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하이브리드 차량 양방향 컨버터의 효율 분석
Accurate Efficiency analysis of a Bi-directional converter for Hybrid Electrical Vehicles 원문보기

전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집, 2009 Nov. 27, 2009년, pp.158 - 160  

이국선 (광운대학교 제어계측공학과) ,  최익 (광운대학교 제어계측공학과) ,  최주엽 (광운대학교 전기공학과) ,  송승호 (광운대학교 전기공학과) ,  이상준 (현대 MOBIS) ,  이현동 (현대 MOBIS) ,  권태석 (현대 MOBIS)

초록
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HEV(Hybrid Electrical Vehicle)의 배터리와 전동기/발전기용 인버터 사이에 장착되는 양방향 컨버터는 boost/buck 동작을 수행함으로써 차량이 효율적으로 동작되도록 한다. 대표적인 단상(single-phase)의 Half bridge topology를 기준으로 효율을 분석 하였으며 효율 개선을 위하여 다상(multi-phase) 인터리빙, 소프트 스위칭 기술 등이 사용되고 있으나 여기서는 하드 스위칭 상태만 다룬다. Ideal한 컨버터의 경우 단순히 Duty비와 동작 영역에 따라서 출력 상태가 결정 되며 입력전력과 출력전력은 동일하다. 그러나 손실이 있는 경우 입/출력 전력은 동일하지 않게 되고, Duty 역시 변화 한다. 따라서 각 손실 파라미터를 Ideal한 Duty로 가정하고 구할 경우 오차가 발생한다. 또한, 스위칭 소자의 on/off시 발생하는 스위칭 손실은 실험 측정값과 계산값의 차이가 크기 때문에 이 역시 오차의 원인이 된다. 본 논문에서는 각 손실 파라미터와 입/출력 전력을 Duty에 대한 다항식으로 표현 하였다. 고차 다항식의 근을 수치 해석적으로 구하여 손실을 고려한 Duty비를 찾아 낼 수 있다. 스위칭 손실의 경우 데이터 시트에 주어진 손실 그래프를 테스트 영역까지 1차 근사하여 사용함으로써 정확한 효율 측정이 가능하도록 하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 동작 영역(CCM/DCM)과 컨버터의 종류(buck/boost)에 상관없이 모두 적용 가능한 통합 손실 모델을 제시하고, 이를 이용하여 각각의 효율을 분석한다.

가설 설정

  • 또한, 본 분석 방식은 출력단 리플이 적다고 가정 하였다. (Assumption3) 이는 잘 설계된 dc-dc 컨버터가 충족해야 할 조건이므로 역시 타당 하다.
  • 스위칭 손실은 Vcc에 비례한다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인덕터에서 손실이 발생하는 이유는? 인덕터의 내부 기생 저항으로 인해서 손실이 발생한다. 따라서 인덕터의 손실은 아래와 같다.
buck/boost 동작의 동작 영역은 어떻게 구분되는가? 또한, buck/boost 동작은 DCM(Discontinuous Conduction Mode)과 CCM(Continuous Conduction Mode)으로 동작 영역이 구분된다. 따라서 양방향 컨버터의 효율 분석은 총 4가지 경우에 대하여 해석이 요구 된다.
HEV 전기 동력 시스템에서 배터리와 출력단(DC-link) 사이에 고승압/고효율의 양방향 컨버터를 장착하는 구조의 장점은 무엇인가? 그 결과 다양한 HEV 전기 동력 시스템이 개발 되었으며 배터리와 출력단(DC-link) 사이에 고승압/고효율의 양방향 컨버터를 장착하는 구조가 많이 쓰이고 있다.[1] 컨버터로 DC-link전압을 상승시킴으로써 높은 정격전압의 모터가 사용 가능해 질 뿐 아니라 손실 전력을 줄이는 이점이 있다.[2]
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