I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   286 ~ 296   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i1 . pp 2 8 6 - 296           286       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Desig n of a Ba tt e ry - Ultraca pa citor  H y brid  Energ y - S tora g Sy ste m  w ith  Po w er F lo w  Contro l f o r an Electri c Ve hicle       B .   K .   T a n 1 ,   N.   M .   L .   T a n 2 ,   A.   K .   Ra m a s a m y 3   1 S q u ire  M e c h   S d n .   Bh d . ,   S u b a n g   Ja y a ,   M a la y sia   2 De p a rtme n o f   El e c tri c a P o w e En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e n a g a   Na sio n a l,   Ka jan g ,   M a lay sia   3 De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n s E n g i n e e rin g ,   Un i v e rsiti   T e n a g a   Na sio n a l,   Ka jan g ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 0 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   1 0 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J an   1 1 ,   2 0 1 8       A   c o m b in a ti o n   o f   b a tt e r y   a n d   u lt ra c a p a c it o r   a a   h y b rid   e n e rg y   sto ra g e   s y ste m   (HES S f o a n   e lec tri c   v e h icle   (E V c a n   re su lt   in   b e tt e a c c e lera ti o n   p e rf o r m a n c e ,   re d u c e d   b a tt e ry   c h a rg e - d isc h a rg e   c y c le  a n d   lo n g e d riv in g   ra n g e .   T h is  p a p e p re se n ts  a   n e w   c o n v e rter  d e sig n   c o m b in in g   tri p le - h a lf - b rid g e   ( T HB)  a n d   b o o st  h a lf - b rid g e   (BHB)  c o n v e rters   in   a   b a tt e r y - u lt ra c a p a c it o HES S .   T h e   BHB  c o n v e rter  is  u se d   to   c o m p e n sa te  th e   v o lt a g e   v a riatio n   o f   th e   u lt ra c a p a c it o r.   p o w e m a n a g e m e n s y ste m   is   p ro p o se d   to   c o n tro th e   p o w e o f   b a tt e r y   a n d   u lt ra c a p a c it o r,   t o   su p p ly   th e   d e m a n d e d   p o w e o f   a n   EV .   T h is p a p e d e sc rib e s th e   o p e ra ti o n   o f   th e   p r o p o se d   c o n v e rter  u sin g   a   sim p li f ied   - t y p e   p ri m a r y - re fe rre d   e q u iv a len c ircu it .   T h is  p a p e a lso   sh o w th e   si m u latio n   re su lt v e rify in g   th e   f a st  d y n a m ic   re sp o n se   o f   th e   p ro p o se d   p o w e m a n a g e m e n s y s tem   f o th e   p ro p o se d   HES S ,   w it h   m in i m a l   c u rre n stre ss .   K ey w o r d :   B atter y   B id ir ec tio n al  is o lated   d c - d co n v er ter   H y b r id   en er g y   s to r ag e   Mu ltip le - i n p u t   Ultr ac ap ac ito r   Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   N.   M.   L .   T an ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  P o w er   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s iti T en ag Na s io n al,   KM   7 ,   J alan   I KR A M - U n ite n ,   4 3 0 0 0   Kaj an g ,   Selan g o r ,   Ma la y s ia.   E m ail:  n ad ia@ u n ite n . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   T h d esig n   o f   th e n er g y   s to r a g s y s te m   in   a n   E s h o u ld   s at is f y   t h d e m an d s   o f   h i g h   p o wer   d en s it y   f o r   m ee ti n g   t h ac ce ler atio n   r eq u ir e m en t,  an d   o f   h i g h   e n e r g y   d en s it y   to   attai n   th d esi r ed   v eh icle  d r iv in g   r an g e.   T y p ical  e n er g y   s to r a g d ev ices  f o r   au to m o t iv a p p licatio n s   ar lead - ac id ,   n i ck el  m e tal  h y d r id ( NiMH ) ,   an d   li th i u m   io n   ( L i - i o n )   b atter ies.  T h NiM b att er ies  d o m i n ate  t h E V   m ar k et   d u to   t h eir   lo w er   co s as  co m p ar ed   to   th L i - io n   b atter ies  [ 1 ]   an d   [ 2 ] .   Ho w e v er ,   t h ch ar ac ter is tics   o f   L i - io n   b atte r y   s u c h   a s   h ig h   m o n o m er   v o ltag a n d   h i g h   e n er g y   d en s it y   h av b ec o m th p r ef er r ed   b atter y   tech n o lo g y   f o r   E [ 3 ] .   T h u ltra ca p ac ito r   is   an   en er g y   s to r ag d ev ice  t h at  h a v h i g h er   p o w er   d en s it y ,   f aster   ch ar g i n g   a n d   d is ch ar g i n g   r ates,  an d   lo n g er   cy c le  lif t h a n   th b atter ies ,   co m p le m e n ti n g   t h ch ar ac te r is tics   o f   L i - io n   b atter y .   Si n ce ,   an   u ltra ca p ac it o r   h as  lo w   en er g y   d e n s i t y ,   it  i s   n o s u itab le  as  t h o n l y   en er g y   s to r a g d ev ice  in   an   elec tr ic  v e h icle .   On o f   t h d r a w b ac k s   o f   t h li th i u m   io n   b atter y   is   t h at  it   i s   n o s u itab le  f o r   s u p p l y in g   lar g a m o u n t   o f   p o w er   in   s h o r d u r atio n   d u to   t h l i m itatio n   i n   it s   d i s ch ar g in g   ca p ab ilit y .   Mo r eo v er ,   f r eq u en b atter y   ch ar g i n g - d i s ch ar g in g   o p er atio n s   r es u lts   i n   its   li f eti m r ed u ct io n .   T h er ef o r e,   em p lo y i n g   t h e   u ltra ca p a cito r   in   a   HE SS   f o r   E ca n   i m p r o v t h b atter y   li f eti m e.   T h h ig h   p o w er   d en s it y   ch ar ac ter i s tic  o f   an   u ltra ca p ac ito r   is   ab le  to   m ee p ea k   p o w er   d em an d   d u r i n g   E ac ce ler atio n   a n d   ab s o r b   r eg e n er ativ e   b r ak in g   p o w er   a s   t h e   u ltra ca p ac ito r   is   s u itab le  f o r   p u ls e - p o w er   o p er atio n s .   