문제 정의

• 본 논문에서는 EV 플랫폼을 적용한 농업용 작업차에서 다양한 전동식 농업기기(전기 예초기, 전기 방제기 등)을 구동할 수 있는 3kW급 전기식 동력 인출장치(Electric Power Take-Off：e-PTO)용 전력변환시스템을 제안한다.
• 본 논문에서는 농업용 플랫폼에 적합한 양방향 전력변환시스템의 회로 구성에 필요한 특성, 제어 기법을 제안하여 3kW급 시제품에 대한 실험을 통해 검증하였다.
• 본 논문에서는 전기식 동력인출장치용 전력변환 시스템 및 운용에 필요한 제어 알고리즘에 대해 제안하였다. 최종적으로 3kW급 시제품을 제작하여 실험을 진행하였으며, 본 논문은 농업용 전기 차량에서 전동식 작업 기기를 사용할 수 있도록 e-PTO용 전력변환시스템을 제안하였다. 배터리 충/방전이 가능한 id의 2단 구조

  제안 방법

  • 후)전력변환 시스템을">전력변환시스템을 구성하였다. 1단에서는 DAB 컨버터 토폴로지를 적용하였으며, 2단에서는 풀 브릿지 인 버터 토폴로지를 적용하였다. 높은 DC DAB 컨버터의 1차측은 Si MOSFET 2개 병렬로 사용하여, 도통 손실을 줄이도록 구성하였다. DAB 컨버터의 초기 구동시 돌입전류 방지를 위한 소프트 스타트 알고리즘 검증 실험을 진행하였다.
  • 후)방전 모드에서는">방전모드에서는 e-PTO 구동을 위한 상용 전원을 출력하는 인버터로 동작하며, 배터리 충전 모드에서는 단상 계통 전력을 사용하여 DC 버스 전압을 출력하는 정류기로 동작한다. EV 플랫폼에 적용되는 전력변환시스템은 높은 전력밀도가 요구되어, 보다 작은 리액터 및 고효율의 유니폴라 변조방식을 적용하였다. 유니폴라 방식의 2개의 후)방전 모드에서는">방전모드에서는 e-PTO 구동을 위한 상용 전원을 출력하는 인버터로 동작하며, 배터리 충전 모드에서는 단상 계통 전력을 사용하여 DC 버스 전압을 출력하는 정류기로 동작한다. EV 플랫폼에 적용되는 전력변환시스템은 높은 전력밀도가 요구되어, 보다 작은 리액터 및 고효율의 유니폴라 변조방식을 적용하였다. 유니폴라 방식의 2개의 1단에서는 DAB 컨버터 토폴로지를 적용하였으며, 2단에서는 풀 브릿지 인 버터 토폴로지를 적용하였다. 높은 DC 버스단 전압으로 인하 초기 구동시 높은 돌입전류에 의한 전력 반도체 파손 문제를 방지하기 위해 소프트 스타트 알고리즘 및 제어 알고리즘을 설계하였다. 최종적으로 제안하는 따라서, 하드웨어적 변경 없이 소프트웨어적으로 문제 해결을 위해 제어 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 초기 배터리 전력을 사용해서 DC 링크 커패시터를 충전하고, 충전 이후 후)풀브릿지">풀 브릿지 인버터로 구성하였다. 또한, 배터리와 계통 주입시 안정적인 연결을 위해서 배터리 측에는 양 방향 스위치와 계통측은 마그네틱 스위치를 각각 연결하였다.
  • 배터리 입력 전압을 사용하여 디지털 제어기, 전력반도체소자 구동 전압을 만들기 위한 보조 전원을 설계하였다.
  • 본 논문에서는 DAB 컨버터의 동작 모드를 외부 인덕터 전류에 따라서 크게 4가지 모드로 간략하게 구분하였다. 스위칭 동작에 따른 세부 후)구동 시">구동시 파형을 나타낸다. 실험 안전성을 위해서 정격 실험 조건이 아닌 입력 20V, 출력 100V 조건에서 실험 진행하였다. 실험 결과 소프트 스타트 알고리즘을 적용하였을 때 돌입 전류가 약 후)절연 전압을">절연전압을 요구해 회로가 커지게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 논문에서는 펄스트랜 스포머를 사용하여 절연형 게이트 구동회로를 구성하였다.
  • 후)알고리즘을">알고리즘을 제한한다. 제안하는 알고리즘은 그림 5와 같이 데드 타임을 서서히 증가시켜, 최종 데드타임을 고려한 50% 듀티를 발생하는 기법이다.
  • 따라서, 하드웨어적 변경 없이 소프트웨어적으로 문제 해결을 위해 제어 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 초기 배터리 전력을 사용해서 DC 링크 커패시터를 충전하고, 충전 이후 마그네틱 스위치를 턴-온하여 계통을 연결한다. DC 링크에 전압이 충분히 충전되어 있으므로, 계통 연결 시 후)동력인 출장치용">동력인출장치용 전력변환 시스템 및 운용에 필요한 제어 알고리즘에 대해 제안하였다. 최종적으로 3kW급 시제품을 제작하여 실험을 진행하였으며, 실험결과를 바탕으로 e-PTO 용 전력변환시스템의 실용성을 입증하였다.
  • 후)전력반도체">전력 반도체 파손 문제를 방지하기 위해 소프트 스타트 알고리즘 및 제어 알고리즘을 설계하였다. 최종적으로 제안하는 전력변환시스템 및 제어 기법의 타당성을 입증하기 위해 3kW 시제품을 제작하여 실험을 하였다.

    대상 데이터

    • 후)2차 측">2차측 은 높은 스위칭 속도 및 고효율 달성에 용이한 SiC MOSFET은 Cree사의 C3M0030090K를 사용하였다. DAB 컨버터 및 양방향 인버터의 디지털 제어를 위해 Texas Instrument’s 사의 TMS320F28069를 사용하였으며, RS-232를 통해서 서로 통신하도록 구성하였다.
    • 후)작업기기를">작업 기기를 사용할 수 있도록 e-PTO용 전력변환시스템을 제안하였다. 배터리 충/방전이 가능한 id의 2단 구조 전력변환시스템을 구성하였다. 1단에서는 DAB 컨버터 토폴로지를 적용하였으며, 2단에서는 풀 브릿지 인 버터 토폴로지를 적용하였다.
    • 본 논문에서는 절연형 컨버터인 DAB 컨버터 토폴로지를 사용하였다. DAB컨버터는 변압기를 이용하기 때문에 큰 제안하는 e-PTO용 전력변환시스템 및 제어 알고리즘 검증을 위해 그림 8과 같은 2단 구조를 갖는 3kW급 시제품을 구성하였다.
    • 특히, 고효율 달성을 위해 높은 스위칭 주파수 특성이 우수한 SiC MOSFET을 적용하였다.
    • 후)풀브릿지">풀 브릿지 인버터는 하드스위칭 조건에서 고효율 달성을 위해서 SiC MOSFET을 사용하였다.

  데이터처리

  • 제안하는 시스템 및 제어 알고리즘 검증을 위한 e-PTO용 전력변환시스템 실험을 진행하였다. 그림 14은 배터리를 연결한 정격사양에서

    이론/모형

    • 후)전력차단,">전력 차단, 2개의 전력반도체 소자만 높은 주파수로 구동하기 때문에 전체 스위칭 손실을 줄일 수 있는 장점을 지닌다. 따라서 본 논문에서는 유니폴라 스위칭 방식의 양방향 풀 브릿지 인버터를 사용하였다[8-10].