Реалізація чергованого двонаправленого постійно-постійного перетворювача з багатоступеневим заряджанням постійним струмом на основі нечіткого керування для стійких до перешкод станцій заміни акумуляторів електромобілів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342160

Ключові слова:

станція заміни акумуляторів, багатоступеневий постійний струм, чергований двонаправлений перетворювач

Анотація

У цьому дослідженні представлено двонаправлений неінвертуючий понижувально-підвищувальний перетворювач з чергуванням, призначений для станцій заміни акумуляторів (СЗА) громадських електромобілів. Це дослідження вирішує критичну проблему вразливості СЗА до відключень основного живлення, що загрожує їхній експлуатаційній надійності. Розроблене рішення являє собою пристрій, який не тільки виконує ефективну зарядку, але й функціонує як аварійне джерело живлення, використовуючи енергію від підключених акумуляторів під час збою в мережі. Методологія включає в себе черговану топологію та багатоступеневий метод зарядки постійним струмом (БМЗПС), керований нечітким логічним контролером (НЛК). Експериментальні результати показують, що чергування успішно збільшило потужність до 1,1 кВт, досягнувши середнього ККД 93,44%. Відмінною особливістю результату є зменшення пульсацій вихідного струму на 47,7% до 0,92%. Це пояснюється ефектом придушення пульсацій, властивим схемі з чергуванням, що є ключовою особливістю для збереження довгострокового стану акумулятора. Крім того, метод БМЗПС досяг скорочення часу виконання на 13,7% порівняно зі звичайним методом постійного струму-постійної напруги, із загальною тривалістю заряджання 66,8 хвилини. Цей перевірений прототип успішно продемонстрував безперешкодний та автоматичний перехід в аварійний режим під час відключення живлення, безпосередньо відповідаючи на проблему надійності СЗА. Прототип також підтвердив свою двонаправлену функціональність та безперешкодний перехід від стандартного заряджання до режиму аварійного живлення. Метою цього дослідження є практичне та високопродуктивне інтегроване рішення для СЗА, яке ефективно вирішує проблеми вразливості шляхом підвищення надійності та ефективності часу заряджання, забезпечуючи безперервну роботу.

Біографії авторів

Sonki Prasetya, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Researcher of Center for Conversion Conservation and Appliend Renewable Energies (CARE)

Eka Prasetyono, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Master of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Mochamad Ari Bagus Nugroho, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Master of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Epyk Sunarno, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Master of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Muhammad Fikri Rizki, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Bachelor of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Haolia Rahman, Politeknik Negeri Jakarta

PhD, Doctor, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Muhammad Hidayat Tullah, Politeknik Negeri Jakarta

Magister, Lecturer

Department of Mechanical Engineering

Jazuli Fadil, Politeknik Negeri Banjarmasin

Doctor of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Teguh Suprianto, Politeknik Negeri Banjarmasin

Doctor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Lauhil Mahfudz Hayusman, Politeknik Negeri Banjarmasin