On   th e   o th er   h an d ,   th lith iu m   io n   b atter y   is   s u itab le  f o r   o p er atio n s   th at  r eq u ir h i g h   en er g y   d en s it y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   o f a   B a tter y - Ultr a ca p a cito r   Hyb r id   E n erg y - S to r a g S y s tem  w ith . . .   ( B .   K .   Ta n )   287   I n   an   E o p er atio n ,   p o w er   o u tp u o f   t h b atter y   a n d   u l tr ac ap ac ito r   ar v ar iab le  an d   d ep e n d s   o n   t h e   p o w er   d e m an d .   Mo r eo v er ,   t h ter m in al   v o lta g o f   a n   u l tr ac ap ac ito r   v ar ies  w id el y   d u r in g   c h ar g i n g   an d   d is ch ar g i n g   o p er atio n s .   T h er ef o r e,   it  is   im p o r tan f o r   co n v er s io n   s y s te m   o f   th HE S to   b e   ca p ab le   o f   ef f icien tl y   tr an s f er r in g   p o w er   f r o m   t w o   d if f er e n en er g y   s to r ag d ev ices  i n   w id i n p u v o ltag r an g e.   No n - is o lated   an d   is o lated   m u ltip le   in p u d c - d co n v er ter s   ar o f te n   e m p lo y ed   in   HE S [ 4 ]   -   [ 6 ] .   T h m u ltip le   in p u d c - d co n v er ter   d esig n   f o r   b atter y - u ltra ca p ac ito r   HE SS   e m p lo y s   p o w er   s w itc h i n g   d ev ices  a n d   d io d es  i n   th b id ir ec tio n al  d c - d co n v er t er s   to   co n tr o th p o w er   f lo w   b et w ee n   th o n - b o ar d   en er g y   s to r ag d ev ices  a n d   lo ad   [ 4 ]   an d   [ 7 ] .   H o w ev er ,   i d o es  n o p r o v id g alv a n ic  i s o latio n   f o r   all  p o w er   p o r ts .   So m e   ap p licatio n s   r eq u ir g alv a n ic  is o latio n   f o r   v o ltag m atc h i n g   an d   s y s t e m   s a f et y .   H e n ce ,   m u ltip le - i n p u b id ir ec tio n al   is o lated   d c - d co n v er ter s   w il l b s u itab le  f o r   en er g y   s to r ag s y s te m s   t h at  co m b i n v ar io u s   s o u r ce s .   Fig u r e   1   s h o w s   cu r r en t - s o u r ce   h alf - b r id g b id ir ec tio n al  is o lated   d c - d co n v er ter   [ 6 ] ,   [ 8 - 9] .   T h co n v er ter   e m p lo y s   h a lf   t h n u m b er   o f   d ev ice s   o f   t h f u ll  b r id g d c - d co n v er ter   at  th e   s a m p o w er   r ati n g   w it h o u ad d itio n al  to tal  d ev ice  r atin g .   Mo r eo v er ,   th co n v e r ter   ac h iev es  s o f t - s w itc h i n g   in   w id o p er atin g   r an g e,   r eq u ir es   les s   co n tr o l,  an d   li m it s   cu r r e n r ip p le,   in cr ea s i n g   b atter y   li f eti m e .   Ne v er t h el ess ,   t h er is   h i g h   cu r r en s tr ess   o n   th d c - d co n v er ter   w h e n   it  i s   o p er ated   in   w id o p er atin g   v o lta g r an g b ec au s t h d b u s   v o ltag e   r atio   ca n n o m atc h   to   th tr a n s f o r m er   t u r n s   r atio .   A l th o u g h ,   th e   P W M - p lu s - p h ase - s h i f ( P P S)  co n tr o s tr ateg y   is   p r o p o s ed   to   m i n i m ize  d ev ice  cu r r e n s tr e s s ,   t h cu r r en s tr ess   p r o b le m   at  th l o w - v o lta g s id o f   th d c - d co n v er ter   s till   p er s is ts   [ 10 ]   an d   [ 1 1 ] .   Fig u r 2   p r esen ts   co n v er ter   to p o lo g y   th at  co m b i n es  v o ltag e - s o u r ce   h al f - b r id g b i d ir ec tio n al  is o lated   d c - d co n v er ter   w it h   B HB   co n v er ter   [ 1 2 ] .   T h is   to p o lo g y   o f   d c - d co n v e r ter   is   s u itab le  f o r   ap p licatio n s   in   w id o p er at in g   v o ltag r an g e,   as  it  is   ab le  to   m i n i m ize  d ev ice  cu r r en s tr ess   an d   s o lv e   as y m m etr ic  cu r r en t stre s s   p r o b le m   b y   m a in ta in i n g   th d v o ltag o f   V Hdc 1   at  th lo w - v o lta g s id   A n   is o lated   m u ltip o r d c - d co n v er ter   f o r   f u el  ce ll - u ltra ca p ac ito r   HE SS   w as  p r ese n ted   in   [ 1 3 ] .   T h ter m i n al  v o lta g o f   an   u ltra c ap ac ito r   ca n   v ar y   b et w ee n   5 0 an d   1 0 0 %,  ca u s i n g   h ig h   c u r r en s tr ess   i n   t h e   co n v er ter .   T h p r o p o s ed   c o n v er ter   u tili ze s   P P co n tr o to   m ai n tai n   co n s tan v o lta g a cr o s s   th h al f - b r id g e   co n v er ter ,   m i n i m izi n g   th c u r r en t stre s s .   T h is   p ap er   p r o p o s es  m u l tip le - i n p u d c - d co n v er ter   th at  ca n   b e m p lo y ed   f o r   b atter y - u ltra ca p ac ito r   HE SS   in   a n   E V,   w h ich   w i ll  b r ef er r ed   to   as  t h p r o p o s ed   HE SS ”  f r o m   th is   p o in o n w ar d s .   T h p r o p o s ed   HE SS   to p o lo g y   co m b i n es  t h t w o   co n v er ter   to p o lo g ies  in   Fi g u r es  1   an d   2   w i th   th r ee - w i n d i n g   h ig h - f r eq u en c y   tr an s f o r m er .   T h b id ir ec tio n al  p o w er   f lo w   is   co n tr o lled   u s i n g   s i m p le  p h ase - s h i f t   m o d u latio n .   I n   ad d itio n ,   th i s   p ap er   d escr ib es  th o p er atin g   p r in cip les  o f   t h m u l tip le - i n p u t   d c - d co n v er ter   o f   th p r o p o s ed   HE SS ,   d is cu s s in g   i n   d etail  t h e   d is ch ar g i n g   m o d o f   o p er atio n   o f   b o th   th b atter y   a n d   u ltra ca p ac ito r .   I also   p r esen t s   th cir cu it  d esi g n   an d   p o w er   f lo w   co n tr o s tr ate g y   e m p l o y ed .   Fi n all y ,   t h is   p ap er   s h o w s   t h s i m u latio n   r esu lt s   t h at  v er i f y   t h f ea s ib ili t y   o f   th p r o p o s ed   HE SS   f o r   E ap p licatio n .           