초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 최종 목적은 10kW급 전기자동차용 준급속 충전 장치에 능동전력필터 기능을 추가하여, 충전 기능에만 국한 되어있어 충전할 때만 사용하던 기존의 충전기보다 이용률을 향상시키고 막대한 용량의 증가로 발생할 수 있는 계통의 고조파 전류를 제거하는 것이다. 따라서 능동전력필터 토폴로지, 그에 따른 여러 가지 제어기법들과 두 가지 기능의 안정적인 모드 전환을 위한 제어 알고리즘에 대해서 분석 및 실험을 실시하였다. 이를 바탕으로 설계 및 하드웨어를 제작하여 능동전력필터 기능을 갖는 10kW급 전기자동

연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 최종 목적은 10kW급 전기자동차용 준급속 충전 장치에 능동전력필터 기능을 추가하여, 충전 기능에만 국한 되어있어 충전할 때만 사용하던 기존의 충전기보다 이용률을 향상시키고 막대한 용량의 증가로 발생할 수 있는 계통의 고조파 전류를 제거하는 것이다. 따라서 능동전력필터 토폴로지, 그에 따른 여러 가지 제어기법들과 두 가지 기능의 안정적인 모드 전환을 위한 제어 알고리즘에 대해서 분석 및 실험을 실시하였다. 이를 바탕으로 설계 및 하드웨어를 제작하여 능동전력필터 기능을 갖는 10kW급 전기자동차용 준급속 충전장치 구축 및 검증을 완료하였다.

연구결과
○ Time domain과 Frequency domain에서 고조파 추출을 위한 각각의 방식을 비교 분석
○ 일반적인 동기좌표계상에서 PI 제어기를 이용한 능동전력필터의 문제점을 분석
○ 전류 예측 기법 비교 분석
○ 충전 및 능동전력필터 기능을 공유하는 최적의 LCL 필터 설계 및 제작
○ 시뮬레이션을 통한 입력 전류의 THD는 5% 미만, Power factor는 0.9 이상 구현
○ 설계된 입력 필터, 수동 소자, 전력 반도체를 기반으로 10kW급 다기능 충전기를 위한 AC/DC PWM 컨버터 제작
○ 충전모드와 APF 모드를 결정하는 모드선택 알고리즘 개발
○ 모드선택 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 APF 모드에서 고품질의 계통 전류 및 충전 모드에서 안정적인 배터리 충전 동작 확인 및 검증
○ 10kW급의 다기능 충전기의 하드웨어 설계 및 제작
○ 제안된 고조파 제거기법을 적용하여 계통 전류의 THD를 WT-3000을 통해 평가
○ 기존 2-stage로 구성된 배터리 시뮬레이터의 단점이 개선된 Z-source를 이용한 배터리 시뮬레이터 개발

연구결과의 활용계획
본 연구는 새로운 유형의 다기능 충전기를 다루고 있으며 전기자동차가 사회적으로 이목을 받고있는 현재, 다기능 준급속 충전기는 실제 공공장소, 대형 마트 등의 주차장에 활용함으로써 전기자동차 보급에 크게 기여할 것으로 예상된다.
제안하는 다기능 충전기는 고조파 보상을 해줌으로써 전력변환장치에 의해 발생할 수 있는 전원측 고조파 문제를 해결 할 수 있음과 동시에 충전의 기능까지 포함하므로 기존의 충전기보다 이용률이 높다는 점에 의미가 있다. 현재까지도 능동전력필터를 이용한 토폴로지에 관한 연구는 많이 진행되고 있다. 따라서 본 연구는 국내에서는 아직은 미흡한 전기자동차 충전 인프라를 한 단계 발전시킬 수 있을 것으로 사료 된다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
This research project is focused on improving the utilization factor and eliminating the harmonic currents in the system compared to the conventional charger, which is only used for charging, by adding an Active Power Filter function in a 10kW quasi-fast charger for electric vehi

Purpose&contents
This research project is focused on improving the utilization factor and eliminating the harmonic currents in the system compared to the conventional charger, which is only used for charging, by adding an Active Power Filter function in a 10kW quasi-fast charger for electric vehicles. Therefore, we analyzed and experimented the active power filter topology, various control techniques and control algorithms for stable mode-switching of two functions.
Based on these backgrounds, we have manufactured the hardware and completed the construction and verification of a 10kW quasi-fast charge device for electric vehicles with active power filter function.

Result
○ Comparing and analyzing each method for harmonic extraction in time domain and frequency domain
○ Analyzing the problem of APF using PI controller on general synchronous coordinate system
○ Comparison of Current Prediction Techniques
○ Design and manufacture of optimal LCL filter sharing charge and APF function
○ By simulation, input current THD is less than 5%, power factor is 0.9 or more
○ Based on designed input filter, passive element and power semiconductor, AC/DC PWM converter is Manufactured for 10kW multifunctional charger.
○ Development of mode selection algorithm to determine charging mode and APF mode
○ Mode selection algorithm is simulated to confirm and verify the high quality grid current in APF mode and stable battery charge operation in charging mode.
○ Design and manufacture of 10kW multi-function charger hardware
○ Grid current THD is evaluated through WT-3000 by applying the proposed harmonic elimination technique.
○ Developing z-source battery simulator which improves the disadvantage of conventional 2-stage battery simulator

Expected Contribution
This study deals with a new type of multifunctional charger. It is expected that this electric charger will contribute greatly to the diffusion of electric vehicles by utilizing in public places and large market parking lots.
The proposed charger is meaningful that can solve the problem of the power supply side harmonics, that can be generated by the power converter, by harmonics compensation. And charging function is also included so it can improve the utilization factor than the conventional charger. Even today many studies on Active Power Filter topology is underway. Therefore, this study is expected to be able to develop EV charging infrastructure which is still insufficient in Korea.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 23
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 95
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 97
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 98
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 102
• 8. 참고문헌 ... 103
• 9. 연구성과 ... 104
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 116
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 116
• 12. 기타사항 ... 119
• 별첨1 : 대표연구실적 ... 120
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 133
• 끝페이지 ... 149