배터리 시험장치를 위한 5kW급 3상 양방향 DC-DC 컨버터 제작 및 실험 :Battery testing equipment for 5kW three-phase bidirectional DC-DC converter production and experimental

문병호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 문병호 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 車翰周

발행연도: 2014

저작권: 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

배터리 시험장치를 위한 5kW급 3상 양방향 DC-DC 컨버터 제작 및 실험

문병호 전기공학과 2014.01 학위논문

2013

양방향 DC-DC 컨버터용 변압기 설계 및 해석

문병호 , 조현식 , 차한주 전력전자학회 학술대회 논문집 2013.11 학술대회자료

인터리브드 기법을 적용한 양방향 DC-DC 컨버터 구현 및 실험

문병호 , 박희성 , 차한주 전력전자학회 학술대회 논문집 2013.07 학술대회자료

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화석연료의 고갈과 급격한 전력수요의 증가, 지구온난화 문제를 해결하기 위하여 환경친화형 발전방식의 연구가 활발히 진행되고 있다. 환경친화형 발전방식에는 태양광, 풍력발전 등이 있으며 이러한 환경친화형 발전에는 에너지를 저장하기 위한 소자인 배터리가 사용된다[1],[2]. 배터리는 태양광과 풍력으로 만들어낸 에너지를 저장하기 위해 사용되는데 이때 태양광과 풍력으로 만들어낸 에너지를 배터리에 맞게 전력변환을 시켜줄 필요가 있다. 배터리는 일반적으로 저 전압 에너지원으로 배터리 충·방전기와 같이 사용되게 된다. 신재생 에너지가 각광 받으면서 배터리의 필요성이 증대되고 이러한 배터리에 대한 연구가 활발히 되고 있다. 배터리 연구에는 배터리 충·방전기가 필수적이다. 저 전압 레벨의 배터리 충·방전기를 계통에 연계해 주기 위해서는 이 전압을 DC-AC로 변환하기 적합한 전압레벨로 승압시켜줄 필요가 있다. 충·방전기로 동작하기 위해서는 양방향 동작이 가능하여야 하며 인덕터나 변압기에 의해 발생하는 서지전압에 의해 시스템이 손상 받을 수 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다. 이러한 조건을 충족하는 양방향 DC-DC 컨버터는 높은 전압 강압/승압 비를 가져야 하며 서지전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 대책과 에너지원과 부하사이에 절연이 가능해야 한다[3][4].
본 논문은 이와 같은 DC-DC 컨버터를 제작하였고 배터리 충·방전기와 인버터와 연계하여 실험을 진행하였다. 제작한 3상 양방향 인터리브드(interleaved) DC-DC 컨버터는 출력과 입력 사이에 변압기를 두어 에너지원과 부하사이를 절연시켰으며 높은 전압 승압/강압 비를 가지고 있다. 인터리브드 동작을 통해 전류 리플의 크기를 줄였으며 능동형 클램프 커패시터를 사용함으로써 서지전압이 시스템에 끼치는 손상을 줄일 수 있었다[4].
본 논문은 총 5장으로 구성되어있다. 제 1장은 서론으로 연구 배경 및 목적에 대해 서술되어 있으며 제 2장은 3상 양방향 DC-DC 컨버터의 실험장치 구성과 벅/부스트 동작에 대해 기술하였으며 시뮬레이션을 첨부하였고 병렬모드 동작 방법에 대해 설명하였다. 제 3장은 하드웨어 설계에 대한 내용으로 변압기와 인버터 설계에 대해 기술하였다. 4장은 실험결과로써 실제 컨버터를 동작시키고 그에 따른 파형을 정리하였으며 벅/부스트 모드 변환 및 병렬운전의 실험결과를 기술하였으며 5장의 결론으로 마무리하였다.
본 장에서는 3상 양방향 DC-DC 컨버터에 대해 기술한다. 3상 인터리브드 동작으로 전류 리플의 크기가 작으며 능동 클램프 회로의 사용으로 별도의 스너버회로 없이 서지전압으로부터 시스템을 보호할 수 있으며 에너지 변환에 서지전압을 사용함으로써 전력변환 효율을 높였다. 별도의 회로변환 없이 양방향 동작이 가능하며 변압기를 사용함으로써 입력과 출력사이에 절연이 가능하다.

제 1 장서 론 1
1.1 연구배경 2
1.2 연구목표 4
제 2 장3상 양방향 DC-DC 컨버터 5
2.1 배터리 시험장치 구성 7
2.2 3상 DC-DC 부스트 컨버터 8
2.3 부스트 모드 동작 9
2.3.1 부스트 모드 동작 설명 9
2.3.2 3상 DC-DC 부스트 컨버터 시뮬레이션 16
2.4 3상 DC-DC 벅 컨버터 18
2.5 벅 모드 동작 19
2.5.1 벅 모드 동작 설명 19
2.5.2 3상 DC-DC 벅 컨버터 시뮬레이션 24
2.6 병렬운전 24
제 3 장하드웨어 설계 및 제작 27
3.1 3상 DC-DC 컨버터 제작 27
3.2 변압기 설계 32
3.3 인덕터 설계 36
제 4 장실험 결과 38
4.1 DC-DC 부스트 컨버터 실험 38
4.2 DC-DC 벅 컨버터 실험 40
4.3 충방전 모드변환 40
4.3.1 모드 변환 시퀀스 41
4.3.2 충방전 모드 변환 실험 42
4.4 병렬운전 시험결과 44
제 5 장결론 46
참고문헌 47
Abstract 51

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