Fig u r e.   1 .   C u r r en t - s o u r ce   h al f - b r id g b id ir ec tio n al  is o lated   d c - d co n v er ter   [ 6 ] .           Fig u r 2 .   Vo ltag e - s o u r ce   h al f - b r id g b id ir ec tio n al  is o lated   d c - d co n v er ter   co m b i n ed   w ith   b o o s t h alf - b r id g ( B HB )   c o n v er ter   [ 1 2 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   286     2 9 6   288   2.   T H E   P RO P O SE H E S A ND  O P E RAT I N G   P RIN CIP L E S   Fig u r 3   p r ese n ts   t h p r o p o s ed   HE SS   th at   co n s is t s   o f   m u ltip le - i n p u t   tr ip le - h al f - b r id g ( T H B )   d c - d co n v er ter   co m b in ed   w it h   B HB .   T h r ated   p o w er   o f   P HB 1   ( p r o p o s ed   h alf   b r id g 1 )   is   6   k W ,   B HB   ( b o o s h al f   b r id g e)   an d   P HB 2   ( p r o p o s e d   h alf   b r id g 2 )   is   8   k W ,   a n d   P HB 3   is   1 2   k W .   T h d b u s   o f   co n v er ter s   P HB 1   an d   P HB 3   ( p r o p o s ed   h alf   b r id g 2 )   ar co n n ec ted   to   th e   b att er y   an d   d c - lo ad ,   r esp ec tiv el y .   Mo r eo v er ,   th B HB   is   co m b in ed   w i th   P HB 2   an d   th d b u s   o f   th B HB   is   co n n ec ted   to   th u ltra ca p ac ito r .   T h c o n v er ter   P HB 1   f o r   th b atter y   is   s elec ted   a s   t h d ev ice  n u m b er   o f   t h is   to p o lo g y   is   lo w   an d   ab le  to   m i n i m ize  r ip p le  cu r r en ts .   T h e   v o ltag a t t h b atter y   s id is   V BT ,   an d   at  t h h ig h - v o lta g e   s id it is   V HV .   Si n ce   t h v o ltag o f   t h u ltra ca p ac ito r   V UC ,   v ar ies  in   w id r an g an d   ca n   ca u s h i g h   cu r r en t   s tr ess   i n   t h p r o p o s ed   HE SS ,   th B HB   ac ts   as  a   v o ltag e   r eg u lato r   to   k ee p   t h d c - lin k   v o lta g o f   P HB 2 ,   V Pdc 2 ,   co n s ta n a t h d esire d   v o lt ag a n d   m atch ed   to   th tr a n s f o r m er   t u r n   r atio   n 2   ( N p2 / N p3 )   T h T HB   f u n ct io n s   t o   co n tr o th p o w er   f lo w   in   t h p r o p o s ed   HE SS   u s i n g   s i m p le  p h ase - s h i f m o d u latio n .   Fig u r 4   s h o w s   t h d iag r a m   o f   - t y p p r i m ar y - r ef er r ed   eq u i v alen cir cu it  o f   t h T HB .   T h e   ∆”   t y p e   mo d el  i s   co n v e n ien f o r   p o w e r   r elatio n   an al y s i s   an d   t h t h r ee - p o r m o d el  is   d ec o m p o s ed   in to   th r ee   t w o - p o r t   m o d el s .   I n d u cta n ce s   L P13’ L P3 ’2   an d   L P2’1   ac as  en er g y   tr an s f er   ele m e n ts .   No te  th at  th s y m b o ( )   is   u s ed   to   d en o te  th r ef er r ed   v al u e s   i.e .   L P3’2   i s   t h to tal  i n d u c tan ce   P HB 2   an d   P HB 2 - r ef er r ed   in d u c tan ce   o f   P HB 3 T h co n v er ter s   P HB 1 ,   P HB 2   an d   PHB 3   g en er ate  s q u ar w av ac - v o lta g es  a th tr an s f o r m er   te r m in a l.  T h p o w e r   f lo w   i n   t h p r o p o s ed   HE SS   i s   co n tr o lled   b y   t h p h a s s h i f an g les  P13 P 12   an d   P 23 ,   w h ic h   ar t h p h ase   d if f er e n ce s   o f   V P1   a n d   V P3   V P1   an d   V P2   an d   V P2   an d   V P3 ,   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th f ig u r e,   th p o w er   f lo w   f r o m   p o r t 1   to   p o r t 3 ,   p o r 2   to   p o r t 1 ,   an d   p o r 3   to   p o r 2   ar e   r esp ec tiv el y   d eter m in ed   as,     13 = BT 2 P 13 ( | P 13 | ) P1 3 ,   21 =   UC 2 2 2 P 12 ( | P 12 | ) 4 SB1 2 P 2 1 ,   32 =   HV 2 3 2 P 23 ( | P 23 | ) 4 P 3 2   ,               ( 1 )     w h er   is   m ea s u r ed   in   r ad ian ,   ω   is   th an g u lar   s w itc h i n g   f r eq u en c y ,   D S B1   is   d u t y   c y cle  o f   s w itch in g   d ev ice  S B1 .   An   i m p o r tan f ea tu r o f   th m u ltip le - in p u b id ir ec tio n al  is o lated   d c - d c o n v er ter   is   to   d i r ec tl y   s u p p l y   p o w er   f r o m   o n p o r to   a n o t h er   p o r b ased   o n   th e   v ir tu al   is o lat io n   s ch e m e   th a w a s   i n tr o d u ce d   in   [ 1 4 ] .   T h b asic   p r in cip le  is   to   co n tr o t h p h ase - s h i f t   a n g le  b et w ee n   th r ee   ac - v o lta g e s   in   o r d er   to   ac h i ev t h n et  o u tp u t   p o w er   o f   th th ir d   p o r to   b z er o .   Sin ce   th to tal  n et  p o w er   o f   th th ir d   d c - d co n v er ter   p o r ts   is   ze r o ,   th n et  p o w er   ca n   b s u p p lied   f r o m   o n p o r to   o t h er   p o r [ 1 5 ] . T h o u tp u t   p o w er   o f   p o r ts   1 ,   2   a n d   3 ,   P 1 P 2 ,   an d   P 3   ca n   b ca lcu lated   as,     1 = 13 21 ,   2 = 21 32 ,   3 = 32 13 .                   ( 2 )           Fig u r 3 .   T h p r o p o s ed   HE SS   w it h   t h r ated   p o w er   at:  P HB 1   6 k W ,   B HB   an d   P HB 2   8 k W ,   P H B 3   1 2 k W .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   o f a   B a tter y - Ultr a ca p a cito r   Hyb r id   E n erg y - S to r a g S y s tem  w ith . . .   ( B .   K .   Ta n )   289       Fig u r 4 .   - t y p p r i m ar y - r e f er r ed   eq u iv alen t c ir c u it o f   t h T HB .       I f   th lo s e s   ar n eg lecte d ,   th t o tal  o u tp u t p o w er   o f   t h th r ee   p o r ts   is   ca lcu lated   as,     1 + 2 + 3 = 0                   ( 3 )     T h p r o p o s ed   HE SS   is   an al y s ed   in   3   m o d es  o f   o p er atio n s .   