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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이일운
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수27
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현재 글로벌 사회의 수송 분야는 전 세계 온실가스 배출의 25% 가량을 차지하고 있으며 온실가스 감축을 위한 규제가 점점 더 강화되는 추세이다. 온실가스 배출 증가에 따라 환경적 위협, 화석 에너지의 고갈로 유럽 및 북미지역의 경우 연비규제가 강화되고 있으며, 위반 시 대규모 벌금 부과가 예정되어 있다. 친환경적인 사회를 만들기 위해 유럽 주요 국가들은 2035년부터 내연기관차를 판매 금지할 예정이다. 이러한 환경 속에서 나라별 미래 이동 수단으로 전기추진시스템을 장착한 친환경 모빌리티에 대한 관심이 증가하면서 모빌리티 시장이 빠르게 성장하고 있다. 육로 수단으로는 순수 전기차, 하이브리드 전기차, 플러그인 하이브리드 전기차 등의 성장이 여기에 속한다. 순수 전기차와 하이브리드 전기차는 배터리에 저장된 에너지를 주 동력원으로 사용하기 때문에 다른 전기차에 비해 더 큰 크기와 용량을 가진 배터리가 요구된다.
최근 전기추진시스템 모빌리티 시장 규모가 확대되고 있는 시점에서 사용량에 비해충전 인프라가 부족한 문제가 있다. 문제를 해결하기 위해 다양한 모빌리티 분야에 적용할 수 있고 넓은 출력전압을 가지며 양방향 전력전달 기능을 가진 충전기를 위한 고효율, 고전력밀도 DC/DC 컨버터 개발이 필요하다.
본 논문은 전기자동차를 포함하여 다양한 모빌리티 분야에 적용하기 위해 GaN-MOSFET 기반 7.2kW급 150-1000V 넓은 출력 범위를 가진 양방향 충전기를 위한 절연형 DC/DC 컨버터에 관하여 연구한 내용을 다룬다. 제안하는 토폴로지는 양방향 전력전달을 위해 인버터단과 정류단을 스위칭 소자로 구성하였고, 고주파 동작에 적합한 GaN-MOSFET을 적용하였다. 고효율화 및 고전력밀도를 위해 LLC 공진회로를 순방향 기준 변압기 일차 측에만 적용하였고 충방전 모든 조건에서 배터리 전압 레벨에 따라 링크 전압을 가변시키는 알고리즘을 적용하였다. 넓은 출력 전압 범위에서 컨버터 동작 주파수 범위를 좁히기 위해 절환스위치 블록을 가진 양방향 LLC 컨버터 회로와 정류단 직병렬 결선 회로를 가진 양방향 LLC 컨버터 회로를 제안하고자 한다.
제안하는 두가지 회로의 충방전프로파일 전 구간 실험을 통해 스위칭 주파수는 273~313kHz로 출력 전압에 따라 주파수 변동을 통해 충방전하는 시스템을 가진다. 선정된 공진주파수로 설계된 파라미터 값을 통해 이득 곡선을 분석하였고 전 부하 영역에서 영전압 스위칭 동작이 가능함을 실험적으로 확인하였다. 실험을 통해 150-1000V 출력, 7.2kW급 양방향 충전기에 설계된 공진 탱크의 성능 검증과 타당성을 확보하였다. 절연형 DC/DC 컨버터의 최대 전력변환효율은 96.5%이며, 전력밀도는 2.5kW/L의 높은 전력밀도를 가진다.
최근 전기추진시스템 모빌리티 시장 규모가 확대되고 있는 시점에서 사용량에 비해충전 인프라가 부족한 문제가 있다. 문제를 해결하기 위해 다양한 모빌리티 분야에 적용할 수 있고 넓은 출력전압을 가지며 양방향 전력전달 기능을 가진 충전기를 위한 고효율, 고전력밀도 DC/DC 컨버터 개발이 필요하다.
본 논문은 전기자동차를 포함하여 다양한 모빌리티 분야에 적용하기 위해 GaN-MOSFET 기반 7.2kW급 150-1000V 넓은 출력 범위를 가진 양방향 충전기를 위한 절연형 DC/DC 컨버터에 관하여 연구한 내용을 다룬다. 제안하는 토폴로지는 양방향 전력전달을 위해 인버터단과 정류단을 스위칭 소자로 구성하였고, 고주파 동작에 적합한 GaN-MOSFET을 적용하였다. 고효율화 및 고전력밀도를 위해 LLC 공진회로를 순방향 기준 변압기 일차 측에만 적용하였고 충방전 모든 조건에서 배터리 전압 레벨에 따라 링크 전압을 가변시키는 알고리즘을 적용하였다. 넓은 출력 전압 범위에서 컨버터 동작 주파수 범위를 좁히기 위해 절환스위치 블록을 가진 양방향 LLC 컨버터 회로와 정류단 직병렬 결선 회로를 가진 양방향 LLC 컨버터 회로를 제안하고자 한다.
제안하는 두가지 회로의 충방전프로파일 전 구간 실험을 통해 스위칭 주파수는 273~313kHz로 출력 전압에 따라 주파수 변동을 통해 충방전하는 시스템을 가진다. 선정된 공진주파수로 설계된 파라미터 값을 통해 이득 곡선을 분석하였고 전 부하 영역에서 영전압 스위칭 동작이 가능함을 실험적으로 확인하였다. 실험을 통해 150-1000V 출력, 7.2kW급 양방향 충전기에 설계된 공진 탱크의 성능 검증과 타당성을 확보하였다. 절연형 DC/DC 컨버터의 최대 전력변환효율은 96.5%이며, 전력밀도는 2.5kW/L의 높은 전력밀도를 가진다.
목차
제 1 장 서 론 1제 1절 연구 배경 1제 2절 연구의 목적 7제 3절 논문의 구성 8제 2 장 본 론 9제 1절 넓은 출력 범위를 가진 양방향 충전기 토폴로지 개발 9제 2절 양방향 충전기를 위한 공진 탱크 설계 13제 3절 제안하는 토폴로지 컨버터 설계 및 예상손실 분석 29제 4절 실험 결과 38제 3 장 결 론 44참고 문헌 46Abstract 48
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