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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박성민
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
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전기자동차 시장의 성장으로 가격경쟁력을 갖춘 고수명 전기자동차 온-보드 충전기에 대한 연구가 대두되고 있다. 전기자동차의 온-보드 충전기는 전기자동차 내부의 배터리를 충전시키기 위하여 단상 AC 전력을 DC 전력으로 변환 시키는 AC/DC 컨버터를 포함하고 있다. 이러한 단상 AC/DC 컨버터의 사용은 저주파 리플 전력을 발생시킨다. 저주파 리플 전력은 시스템 성능을 저하시키는 요인으로 DC 링크에 용량이 큰 전해커패시터를 이용하여 처리한다. 하지만 전해커패시터는 크기와 수명은 시스템의 수명과 전력밀도에 큰 영향을 끼친다.
최근 능동 전력 디커플링(Active Power Decoupling: APD) 회로를 긴 수명을 갖는 고전력밀도 컨버터에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. APD 회로는 적은 커패시턴스를 이용하여 저주파 리플 전력을 처리할 수 있다. 따라서 용량이 큰 전해커패시터를 비교적 긴 수명을 갖는 필름 커패시터로 대체할 수 있다. 이러한 APD 회로는 효과적으로 저주파 리플 전력을 처리할 수 있지만 전력 반도체, 인덕터 등 추가 부품을 요구한다. 이러한 추가 부품은 시스템의 가격을 상승시키고 전력밀도 향상에 효과적이지 않다.
본 논문에서는 전기자동차 온-보드 충전기에 적용하기 위한 병렬형 APD 회로와 외란에 강한 제어 방법을 제안한다. 제안하는 병렬형 APD 회로는 배터리 충전 시에 사용되지 않는 구동 시스템의 인버터 시스템과 모터를 이용하여 APD 회로를 구성하기 때문에 추가 부품 수를 최소화 할 수 있어 가격경쟁력과 전력밀도를 향상 시킬 수 있다. 또한 기존의 외란에 약한 APD 회로의 제어기를 보완하기 위해 DC 링크 전압의 2차 성분을 피드백 받아 제어하는 전압제어기를 추가한 가상 d-q 전류제어기 기반의 제어 전략을 제안하고 병렬형 APD 회로의 인덕터 전류 리플을 저감하기 위하여 인터리브 PWM 방식을 사용한다. 제안하는 병렬형 APD 회로와 제어기의 성능을 검증하기 위하여 MATLAB/Simulink 시뮬레이션과 HILS(Hardware In the Loop Simulation)기술을 이용한 실험을 진행하였다.
최근 능동 전력 디커플링(Active Power Decoupling: APD) 회로를 긴 수명을 갖는 고전력밀도 컨버터에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. APD 회로는 적은 커패시턴스를 이용하여 저주파 리플 전력을 처리할 수 있다. 따라서 용량이 큰 전해커패시터를 비교적 긴 수명을 갖는 필름 커패시터로 대체할 수 있다. 이러한 APD 회로는 효과적으로 저주파 리플 전력을 처리할 수 있지만 전력 반도체, 인덕터 등 추가 부품을 요구한다. 이러한 추가 부품은 시스템의 가격을 상승시키고 전력밀도 향상에 효과적이지 않다.
본 논문에서는 전기자동차 온-보드 충전기에 적용하기 위한 병렬형 APD 회로와 외란에 강한 제어 방법을 제안한다. 제안하는 병렬형 APD 회로는 배터리 충전 시에 사용되지 않는 구동 시스템의 인버터 시스템과 모터를 이용하여 APD 회로를 구성하기 때문에 추가 부품 수를 최소화 할 수 있어 가격경쟁력과 전력밀도를 향상 시킬 수 있다. 또한 기존의 외란에 약한 APD 회로의 제어기를 보완하기 위해 DC 링크 전압의 2차 성분을 피드백 받아 제어하는 전압제어기를 추가한 가상 d-q 전류제어기 기반의 제어 전략을 제안하고 병렬형 APD 회로의 인덕터 전류 리플을 저감하기 위하여 인터리브 PWM 방식을 사용한다. 제안하는 병렬형 APD 회로와 제어기의 성능을 검증하기 위하여 MATLAB/Simulink 시뮬레이션과 HILS(Hardware In the Loop Simulation)기술을 이용한 실험을 진행하였다.
목차
제 목 차 례국 문 요 약 1목 차 2제 목 차 례 2논 문 차 례 2표 차 례 4그 림 차 례 5논 문 차 례제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 최근 동향 11.2 연구의 필요성 21.3 논문의 내용 및 구성 3제 2 장 수동 전력 디커플링 방법 42.1 수동 디커플링 방법이 적용된 단상 AC/DC컨버터 42.1.1 리플 전력 계산 42.1.2 수동 디커플링 회로 커패시터 용량 선정 7제 3 장 커패시터-분할 타입 능동 전력 디커플링 방법 103.1 커패시터-분할 타입 APD 회로 분석 및 요구 커패시턴스 계산 103.2 전기자동차 온-보드 충전기 시스템을 위한 커패시터-분할 타입 APD 회로 143.3 결론 16제 4 장 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 제어 전략 174.1 기존 제어 전략 174.2 외란에 강한 가상 d-q 전류제어기 기반의 제어 전략 204.2.1 제안하는 전압 제어기 204.2.2 가상 d-q 전류제어기 214.2.3 가상 d-q 전류제어기 설계 224.2.4 인터리브 PWM 방식 274.3 MATLAB 시뮬레이션 결과 294.4 결 론 35제 5 장 실험 결과 365.1 HILS 및 RCP 기술을 적용한 실험 365.1.1 Hardware In the Loop Simulation 365.1.2 Rapid Control Prototyping 365.1.3 실험 환경 구성 및 파라미터 375.2 실험 결과 38제 6 장 결 론 42참고문헌 43Abstract 47
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