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V2G EV 충전기(OBC)를 위한 개선된 고효율 양방향 공진컨버터
Improved High Efficiency Bidirectional Resonant Converter for V2G EV Charger (OBC) 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.24 no.6, 2019년, pp.438 - 444  

오재성 (Electrical & Electronics Engineering, Jeonju University) ,  김민지 (Electrical & Electronics Engineering, Jeonju University) ,  이준환 (Electrical & Electronics Engineering, Jeonju University) ,  우정원 (Electrical & Electronics Engineering, Jeonju University) ,  김은수 (Electrical & Electronics Engineering, Jeonju University) ,  원종섭 (Mechanical and Automotive Engineering, Jeonju University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, bidirectional LLC resonant DC/DC converters with the primary auxiliary windings in transformers of resonant circuits are proposed. Although the resonant capacitors are used on both the primary and secondary sides, regardless of the direction of power flow, the main feature of the prop...

주제어

#Bidirectional resonant converters   #LLC converters   #DC/DC converters   #OBC(On-Board-Charger)  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 3.3kW 정격출력용량을 갖는 제안된 양방향 DC/DC 공진컨버터를 적용 실험 검토하였다. 순방향 및 역방향 동작시 입력전압(VIN: 750VDC) 및 출력전압(Vo: 270VDC∼430VDC) 조건에서 정격출력용량(Po: 3.
  • 본 논문에서는 고정된 스위칭 주파수에서 PFC AC/DC 컨버터를 동작하고 양방향 DC/DC 공진컨버터에서 가변주파수제어를 통해 넓은 범위의 배터리 출력전압을 제어할 수 있는 새로운 V2G EV 충전기(OBC) 구현을 위한 주회로들을 제안하였고, 3.3kW 시제품을 제작, 실험하여 적용가능성을 제시하고자 한다.
  • 본 논문에서는 제안된 양방향 공진컨버터에 1차측 및 2차측 공진커패시터를 적용하더라도 상호 커플링된 공진특성을 갖지 않고 두 개의 공진회로의 변압기 권선극성(이득조절을 위해 주권선 및 보조권선 적용) 및 공진커패시터 공통연결선에 따른 동작특성에 의해 순방향 및 역방향 전력전달 동작 시 각각 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작함을 3.3kW 시제품제작 및 실험을 통해 검증하였고, 기존 양방향 CLLC 공진컨버터에 비해 많은 장점을 갖고 있으므로 향후 고효율의 V2G EV 충전기로 적용 확대 보급하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
1차측 각 공진회로의 변압기에 보조권선을 적용함으로써 갖는 이점은? 또한 순방향 전력전달 동작시처럼 역방향 전력전달 동작시에도 2차측 공진커패시터(CR1, CR2)와 1차측 공진커패시터(Cr1, Cr2)는 서로 상호커플링 되지 않고 동작되고, 2차측 공진탱크회로는 병렬연결 동작되지만, 변압기 전압극성에 의해 1차측 권선이 직렬연결 동작되므로 전류불평형 없이 동작된다. 따라서 역방향 동작시에도 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 가변주파수제어를 통해 이득을 제어할 수 있다.
PFC AC/DC 컨버터의 단점은? 언급된 두 가지 제어방식 중 제어가간단하고 전체적으로 효율개선 효과가 있는 두 번째 언급된 제어방식이 적용된 시제품들이 개발 활용되고 있다[6]. 하지만 PFC AC/DC 컨버터는 기본적으로 하드스위칭을 하고 있어 집적화를 위해 스위칭주파수를 증가시키는데 한계가 있고, 특히 역방향 동작시 링크전압(VLink: 390VDC∼680VDC)을 가변제어하면서 계통연계 동작하는 것에 어려움이 있다. 이에 대응할 새로운 양방향공진컨버터에 대한 요구가 꾸준히 증대되고 있다.
전력변환장치의 단점은 무엇인가? 이를 위해 절연형 고주파 변압기를 적용한 전압원 컨버터와 전류원 컨버터가 접목된 양방향전력수수 가능한 DC/DC 컨버터 등이 개발 적용되어 왔다[1],[2]. 하지만, 이러한 전력변환장치들은 기본적으로 하드스위칭(Hard Switching) 때문에 스위칭손실에 의한 전력변환손실이 발생하는 단점들을 갖는다. 따라서 V2G EV 충전기(OBC)를 위해 그림 1에 나타낸 바와 같이 모든 스위칭소자에서 소프트스위칭이 가능한 CLLC 공진탱크회로를 적용한 양방향 DC/DC 컨버터가 최근 연구 검토되고 있다[3]-[6].
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참고문헌 (7)

  1. F. Krismer, J. Biela, and J. W. Kolar, "A comparative evaluation of isolated bi-directional DC/DC Converters with wide input and output voltage range," in IEEE IAS 2005, pp. 599-606, 2005. 

  2. P. He and A. Khaligh, "Comprehensive analyses and comparison of 1kW isolated DC-DC converters for bidirectional EV charging systems," IEEE Transactions on Transportation Electrification, Vol. 3, No. 1, pp. 124-156, Mar. 2017. 

  3. J. Y. Lee, Y. S. Jeong, and B. M. Han, "A two-stage isolated/bidirectional DC/DC converter with current ripple reduction technique," IEEE Trans. On Industrial Electronics, Vol. 59, No. 1, Jan. 2012. 

  4. Z. Liu, B. Li, F. C. Lee, and Q. Li, "Design of CRM AC/DC converter for very high-frequency high-density WBG-based 6.6kW bidirectional on-board battery charger," in IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 1-8, 2016. 

  5. W. Chen, P. Rong, and Z. Lu, "Snubberless bidirectional DC-DC converter with new CLLC resonant tank featuring minimized switching loss," IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 57, No. 9, pp. 3075-3086, Sep. 2010. 

    상세보기 crossref

  6. J. Shao, B. Agrawal, and F. Wei, "SiC MOSFET based high-efficiency bi-directional on-board charger for EVs," in IEEE APEC 2019 Industry Presentation, Mar. 2019. 

  7. South Korea patent, "Bidirectional LLC resonant converter," Patent pending 10-2019-0011426, 29, Jan. 2019. 

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