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LLC 공진형 컨버터를 적용한 전기자동차 고압배터리 충전기 개발
Development of Battery Charger for Electric Vehicle using the LLC Resonant Converter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.18 no.5, 2013년, pp.443 - 447  

김경만 (R&D Center EGTRONICS) ,  유종욱 (R&D Center EGTRONICS) ,  김태권 (R&D Center EGTRONICS) ,  강찬호 (R&D Center EGTRONICS) ,  전태원 (Dept. of Electrical Eng., University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with LLC resonant converter of on-board charger for electric vehicle charging. Generally, the on-board charger must have a very widely charging voltage, higher efficiency, higher power factor, lower volume and lower weight. For reducing the switching losses, voltage and current stre...

주제어

#OBC(ON-Board Charger)   #EV(Electric Vehicle)   #LLC resonant converter   #half-bridge DC/DC converter  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 단상 교류 전원으로 동작하는 3.3kW급 탑재형 충전기가 250 ～ 450V의 광범위한 전압을 출력시킬 수 있는 LLC 공진형 컨버터 제어와 실차 장착에 유리한 저부피, 저중량 특징을 가지는데 초점을 맞추어 개발을 하였다.
  • 본 논문에서는 전기자동차 구동용 배터리를 단상 전원으로 광범위한 충전전압을 얻기 위해 LLC 공진형 컨버터를 이용하여 충전기를 개발하였다. 부하 및 실차 배터리 충방전시험에서 충전전압이 250V에서 450V까지의 범위를 만족하는 것을 확인하였으며, 최대효율 94%의 성능조건과 중량 5.

가설 설정

  • 그림 3의 LLC 공진형 컨버터의 교류등가회로의 교류 등가회로의 입출력 전달함수는 다음 식과 같다. 단, 권선비 n=1이라 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
직렬공진 컨버터의 단점은? 3kW급 탑재형 충전기 개발을 위하여 LLC 공진형 컨버터(LLC resonant converter)를 적용하였다. 직렬공진 컨버터(series resonant converter)가 무부하 운전시 출력전압 제어가 힘들고 출력단 커패시터에 매우 높은 리플전류가 흐르는 점과, 병렬공진 컨버터(parallel resonant converter)가 경부하시 손실이 크게 줄지 않고 출력전압의 변동폭이 적은 단점을 가진다. LLC 공진형 컨버터는 동일 출력을 내기 위해 스위칭 주파수 변동범위가 다소 넓고, 부하 변화에 따라 공진주파수(resonant frequency)가 변화되지만, 직렬공진 및 병렬공진의 장점만을 조합하여 무부하시 출력제어가 가능하고 출력전압의 제어범위가 큰 장점을 가진다[5][6].
병렬공진 컨버터의 단점은? 3kW급 탑재형 충전기 개발을 위하여 LLC 공진형 컨버터(LLC resonant converter)를 적용하였다. 직렬공진 컨버터(series resonant converter)가 무부하 운전시 출력전압 제어가 힘들고 출력단 커패시터에 매우 높은 리플전류가 흐르는 점과, 병렬공진 컨버터(parallel resonant converter)가 경부하시 손실이 크게 줄지 않고 출력전압의 변동폭이 적은 단점을 가진다. LLC 공진형 컨버터는 동일 출력을 내기 위해 스위칭 주파수 변동범위가 다소 넓고, 부하 변화에 따라 공진주파수(resonant frequency)가 변화되지만, 직렬공진 및 병렬공진의 장점만을 조합하여 무부하시 출력제어가 가능하고 출력전압의 제어범위가 큰 장점을 가진다[5][6].
탑재형 충전기의 AC/DC 변환부와 DC/DC 변환부의 기능은 무엇인가? 그림 1은 본 논문에서 개발된 탑재형 충전기의 전체 시스템 구성도를 나타내고 있으며, 크게 AC/DC 변환부와 DC/DC 변환부로 구성되어 있다. AC/DC 변환부는 필터를 거친 단상 교류전원이 역률보상회로 (Power Factor Correction, PFC)를 통하여 거의 일정한 직류전원으로 변환되며, 이는 다시 DC/DC 변환부를 통하여 배터리를 충전시킬 수 있는 입력과 절연된 직류전원으로 변환된다.
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참고문헌 (10)

  1. M. M. Morcos, C. R. Mersman, G. G. Sugavanam, and N. G. Dillman, "Battery charger for electric vehicles," IEEE Power engineering Review, pp. 8-11, Nov. 2000. 

  2. I. A. Kahn, "DC-to-DC Converters for Electric and Hydrid Vehicle," Power Electronics in Transportation, pp. 113-122, Oct. 20-22, 1994. 

  3. Y. C. Chiang, Y. L. Ke, H. S. Chuang, and H. K. Chen, "Implementation and analysis of an improved series-loaded resonant dc-dc converter operating above resonance for battery chargers," IEEE Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference(ICPS), pp. 1-8, May 2008. 

  4. Chang-Yeol Oh, Jong-Soo Kim, and Byoung-Kuk Lee, "Design of Optimal Resonant Frequency for Series-Loaded Resonant DC-DC Converter in EVs On-Board Battery Charger Application," The Transactions of the KIPE, Vol. 17, No. 1, pp. 77-84, Feb. 2012. 

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  5. Hang-seok Choi, "Design consideration of half bridge LLC resonant converter," Journal of Power Electronics, Vol. 7, No. 1, pp. 13-20, Jan. 2007. 

    원문보기 상세보기

  6. Bong-Chul Kim, Ki-Bum Park, Chong-Eun Kim, Byoung-Hee Lee, and Gun-Woo Moon, "LLC Resonant Converter With Adaptive Link-Voltage Variation for a High-Power-Density Adapter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 25, No. 9, Sept. 2010. 

  7. Wujong Lee, Ju-Kyoung Eom, Byung-Moon Han, and Hanju Cha, "Design and Experiment of Three-phase Interleaved DC-DC Converter for 5kW Lead-Acid Battery Charger," The Transactions of the KIPE, Vol. 16, No. 3, pp. 227-233. June 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. B.L. Sheng E. Jansson A. Blomberg H-O Bjarme D. Windmar, "A New Synthetic Test Circuit For the Operational Tests of HVDC Thyristor Modules," Paper presented at IEEE PELS APEC2001 Conference on March 04-08, 2001, at Anaheim, USA. Conf. Proceedings, pp. 1242-1246, Mar. 2001. 

  9. T. Bauer, H.P. Lips, G. Thiele, T. Tylutki, M. Uder "Operatonal Tests on HVDC Thyristor Modules in a Synthetic Test Circuit for the Sylmar East Restoration Project," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 12, No. 3, Jul. 1997. 

  10. M.L. Woodhouse, T. Simanwe "A New Facility for Testing HVDC and SVC Thyristor Valves," B4-309, CIGRE 2006. 

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