Master of Electrical Engineering

Department of Electrical Engineering

Посилання

  1. Asy’ari, M. K., Panggabean, D. K. S. H., Musyafa, A., Ginting, K. B. (2025). Development of a lithium-ion battery charging system under constant current and voltage conditions using STM-32 based on fuzzy logic control. Indonesian Physical Review, 8 (1), 340–348. https://doi.org/10.29303/ipr.v8i1.409
  2. Yousuf, A. K. M., Wang, Z., Paranjape, R., Tang, Y. (2023). Electric Vehicle Charging Station Infrastructure: A Comprehensive Review of Technologies, Challenges, and Mitigation Strategies. 2023 IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE), 588–592. https://doi.org/10.1109/ccece58730.2023.10289005
  3. Siddiqua, A., Cherala, V., Yemula, P. K. (2023). Optimal Sizing and Adaptive Charging Strategy for the Battery Swapping Station. 2023 IEEE PES 15th Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 1–6. https://doi.org/10.1109/appeec57400.2023.10561997
  4. Afshar, S., Macedo, P., Mohamed, F., Disfani, V. (2020). A Literature Review on Mobile Charging Station Technology for Electric Vehicles. 2020 IEEE Transportation Electrification Conference & Expo (ITEC), 1184–1190. https://doi.org/10.1109/itec48692.2020.9161499
  5. Reddy, N. A., Shreyash, K. S., Adithya, N. V., Namitha, D., Kalyan, C. P. (2023). Integration and Implementation of Renewable Energy based Charging Station. 2023 First International Conference on Cyber Physical Systems, Power Electronics and Electric Vehicles (ICPEEV), 1–5. https://doi.org/10.1109/icpeev58650.2023.10391903
  6. Teske, P., Gentejohann, M., Wiemann, D., Krüger, L., Kowal, J., Dieckerhoff, S. (2024). Open Battery Platform: Open-Source Power Electronic Devices for Renewable Generation and Energy Storage Technology. 2024 IEEE 15th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 1–6. https://doi.org/10.1109/pedg61800.2024.10667440
  7. Kumar, R., Verma, M., Kulkarni, A. (2024). Optimizing Bidirectional EV Charger with Rapid Charging Architecture using Fuzzy Logic Control. 2024 3rd International Conference for Innovation in Technology (INOCON), 1–6. https://doi.org/10.1109/inocon60754.2024.10511811
  8. Sharma, A., Veerachary, M. (2018). A DC-DC Bidirectional Converter with Improved Mode Transition Technique. 2018 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), 1–6. https://doi.org/10.1109/pedes.2018.8707722
  9. Schaltz, E., Rasmussen, P. O., Khaligh, A. (2008). Non-inverting buck-boost converter for fuel cell applications. 2008 34th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics. https://doi.org/10.1109/iecon.2008.4758065
  10. Rao, A. V., Guruswamy, K. P. (2021). Analysis, Design and Simulation of Non-Inverting Buck-Boost DC-DC Converter for Battery Charging. 2021 International Conference on Disruptive Technologies for Multi-Disciplinary Research and Applications (CENTCON), 79–84. https://doi.org/10.1109/centcon52345.2021.9688165
  11. Polat, H., Hosseinabadi, F., Hasan, Md. M., Chakraborty, S., Geury, T., El Baghdadi, M. et al. (2023). A Review of DC Fast Chargers with BESS for Electric Vehicles: Topology, Battery, Reliability Oriented Control and Cooling Perspectives. Batteries, 9 (2), 121. https://doi.org/10.3390/batteries9020121
  12. Abdel-Rahim, O., Chub, A., Blinov, A., Vinnikov, D., Peftitsis, D. (2022). An Efficient Non-Inverting Buck-Boost Converter with Improved Step Up/Down Ability. Energies, 15 (13), 4550. https://doi.org/10.3390/en15134550
  13. Nguyen, V.-S., Tran, V.-L., Choi, W., Kim, D.-W. (2014). Analysis of the Output Ripple of the DC-DC Boost Charger for Li-Ion Batteries. Journal of Power Electronics, 14 (1), 135–142. https://doi.org/10.6113/jpe.2014.14.1.135
  14. Alharbi, M. A., Alcaide, A. M., Dahidah, M., P., M.-R., Ethni, S., Pickert, V., Leon, J. I. (2023). Rotating Phase Shedding for Interleaved DC–DC Converter-Based EVs Fast DC Chargers. IEEE Transactions on Power Electronics, 38 (2), 1901–1909. https://doi.org/10.1109/tpel.2022.3211864
  15. Zhang, C., Xu, B., Jasni, J., Radzi, M. A. M., Azis, N., Zhang, Q. (2022). Model Control and Digital Implementation of the Three Phase Interleaved Parallel Bidirectional Buck–Boost Converter for New Energy Electric Vehicles. Energies, 15 (19), 7178. https://doi.org/10.3390/en15197178
  16. Pirashanthiyah, L., Edirisinghe, H. N., De Silva, W. M. P., Bolonne, S. R. A., Logeeshan, V., Wanigasekara, C. (2024). Design and Analysis of a Three-Phase Interleaved DC-DC Boost Converter with an Energy Storage System for a PV System. Energies, 17 (1), 250. https://doi.org/10.3390/en17010250
  17. Suryoatmojo, H., Pratama, I. A., Soedibyo, S. (2021). Non-Inverting Cascaded Bidirectional Buck-Boost DC-DC Converter with Average Current Mode Control for Lithium-Ion Battery Charger. JAREE (Journal on Advanced Research in Electrical Engineering), 5 (2). https://doi.org/10.12962/jaree.v5i2.167
