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입·출력 전압 변동을 고려한 3상 인터리브드 양방향 DC-DC컨버터의 전류리플 저감 기법
Current Ripple Reduction Method of 3-phase Interleaved Bidirectional DC-DC Converter with the Consideration of Input and Output Voltage Variation 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.5, 2016년, pp.427 - 433  

선다운 (Dept. of Electrical Eng., Pukyong National University) ,  정재헌 (Dept. of Electrical Eng., Pukyong National University) ,  노의철 (Dept. of Electrical Eng., Pukyong National University) ,  정규범 (Dept. of Energy Eng., Woosuk University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new method for the current ripple reduction of a three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter. Usually, the three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter is used for battery charging and discharging to reduce battery current ripple. In V2G application, a PWM AC...

주제어

#3-phase interleaved bidirectional DC-DC converter   #V2G(Vehicle to Grid)   #Minimize the battery ripple current  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 그림 1과 같은 시스템에서 가변하는 VB 에 대해 DC링크 전압 VDC 의 크기도 변화시킴으로써 배터리측전류 리플을 저감하는 기법을 제안하고자 한다.
  • 본 논문에서는 배터리 충·방전용 3상 인터리브드 양방향 DC-DC 컨버터에서 배터리 충·방전 전류의 리플 성분을 최소화하기 위하여 입력단 DC링크 전압과 출력단인 배터리 전압을 동시에 고려한 새로운 기법을 제안하였다.
  • 충전과 방전 모드 동작은 듀티를 제어하는 스위치만 다르고 원리가 동일하기 때문에 본 논문에서는 방전 동작만을 설명하고자 한다. 그림 3은 양방향 DC-DC 컨버터에서 a상의 동작 모드별 전류 흐름도이고, 그림 4는 스위칭 신호 및 인덕터 전류, 스위치 전압 파형을 나타낸 것이다.

가설 설정

  • LC 직렬공진 주기는 스위칭 주기와 비교하여 무시할 수 있을 정도로 짧으므로 계산에서 고려하지 않았다. 또한 배터리의 시정수는 매우 크기 때문에 스위칭한 주기에서 배터리 전압이 일정하다고 가정하였다. 3상 인터리브드 컨버터 동작 시 한 상은 전체 전력의 1/3 만큼 부담하므로 방전 전력 PD는 식 (8)과 같이 나타낼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부하에 따라 주파수와 듀티를 제어하여 입출력 전력을 어떻게 제어하는가? 부하에 따라 주파수와 듀티를 제어하여 입·출력 전력을 제어하는 방법을 사용하였다. 부하의 크기가 작아질 수록 스위칭 주파수가 증가하게 되는데, 이때 최대 스위칭 주파수는 스위치와 게이트 드라이버의 동작 주파수를 고려하여 20 [kHz]로 제한하였다. 최대 스위칭 주파 수에서 입·출력 전력의 최소값이 제한되므로 이 최소값 보다 작은 전력의 구간에서는 DCM (Discontinuous Current Mode)으로 동작시킨다.
전기자동차와 계통을 연계하는 V2G의 장점은? 전기자동차와 계통을 연계하는 V2G (Vehicle to Grid) 는 전력공급설비를 줄일 수 있으며 전력전송의 손실을 줄여 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점이 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. V2G의 핵심 기술은 PWM 컨버터와 양방향 DC-DC 컨버터 같은 전력 변환 장치인데 전기자동차에 응용하기 위해서 높은 효율과 출력 밀도를 갖는 시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다 [1]-[3] .
인터리브드 방식이란? 이와 함께 전기자동차 생산원가의 가장 큰비중 (40 ∼ 50 [%])을 차지하는 배터리는 충·방전 전류에 교류 성분의 리플이 포함되면 동일한 충·방전 사이클 사용 시 배터리의 용량이 빠르게 감소하고, 배터리 충·방전 시 배터리의 자체 온도가 상승하여 에너지 변환 효율이 낮아진다 [4],[5] . 인터리브드 방식은 동일한 스위칭 주파수에서 단상으로 동작하는 시스템과 비교하여 전류 리플이 작고 출력 밀도와 효율이 높은 토폴로지이다. 이러한 인터리브드 방식의 양방향 DC-DC 컨버터에 대해서 컨버터의 입·출력 전압이 일정하거나 또는 배터리를 이용한 에너지 저장장치 응용과 같이 한쪽 전압만 변동 하는 경우에 대한 연구가 주로 수행되었다 [3],[6] .
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참고문헌 (6)

  1. J. Zhang, J. S. Lai, R. Y. Kim, and W. Yu, "High-power density design of a soft-switching high-power bidirectional DC-DC converter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 22, No. 4, pp. 1145-1153, Jul. 2007. 

  2. J. B. Baek, W. I. Choi, and B. H. Cho, "Digital adaptive frequency modulation for bidirectional DC-DC converter," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 60, No. 11, pp. 5167-5176, Nov. 2013. 

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  3. J. H. Jung, B. G. Seo, C. K. Keun, E. C. Nho, I. D. Kim, H. G. Kim, and T. W. Chun, "New soft-switching method of 3-phase interleaved bidirectional DC-DC converter for battery charging and discharging," The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 19, No. 4, pp. 383-390, Aug. 2014. 

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  4. A. Jossen, "Fundamentals of battery dynamics," Jounal of Power Source, Vol. 154, No. 2, pp. 530-538, Mar. 2006. 

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  5. K. Uddin, A. D. Moore, A. Barai, and J. Marco, "The effects of high frequency current ripple on electric. vehicle battery performance," Jounal of Applied Energy, Vol. 178, pp. 142-154, Sep. 2016. 

    상세보기 crossref

  6. J. H. Jung, B. G. Seo, D. U. Sun, and E. C. Nho, "Switching method of 3-phase interleaved bidirectional DC-DC converter to achieve high efficiency in wide load range," The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 64, No. 9, pp. 1306-1314, Sep. 2015. 

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