수소 에너지 시스템의 DC/DC 컨버터: 효율적인 운영의 핵심

DC/DC 컨버터 수소 에너지 시스템 효율적인 운영을 위한 핵심 요소입니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

1. 핵심 기능

전압 안정화 및 조절: 출력 전압 수소 연료 전지 작동 조건에 따라 변동합니다. DC/DC 컨버터는 이 전압을 안정적인 DC 전압으로 변환하여 전원 배터리를 충전하고 고전압 버스에 전력을 공급하는 데 필요한 전력을 충족합니다.

전력 매칭: 연료 전지의 소프트 출력 특성 해결 직류/직류 변환기 부스트 또는 벅 기능을 통해 구동 모터 및 공기 압축기와 같은 고전압 부품의 작동 전압 범위에 맞게 스택 출력 전압을 조정합니다.

에너지 관리: 연료 전지의 최대 전력점(MPP)을 추적하여 배터리 전압과 전류를 모니터링하는 동시에 과충전 또는 과방전을 방지하여 에너지 활용을 최적화합니다.

효율적인 운영을 위한 핵심 기술

2. 토폴로지 선택

비절연형: 3상 인터리브 병렬 부스트 회로와 같은 이 컨버터는 높은 변환 효율, 빠른 동적 응답, 소형 크기와 같은 장점을 제공하여 자동차 애플리케이션의 주류 솔루션이 되었습니다.

절연형: 이 컨버터는 향상된 안전성을 제공하지만 부피가 크고 가격이 비싸므로 엄격한 전기 절연 요건이 적용되는 애플리케이션에 적합합니다. 전원 장치 선택:

실리콘 카바이드(SiC) 소자: 기존 실리콘 기반 IGBT와 비교하여 SiC MOSFET은 높은 스위칭 주파수(최대 수백 kHz), 낮은 온 저항, 그리고 높은 온도 저항을 제공하여 스위칭 손실을 크게 줄이고 시스템 효율을 97% 이상으로 향상시킵니다. 특정 작동 조건에서 최대 효율은 99%에 달할 수 있습니다.

3. 제어 전략 최적화

수소 발전 시스템의 에너지 관리 컨트롤러(ECU)를 기반으로 하는 중앙 집중식 시스템은 입력 전류 제한 및 버스 전압 변화에 대한 출력 전압 추적과 같은 기능을 구현합니다.

디지털 제어 기술을 사용하면 다양한 작동 조건에서도 최고의 성능을 보장하기 위해 전류와 전압을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

4. 디자인 과제와 해결책

수소 취성 방지: 수소 취성 저항성 인덕터(질화 티타늄 코팅이 된 철 기반 비정질 합금 코어 등)와 진공 에폭시 수지 포팅을 사용하여 수소 원자 침투로 인한 코어 파괴 위험을 줄입니다.

저온 시동: 통합 NTC 센서와 AI 동적 보상 알고리즘을 저온 상승 작동 기술과 결합하여 -40°C에서 전압 변동을 ±0.8% 이내로 제어합니다. 열 관리: 높은 유리 전이 온도(Tg) 기판을 사용하고, 전력 모듈 레이아웃을 최적화하며, 액체 냉각 시스템을 채택하여 고온에서 안정적인 소자 작동을 보장합니다.

5. 산업 응용 사례

철도 교통: CRRC Electric의 300kW SiC 기반 DC/DC 컨버터는 3상 인터리브 병렬 토폴로지를 활용하여 최대 효율 97.8%를 달성하고 높은 전력 및 전력 밀도 요구 사항을 충족합니다.

승용차: 현대 넥쏘의 80kW DC/DC 모듈은 98.5%의 측정 효율을 달성하고 -40°C의 냉간 시동을 지원합니다.

대형 트럭: BrightLoop의 250kW SiC DC/DC 모듈은 병렬로 연결하여 메가와트 수준의 출력을 달성할 수 있으며 1200V/1500V 고전압 플랫폼과 호환됩니다.

요약하자면, DC/DC 컨버터는 토폴로지 혁신, 장치 업그레이드, 지능형 제어를 통해 수소 에너지 시스템의 전압 불안정성과 전력 매칭 문제를 해결하여 수소 에너지 기술의 상용화를 이끄는 핵심 기술 중 하나가 되었습니다.