급속한 산업발달과 생활수준의 향상은 지속적인 에너지 수요와 화학적 에너지 사용으로 인해 환경문제를 초래하고 있다.[25]신재생에너지의 연구개발로 인한 대체에너지 사용은 산업현장에서부터 점진적으로 증가하고 있는 상황이다. 환경적인 문제에서 바라본다면 대체 에너지를 지속적인 관심을 갖고 사용해야 하지만, 효율적인 문제가 우선시되기 때문에 깊이 있는 연구가 필요한 시점이다.[12]이러한 시점에서, 공간적인 부분과 비용적인 부분을 모색 하였을 때 ...
급속한 산업발달과 생활수준의 향상은 지속적인 에너지 수요와 화학적 에너지 사용으로 인해 환경문제를 초래하고 있다.[25]신재생에너지의 연구개발로 인한 대체에너지 사용은 산업현장에서부터 점진적으로 증가하고 있는 상황이다. 환경적인 문제에서 바라본다면 대체 에너지를 지속적인 관심을 갖고 사용해야 하지만, 효율적인 문제가 우선시되기 때문에 깊이 있는 연구가 필요한 시점이다.[12]이러한 시점에서, 공간적인 부분과 비용적인 부분을 모색 하였을 때 연료전지를 사용한 대체에너지는 대안적인 방법으로 이루어 질 수 있다. 연료전지는 외부로부터 들어오는 화합물이 산소와 공기 중의 수소와 만나 전기적인 반응으로 인하여 열을 발생시키는 원리이다.[1]이렇게 발생한 열은 내부 전해질과 화학적인 반응으로 DC 전압을 생성한다. 연료전지의 종류에는 수소와 반응하는 2차적 화학 요소에 따라서 크기와 용량이 매우 다르며, 사용하고자 하는 용도에 따라 다양한 선택을 할 수 있다. 연료전지의 경우 저전압, 대전류가 가능하다는 부분을 큰 장점을 가지고 있으며, 부피가 작고 비용이 저렴하다는 점에서 수요가 확대되어 지고 있다. 본 논문에서는 SiC 게이트 드라이버를 이용한 전류원 하프 브릿지 컨버터를 설계한다. 저전압, 대전류의 특성을 갖는 연료전지는 전류원 소스를 갖는 토폴로지를 이용한다. 전류원 소스를 갖는 컨버터에는 푸쉬-풀, 하프브릿지, 풀 브릿지 컨버터가 있으며, 스위치 소자와 수동소자의 전류 손실 저감을 위하여 전류원 하프 브릿지 컨버터를 적용하였다. 전류원 하프 브릿지 컨버터의 특징은 고주파 트랜스포머를 사용하며, 높은 시비율을 갖는 부스트 컨버터보다 낮은 시비율을 사용하게 됨으로서 입력전압 보다 높은 출력값을 얻는데 유리하다. 입력부분의 스위칭소자와 직렬로 연결된 인덕터를 사용하여 낮은 전류 리플을 갖는다. 4개의 병렬 스위치 소자와 커패시터를 이용하여 영전압 스위칭을 손실을 줄일 수 있다. 손실 저감으로 인하여 고주파 트랜스포머와 자성체 코어의 열 손실과 컨덕션 손실을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 차세대 SiC(Silicon carbide) 디바이스를 적용하여 연료전지 시스템에 사용된 소자의 온도와 효율을 측정한다. Si(Silicon)와 SiC(Silicon carbide) 디바이스를 이용한 6kW급 연료전지 컨버터 시스템의 온도 특성과 효율 변화 및 소자 손실을 비교한다. 또한 SiC(Silicon carbide) 디바이스 사용에 대한 연료전지 컨버터의 효율 향상에 대하여 증명하고 타당성을 분석할 것이다.
급속한 산업발달과 생활수준의 향상은 지속적인 에너지 수요와 화학적 에너지 사용으로 인해 환경문제를 초래하고 있다.[25]신재생에너지의 연구개발로 인한 대체에너지 사용은 산업현장에서부터 점진적으로 증가하고 있는 상황이다. 환경적인 문제에서 바라본다면 대체 에너지를 지속적인 관심을 갖고 사용해야 하지만, 효율적인 문제가 우선시되기 때문에 깊이 있는 연구가 필요한 시점이다.[12]이러한 시점에서, 공간적인 부분과 비용적인 부분을 모색 하였을 때 연료전지를 사용한 대체에너지는 대안적인 방법으로 이루어 질 수 있다. 연료전지는 외부로부터 들어오는 화합물이 산소와 공기 중의 수소와 만나 전기적인 반응으로 인하여 열을 발생시키는 원리이다.[1]이렇게 발생한 열은 내부 전해질과 화학적인 반응으로 DC 전압을 생성한다. 연료전지의 종류에는 수소와 반응하는 2차적 화학 요소에 따라서 크기와 용량이 매우 다르며, 사용하고자 하는 용도에 따라 다양한 선택을 할 수 있다. 연료전지의 경우 저전압, 대전류가 가능하다는 부분을 큰 장점을 가지고 있으며, 부피가 작고 비용이 저렴하다는 점에서 수요가 확대되어 지고 있다. 본 논문에서는 SiC 게이트 드라이버를 이용한 전류원 하프 브릿지 컨버터를 설계한다. 저전압, 대전류의 특성을 갖는 연료전지는 전류원 소스를 갖는 토폴로지를 이용한다. 전류원 소스를 갖는 컨버터에는 푸쉬-풀, 하프브릿지, 풀 브릿지 컨버터가 있으며, 스위치 소자와 수동소자의 전류 손실 저감을 위하여 전류원 하프 브릿지 컨버터를 적용하였다. 전류원 하프 브릿지 컨버터의 특징은 고주파 트랜스포머를 사용하며, 높은 시비율을 갖는 부스트 컨버터보다 낮은 시비율을 사용하게 됨으로서 입력전압 보다 높은 출력값을 얻는데 유리하다. 입력부분의 스위칭소자와 직렬로 연결된 인덕터를 사용하여 낮은 전류 리플을 갖는다. 4개의 병렬 스위치 소자와 커패시터를 이용하여 영전압 스위칭을 손실을 줄일 수 있다. 손실 저감으로 인하여 고주파 트랜스포머와 자성체 코어의 열 손실과 컨덕션 손실을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 차세대 SiC(Silicon carbide) 디바이스를 적용하여 연료전지 시스템에 사용된 소자의 온도와 효율을 측정한다. Si(Silicon)와 SiC(Silicon carbide) 디바이스를 이용한 6kW급 연료전지 컨버터 시스템의 온도 특성과 효율 변화 및 소자 손실을 비교한다. 또한 SiC(Silicon carbide) 디바이스 사용에 대한 연료전지 컨버터의 효율 향상에 대하여 증명하고 타당성을 분석할 것이다.
