• 전력전자학회논문지
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• 제27권1호
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• pp.26-32
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• 2022

This paper proposes a power system that includes a 120k W fuel cell DC-DC converter (FDC) and 30 kW bidirectional DC-DC converter (BHDC) for a 150 kW fuel-cell vehicle. With a high DC link voltage of 800 V, the efficiency and power density of the power electronic components are improved. Through the modular design of FDC and BHDC, electric components are shared, resulting in reduced mass production costs. The switching frequency of 30 kHz of full SiC devices and optimal design of coupled inductor reduce the volume, achieving a power density of 8.3 kW/L. Furthermore, a synergetic operation strategy using variable limiter control of FDC and BHDC was proposed to efficiently operate the fuel cell vehicle considering the fuel cell stack efficiency according to the load. Finally, the performance of the prototype was verified by Highway Fuel Economy Driving Schedule testing, EMI test, and the linked operation between FDC and BHDC. The full load efficiencies of the FDC and BHDC prototypes are 98.47% and 98.74%, respectively.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.158-160
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• 2009

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.

• 전력전자학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.175-181
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• 2015

In this study, a lithium polymer battery (LiPB) is simply expressed by a primary RC equivalent model. The PI state observer is designed in Matlab/Simulink. The non-linear relationship with the OCV-SOC is represented to be linearized with 0.1 pu intervals by using battery parameters obtained by constant-current pulse discharge. A state equation is configured based on battery parameters. The state equation, which applied Peukert's law, can estimate SOC more accurately. SOC estimation capability was analyzed by utilizing reduced Federal Test Procedure (FTP-72) current profile and using a bi-directional DC-DC converter at temperature ($25^{\circ}C$). The PI state observer, which is designed in this study, indicated a SOC estimation error rate of ${\pm}2%$ in any of the initial SOC states. The PI state observer confirms a strong SOC estimation performance despite disturbances, such as modeling errors and noise.

• 전력전자학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.481-487
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• 2009

슈퍼커패시터를 이용하여 철도 차량의 가 감속 시에 발생하는 DC 가선전압의 변동을 안정화하는 방법을 제안하였다. 이를 위해서 슈퍼커패시터를 서로 다른 3개의 시정수를 가지는 전압가변 정전용량을 가지는 RC회로로 가정하고 실험적인 방법으로 파라미터 값을 결정하여 전기적인 모델링을 수행하였다. 슈퍼커패시터를 이용한 에너지 저장장치를 구성하여 시뮬레이션 및 실험을 통하여 제안된 모델을 검증하고 제어기를 설계하였다. 그리고, 경산 시험선에서 실증시험을 수행하고 경제성을 평가하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.6-8
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• 2010

HEV(Hybrid Electrical Vehicle)의 배터리와 전동기/발전기용 인버터 사이에 전력의 흐름에 따라 바뀌어 동작하는 양방향 컨버터가 장착된다. 이 컨버터는 낮은 배터리의 전압을 승압해 DC-Link 전압을 높혀줌으로써 전동기의 전류용량을 낮춰 줄 수 있으며 그에 따른 전동기의 부피를 감소시키고 손실을 줄이는 역할을 한다. 본 논문에서는 HEV에서 사용되는 양방향 컨버터의 모드 절환을 포함한 디지털 제어 방법을 소개하고, 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제13권1호
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• pp.226-239
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• 2018

In this paper, design and control method ZVT Interleaved Bidirectional LDC(IB-LDC) for mild-hybrid electric vehicle is proposed. The IB-LDC is composed of interleaved buck and boost converters employing an auxiliary inductor and auxiliary capacitors to achieve zero-voltage-transition. Operating principle of IB-LDC according to operation mode is introduced and mathematically analyzed in buck and boost mode. Moreover, PFM and phase control are proposed to reduce circulating current for low power range. Passive components design such as main inductor, auxiliary inductor and capacitors is suggested, considering ZVT condition and maximizing efficiency. Furthermore, a 600W prototype of ZVT IB-LDC for MHEVs is built and tested to verify validity.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2014년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.25-26
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• 2014