  18. Alajmi, B. N., Marei, M. I., Abdelsalam, I., Ahmed, N. A. (2022). Multiphase Interleaved Converter Based on Cascaded Non-Inverting Buck-Boost Converter. IEEE Access, 10, 42497–42506. https://doi.org/10.1109/access.2022.3168389
  19. Sunarno, E., Suhariningsih, Prasetyono, E., Nugroho, M. A. B., Eviningsih, R. P., Nizar, R. F. (2024). Interleaved Buck Converter as Current Regulator for Lithium Ion Battery Charging with Fuzzy Logic Control. 2024 International Electronics Symposium (IES), 13–18. https://doi.org/10.1109/ies63037.2024.10665860
  20. Batteries in a Portable World (2017). Isidor Buchmann. Available at: https://batteryuniversity.com/buy-the-book.
  21. Nugroho, M. A. B., Alifi, A. D., Suhariningsih, S., Sunarno, E., Prasetyono, E., Anggriawan, D. O. (2024). Multi-step constant current-constant voltage charging method to improve CC-CV method on lead acid batteries. TELKOMNIKA (Telecommunication Computing Electronics and Control), 22 (6), 1564. https://doi.org/10.12928/telkomnika.v22i6.25968
  22. Imran, R. M., Li, Q., Flaih, F. M. F. (2020). An Enhanced Lithium-Ion Battery Model for Estimating the State of Charge and Degraded Capacity Using an Optimized Extended Kalman Filter. IEEE Access, 8, 208322–208336. https://doi.org/10.1109/access.2020.3038477
  23. Khan, A. B., Pham, V.-L., Nguyen, T.-T., Choi, W. (2016). Multistage constant-current charging method for Li-Ion batteries. 2016 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific), 381–385. https://doi.org/10.1109/itec-ap.2016.7512982
  24. Khan, A. B., Choi, W. (2018). Optimal Charge Pattern for the High-Performance Multistage Constant Current Charge Method for the Li-Ion Batteries. IEEE Transactions on Energy Conversion, 33 (3), 1132–1140. https://doi.org/10.1109/tec.2018.2801381
  25. Balamurugan, P., Agarwal, P., Khajuria, D., Mahapatra, D., Angalaeswari, S., Natrayan, L., Mammo, W. D. (2023). State-Flow Control Based Multistage Constant-Current Battery Charger for Electric Two-Wheeler. Journal of Advanced Transportation, 2023, 1–11. https://doi.org/10.1155/2023/4554582
  26. Yurkovich, S., Passino, K. M. (1999). A laboratory course on fuzzy control. IEEE Transactions on Education, 42 (1), 15–21. https://doi.org/10.1109/13.746327
  27. Shekhar, Y., Verma, S., Singh, N., Mishra, P., Ahmad, A. U., Bharati, K. K. (2024). Smart Control Strategies in Photovoltaic Systems: A Critical Review on Fuzzy Logic MPPT And PI Control For Charge Management. 2024 3rd International Conference on Power Electronics and IoT Applications in Renewable Energy and Its Control (PARC), 238–243. https://doi.org/10.1109/parc59193.2024.10486316
  28. Falih, A. Z., Efendi, M. Z., Murdianto, F. D. (2021). CC-CV Controlled Fast Charging Using Fuzzy Type-2 for Battery Lithium-Ion. JAREE (Journal on Advanced Research in Electrical Engineering), 5 (2). https://doi.org/10.12962/jaree.v5i2.200
  29. Faisal, M., Hannan, M. A., Ker, P. J., Hossain Lipu, M. S., Uddin, M. N. (2021). Fuzzy-Based Charging–Discharging Controller for Lithium-Ion Battery in Microgrid Applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 57 (4), 4187–4195. https://doi.org/10.1109/tia.2021.3072875
  30. Wiryajati, I. K., Satiawan, I. N. W., Suksmadana, I. M. B., Wiwaha, B. B. P. (2025). Investigation and Analysis of Fuzzy Logic Controller Method on DC-DC Buck-Boost Converter. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA, 11 (1), 1066–1074. https://doi.org/10.29303/jppipa.v11i1.9744
  31. Recommended External Circuitry for Transphorm GaN FETs (2018). Transphorm. Available at: https://www.mouser.com/pdfDocs/recommended-external-circuitry-transphorm-gan-fets-20190711-5.pdf?srsltid=AfmBOoqZ34XYpr2Q3s6cxq0_AcoadEeWW0I0yk4ZdjwhWCp1gheDbzZu
  32. STM32G441xB. Datasheet (2021). STMicroelectronics. Available at: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32g441cb.pdf
Реалізація чергованого двонаправленого постійно-постійного перетворювача з багатоступеневим заряджанням постійним струмом на основі нечіткого керування для стійких до перешкод станцій заміни акумуляторів електромобілів

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-31

Як цитувати

Prasetya, S., Prasetyono, E., Nugroho, M. A. B., Sunarno, E., Rizki, M. F., Rahman, H., Tullah, M. H., Fadil, J., Suprianto, T., & Hayusman, L. M. (2025). Реалізація чергованого двонаправленого постійно-постійного перетворювача з багатоступеневим заряджанням постійним струмом на основі нечіткого керування для стійких до перешкод станцій заміни акумуляторів електромобілів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (137), 6–18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342160

Номер

Том 5 № 5 (137) (2025): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Sonki Prasetya, Eka Prasetyono, Mochamad Ari Bagus Nugroho, Epyk Sunarno, Muhammad Fikri Rizki, Haolia Rahman, Muhammad Hidayat Tullah, Jazuli Fadil, Teguh Suprianto, Lauhil Mahfudz Hayusman

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.