리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터를 이용한 전기 휠체어용 급속충전 장치 설계 = Design of Fast Charger for Electric Wheelchair using Lithium Ion Battery and Super capacitor

국문 초록 (Abstract)

반적으로 전기 휠체어용 배터리는 리튬이온 배터리와 납 배터리를 사용하며, 완속 충전 시 6시간 내외로 비교적 긴 충전시간을 가진다. 또한, 기존의 전기 휠체어용 급속 충전기의 경우 12~15A로 비교적 낮은 전류에서 2시간 내외로 급속충전한다. 본 논문은 긴 충전시간 문제를 해결방안으로 LLC 공진 형 컨버터를 이용한 전기 휠체어용 급속충전 장치를 제안하며, LLC 공진 형 컨버터는 급속충전 시 ZVS 영역에서 동작한다. 리튬이온 배터리는 CC-CV 모드, 슈퍼커패시터는 CC 모드로서 충전하며, 리튬이온 배터리의 CC-CV 모드 변환 시 발생하는 과도상태를 보상하기 위한 알고리즘을 제안한다. 기존의 전기 휠체어에 사용하는 납 배터리 대신 슈퍼커패시터와 리튬이온 배터리의 충전 전류에 따른 급속충전 시간 추이를 비교하였으며, 제안된 급속충전장치의 충전시간은 1시간 이내의 충전시간을 가진다. 또한, 리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터를 함께 사용 또는 슈퍼커패시터를 단독 사용 시 충전시간을 당길 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 기존 배터리의 급속충전 문제점 1
• 2. 전기 휠체어용 배터리 2
• 2.1 배터리 종류 2
• 2.2 납 배터리 3
• 2.2.1 납 배터리 방전 특성 3
• 2.2.2 납 배터리 충전특성 4
• 2.3 리튬이온 배터리 5
• 2.3.1 리튬이온 배터리 방전 특성 6
• 2.3.2 리튬이온 배터리 충전특성 7
• 2.4 슈퍼커패시터 8
• 2.4.1 슈퍼커패시터 충-방전 특성 9
• 3. 급속충전 기술 10
• 3.1 완속 충전기 10
• 3.2 급속 충전기 11
• 3.3 충전 알고리즘 12
• 3.3.1 정전압 충전 12
• 3.3.2 정전류 충전 12
• 3.3.3 정전류-정전압 충전 13
• 4. LLC 공진 형 컨버터 14
• 4.1 ZVS와 ZCS 14
• 4.2 LLC 공진 형 컨버터 16
• 4.21 동작 원리 및 모드 분석 17
• 5. 전기 휠체어용 급속충전 장치 설계 25
• 5.1 전기 휠체어 급속충전을 위한 전력변환장치 25
• 5.2 전기 휠체어 급속충전 제어 알고리즘 27
• 6. 시뮬레이션 결과 32
• 6.1 주파수에 따른 시뮬레이션 결과 32
• 7. 실험결과 36
• 7.1 급속충전 소요시간 분석 36
• 7.2 CCS 8.0을 이용한 모니터링 결과 39
• 7.3 리튬이온 배터리 급속충전 파형 41
• 7.4 슈퍼커패시터 배터리 급속충전 파형 43
• 8. 결론 44
• 참고문헌 45
• Abstract 46