배터리를 사용하는 하이브리드 시스템의 확장으로 인하여 2차 전지를 활용할 수 있는 양방향 컨버터의 사용이 증가하고 이에 대한 연구의 필요성 또한 증가하고 있다. 기존 비절연형 단방향 컨버터는 인덕터의 전류와 부하단 캐패시터의 전압을 변수로 지정하고 고정 전원과 고정부하를 대입하여 모델링에 적용했지만, 실제 사용되는 양방향 컨버터의 동작과는 차이가 있다. 또한 이상적인 전원과는 달리 배터리의 단자전압은 SOC 및 충방전 상태에 따라 전압 변동이 일어나고 컨버터의 스위칭 동작에 의해 전압 리플이 발생하기 때문에 제어기를 설계하기 위해서는 이를 반영하여 해석하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 비절연형 양방향 컨버터의 양쪽에 부착된 캐패시터가 모두 변수로 적용된 전달함수와 이를 이용하여 설계된 제어기를 제안한다. 컨버터 모델링에 State-Space Averaging 방법을 사용하여 양방향 컨버터의 소신호 분석을 하였고, 충전 모드와 방전 모드 일때 전달함수를 각각 구하였다. 앞서 구한 전달함수를 이용하여 pole/zero 분석을 통해 PI 제어기 설계를 하였고, 주파수 분석을 통해 안정성을 확인하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.201-202
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• 2012

This paper presents a simple and cost-effective stand-alone rapid battery charging system of 30kW for electric vehicles. The proposed system mainly consists of active front-end rectifier of neutral point clamped 3-level type and non-isolated bi-directional dc-dc converter of multi-phase interleaved half-bridge topology. The charging system is designed to operate for both lithium-polymer and lithium-ion batteries. The complete charging sequence is made up of three sub-interval operating modes; pre-charging mode, constant-current mode, and constant-voltage mode. Each mode is operated according to battery states: voltage, current and State of Charging (SOC). The proposed system is able to reach the full-charge state within less than 16min for the battery capacity of 8kWh by supplying the charging current of 67A. The optimal discharging algorithm for Vehicle to the Grid (V2G) operation has been adopted to maintain the discharging current of 1C. Owing to the simple and compact power conversion scheme, the proposed solution has superior module-friendly mechanical structure which is absolutely required to realize flexible power expansion capability in a very high-current rapid charging system. Experiment waveforms confirm the proposed functionality of the charging system.

• 전력전자학회논문지
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• 제6권6호
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• pp.538-545
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• 2001

본 논문에서는 영구 자석형 동기 전동기를 이용한 고속 엘리베이터 시스템 용 무기어식 구동 시스템의 개발 사례를 소개한다. 엘리베이터 구동원으로서 영구 자석형 동기 전동기의 채택은 에너지 절약, 승차감 향상, 기계실의 하중 부담 감소 및 효율적인 공간 활용 등의여러 장점을 지닌다. 전력 변환 장치로는 기존의 다이오드 정류기와 제동 저항 대신 직류단 전압 제어 회생 운전 그리고 낮은 고조파 함유율이 역률 1 제어가 가능한 승압형 PWM 컴버터를 채택하였다. 제어 시스템은 고속 대용량의 단일 DSP를 사용하여 통합형 제어 시스템을 구축함으로써 전체 제어 시스템의 신뢰성 및 성능을 크게 향상시켰다. 시험 장치로는 고속 엘리베이터용 부사 시뮬레이터 시스템을 개발하여 운전 거리에 대한 제약 없이 구동 시스템의 다양한 시험이 가능해졌다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권6호
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• pp.709-718
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• 2017

최근 정전시에 엘리베이터에 탑승한 승객들을 안전하게 대피시킬 수 있는 비상전원장치가 법제화됨에 따라서 이 시스템에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대용량 커패시터에 필요 전력을 직류로 저장한 상태에서 정전시 교류 380V를 발생시켜 엘리베이터가 일정시간 동안 동작할 수 있는 비상전원장치(PCS : Power Conditioning System) 설계에 대한 내용을 다룬다. PCS에 사용되는 전력변환장치의 제어시스템은 원하는 응답 특성을 얻기 위한 전류제어기로 구성되어져 있다. 전류제어기의 설계 방법에는 일반적으로 빠른 응답 특성을 보여주는 데는 비트 제어기 설계를 사용하고 있지만, 복잡한 계산과정을 요구하기 때문에 고성능의 제어기를 필요로 하게 된다. 본 연구에서는 average 전류 제어기법을 사용한 전류제어기의 설계 방법에 대해서 서술하였다. 먼저 단상 시스템의 전류 제어 기법을 통해 제안된 방법의 적합성을 입증한 후 3상 시스템으로 확장시켜서 시스템에 적용하였다. 모델링을 통한 수학적 해석과 PSIM을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 검증방법을 통해 본 연구에서 제안한 제어방법의 성능과 효과를 입증하였다.