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1.2[kW]급 연료전지용 전력변환장치의 개발
Development of 1.2[kW]Class Fuel Cell Power Conversion System 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.21 no.6, 2007년, pp.117 - 125  

서기영 (경남대학교 전기공학과) ,  김칠용 (경남대 대학원 전기공학과) ,  조만철 (경남대 대학원 전기공학과) ,  김정도 (경남대 대학원 전기공학과) ,  윤영변 (경남대 대학원 전기공학과) ,  김홍신 (경남대 대학원 전기공학과) ,  박도형 (경남대 대학원 전기공학과) ,  하성현 (경남대 대학원 전기공학과)

초록
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연료전지 발전시스템에서는 DC-DC 승압용 컨버터와 DC-AC 인버터가 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 연료전지의 전압을 380[VDC]로 승압하기 위한 절연형 DC-DC 컨버터와 단상 220[VAC]로 변환하기 위한 LC필터를 가진 PWM 인버터로 구성된 전력변환장치를 제안하였다. 특히 제안한 연료전지 시스템용 고효율 DC-DC 컨버터는 위상천이 PWM 제어법을 이용하여 부분 공진에 의한 ZVS를 실현하였으며, 일정 스위칭 주파수화 및 스위치의 스위칭 손실, 피크 전압과 전류를 저감시켰다. 그리고, 정류회로에 2개의 인덕터를 첨가하여 리플성분이 저감된 직류전압과 전류를 부하측에 안정하게 공급할 수 있었다. 또한, 넓은 출력 전압 조정에도 효율을 92[%]정도 얻을 수 있다. 이상과 같이 결과는 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 타당성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, a fuel cell with low voltage and high current output characteristics is remarkable for new generation system. It needs both a DC-DC step-up converter and DC-AC inverter to be used in fuel cell generation system. Therefor, this paper, consists of an isolated DC-DC converter to boost the fue...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 배전류 정류 방식을 이용한 새로운 연료전지 시스템용 고주파 절연형 ZVZCS PWM DC-DC 컨버터를 제안하였으며, 인버터 및 연료전지 발전시스템을 안정적이고, 효율적으로 제어하여 새로운 연료전지용 전력변환장치의 특성을 서술하였다.
  • 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 그림 7과 같이 고주파 절연형 ZVZCS PS-PWM DC-DC 컨버터를 제안하여 나타내었다. 제안한 고주파 절연형 ZVZCS PS- PWM DC-DC 컨버터는 전력용 반도체 스위치 각각에 ZVS용 무손실 커패시터를 병렬접속한 풀-브리지형으로 구성하였으며, 모든 스위치는 지연시간을 포함한 반주기동안 교차적으로 (S2-S3, S1-S4) 턴-온 한다.
  • 본 논문에서는 실제 연료전지의 VT 출력 특성을 갖는 연료전지를 시뮬레이터화 하여 실제 연료전지와 특성을 비교하였으며, 380[VDC]로 승압하기 위해 배 전류 정류방식을 이용한 새로운 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터를 제안하고자 한다. 제안한 연료전지 시스템용 DC- DC 컨버터는 기존의 절연형 풀-브리지 컨버터에 인덕터 2개를 첨가하여 변압기 2차측의 전류가 부하측에 발생되는 전류의 반으로 줄려 출력전류의 리플을 줄일 수 있는 특성을 가지며, 위상 천이 PWM 제어법으로 일정한 주파수 제어를 함으로서 영전압 스위칭을 달성하여 스위칭 손실을 감소시키고자 한다.

가설 설정

  • 그림 9는 제안한 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터의 모드 등가 회로를 나타낸 것이며, 동작 원리를 설명하기 위해 먼저 스위치 S2와 스위치 S3가 모두 온 상태로서 부하에 전력을 공급하는 모드 10 이후에서부터 다시 동작이 시작되는 것으로 가정한다. 그리고 컨버터의 제어기는 TMS320C31 을이 용하여 출력전압을 검출하여 제어하고자 하는 기준전압과 비교하고, PI제어기를 거쳐 컨버터를 구성하고 있는 스위치의 게이트 신호를 만들게 된다.
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참고문헌 (15)

  1. 최세완, '연료전지 발전시스템에서의 전력전자기술', 전력전자학회지, 제 8권, 제4호, pp. 30-35, 2003 

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  14. 장수진, 김진태, 원충연, '능동 클램프 전류형 하프 브리지 컨버터를 적용한 연료전지 발전시스템', 전력전자학회논문지, 제10권 1호, pp.78-86, 2005 

  15. 조진상, 정상민, 최세완, '연료전지자동차에서 연료이용률과 연료전지 내구성 향상을 위한 양방향 DC-DC 컨버터의 제어기법', 전력전자학회논문지, 제10권 1호, pp.428-435, 2005 

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