore proposto sia utilizzato in un veicolo elettrico basato su una cella a combustibile e che i risultati delle prestazioni del convertitore siano prese considerando diversi scenari di carico, e siano stati approvati dal software MATLAB/SIMULINK, l'analisi di tensione e corrente viene eseguita per tutti gli elementi nella simulazione, inoltre un controller PI è progettato per mantenere la tensione d'uscita al livello desiderato.
File allegati
File Dimensione Formato  
final thesis.pdf

non accessibile

Dimensione 4.82 MB
Formato Adobe PDF
4.82 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri
final.Executive_Summary.pdf

non accessibile

Dimensione 1.38 MB
Formato Adobe PDF
1.38 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/185796