T h E m o to r   is   co n n ec ted   to   th h i g h - v o ltag b u s   o f   th p r o p o s ed   HE SS .   T h p o w er   d e m an d   o f   th E m o to r   is   as s u m ed   p r o p o r tio n al  to   th m o to r   r o tatio n al  s p ee d .   Mo d e   1   ( b o o s m o d e)   is   s i m u lated   f o r   lo p o w er   d e m a n d   w h er p o w er   is   tr an s f er r ed   f r o m   th b atter y   to   t h E m o to r .   Mo d 2   ( b o o s m o d e)   is   s i m u lated   f o r   p u l s ed   p o w er   d e m an d   w h er p o w er   i s   tr an s f er r ed   f r o m   t h b atter y   a n d   u l tr ac ap ac ito r   to   th E m o to r .   L astl y ,   m o d 3   ( b u c k   m o d e)   is   s i m u lated   f o r   b r ea k in g   o f   E w h er p o w er   is   tr a n s f er r ed   f r o m   t h E V   m o to r   to   th u ltra ca p ac ito r .   Mo d 2   is   a n al y s ed   i n   th n e x t sec tio n .   Mo d es 1   an d   3   ca n   b an al y s ed   i n   th s a m p r in cip le  as  m o d 2 .     2 . 1 .   Ana ly s is   o f   M o de  2   O pe ra t io n   I n   m o d 2 ,   t h E m o to r   is   ac ce ler atin g   an d   t h m o to r   r o tatio n al  s p ee d   is   h i g h .   T h er ef o r e,   th p o w er   d em a n d   o f   t h E m o to r   in cr e ases   r ap id l y .   B o th   b atter y   a n d   u ltra ca p ac ito r   s u p p l y   t h p o wer   to   th E m o to r   in   o r d er   to   p r ev e n t h b atter y   o u tp u t   p o w er   f r o m   ex ce ed i n g   it s   r ated   v alu e.   A t   th is   m o d e,   th n et  p o w er   b et w ee n   co n v er ter s   P HB 1   an d   P HB 2   is   ze r o ,   w h er t h p h ase - s h i f t a n g le  P21   is   ze r o   P 2 1   is   ze r o .   Fig u r 5   s h o w s   t h id ea li s ed   ac - s id v o lta g a n d   cu r r e n t,  a n d   t h i n d iv id u al  p o r c u r r en t   w av e f o r m   d u r in g   o n s w itch in g   p er io d   in   m o d 2 .   Fig u r 6   p r esen t s   t h s i m p li f ied   - t y p p r i m ar y - r ef er r ed   eq u iv ale n t   cir cu it  o f   t h T HB   co n v er ter   th at  co r r e s p o n d s   to   ea ch   d u r a tio n   i n   Fig u r 5 .   T h o p er atin g   p r in cip le s   d u r i n g   m o d 2   ar p r esen ted   as,   1.   Du r atio n   1 ( t 1     t 2 ) S w itc h in g   d ev ice  S P2   i s   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d ev ice  S P1   is   tu r n ed   o n .   T h cu r r en I P13’   f lo w s   t h r o u g h   th a n ti - p a r allel  d io d es  D P4   a n d   D P1 .   T h e   s to r ed   en er g y   i n   i n d u cto r   L P1 3’   ch ar g e s   t h ca p ac ito r s   C P4   an d   C P1 .   A th e   s a m ti m e,   s w itc h in g   d ev ice  S P21   is   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d e v ice  S P1 1   is   tu r n ed   o n .   T h cu r r en I P3’2’   f lo w s   t h r o u g h   t h an ti - p ar alle d io d es  D P4   an d   D P11 .   T h s to r ed   en e r g y   in   in d u cto r   L   P3’2’   ch ar g es t h ca p ac ito r s   C P4   an d   C P 11 .   2.   Du r atio n   2 ( t 2     t 3 ) C u r r en I P1 3’   ch a n g es  its   d ir ec tio n   f r o m   n eg ati v to   p o s it iv e   v al u e,   a n d   f lo w s   th r o u g h   s w itc h in g   d e v ices   S P1   an d   S P4   an d   d is c h ar g e s   ca p ac ito r s   C P1   a n d   C P4 .   T h cu r r e n I P3’ 2’   ch a n g e s   i ts   d ir ec tio n   f r o m   p o s iti v to   n eg ati v v al u e,   an d   f lo w s   t h r o u g h   s w itc h i n g   d ev ices  S P11   an d   S P4   an d   d is ch ar g e s   ca p ac ito r s   C P11   a n d   C P4 .   3.   Du r atio n   3 ( t 3     t 4 ) S w itc h in g   d ev ice  S P4   i s   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d ev ice  S P3   is   tu r n ed   o n .   T h cu r r en I P13   f lo w s   th r o u g h   th s w itc h in g   d ev ice  S P1   an d   an ti - p ar allel  d io d D P3 .   C u r r en is   tr an s f er r ed   f r o m   b atter y   to   in d u cto r   L P13’   an d   E m o to r .   T h cu r r en I P3’2’   f lo w s   t h r o u g h   t h s w itc h i n g   d ev ice  S P11   an d   an ti - p ar allel  d io d D P3 .   C u r r en t is tr an s f er r ed   f r o m   u l tr ac ap ac ito r   to   in d u cto r   L P3’2’   an d   E m o to r .   4.   Du r atio n   4 ( t 4     t 5 ) S w itc h in g   d ev ice  S P1   i s   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d ev ice  S P2   is   tu r n ed   o n .   T h cu r r en I P13’   f lo w s   t h r o u g h   th e   an ti - p ar allel  d io d es  D P2   a n d   D P3 .   T h ca p ac ito r s   C P2   a n d   C P3   a r ch ar g ed   b y   s to r ed   in   i n d u cto r   L P13’ .   A t   th e   s a m ti m e,   s w itc h in g   d e v ice  S P11   i s   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d ev ice   S P21   is   t u r n ed   o n .   T h cu r r en I P3’2’   f lo w s   t h r o u g h   th e   an t i - p ar all el  d io d es  D P21   a n d   D P3 .   T h c ap ac ito r s   C P21   an d   C P3   ar ch ar g ed   b y   s to r e d   in   in d u cto r   L P3’2’ .   5.   Du r atio n   5 ( t 5     t 6 ) C u r r en I P1 3’   ch a n g es  its   d ir ec tio n   f r o m   p o s itiv e   to   n eg at iv e   v al u e,   a n d   f lo w s   th r o u g h   s w itc h in g   d e v ices   S P3   an d   S P2   an d   d is c h ar g e s   ca p ac ito r s   C P3   a n d   C P2 .   