[논문]배터리 충, 방전 및 영전압 제어를 위한 양방향 컨버터 설계

최재혁; 권혁진; 권재현; 이준영

doi:10.6113/tkpe.2022.27.5.431

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[국내논문] 배터리 충, 방전 및 영전압 제어를 위한 양방향 컨버터 설계
Design of a Bidirectional Converter for Battery Charging, Discharging and Zero-voltage Control 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.27 no.5, 2022년, pp.431 - 437

최재혁 (Dept. of Electrical Engineering, Myongji University) , 권혁진 (Dept. of Electrical Engineering, Myongji University) , 권재현 (Dept. of Electrical Engineering, Myongji University) , 이준영 (Dept. of Electrical Engineering, Myongji University)

Abstract ▼ AI-Helper

This study proposes a converter that makes battery charging, discharging, and zero voltage control possible. The proposed topology consists of an LLC converter and a half-bridge inverter, and all power semiconductor devices are applied Si-MOSFETs. The topology is designed with an LLC switching frequency of 100 kHz, a half-bridge inverter switching frequency of 50 kHz, and a battery voltage of 5 V. The advantages of the charging/discharging operation of the 5 V battery voltage and the zero voltage control of the battery are verified. In addition, by using a two-stage topology, the battery can be charged, discharged through current control, and discharged to zero voltage. With the proposed topology, the current can be maintained even when the battery voltage drops to zero.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1. Circuit of a bidirectional converter.
그림 Fig. 2. Key waveforms of the proposed converter.
그림 Fig. 3. LLC resonant converter Mode 1.
그림 Fig. 4. LLC resonant converter Mode 2.
그림 Fig. 5. Selection of resonant capacitor and resonant inductor according to capacitor voltage.
그림 Fig. 6. Selection of resonant capacitor and resonant inductor according to capacitor voltage.
그림 Fig. 7. Half-bridge inverter Mode 1.
그림 Fig. 8. Half-bridge inverter Mode 2.
표 TABLE I PRIMARY SWITCH SPECIFICATIONS : FCPF20N60
표 TABLE II SECONDARY SWITCH SPECIFICATIONS: IAUC120N06S5N017ATMA1
그림 Fig. 9. Block diagram of current-controller.
그림 Fig. 10. Photograph of the proposed topology.
표 TABLE III HALF-BRIDGE INVERTER SWITCH SPECIFICATIONS: IAUC120N06S5N017ATMA1
그림 Fig. 11. Charging direction waveform when battery voltage = 5V : (a) LLC primary DS, LLC primary current waveform (b) LLC secondary DS, inductor current, LLC secondary current waveform
그림 Fig. 12. Discharging direction waveform when battery voltage = 5V: (a) LLC primary DS, LLC primary current waveform (b) LLC secondary DS, inductor current, LLC secondary current waveform
그림 Fig. 13 Charging direction waveform when battery voltage = 0V: (a) LLC primary DS, LLC primary current waveform (b) LLC secondary DS, inductor current, LLC secondary current waveform
그림 Fig. 14. Discharging direction waveform when battery voltage = 0V: (a) LLC primary DS, LLC primary current waveform (b) LLC secondary DS, inductor current, LLC secondary current waveform
그림 Fig. 15. Continuous bidirectional current control.
표 TABLE IV DESIGN SPECIFICATIONS OF THE PROPOSED BIDIRECTIONAL CONVERTER
그림 Fig. 16. Efficiency results by load.

참고문헌 (5)

D. T. Chung, S. Y. Chae, S. C. Hong, "New secondary battery charger/discharger available for zero voltage discharge," Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers Vol. 26, No. 11 pp. 62-74, Nov. 2012.
Q. M. Nguyen, "A novel battery charge/discharge system with zero voltage discharge function" The Korean Institute of Power Electronics, pp. 169-170, 2013.
S. H. Yu, Q. M. Nguyen, W. J. Choi, "A novel soft-switching battery charge/discharge converter with the zero voltage discharge function" in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 31, No. 7, pp. 5067-5078, Sep. 2015.
P. Y. Hak, "A study of low cost lithium-ion battery test circuit with zero voltage discharge capability" Hanyang University, Aug. 2017.
J. H. Kim, W. S. Lee, S. W. Choi, J. Y. Lee, I. O. Lee, "A new DC-DC converter topology for high-efficiency electric vehicle rapid chargers" The Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 23, No. 3, pp. 182-189, Jun. 2018.

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