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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김정태 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수
박성민
발행연도
2022
저작권
홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수27

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

전기자동차용 양방향 충전기의 신뢰성 향상을 위한 연구
김정태 전기공학과 2022.01 학위논문

2020

전기자동차 배터리 충전용 절연형 양방향 AC-DC 컨버터의 스위칭손실 저감 변조기법
김정태 ,  김동희 ,  박성민 대한전기학회 학술대회 논문집 2020.10 학술대회자료

초록· 키워드

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전기자동차 시장의 성장과 전력전자기술의 발전에 따라 전기자동차를 에너지저장장치로 사용하는 V2G(Vehicle-to-Grid) 기술 및 높은 신뢰성을 가지는 전기자동차 온-보드(On-board) 충전기에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. V2G를 위한 온-보드 충전기에는 전력계통을 통해 배터리를 충전하고 충전되어있는 전력을 다시 전력계통으로 송전하기 위한 양방향 ac-dc 전력변환 회로가 필요하며, 전기자동차 내부에 탑재되기 때문에 높은 전력 밀도를 가져야 한다.
일반적으로 전기자동차 온-보드 충전기에는 입력과 출력 사이의 물리적 및 전기적 분리를 위해 절연형 전력변환 장치가 사용되며, 변압기의 크기를 줄이기 위해 높은 주파수에서 동작할 수 있는 고주파 변압기를 사용한다. 절연형 전력변환 장치는 전력 단의 개수에 따라 싱글-스테이지(Single-stage) 구조와 멀티-스테이지(Multi-stage) 구조로 구분할 수 있다. Cycloconverter-type 컨버터의 경우 양방향 스위치를 이용하는 싱글-스테이지 구조로 컨버터 중간에 고용량 전해 커패시터를 사용하지 않아 전력 밀도를 향상시킬 수 있다. 하지만 고주파 변압기의 누설 인덕터와 필터 인덕터가 전류원으로 동작하여 스위치의 on-off 지점에서 전압스파이크가 발생한다. 따라서 시스템의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
단상 전력변환 장치에서 필연적으로 발생하는 저주파 리플 전력은 시스템 성능을 저하시키며, 일반적으로 dc-link에 고용량 전해 커패시터를 이용하여 처리한다. 하지만 전해 커패시터는 다른 수동 소자들보다 수명이 짧아 시스템의 신뢰성에 큰 영향을 끼친다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 긴 수명을 가지는 능동 전력 디커플링(Active Power Decoupling: APD) 회로를 고전력밀도 컨버터에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. APD 회로는 적은 커패시턴스를 이용하기 때문에 고용량 전해 커패시터를 고수명을 가지는 필름 커패시터로 대체할 수 있어 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 하지만 전력계통 전압의 위상정보를 이용하는 제어 기술로 동작하기 때문에 단상 전력변환 장치와 독립되어 동작할 수 없다. 따라서 시스템의 유지 및 보수에 효과적이지 않다.
본 논문에서는 전기자동차용 양방향 충전 회로와 신뢰성 향상을 위한 방법을 제안한다. 제안하는 전기자동차용 양방향 충전 회로는 CHFL(Cycloconverter-type High Frequency Link) 컨버터와 APD 회로를 이용하기 때문에 전체 시스템의 전력 밀도와 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고 제안하는 CHFL 컨버터의 변조 기법을 통해 양방향 전력전달 과정에서 발생하는 고전압 스파이크를 제거하고 ZVS (Zero-Voltage-Switching)를 실현하여 CHFL 컨버터의 신뢰성과 효율성을 향상시킬 수 있으며, 제안하는 모듈형 플러그인 APD 회로의 제어 기술을 통해 독립된 동작으로 전해 커패시터를 직접 대체할 수 있어 APD 회로의 유지 및 보수의 편의성을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서 제안하는 전기자동차용 양방향 충전 회로와 제안된 방법의 검증을 위해 MATLAB/Simulink 시뮬레이션과 실험을 진행하였다.

목차

제 1 장 서 론
1.1 연구 배경 및 최근 동향
1.2 연구의 필요성
1.3 논문의 내용 및 구성
제 2 장 전기자동차용 양방향 충전기 회로
2.1 고주파링크 방식의 컨버터
2.1.1 DAB-type 컨버터
2.1.2 Cycloconverter-type 컨버터
2.2 전력 디커플링 방법
2.2.1 단상 전력변환 장치의 리플 전력
2.2.2 수동 전력 디커플링 방법의 커패시턴스 용량 선정
2.3 제안하는 전기자동차용 양방향 충전기 회로
제 3 장 Cycloconverter-type High Frequency Link 컨버터
3.1 CHFL 컨버터의 특성
3.2 CHFL 컨버터의 변조 기법
3.2.1 기존의 CHFL 컨버터 변조 기법
3.2.2 제안하는 CHFL 컨버터 변조 기법
3.2.3 방전모드에서의 제안된 변조 기법에 대한 설명 및 분석
3.2.4 충전모드에서의 제안된 변조 기법에 대한 설명 및 분석
3.3 CHFL 컨버터의 전력 제어 기술
3.3.1 정지 좌표계에서의 제어
3.3.2 가상 d-q 변환을 이용한 동기 좌표계에서의 제어
3.4 MATLAB/Simulink 시뮬레이션 결과
제 4 장 커패시터-분할 타입 능동 전력 디커플링 회로
4.1 커패시터-분할 타입 APD 회로의 특성
4.2 커패시터-분할 타입 APD 회로의 요구 커패시턴스 계산
4.3 커패시터-분할 타입 APD 회로의 제어 기술
4.3.1 기존의 커패시터-분할 타입 APD 회로의 제어 기술
4.3.2 제안하는 모듈형 플러그인 커패시터-분할 타입 APD 회로의 제어 기술
4.4 MATLAB/Simulink 시뮬레이션 결과
제 5 장 실험 결과
5.1 제안하는 CHFL 컨버터 변조 기법
5.1.1 실험 환경 구성
5.1.2 실험 결과
5.2 제안하는 모듈형 플러그인 커패시터-분할 타입 APD 회로 제어 기술
5.2.1 실험 환경 구성
5.2.2 실험 결과
제 6 장 결론
참고문헌
Abstract

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