T h cu r r e n I P3’ 2’   ch a n g e s   i ts   d ir ec tio n   f r o m   n eg at iv to   p o s itiv v al u e,   an d   f lo w s   th r o u g h   s w itc h i n g   d ev ices  S P3   an d   S P21   an d   d is ch ar g e s   ca p ac ito r s   C P3   a n d   C P21 .   Du r atio n   6 ( t 6     t 7 ) : S w itc h in g   d ev ice  S P3   is   t u r n ed   o f f   a n d   s w itc h i n g   d ev ice  S P4   i s   tu r n ed   o n .   T h cu r r en I P13’   f lo w s   t h r o u g h   a n ti - p ar allel  d io d D P4   an d   s w itch in g   d ev ice  S P2 .   C u r r en t i s   tr an s f er r ed   f r o m   E m o to r   to   in d u cto r   L P13’   a n d   b atter y .   T h cu r r en I P3’2’   f lo w s   th r o u g h   an ti - p ar allel  d io d D P4   an d   s w itc h in g   d ev ice  S P21 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   286     2 9 6   290   I ts   ch ar g e s   ca p ac ito r   C P4   an d   d is ch ar g es c ap ac ito r   C P21 .   C u r r en t is tr a n s f er r ed   f r o m   E m o to r   to   in d u cto r   L P3’2’   an d   u ltra ca p ac ito r .       3.   P O WE F L O CO N T RO L   T h p o w er   co n tr o ller   m a n a g e s   th p o w er   tr an s f er   an d   aid s   in   m i n i m izi n g   th d ev ice  cu r r en s tr es s   ev en   in   w id o p er atin g   v o lt ag r an g e.   W h e n   th r at io   o f   th d c - li n k   v o lta g i s   e q u a to   tr an s f o r m er   t u r n   r atio ,   th tr an s f o r m er   ac - c u r r en ca n   b s y m m etr ical  a n d   s o   ca lled   f lat - to p p ed ”  w av e f o r m   ca n   b ac h iev ed   to   m i n i m ize  t h d ev ice  cu r r e n s tr es s .   I n   th an a l y s is   o f   th co n tr o s tr ateg y ,   v o lta g es   V HV   an d   V BT   ar e   ass u m ed   co n s tan a 3 0 0   an d   1 0 0   V,   r esp ec tiv el y .   T h u lt r ac ap ac ito r   v o ltag V UC   v ar ies   b et w ee n   6 0   an d   1 2 0   V.   T h d u t y   c y cle  o f   S B1   an d   S B2 D S B1   a n d   D S B2   ar co n tr o lled   to   en s u r e   th a r ef er e n ce   v o lta g V* Pdc2   i s   co n s ta n t a t d esire d   v o ltag o f   1 5 0   V.   T h d u ty   c y cles o f   S B1   an d   S B2   ca n   b d escr ib ed   as,      D S B 1   V UC / V* Pdc2                   ( 3 )     D S B 2   1     D S B1                   ( 4 )     Fig u r 7   s h o w s   b lo c k   d iag r a m   o f   t h p o w er   co n tr o ller   f o r   th p r o p o s ed   HE SS .   T h co n tr o s tr ateg y   o f   p o w er   tr an s f er   b et w ee n   t h o n - b o ar d   en er g y   s to r ag d ev ice  an d   lo ad   is   b ased   o n   th to tal  lo ad   p o w er   d em a n d .   T h f u n ctio n   o f   p o w er   m a n a g e m e n lo g ic  b lo ck   is   to   en s u r th at  t h p o w er   s u p p lied   f r o m   o r   to   th e   b atter y   d o es  n o e x ce ed   th b atter y   r ated   p o w er   a n d   p er f o r m s   th th r ee   m o d es  o f   o p er at io n .   T h co n tr o ller   f ir s id en ti f ie s   t h r eq u ir ed   m o d o f   o p er atio n m o d 1   an d   2   ( b o o s m o d es)  o r   m o d 3   ( b u ck   m o d e) .   Su b s eq u e n tl y ,   it  d eter m in e s   t h p o w er   f lo w   d ir ec tio n s .   T h e n ,   p h ase - s h i f a n g les  P13   an d   P23   ar ca lcu lated   b ased   o n   p o w er   P 13   an d   P 23   o f   ( 1 ) .   I n   m o d 1 ,   th lo g ic  b lo ck   a s s ig n s   t h at  p o w er   P 21   is   eq u al  to   P 32   in   o r d er   to   en s u r th n et  p o w er   o f   co n v er ter   P H B 2   is   ze r o   ( v ir t u al  is o latio n )   a n d   th a t h u ltra ca p ac ito r   d o es  n o s u p p l y   p o w er   to   t h E m o to r   in   t h is   m o d e.   T h er ef o r e,   v o ltag V P1   lead s   V P2   a n d   V P3 ,   in   o r d er   to   tr an s f er   p o w er   f r o m   co n v er ter   P HB 1   to   co n v er ter   P HB 3 .   I f   t h E V   p o w er   d e m an d   d u r in g   ac ce ler ati o n   is   h i g h er   t h an   th e   r ated   p o w er   o f   t h b atter y ,   m o d 2   is   p er f o r m ed .   T h lo g ic  b lo ck   ass i g n s   th p h ase - s h i f an g le  P21   to   b ze r o   in   o r d er   to   p r ev en th e   p o w er   f lo w   b et w ee n   co n v er te r s   P HB 1   an d   P HB 2 .   Vo ltag es  V P1   an d   V P2   lead s   V P3 ,   in   o r d e r   to   tr an s f e r   p o w er   f r o m   t h co n v er ter s   P HB 1   an d   P HB 2   to   co n v er ter   P H B 3 .   I n   b u ck   m o d e,   m o d 3 ,   th lo g ic  b lo ck   ass i g n s   t h e   p o w er   P 13   is   eq u al  to   t h P 21   in   o r d er   to   k ee p   co n v er ter   P HB 1   in   ze r o   n et  p o w er   tr an s f er .   T h er ef o r e,   th e   b atter y   i s   n o c h ar g ed   an d   i s   in   v ir tu a l   is o latio n ,   an d   al th r eg e n er ati v b r ak in g   p o w er   ch ar g es  t h u ltra ca p ac ito r   at  t h is   m o d e.   V o ltag V P3   lead s   V P1   an d   V P2   i n   o r d er   to   tr an s f er   p o w er   f r o m   co n v er ter   P HB 3   to   co n v er ter   P HB 2 .       4.   P O WE DE M AND  O F   T H E   H E S S F RO M   AN  E V   T h p r o p o s ed   HE SS   is   v e r if ied   th r o u g h   s i m u lat io n s   u s i n g   th P SC A s o f t w ar e .   Sev er al  ass u m p tio n s   ar m ad to   s i m p lify   t h an al y s is   o f   th o p er ati o n .   T h HE SS   s u p p lies   p o w er   to   th E m o to r   at   co n s tan v o lta g e.   T h E m o to r   p o w er   d e m an d   is   a s s u m e d   to   b p r o p o r tio n al  to   th s p ee d   o f   r o tatio n   o f   th d m o to r   at  co n s ta n lo ad   to r q u e.   