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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 원충연
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (5)
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현재 점차 화석 에너지 고갈 및 이산화탄소 배출 문제에 직면해 있는 내연기관 자동차에서 전기자동차로 대체되고 있다. 전기 자동차가 일반적인 운송수단으로 대체되기 위해서는 기존의 주유소를 충전기로 구성해야 한다. 그렇기 때문에 전기 자동차의 배터리의 안정한 에너지를 공급하는 충전기에 대한 연구가 매우 중요한 시점이다.
충전기는 충전소 외의 가정이나 그밖에 여러 공공장소 등에 설치되어야 한다. 그러나 현재는 전기자동차 안에 탑재되거나 가정에서 사용되는 3.3-6.6kW급 완속 충전기와 충전소에 사용되는 50-60kW급의 급속 충전기의 연구가 주를 이루고 있다. 이런 편향적인 연구는 앞서 상기한 충전기의 여러 도처에 적용시키는 것에 어려움을 겪을 것이라 예상된다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 대형마트와 백화점의 주차장과 여러 공공장소에 적용되기 적합한 10kW급 준급속 충전기를 다루었다.
전기자동차의 보급화를 위해 충전기 설치는 필수적이지만 부수적으로 대용량을 다루는 충전기의 증가로 계통의 질이 저하될 우려가 발생된다. 일반적으로 충전기 토폴로지는 대용량의 전력소자를 사용하여 계통의 AC 전력원을 배터리를 충전시켜주기 위한 DC 전력으로 변환시킨다. 그 과정에서 스위칭으로 인한 고조파가 발생되어 계통에 유입되게 된다. 계통에 주입되는 고조파는 설비 내에 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스의 직·병렬 공진을 발생시켜 변압기나 케이블을 손상 시킬 수 있으며 그밖에 배·수전 설비와 계통과 연결된 전자기기들에 악영향 줄 수 있다. 이러한 고조파를 저감대책으로 대용량의 수동필터를 설치해줘야 하는데 이것은 시스템의 부피와 단가를 높이며, LC필터인 경우에 특정 주파수 영역에서 공진 현상이 발생되는 문제점을 갖는다. 현재는 이러한 수동필터의 단점 없이 고조파 제거가 가능한 능동 전력 필터에 대한 연구가 활발히 연구되고 있다.
논문에서는 용량 및 충전 시간 측면에서 완속충전기와 급속충전기의 중간 형태을 갖으며, 기능면에서는 기존의 전기자동차 충전기능 외에 토폴로지의 변경 없이 능동전력필터 기능이 추가된 전기자동차용 준급속 충전 시스템에 대해 다루었다. APF(active power filter) 기능은 전기자동차의 배터리가 충전기와 분리 되거나, 자동차의 BMS(battery management system)를 통해 실시간 정보를 확인하여 배터리의 SOC(state of charge) 상태에 따라 수행된다. 또한 충전기능과 APF기능을 효과적으로 수행하기 위해 운전 모드 선택 알고리즘을 제안하였다. 제안된 모드 선택 알고리즘을 기반으로 일렬로 배치된 충전기 중에 충전 모드를 수행하고 있는 것은 제외하고 APF 모드를 수행하면 효과적으로 계통의 고조파를 보상 할 수 있으며 각 충전기의 이용률도 향상 시킬 수 있다. 본 논문의 능동전력 필터 기능을 가지는 충전기의 동작과 모드 선택 알고리즘은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증 되었다.
충전기는 충전소 외의 가정이나 그밖에 여러 공공장소 등에 설치되어야 한다. 그러나 현재는 전기자동차 안에 탑재되거나 가정에서 사용되는 3.3-6.6kW급 완속 충전기와 충전소에 사용되는 50-60kW급의 급속 충전기의 연구가 주를 이루고 있다. 이런 편향적인 연구는 앞서 상기한 충전기의 여러 도처에 적용시키는 것에 어려움을 겪을 것이라 예상된다. 그렇기 때문에 본 논문에서는 대형마트와 백화점의 주차장과 여러 공공장소에 적용되기 적합한 10kW급 준급속 충전기를 다루었다.
전기자동차의 보급화를 위해 충전기 설치는 필수적이지만 부수적으로 대용량을 다루는 충전기의 증가로 계통의 질이 저하될 우려가 발생된다. 일반적으로 충전기 토폴로지는 대용량의 전력소자를 사용하여 계통의 AC 전력원을 배터리를 충전시켜주기 위한 DC 전력으로 변환시킨다. 그 과정에서 스위칭으로 인한 고조파가 발생되어 계통에 유입되게 된다. 계통에 주입되는 고조파는 설비 내에 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스의 직·병렬 공진을 발생시켜 변압기나 케이블을 손상 시킬 수 있으며 그밖에 배·수전 설비와 계통과 연결된 전자기기들에 악영향 줄 수 있다. 이러한 고조파를 저감대책으로 대용량의 수동필터를 설치해줘야 하는데 이것은 시스템의 부피와 단가를 높이며, LC필터인 경우에 특정 주파수 영역에서 공진 현상이 발생되는 문제점을 갖는다. 현재는 이러한 수동필터의 단점 없이 고조파 제거가 가능한 능동 전력 필터에 대한 연구가 활발히 연구되고 있다.
논문에서는 용량 및 충전 시간 측면에서 완속충전기와 급속충전기의 중간 형태을 갖으며, 기능면에서는 기존의 전기자동차 충전기능 외에 토폴로지의 변경 없이 능동전력필터 기능이 추가된 전기자동차용 준급속 충전 시스템에 대해 다루었다. APF(active power filter) 기능은 전기자동차의 배터리가 충전기와 분리 되거나, 자동차의 BMS(battery management system)를 통해 실시간 정보를 확인하여 배터리의 SOC(state of charge) 상태에 따라 수행된다. 또한 충전기능과 APF기능을 효과적으로 수행하기 위해 운전 모드 선택 알고리즘을 제안하였다. 제안된 모드 선택 알고리즘을 기반으로 일렬로 배치된 충전기 중에 충전 모드를 수행하고 있는 것은 제외하고 APF 모드를 수행하면 효과적으로 계통의 고조파를 보상 할 수 있으며 각 충전기의 이용률도 향상 시킬 수 있다. 본 논문의 능동전력 필터 기능을 가지는 충전기의 동작과 모드 선택 알고리즘은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증 되었다.
목차
목차표 목차 iii그림 목차 iii논문요약 v제1장 서 론 11.1 연구배경 및 필요성 11.2 논문의 구성 4제2장 연구 동향 52.1 충전기 토폴로지 52.2 능동전력필터 토폴로지 7제3장 능동 전력 필터 기능을 가지는 충전기의 구성 및 해석 93.1 전체적인 시스템 구성 93.2 동기 좌표계 이론 123.3 3상 AC-DC PWM 컨버터 해석 193.4 절연형 DC-DC 컨버터 해석 33제4장 시스템 운전 모드 및 모드 선택 알고리즘 424.1 시스템 운전 모드 424.2 모드 선택 알고리즘 46제5장 시뮬레이션 결과 485.1 충전 모드 505.2 APF 모드 54제6장 실험 결과 566.1 하드웨어 구성 576.2 소프트웨어 구성 626.3 실험 결과 70제7장 결 론 76참고문헌 77ABSTRACT 83
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