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[국내논문] 영 전압 천이를 갖는 2상 인터리브드 양방향 DC-DC 컨버터
A Two-Phase Interleaved Bidirectional DC-DC Converter with Zero-Voltage-Transition 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.5, 2014년, pp.431 - 439  

임창순 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University) ,  구남준 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University) ,  김민섭 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University) ,  현동석 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The two-phase interleaved bidirectional DC-DC converter (TIBDC) is a very attractive solution to problems related to battery energy storage systems. However, the hard-switching TIBDC increases the switching loss and electromagnetic interference noise when the switching frequency increases. Hence, a ...

Keyword

#Bidirectional dc-dc converter   #Two-phase interleaved   #Zero-voltage-transition(ZVT)  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 영 전압 천이를 갖는 새로운 2상 인터리브드 양방향 dc-dc 컨버터(Two-phase Interleaved Bidirectional dc-dc Converter with Zero-Voltage- Transition : TIBDC-ZVT)를 제안하였다. 부스트 모드와 벅 모드 주 스위치의 전압과 전류 스트레스 증가 없이, 영 전압 스위칭을 달성하기 위해서 제안된 컨버터는 공진 셀을 기존의 2상 인터리브드 양방향 dc-dc 컨버터에 추가하였다.
  • 본 논문에서는 기존 TIBDC의 문제점을 극복하기 위해 새로운 TIBDC-ZVT를 제안하였다. 공진 셀을 이용하여 부스트와 벅 주 스위치의 소프트 스위칭을 달성하였기 때문에, 스위칭 손실 및 EMI 노이즈를 저감시킬 수 있다.

가설 설정

  • )는 매우 큰 캐패시턴스 값을 갖기 때문에, 전압 리플을 무시할 수 있다. 따라서 CL1, CH1, CH2에 걸리는 전압은 일정한 전압원(VL, VH1 VH2)으로 가정한다.
  • (H) Mode 8 [t7-t8]: t7시점에서, S3가 꺼지고 CS3가 선형적으로 충전된다. 동시에 CS1과 CS4가 선형적으로 방전된다.
  • 3) 인덕터(L1, L2)는 매우 큰 인덕턴스 값을 갖기 때문에, L1과 L2에 흐르는 전류는 일정한 전류원(I L1, IL2)으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배터리 셀은 불균형 상태에 놓이게 되었을 때 생기는 문제점은? 하지만 직렬로 연결되어진 각 배터리 셀은 서로 다른 화학적, 전기적인 특성을 가지고 있기 때문에, 반복적인 충전, 방전 과정에 의해서 배터리 셀은 불균형 상태에 놓이게 된다. 불균형 배터리 상태는 에너지 저장용량과 배터리 수명을 급격히 감소시킨다. 또한 불균형 상태가 심한 경우 화제나 폭발이 일어날 수도 있다[4-5]. 이러한 문제점들을 최소화시키기 위해서 직렬로 연결된 배터리셀은 반드시 전하 균일 장치가 필요하며, 가능한 배터리 스트링이 너무 길게 구성 되어서는 안 된다.
태양광, 풍력의 전력의 문제점들을 해결하기 위해 사용하는 시스템은? 하지만 태양광, 풍력의 전력은 본질적으로 시간, 날씨, 환경에 따라 달라지기 때문에, 충분하고 예측 가능한 전력을 얻기 어렵다[1]. 이러한 태양광, 풍력전력의 문제점들을 해결하기 위해서, 일반적으로 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)을 사용한다. ESS는 전력 품질, 안정성, 계통의 신뢰성 등을 크게 향상 시킬 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템의 장점은? ESS는 전력 품질, 안정성, 계통의 신뢰성 등을 크게 향상 시킬 수 있다. 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System : BESS)은 고에너지 밀도, 긴 수명, 낮은 초기 비용의 장점을 갖고 있어, 가장 넓게 쓰이는 ESS 중에 하나이다[2-3].
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참고문헌 (13)

  1. T. F. Wu, K. H. Sun, C. L. Kuo, and C. H. Chang, "Predictive current controlled 5-kW single-phase bidirectional inverter with wide inductance variation for dc-microgrid applications," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 25, No. 12, pp. 3076-3084, Dec. 2010. 

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  2. L. Maharjan, S. Inoue, H. Akagi, and J. Asakura, "State-of-charge-balancing control of a battery energy storage system based on a cascade PWM converter," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 24, No. 6, pp. 1628 -1636, Jun. 2009. 

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  3. J. Cao and A. Emadi, "A new battery/ ultracapacitor hybrid energy storage system for electric, hybrid, and plug-in hybrid electric vehicles," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 1, pp. 122-132, Jan. 2012. 

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  4. C. H. Kim, M. Y. Kim, H. S. Park, and G. W. Moon, "A modularized charge equalizer using a battery monitoring IC for series-connected li-ion battery strings in electric vehicles," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, No. 8, pp. 3779-3787, Aug. 2013. 

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  5. C. S. Lim, K. J. Lee, N. J. Ku, D. S. Hyun, and R. Y. Kim, "A modularized equalization method based on magnetizing energy for a series-connected lithium-ion battery string," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, No. 4, pp. 1791-1799, Apr. 2014. 

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  6. H. Li, F. Z. Peng, and J. S. Lawler, "A natural ZVS medium-power bidirectional dc-dc converter with minimum number of devices," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 39, No. 2, pp. 525-535, Mar./Apr. 2003. 

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  7. K. Wu, C. W. de Silva, and W. G. Dunford, "Stability analysis of isolated bidirectional dual active full-bridge dc- dc converter with triple phase-shift control," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 4, pp. 2007-2017, Apr. 2012. 

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  8. A. S. Samosir and A. H. M. Yatim, "Implementation of dynamic evolution control of bidirectional dc-dc converter for interfacing ultracapacitor energy storage to fuel-cell system," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 57, No. 10, pp. 3468-3473, Oct. 2010. 

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  9. K. Jin, M. Yang, X. Ruan, and M. Xu, "Three-level bidirectional converter for fuel-cell/battery hybrid power system," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 57, No. 6, pp. 1976-1986, Jun. 2010. 

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  10. F. Z. Peng, F. Zhang, and Z. Qian, "A magnetic-less dc -dc converter for dual-voltage automotive systems," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 39, No. 2, pp. 511-518, Mar./Apr. 2003. 

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  11. I. D. Kim, S. H. Paeng, J. W. Ahn, E. C. Nho, and J. S. Ko, "New bidirectional ZVS PWM sepic/zeta dc-dc converter," in Proc. IEEE ISIE, pp. 555-560, 2007. 

  12. Y. S. Lee and Y. Y. Chiu, "Zero-current-switching switched-capacitor bidirectional dc-dc converter," Proc. Inst. Elect. Eng.-Elect. Power Appl., Vol. 152, No. 6, pp. 1525-1530, Nov. 2005. 

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  13. R. J. Wai and R. Y. Duan, "High-efficiency bidirectional converter for power sources with great voltage diversity," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 22, No. 5, pp. 1986-1996, Sep. 2007. 

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