Fig u r 8   p r ese n t h id e alize d   b atter y ,   u ltra ca p cito r ,   an d   E m o to r   p o w er   r eq u ir e m en t f o r   v ar io u s   m o d e s   o f   o p er atio n s   s u ch   a s   co n s ta n t sp ee d ,   ac ce ler atio n   an d   d ec eler atio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   o f a   B a tter y - Ultr a ca p a cito r   Hyb r id   E n erg y - S to r a g S y s tem  w ith . . .   ( B .   K .   Ta n )   291       Fig u r 5 .   I d ea lis ed   ac - s id v o l tag an d   cu r r e n w a v e f o r m s ,   a n d   cu r r en w a v e f o r m s   o f   ea ch   p o r t d u r in g   s tead y - s tate  i n   m o d e - 2   o p er atio n .         ( a)       ( b )     ( c)     ( d )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   286     2 9 6   292     ( e)     ( f )   Fig u r 6 .   E q u iv ale n t c ir cu it d u r in g   s w itch in g   c y c le  in   m o d 2 ,   co r r esp o n d in g   to   Fi g u r 5 .   ( a)   Du r atio n   1   ( t 1   -   t 2 ) .   ( b )   Du r atio n   2   ( t 2   -   t 3 ) .   ( c)   Du r atio n   3   ( t 3   -   t 4 ) .   ( d )   Du r atio n   4   ( t 4   -   t 5 ) .   ( e)   Du r atio n   5   ( t 5   -   t 6 ) .   ( f )   Du r atio n   6   ( t 6   -   t 7 ).           Fig u r 7 .   P o w er   co n tr o ller   o f   t h p r o p o s ed   HE SS .           Fig u r 8 .   I d ea lized   b atter y ,   u lt r ac ap ac ito r ,   an d   E m o to r   p o w er   d u r i n g   t h v ar io u s   m o d es o f   o p er atio n   as  ca lcu lated   b y   t h p o w er   m a n a g e m e n t lo g ic  b lo ck   in   Fig u r e   7.       5.   SI M UL AT I O R E S UL T S   I n   th s i m u latio n ,   th b atter y   v o ltag V BT   an d   h ig h - s id v o lt ag V HV   ar co n s tan at  1 0 0 an d   3 0 0 V,   r esp ec tiv el y .   T h v o lta g o f   u ltra ca p ac ito r ,   V UV ,   v ar ie s   b e t w ee n   6 0   V   to   1 2 0   V.   T h d u t y   c y cle   o f   T HB   s w itc h in g   d ev ices  ( D S P1 D S P4 D S P11 D SP21 )   ar co n s ta n at   0 . 5   p . u .   T h d u t y   c y cle  o f   t h B HB   s w itc h in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   o f a   B a tter y - Ultr a ca p a cito r   Hyb r id   E n erg y - S to r a g S y s tem  w ith . . .   ( B .   K .   Ta n )   293   d ev ice  D S B1   an d   D S B 2   is   b et w e e n   0 . 2   an d   0 . 8   p . u .   T a b le  1   p r e s en t s   th cir c u it  p ar a m eter s   o f   th ca p ac itiv a n d   m ag n etic  co m p o n en ts   o f   t h T HB   co n v er ter .       T ab le  1 .   T HB   C ir cu it P ar a m et er s   T r a n sf o r me r   t u r n s ra t i o   N P1   N P2   N P3   1 0 0 : 1 5 0 : 3 0 0   A C   i n d u c t o r   o f   P H B 1   L P1   4 . 4 1   μH   A C   i n d u c t o r   o f   P H B 2   L P2   1 . 2 4   μH   A C   i n d u c t o r   o f   P H B 3   L P3   1 . 3 7   μH   C a p a c i t o r s o f   P H B 1   C P1   a n d   C P2   0 . 5   mF   C a p a c i t o r s o f   P H B a n d   P H B 3   C P 11 C P 21 ,   C P3 , C P4   1   mF   S n u b b e r   c a p a c i t o r   o f   T H B     1 0   n F   DC - l i n k   i n d u c t o r   o f   P H B 1   L PHB   8 3 3   μH   DC - l i n k   i n d u c t o r   o f   B H B   L BH B   3 6 0   μH   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y     2 0   k H z           Fig u r 9 .   Si m u latio n   r esu l ts   o f   th p o w er ,   d v o ltag e,   a n d   d cu r r en t   w a v ef o r m s   o f   b atter y ,   u ltra ca p ac ito r   an d   E m o to r   d u r in g   al m o d es o f   o p er atio n .       Fig u r 9   s h o w s   t h s i m u lati o n   r esu lt s   o f   E m o to r ,   b atter y ,   an d   u ltra ca p ac ito r   p o w er   f o r   th d u r atio n   o f   4 s .   T h b atter y   p o w er   P 1   is   d eter m in ed   f r o m   th e   p r o d u ct  o f   V BT   a n d   I BT .   T h u ltra ca p ac ito r   p o w er   P 2   an d   E m o to r   p o w er   P ar d eter m i n ed   f r o m   t h p r o d u ct  o f   V UC   an d   I UC ,   an d   v o ltag V HV   an d   I HV r esp ec tiv el y .   B o th   th b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r   ar e   ab le  t o   s u p p ly   t h p o w er   v ar iatio n   r eq u ir ed   b y   th E V   m o to r ,   w h ile  k ee p in g   t h b atter y   p o w er   b elo w   th r ated   p o w er .   T h is   v er if ie s   th f ea s ib ilit y   o f   t h p o w er   m an a g e m e n u n it  i n   co n tr o lli n g   t h p h ase - s h i f a n g le  to   s p lit  th o u tp u p o w er   b et w ee n   th b atter y   a n d   u ltra ca p ac ito r .   Mo r eo v er ,   th co n v er ter   P HB 2   is   ab le  to   s u p p ly   co n s ta n p o w er   w h e n   u l t r ac ap ac ito r   v o ltag V UC   d r o p s   f r o m   1 2 0   to   6 0 d u r in g   s i m u latio n   ti m o f   2 . 4 s   to   3 . 2 s .   D u r in g   th e   s i m u latio n   ti m e   f r o m   3 . 2 s   to   4 s ,   th u ltra ca p ac ito r   p o w er   ch an g es  f r o m   p o s iti v to   n e g at iv e,   s h o w in g   t h at  th d cu r r e n d ir ec tio n   o f   t h e   co n v er ter   is   r ev er s ed   a n d   th u ltra ca p ac ito r   is   ch ar g ed .   Fig u r 1 0   s h o w s   t h ac - s id v o ltag an d   cu r r e n w av e f o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   P HB 2   an d   P HB 3   o f   m o d 1 ,   b atter y   d is ch ar g in g .   T h p h ase - s h i f an g le s   P13   a n d   P23   ar 1 5 . 7 3 °  an d   1 . 8 1 °,   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th p o w er   f lo w   ca lcu la ti o n   in   ( 1 ) ,   P 21   P 32.   