Rapid industrial development and improvement of living standards result in environmental problems caused by continuous energy demand and chemical energy use. The use of alternative energies due to research and development of renewable energy is increasing gradually from industrial sites. Given the e...
Rapid industrial development and improvement of living standards result in environmental problems caused by continuous energy demand and chemical energy use. The use of alternative energies due to research and development of renewable energy is increasing gradually from industrial sites. Given the environmental aspects, alternative energy should be used with constant interest, but it needs in-depth research due to its efficient problems. At this point, fuel cells can be alternatives when considering the spatial and cost aspects. The fuel cell is a principle of generating heat by the electrical reaction that occurs when contacting with oxygen coming from the outside and hydrogen in the air. The heat generated in this way creates DC voltages by a chemical reaction with the internal electrolyte. The type of fuel cell is very different in size and capacity depending on the secondary chemical element reacting with hydrogen and various choices can be made depending on the purpose of use. The fuel cell has great advantages of outputting low voltage and high current, and its demand is expanding because of its low volume and cost. This paper presents the design of DC-DC converter using the fuel cell. A fuel cell with low voltage, high current features will use a topology with a current source. Push-Pull, Half-Bridge and H-Bridge are available for converters with current sources. Current source half-bridge converters are applied to reduce the current loss of the switching devices and passive devices. A current-source half-bridge converter uses a high frequency transformer and has a higher output voltage than the existing boost converter with high duty-ratio, even though it uses a low duty ratio. It also has low current ripple using an inductor connected in series with the switching element of the input voltage. Four parallel switching elements and capacitors are applied to reduce switching losses through Zero Voltage Switching control technique, which can reduce the heat loss of a transformer and a magnetic core having a high frequency due to loss reduction. This study measures temperature and efficiency of the devices used in fuel cell system by applying next generation SiC(Silicon carbide) device. The temperature characteristics and efficiency changes of the 6kW fuel cell converter system using Si (silicon) and SiC (silicon carbide) devices are presented. This paper demonstrates and analyzes the feasibility of the efficiency improvement of the fuel cell converter for the use of SiC (Silicon carbide) devices.
Rapid industrial development and improvement of living standards result in environmental problems caused by continuous energy demand and chemical energy use. The use of alternative energies due to research and development of renewable energy is increasing gradually from industrial sites. Given the environmental aspects, alternative energy should be used with constant interest, but it needs in-depth research due to its efficient problems. At this point, fuel cells can be alternatives when considering the spatial and cost aspects. The fuel cell is a principle of generating heat by the electrical reaction that occurs when contacting with oxygen coming from the outside and hydrogen in the air. The heat generated in this way creates DC voltages by a chemical reaction with the internal electrolyte. The type of fuel cell is very different in size and capacity depending on the secondary chemical element reacting with hydrogen and various choices can be made depending on the purpose of use. The fuel cell has great advantages of outputting low voltage and high current, and its demand is expanding because of its low volume and cost. This paper presents the design of DC-DC converter using the fuel cell. A fuel cell with low voltage, high current features will use a topology with a current source. Push-Pull, Half-Bridge and H-Bridge are available for converters with current sources. Current source half-bridge converters are applied to reduce the current loss of the switching devices and passive devices. A current-source half-bridge converter uses a high frequency transformer and has a higher output voltage than the existing boost converter with high duty-ratio, even though it uses a low duty ratio. It also has low current ripple using an inductor connected in series with the switching element of the input voltage. Four parallel switching elements and capacitors are applied to reduce switching losses through Zero Voltage Switching control technique, which can reduce the heat loss of a transformer and a magnetic core having a high frequency due to loss reduction. This study measures temperature and efficiency of the devices used in fuel cell system by applying next generation SiC(Silicon carbide) device. The temperature characteristics and efficiency changes of the 6kW fuel cell converter system using Si (silicon) and SiC (silicon carbide) devices are presented. This paper demonstrates and analyzes the feasibility of the efficiency improvement of the fuel cell converter for the use of SiC (Silicon carbide) devices.
주제어
#연료전지컨버터 코어손실 고주파트랜스포머 스위칭손실 current-source SiC devices push-pull half-bridge H-bridge
학위논문 정보
저자
신동민
학위수여기관
연세대학교 공학대학원
학위구분
국내석사
학과
전기전자공학 전공
지도교수
허견
발행연도
2017
총페이지
vii, 62장
키워드
연료전지컨버터 코어손실 고주파트랜스포머 스위칭손실 current-source SiC devices push-pull half-bridge H-bridge
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