전기자동차 V2G 시스템의 누출 감지 방식에 대한 논의

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전기 자동차의 급속한 발전과 함께 V2G 방식이 끊임없이 언급되고 있습니다. 핵심 아이디어는 전기 자동차의 많은 에너지 저장 장치를 전력망 및 재생 에너지의 완충 장치로 사용하는 것입니다. 전력망 부하가 너무 높으면 전기 자동차의 에너지 저장 장치가 전력망에 전력을 공급하고, 전력망 부하가 너무 낮으면 전력망의 초과 발전량을 저장하여 낭비를 방지하는 데 사용됩니다. V2G 기술을 통해 전기 자동차는 전력망과 상호 충전 기능을 실현할 수 있습니다. 이를 통해 전기자동차 사용자는 저렴한 전기요금으로 차량을 충전할 수 있고, 전기자동차의 전력을 높은 전기요금으로 전력망에 판매해 수익을 얻을 수 있다. 전력망 회사의 경우 전력 부족 시 전력 압력을 줄이고 전력망 부하의 균형을 유지하여 전력망의 운영 효율성을 보장할 수 있습니다.

V2G의 핵심 기술 중 하나는 양방향 고전력 충전기 개발이다. 차량 제조업체의 경우 온보드 충전기에는 작은 부피, 가벼운 무게, 저렴한 비용 및 우수한 신뢰성이 필요합니다. 현재 주류 충전기의 토폴로지는 3상 제어 불가능한 정류기와 고주파 변압기 절연 DC/DC 컨버터로 구성됩니다. 절연 변압기를 갖춘 이 충전기는 용량이 크고 변환 효율이 낮으며 비용이 높습니다. 따라서 비절연 충전기를 사용하는 것이 현재 주류 개발 방향입니다. 양방향 고전력 충전기는 그림 1 아래 그림과 같이 새로운 토폴로지를 채택합니다.

그림 1 효율적인 고역률 충전기의 토폴로지

이는 전면 스테이지의 3상 전압 소스 PWM 정류기와 후면 스테이지의 전류 가역 초퍼 회로로 구성됩니다. 후기의 Current Reversible Chopper DC/DC 회로는 부스트 회로와 벅 회로로 구성된 복합회로로 이해될 수 있다. 회로는 회로의 순방향 흐름을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 전류의 역방향 흐름도 실현하여 전체 충전기 에너지의 양방향 흐름을 실현할 수 있습니다.

비절연형 DC/DC 토폴로지로 고주파 트랜스포머가 제거되어 변환 효율이 향상되고 시스템 비용과 손실이 감소됩니다. 그러나 우리가 고려해야 할 한 가지 상황은 전체 시스템의 누출 문제입니다. 복잡한 전력 전자 장치로서 양방향 고전력 충전기의 누출 문제는 피하기 어렵습니다. 설계 시 좋은 제어 전략을 통해 누출을 특정 범위로 제한하는 것이 필요합니다. 그렇지 않으면 전력망, 장치 자체 또는 생명과 재산의 안전에 위험이 있습니다. 동시에 누출량이 예상을 초과할 경우 누출로 인한 피해를 방지하기 위한 기본적인 보호 수단을 채택하는 것도 필요합니다.

그림 2 온보드 모터 입력 제어 파일럿 회로

위의 그림 2는 QC/T 895-2011 전기 자동차용 전도성 온보드 충전기에 표시되어 있으며 이는 전력망과 충전기 간의 연결에 대한 일반적인 모델을 반영합니다. 온보드 충전기는 충전 케이블을 통해 전기 자동차의 온보드 충전기에 전원을 공급합니다. 온보드 충전기는 연결된 AC를 DC로 변환하여 축전지를 충전합니다. 전력망에 전력을 공급할 때 배터리는 온보드 충전기를 통해 DC를 AC로 변환하고 충전 케이블을 통해 전력망에 다시 전력을 공급합니다. 전력공급장치(충전파일) 내부에 누설전류 보호장치를 설치해 전력망 전체와 전기차의 에너지 교환과정을 보호한다. 누설 전류 보호기는 잔류 전류 보호기(RCD)라고도 합니다. RCD는 기본적인 보호 수단이므로 신뢰성이 매우 중요합니다.

우리 모두 알고 있듯이 전원 공급 시스템에는 3상 3선식 시스템과 3상 4선식 시스템이 있습니다. 국제전기기술위원회(IEC)에서는 TT 시스템, TN 시스템, IT 시스템을 규정하고 있다. 이 양방향 고전력 충전기를 사용하면 DC/DC 절연 변압기의 한계가 사라지고 배터리가 가장 먼저 자유로워져 더 이상 시스템에서 분리되지 않습니다. 따라서 배터리를 장기간 사용하는 동안 DC 버스에 절연 불량이 발생하면 누출이 본체 접지 PE 라인을 통해 AC 측으로 피드백됩니다. 배터리 DC 버스의 양극 누출을 예로 들면, 누출 모델은 그림 3에 나와 있습니다.