T h e r ef o r e,   th u ltra ca p ac ito r   p o w er   P 2   is   ze r o   ( v ir tu a is o latio n )   an d   b atter y   p o w er   P 1   is   4   k W .   C u r r en i 2   is   ap p r o x i m ate l y   ze r o ,   v er if y i n g   t h at   co n v er ter   P HB 2   h as  ze r o   n et  p o w er   tr an s f er   b et wee n   0 . 8 s   to   1 . 6 s .   T h ac   cu r r en ar s ee n   to   b h av i n g   lo w   r ate  o f   ch a n g o f   cu r r en t d u r i n g   t h co n d u ctio n   p er io d .   Fig u r 1 1   p r esen ts   th ac - s id v o ltag a n d   cu r r en w a v e f o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   P HB 2   an d   P HB 3   an d   u ltra ca p ac ito r   cu r r en d u r in g   s tead y   s tate  o p er atio n   o f   m o d 2 .   T h p o w er   m an a g e m en lo g ic  b lo ck   ass i g n s   co n v er ter   P HB 2   to   s u p p ly   p o w er   i n   ac h iev i n g   p o w er   d em a n d   o f   E m o to r .   T h p h ase - s h i f a n g le s   P13   an d   P23   ar 2 0 . 2 1 °  an d   2 0 . 2 1 °,  r esp ec tiv el y .   C u r r e n ts   I P1 I P2 ,   an d   I P3   ar n o ze r o   v er if y i n g   th at   co n v er ter s   P HB 1 ,   P HB 2 ,   an d   P HB 3   h av e   p o w er   f lo w .   W h en   V UC   r ed u ce s   it s   v o lta g to   6 0 b et w ee n   2 . 4 s   a n d   3 . 2 s ,   it  is   o b s er v ed   th at  th r atio   o f   p ea k   v o ltag o f   V P1 V P2   an d   V P3   is   eq u al  to   th tr an s f o r m er   tu r n   r atio ,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   286     2 9 6   294   cu r r en I P2   r e m ai n s   s y m m etr i ca an d   h a s   “f lat  to p ”.   T h is   v er if ies  t h at  t h co n tr o o f   d u t y   c y cle s   D S B1   an d   D S B 2   ar ab le  to   en s u r v o ltag V Pdc2   is   co n s ta n at  1 5 0   V,   m i n i m izi n g   th d e v ice  c u r r en t   s tr ess .   T h c u r r en t   I UC   in cr ea s es  w h e n   t h v o lta g V UC   r ed u ce s .   T h u ltra ca p ac ito r   s u p p l y   h i g h er   cu r r en t   I UC   to   m a in ta in   a   co n s ta n t p o w er   s u p p l y   o f   8   k W .   Fig u r 1 2   s h o w s   t h ac - s id v o ltag an d   c u r r en t   w av e f o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   P HB 2   an d   P HB 3   in   m o d 3 ,   r eg e n er ati v b r ea k i n g .   T h p h ase - s h i f t a n g les  31   an d   32   ar 0 . 9 3 ° an d   4 . 1 2 °,  r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th p o w er   f lo w   ca lc u latio n   i n   ( 1 ) ,   th b atter y   p o w er   is   ze r o   ( v ir tu al  i s o latio n )   an d   u ltra ca p ac ito r   p o w er   is   −2   k W .   T h cu r r en I P1   o f   co n v e r ter   P HB 1   is   ap p r o x im ate l y   z er o .   I v er if ies  th at  co n v er ter   P HB 1   is   in   ze r o   n et  p o w er   tr an s f er   an d   th a t b atter y   is   n o t c h ar g ed   d u r in g   r eg e n er ativ b r ak i n g   p o w er .   T h e   r esu lts   in   t h is   s ec tio n   s h o w   t h at  t h p r o p o s ed   HE S an d   its   p o w er   m a n a g e m e n f o r   E V   ap p licatio n   ac h ie v es  t h d esir ed   p o w er   f lo w   w it h   m i n i m al  c u r r en s tr ess   at  P HB 2   as  t h u l tr ac ap ac ito r   v o ltag ch an g es  f r o m   1   p . u .   to   0 . 5   p . u .   o f   t h r ated   v o lta g e.   T h p r o p o s ed   to p o lo g y   n ee d s   o n l y   s i m p le  p h ase - s h i f t   m o d u latio n .   T h p o w er   m a n a g e m e n co n tr o ller   also   s h o w s   g o o d   d y n a m ic  r esp o n s to   s tep   ch an g e s   in   p o w er   d em a n d   an d   u ltra ca p ac ito r   v o ltag e.           Fig u r 1 0 .   E n lar g ed   s tead y - s ta te  AC   v o lta g an d   c u r r en w a v ef o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   PHB 2   an d   P HB 3   in   m o d 1   th at  o cc u r r ed   b et w ee n   t =0 . 8 s   an d   t =1 . 6 s   o f   Fig u r 8 .         ( a)       ( b )     Fig u r 1 1 .   E n lar g ed   s tead y - s ta te  AC   v o lta g an d   c u r r en w a v ef o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   PHB 2   an d   P HB 3   in   m o d 2   th at  o cc u r r ed   b et w ee n   t =1 . 6 s   an d   t =3 . 2 s   o f   Fig u r 8 .   ( a) V UC =1 2 0 V.   ( b )   V UC =6 0 V   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   o f a   B a tter y - Ultr a ca p a cito r   Hyb r id   E n erg y - S to r a g S y s tem  w ith . . .   ( B .   K .   Ta n )   295       Fig u r 1 2 .   E n lar g ed   s tead y - s ta te  AC   v o lta g an d   c u r r en w a v ef o r m s   o f   co n v er to r s   P HB 1 ,   PHB 2   an d   P HB 3   in   m o d 3   th at  o cc u r r ed   b et w ee n   t =3 . 2 s   an d   t =4 s   o f   Fig u r 8 .       6.   CO NCLU SI O N   T h p r o p o s ed   HE SS   h as  b ee n   d esig n ed   s o   th at  b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r   en er g y   s to r ag d ev ices  ar ab le  to   s u p p ly   t h m a x i m u m   p o w er   d em a n d   d u r in g   ac ce ler atio n   o f   an   E V.   Mo r eo v er ,   th u ltra ca p ac ito r   ca n   r ap id ly   ab s o r b   th r eg e n er ati v p o w er   f r o m   b r ak in g   o f   m o to r   to   en s u r th at  t h b atter y   c h ar g e - d i s ch ar g c y cle  i s   m i n i m ized ,   t h u s   e x te n d in g   th e   li f eti m e   o f   th e   b atter y .   