[논문]전기 자동차의 DC 배전 시스템을 위한 양방향 DC/DC 컨버터의 제어

장한솔; 이준민; 김춘택; 나재두; 김영석

doi:10.5370/kiee.2013.62.7.943

전기 자동차의 DC 배전 시스템을 위한 양방향 DC/DC 컨버터의 제어
Control of the Bidirectional DC/DC Converter for a DC Distribution Power System in Electric Vehicles 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.7, 2013년, pp.943 - 949

장한솔 (인하대학교 전기공학과) , 이준민 (인하대학교 대학원 전기공학과) , 김춘택 (인하대학교 대학원 전기공학과) , 나재두 (인하공업전문대학 전기정보과) , 김영석 (인하대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, an electric vehicle (EV) has been become a huge issue in the automotive industry. The EV has many electrical units: electric motors, batteries, converters, etc. The DC distribution power system (DPS) is essential for the EV. The DC DPS offers many advantages. However, multiple loads in the DC DPS may affect the severe instability on the DC bus voltage. Therefore, a voltage bus conditioner (VBC) may use the DC DPS. The VBC is used to mitigate the voltage transient on the bus. Thus, a suitable control technique should be selected for the VBC. In this research, Current controller with fixed switching frequency is designed and applied for the VBC. The DC DPS consist of both a resistor load and a boost converter load. The load variations cause the instability of the DC DPS. This instability is mitigated by the VBC. The simulation results by Matlab simulink and experimental results are presented for validating the proposed VBC and designed control technique.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 병렬 부하를 가지는 DC 배전 시스템의 안정화를 위해 전압형 VBC를 사용하고 그 제어를 위해 고정 스위칭 주파수를 갖는 전류 제어기를 설계, 제어법의 이론적인 증명과 함께 모의실험 및 실험을 통하여 그 타당성을 입증한다.
본 논문은 DC 배전 시스템에서 병렬 펄스 파워부하와 입력 필터와의 상호작용으로 인해 발생하는 DC 버스의 불안정성을 양방향 DC/DC 컨버터인 VBC를 이용하여 DC 버스의 제어성에 대한 타당성 및 실효성을 모의실험 및 실험으로 입증하였다. 모의실험 및 실험결과 제안된 시스템과 제어 기법은 부하 변동에 의한 버스전압의 과도 상태를 적절히 안정시킴과 동시에 스토리지 커패시터의 전압 역시 일정하게 유지함을 볼 수 있다.
위 그림을 보면 전류 지령 값을 중심으로 일정한 크기를 갖는 톱니파를 위치시키고 피드백 전류와 비교하여 스위치의 게이트 신호를 만들어 내는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 이 제어 기법을 응용하여 Voltage Bus Conditioner(VBC)의 고정 주파수를 갖는 전류제어기를 설계한다.

가설 설정

제안되어지는 컨버터의 장점은 기존의 능동공진 댐퍼로 사용되어지는 컨버터의 경우 1[mF]를 사용한 반면 제안한 컨버터의 경우 거의 1/10인 100[uF]의 용량이 사용되어졌다[12,13]. 이 경우 스토리지 커패시터의 충전전압은 500[V], 펄스파워부하는 최대 10[J]로 가정하였으며 이것은 스토리지 커패시터의 최소 저장 에너지양을 의미한다.

제안 방법

여기서 DC 버스 전압의 제어에 필요한 요소는 AC 성분이다. DC 버스 전압에서 AC 성분을 추정하기 위하여 본 연구에서는 고역 통과 필터를 사용하였다. DC 버스 전압이 공진할 때의 AC 성분을 살펴보면, 약 1.
은 스위치의 온/오프에 따라 양 또는 음의 값을 갖게 되어 영점의 위치는 변하게 되는데, 이것은 시스템의 응답속도 및 시스템의 특성에 상당한 영향을 주게 된다. 그러므로 컨버터를 제어할 적절한 제어기가 필요하며 본 논문에서는 고정주파수를 갖는 전류 제어기를 채택하여 설계 하였다.
에너지 저장장치를 갖는 양방향 DC/DC 컨버터인 Voltage bus conditioner(VBC)는 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 사용하여 DC 버스의 불안정성을 감소시킨다. 본 연구에서는 DC 배전 시스템의 안정화를 위해 기존의 대용량 전해 커패시터 용량의 1/10배의 커패시터를 사용하는 전압형 VBC를 사용하였다[21-23].
제안된 능동공진댐퍼 시스템은 Matlab Simulink를 사용하여 모의실험을 진행하였으며 또한 TI사의 TMS320F2812DSP 보드를 사용하여 실험을 통해 타당성을 입증하였다. 컨버터의 스위칭 주파수는 20[kHz]이며 펄스 파워부하들을 90[Hz], 0.5 듀티로 동시에 온/오프 그리고 교대로 온/오프 하여 부하변동을 주고 버스전압, 부하전류, 저장장치의 전압을 관찰하였다. 펄스 파워 부하들은 저항부하를 전력용 반도체 소자인 MOSFET를 이용하여 온/오프 하였으며 컨버터 부하는 부스트 컨버터를 이용하였다.
5 듀티로 동시에 온/오프 그리고 교대로 온/오프 하여 부하변동을 주고 버스전압, 부하전류, 저장장치의 전압을 관찰하였다. 펄스 파워 부하들은 저항부하를 전력용 반도체 소자인 MOSFET를 이용하여 온/오프 하였으며 컨버터 부하는 부스트 컨버터를 이용하였다. 부스트컨버터의 출력은 350[V]로 설정하였으며 MOSFET를 이용하여 스위칭 하였다.

