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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 원충연
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수32
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최근 전기자동차와 에너지저장시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 여기에 사용되는 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 배터리에 대한 연구개발이 활발해짐과 동시에 배터리의 충방전 및 특성을 확인할 수 있는 배터리팩 충방전기에 대한 개발 역시 증가하고 있다.
ESS와 친환경 자동차에 사용되는 배터리는 종류, 적용 분야, 회사 등에 따라 모두 다르다. 이렇게 다양한 배터리들은 모두 다른 정격을 갖고 있으며, 이를 통합적으로 충방전 및 시험을 할 수 있는 장치가 필요하다. 다양한 정격을 가진 배터리팩을 통합적으로 대응하기 위해서는 대전류/고전압 정격을 갖는 충방전기가 필요하지만, 높은 정격의 단위 모듈 충방전기를 사용할 시에는 소자의 정격, 내결함성, 성능, 시스템 효율 등과 같은 문제점이 있다. 따라서 단위 모듈의 충방전기 여러 SET를 직렬 또는 병렬 운전하여 고전압과 대전류에 대응할 수 있는 모듈러 타입의 충방전기가 필요하다.
본 논문에서는 이러한 모듈러 타입이 가능한 전력변환 시스템의 토폴로지를 선정하여 구성하였으며, 이를 바탕으로 단위 모듈의 배터리팩 충방전기를 설계 및 제작하여 안정적인 동작이 이루어지는지 확인을 하였다. 이를 토대로 단위 모듈 여러 SET를 직렬, 병렬 운전을 하여 고전압/대전류에 대응할 수 있도록 하였다. 병렬 운전의 경우 부하 분담 제어를 위해 CAN 통신을 이용한 마스터-슬레이브 제어를 적용하였으며, 이를 통해 각 모듈의 출력 전류를 균등하게 분배하였다. 직렬 운전 역시 마스터-슬레이브 제어를 사용하였으며, 슬레이브 모듈들은 마스터 모듈의 위상 지령의 10% 내에서 전압 밸런싱 제어기를 이용해 출력 전압을 동일한 크기로 제어하도록 하였다. 본 논문에서 10kW 단위 모듈의 파워 스택을 제작하여 단위 모듈의 안정적인 동작을 확인하였으며, 3대의 모듈을 추가 제작하여 직병렬 운전을 수행하였다.
ESS와 친환경 자동차에 사용되는 배터리는 종류, 적용 분야, 회사 등에 따라 모두 다르다. 이렇게 다양한 배터리들은 모두 다른 정격을 갖고 있으며, 이를 통합적으로 충방전 및 시험을 할 수 있는 장치가 필요하다. 다양한 정격을 가진 배터리팩을 통합적으로 대응하기 위해서는 대전류/고전압 정격을 갖는 충방전기가 필요하지만, 높은 정격의 단위 모듈 충방전기를 사용할 시에는 소자의 정격, 내결함성, 성능, 시스템 효율 등과 같은 문제점이 있다. 따라서 단위 모듈의 충방전기 여러 SET를 직렬 또는 병렬 운전하여 고전압과 대전류에 대응할 수 있는 모듈러 타입의 충방전기가 필요하다.
본 논문에서는 이러한 모듈러 타입이 가능한 전력변환 시스템의 토폴로지를 선정하여 구성하였으며, 이를 바탕으로 단위 모듈의 배터리팩 충방전기를 설계 및 제작하여 안정적인 동작이 이루어지는지 확인을 하였다. 이를 토대로 단위 모듈 여러 SET를 직렬, 병렬 운전을 하여 고전압/대전류에 대응할 수 있도록 하였다. 병렬 운전의 경우 부하 분담 제어를 위해 CAN 통신을 이용한 마스터-슬레이브 제어를 적용하였으며, 이를 통해 각 모듈의 출력 전류를 균등하게 분배하였다. 직렬 운전 역시 마스터-슬레이브 제어를 사용하였으며, 슬레이브 모듈들은 마스터 모듈의 위상 지령의 10% 내에서 전압 밸런싱 제어기를 이용해 출력 전압을 동일한 크기로 제어하도록 하였다. 본 논문에서 10kW 단위 모듈의 파워 스택을 제작하여 단위 모듈의 안정적인 동작을 확인하였으며, 3대의 모듈을 추가 제작하여 직병렬 운전을 수행하였다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 논문의 구성 5제2장 배터리 팩 충방전기 구성 62.1 3 상 AC-DC PWM 컨버터 72.1.1 정상분 전압 및 위상검출기 142.1.2 AC-DC PWM 컨버터의 전압제어기 172.1.3 AC-DC PWM 컨버터의 전류제어기 202.2 3 상 양방향 DC-DC 컨버터 232.3 3 상 양방향 DC-DC 컨버터의 충방전 모드 292.3.1 3 상 양방향 DC-DC 컨버터의 충전 모드 302.3.2 3 상 양방향 DC-DC 컨버터의 방전 모드 34제3장 직병렬 운전 383.1 병렬 운전 403.2 직렬 운전 45제 4 장 배터리 팩 충방전기 시뮬레이션 494.1 배터리팩 충방전기 단위 모듈 시뮬레이션 504.2 직렬 및 병렬 운전 시뮬레이션 57제 5 장 하드웨어 구성 및 실험 615.1 10kW 배터리 팩 충방전기 실험 세트 615.2 직렬 및 병렬 운전을 위한 실험 환경 645.3 10kW 급 배터리 팩 충방전기 실험 결과 67제 6 장 결론 76참고 문헌 77
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