T h ad v a n ta g es   o f   th e   p r o p o s ed   HE SS   in cl u d e   g alv a n ic  i s o latio n ,   f e w er   co m p o n en ts   co m p ar ed   to   f u ll - b r id g to p o lo g ies,  an d   s i m p le  p h a s e - s h i f m o d u lat io n .   I n   o r d er   to   f ac ilit ate  t h u n d e r s tan d in g   o f   th e   o p er atin g   p r i n cip les  o f   th p r o p o s ed   HE SS ,   d etail  d is cu s s io n s   o n   th id ea o p er atin g   w a v e f o r m s   a n d   an a l y s is   o f   t h s w itc h i n g   eq u i v alen ts   cir c u its   h a v al s o   b ee n   p r esen ted .   Si m u latio n   r es u lt s   u s in g   P S C A D   s h o w   t h f ea s ib ilit y   o f   t h p o w er   m a n ag e m e n co n tr o ll er   in   a ll  o p er atin g   co n d itio n s   w i th   g o o d   d y n a m ic   r esp o n s an d   m i n i m ized   d ev i ce   cu r r en t stre s s .       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h au th o r s   w o u ld   lik to   th a n k   t h Min i s tr y   o f   Hi g h er   E d u ca tio n   an d   U n iv er s iti  T en ag Nasio n al   f o r   p r o v id in g   f i n a n cial  s u p p o r th r o u g h   FR G P r o j ec No .   FR GS /1 /2 0 1 7 / T K0 4 /UNI T E N/0 2 /4   an d   B OL D   Gr an t P r o j e ct  No .   1 0 2 8 9 1 7 6 /B /9 /2 0 1 7 / 4 8 .       RE F E R E NC E   [ 1 ]   R.   S p o tn it z ,   A d v a n c e d   EV   a n d   HEV   b a tt e ries ,   P ro c .   IE EE   Co n f .   Veh icle   Po we a n d   Pro p u lsi o n ,   S e p t.   2 0 0 5 ,   p p .   334 - 3 3 7 .   [ 2 ]   J.  M .   M i ll e r,   T .   Bo h n ,   T .   J.  Do u g h e rt y ,   a n d   U.  De sh p a n d e ,   W h y   h y b rid iza ti o n   o f   e n e rg y   sto ra g e   is  e ss e n ti a f o f u tu re   h y b rid ,   p lu g - i n   a n d   b a tt e ry   e lec tri c   v e h icle s,”   P ro c .   IEE En e rg y   Co n v e rs io n   Co n g re ss   a n d   Exp o sit io n   ( ECCE ),   S e p t.   2 0 0 9 ,   p p .   2 6 1 4 - 2 6 2 0 .   [ 3 ]   Zh u   a n d   B .   Ya n g ,   T h e   re se a rc h   o n   in telli g e n m a n a g e m e n s y ste m   o f   li - io n   p o w e b a tt e ry   st rin g   o f   e lec tri c   v e h icle , "   P ro c .   I n t.   Co n f.   El e c tro n ics ,   Co mm u n ic a ti o n a n d   Co n tro l   ( ICECC),   S e p t.   2 0 1 1 ,   p p .   2 3 7 0 - 2 3 7 2 .   [ 4 ]   A .   L a v a n y a ,   K.  V .   Ku m a r,   J.   D.  Na v a m a n i,   T o p o lo g ica Co m p a riso n   o f   Du a l - In p u DC - DC  Co n v e rters ,   In ter n a t io n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ( IJ PE DS ) ,   v o l.   8 ,   n o .   2 ,   p p .   8 0 4     8 1 1 ,   Ju n e   2 0 1 7 .   [ 5 ]   T .   K.  S a n th o sh   a n d   C.   G o v in d a ra ju ,   De v e lo p m e n o f   P re d i c ti v e   Cu rre n Co n tr o ll e f o M u lt i - P o rt  DC/DC   Co n v e rter,”  In ter n a ti o n a l   J o u r n a o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr iv e   S y ste ( IJ PE DS ) ,   v o l.   6 ,   n o .   4 ,   p p .   6 8 3     6 9 2 ,   De c .   2 0 1 5 .   [ 6 ]   F .   Z.   P e n g ,   H.  L i,   G - J.   S u ,   a n d   J.  S .   L a w l e r,   n e w   ZV S   b id ir e c ti o n a d c - d c   c o n v e rter  f o f u e l   c e ll   a n d   b a tt e r y   a p p li c a ti o n ,   IEE T ra n s.  P o we El e c tro n . ,   v o l.   1 9 ,   n o .   1 ,   p p .   5 4 - 6 5 ,   Ja n .   2 0 0 4 .   [ 7 ]   Z.   L i,   O.  On a r,   A .   Kh a li g h ,   a n d   E.   S c h a lt z ,   De sig n   a n d   c o n tro o f   a   m u lt ip le  in p u d c /d c   c o n v e rter  f o r   b a tt e ry /u lt ra c a p a c it o b a se d   e lec tri c   v e h icle   p o we s y st e m ,   Pr o c .   Ap p l ied   Po we El e c tro n ics   Co n fer e n c e   a n d   Exp o siti o n   ( AP EC),   F e b .   2 0 0 9 ,   p p .   5 9 1 - 5 9 6 .   [ 8 ]   S .   Cu i,   D.  He ,   M .   L i,   H.  L u ,   a n d   T .   G .   Ha b e tl e r,   De si g n   o f   a   d u a h a lf   b rid g e   DC - DC  c o n v e rter  f o a n   u lt ra - c a p a c it o b a se d   a u x il iary   p o we so u rc e   in   e lec tri c   v e h icle s,”   P ro c .   IEE T ra n sp o rta t io n   El e c trif ica ti o n   Co n fer e n c e   a n d   Exp o   ( IT EC),   Ju n e   2 0 1 2 ,   p p .   1 - 7.   [ 9 ]   H.  L a n d   F .   Z.   P e n g ,   M o d e li n g   o f   a   n e w   ZV S   b i - d irec ti o n a l   d c - d c   c o n v e rter,”  IEE T ra n s.   Aer o sp a c e   a n d   El e c tro n ic S y ste ms ,   v o l.   4 0 ,   n o .   1 ,   p p .   2 7 2 - 2 8 3 ,   A u g .   2 0 0 4 .   [ 1 0 ]   S .   Ha n   a n d   D.  Div a n ,   Bi - d irec ti o n a DC/DC  c o n v e rters   f o p lu g - in   h y b rid   e lec tri c   v e h icle   (P HE V)  a p p li c a ti o n s ,   P r o c .   IEE A p p li e d   Po we r E lec tro n ics   Co n fer e n c e   a n d   Ex p o siti o n   ( AP EC),   F e b .   2 0 0 8 ,   p p .   7 8 4 - 7 8 9 .     [ 1 1 ]   D.  X u ,   C.   Zh a o ,   a n d   H.  F a n ,   A   P W M   p l u p h a se - sh if c o n tro b id irec ti o n a DC - DC  c o n v e rter,”  IEE T ra n s.  Po we r   El e c tro n . ,   v o l.   1 9 ,   n o .   3 ,   p p .   6 6 6 - 6 7 5 ,   M a y   2 0 0 4 .   [ 1 2 ]   S .   Cu i,   D.  He ,   Z.   Ch e n ,   a n d   T . G .   H a b e tl e r ,   A   w id e   in p u v o lt a g e   ra n g e   ZV S   iso late d   b id ire c ti o n a DC - DC  c o n v e rter  f o u lt ra - c a p a c it o a p p li c a ti o n   in   h y b rid   a n d   e lec tri c   v e h icle s,”   Pro c .   IEE Co n f.   El e c tric  Veh icle   ( IEV C),   M a r.   2 0 1 2 ,   p p .   1 - 6.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.