성능/효과

모의실험 및 실험결과 제안된 시스템과 제어 기법은 부하 변동에 의한 버스전압의 과도 상태를 적절히 안정시킴과 동시에 스토리지 커패시터의 전압 역시 일정하게 유지함을 볼 수 있다. 그러므로 제안된 시스템은 DC 배전 시스템의 전력품질 및 안정화의 향상에 많은 기여를 할 수 있다.
본 논문은 DC 배전 시스템에서 병렬 펄스 파워부하와 입력 필터와의 상호작용으로 인해 발생하는 DC 버스의 불안정성을 양방향 DC/DC 컨버터인 VBC를 이용하여 DC 버스의 제어성에 대한 타당성 및 실효성을 모의실험 및 실험으로 입증하였다. 모의실험 및 실험결과 제안된 시스템과 제어 기법은 부하 변동에 의한 버스전압의 과도 상태를 적절히 안정시킴과 동시에 스토리지 커패시터의 전압 역시 일정하게 유지함을 볼 수 있다. 그러므로 제안된 시스템은 DC 배전 시스템의 전력품질 및 안정화의 향상에 많은 기여를 할 수 있다.
제안된 고정 스위칭 주파수를 갖는 전류 제어 기법은 스위칭 주파수가 가변되는 뱅-뱅 히스테리시스 제어법과는 달리 일정한 스위칭 주파수를 가지고 있으므로 시스템의 안정성이 향상 된다고 볼 수 있다.
모의실험 및 실험에 사용된 파라미터는 표 1에 나타나 있다. 제안된 능동공진댐퍼 시스템은 Matlab Simulink를 사용하여 모의실험을 진행하였으며 또한 TI사의 TMS320F2812DSP 보드를 사용하여 실험을 통해 타당성을 입증하였다. 컨버터의 스위칭 주파수는 20[kHz]이며 펄스 파워부하들을 90[Hz], 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	환경 자동차의 연구 개발 및 생산의 필요성이 대두되는 이유는?	화석 연료의 고갈로 인한 에너지 고갈에 따른 문제와, 이산화탄소 증가에 따른 환경적인 문제로 인해 친환경 자동차의 연구 개발 및 생산의 필요성이 대두 되고 있으며, 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle: HEV), 연료 전지 자동차(Fuel Cell Vehicle: FCV)와 같은 친환경 자동차에 관한 관심과 연구가 증가하고 있다. 이는 비단 자동차뿐만 아니라 항공 우주 시스템, 선박, 잠수함 등의 운송수단도 마찬가지이다[1-3].
	배전 시스템의 불안정을 초래하는 문제를 해결하기 위해서는?	이러한 문제점을 해결하기 위해서 적절한 보상장치가 필요로 되어진다[18-20]. 에너지 저장장치를 갖는 양방향 DC/DC 컨버터인 Voltage bus conditioner(VBC)는 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 사용하여 DC 버스의 불안정성을 감소시킨다. 본 연구에서는 DC 배전 시스템의 안정화를 위해 기존의 대용량 전해 커패시터 용량의 1/10배의 커패시터를 사용하는 전압형 VBC를 사용하였다[21-23].
	친환경 자동차의 종류는?	화석 연료의 고갈로 인한 에너지 고갈에 따른 문제와, 이산화탄소 증가에 따른 환경적인 문제로 인해 친환경 자동차의 연구 개발 및 생산의 필요성이 대두 되고 있으며, 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle: HEV), 연료 전지 자동차(Fuel Cell Vehicle: FCV)와 같은 친환경 자동차에 관한 관심과 연구가 증가하고 있다. 이는 비단 자동차뿐만 아니라 항공 우주 시스템, 선박, 잠수함 등의 운송수단도 마찬가지이다[1-3].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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