본 연구는 군집 기반 차량 간 충전(PV2VC)이라는 혁신적인 동적 충전 기술을 제안한다. 이 기술은 전력 공급 차량(ES)이 다른 전기차(ER)에 전력을 전송하면서 군집 주행을 통해 충전소 경유 및 지연을 피하는 방식이다. PV2VC 문제 해결을 위해 혼합 정수 선형 계획법(MILP) 모델을 수립했으며, 전기차 경로 문제(EVRP) 및 전기차 군집 문제(EVPP)와 같은 두 가지 기본 벤치마크 시나리오를 단순화하여 함께 분석했다.
주요 목표는 ER의 총 에너지 소비량과 이동 시간을 최소화하는 것이다. 여기에는 충전소 충전 시간, 군집 형성 지연, PV2VC 서비스 대기 시간이 포함된다. 제안된 MILP 모델과 유전 알고리즘의 계산 성능을 비교하기 위해 수정된 Sioux Falls 네트워크에서 5가지 시나리오를 활용한 수치 실험을 수행했다.
최적 벤치마크 시나리오와의 비교 결과, PV2VC 기술은 에너지 소비를 최대 11.07%, 이동 시간을 11.65%, 총 비용을 11.26% 절감할 수 있음을 확인했다. 이는 상당한 효율성 향상을 의미한다.
PV2VC 운영 시나리오는 초기 충전 상태가 낮고 충전 시설이 드문 장거리 운행 경로에 특히 유용하며, 에너지 소비 비용보다 이동 시간이 더 중요하게 인식될 때 더욱 큰 이점을 제공할 것으로 기대된다.
본 논문은 전기차 충전 애플리케이션을 위한 초광범위 출력 전압 범위를 갖는 범용 직렬 공진 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 변압기 2차 권선과 정류기 단이 통합된 2상 재구성 가능 2차측 구조를 기반으로 한다. 두 가지 동작 모드에서 변압기 2차측과 정류기 구조를 동시에 재구성하여 전압 이득의 큰 단계를 달성한다.
이러한 불연속적인 단계 사이의 간극을 메우기 위해 부스트 컨버터가 공진 인버터와 통합되었다. 이 통합을 통해 인버터 듀티 사이클 변화는 기존 인버터와 달리 인버터가 생성하는 구형파의 폭과 진폭 모두에 영향을 미친다. 이 향상된 변조 능력은 전압 이득에 대한 듀티 사이클의 영향을 증가시키고 고정 주파수 PWM 제어 하에서 미세 조정을 가능하게 한다. 이 통합은 1차측 부품 수를 늘리지 않고 구현된다.
컨버터는 직렬 네트워크의 공진 주파수에서 작동하여 순환 전류를 줄이고 부품 크기를 최적화하며 제어를 단순화하는 동시에 부하 독립적인 전압 이득 특성을 유지한다. 모든 작동 조건에서 ZVS(Zero-Voltage-Switching) 및 ZCS(Zero-Current-Switching)가 달성된다.
380V 입력, 50-400V 출력 및 200kHz 스위칭 주파수를 갖는 400W급 SiC 기반 시제품 검증을 통해, 고정 주파수 PWM 동작에서 1에서 8까지의 전체 전압 이득 범위를 달성하며 제안된 개념의 유효성을 입증하였다. 이는 전기차 충전과 같은 광범위한 출력 전압 요구 사항을 가진 애플리케이션에 적합한 효율적이고 유연한 전력 변환 솔루션을 제공한다.
전기차 및 충전 시스템 분야에서 무선 전력 전송 기술이 확산됨에 따라, 전력 전자 기술 발전과 더불어 에너지 저장 기술 및 코일 설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 본 연구는 전기차 충전 시스템의 자기장 분포 평탄화 또는 전력 애플리케이션의 총 자속 밀도 증가를 목표로 듀얼 인버터 시스템을 활용한 분할 코일 구조를 분석합니다. 특히, 정렬 불량 조건에서 평탄한 자속 분포는 전기차 충전 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.
이 연구의 핵심은 이중 구동 분할 코일 개념으로, 단일층 및 이중층 코일로 분석되었습니다. 주요 목적은 완전 대칭형 이중층 코일 구조의 자속 분포와 성능을 명목상 정렬된 조건에서 조사하는 것입니다. 완전 대칭형 기하학적 구조 덕분에 1차원 자속 스캔만으로도 제안된 코일과 기존 코일 구조의 자속 분포 특성을 비교하기에 충분했습니다.
분석 결과, 단일층 분할 코일 설계는 비효율적인 것으로 나타났습니다. 반면, 이론적 분석과 실험 데이터는 이중층 분할 코일 설계가 기존 방식 대비 10% 더 높은 효율을 제공함을 입증했습니다.
이 연구는 무선 전력 전송 시스템, 특히 전기차 충전 및 배터리 에너지 저장 회로의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 기여할 수 있는 새로운 코일 설계 방안을 제시합니다.
사우디아라비아의 전기차 전환은 국가 지속가능성 목표 달성을 위해 전력망 의존도를 줄이는 확장 가능한 충전 인프라를 필요로 합니다. 본 연구는 리야드와 제다의 주유소 옥상을 활용한 태양광(PV) 기반 전기차 충전 시스템의 예비 계획 평가를 수행했습니다.
Google Earth Pro를 이용해 30개 주유소 옥상 면적을 측정하고, PVsyst 및 HelioScope를 활용하여 잠재적 태양광 발전량을 추정했습니다. 과거 PVsyst 결과(5.968 GWh/년)를 참조하고, 사용 가능한 옥상 면적, 일사량, 운영 유지율을 고려한 시나리오 분석을 통해 연간 3.572~5.640 GWh의 발전량을 도출했습니다.
중앙 시나리오에서 연간 약 71,800~172,400회의 전기차 충전 세션(25, 40, 60 kWh 기준)이 가능할 것으로 추정됩니다. 태양광 발전 단가(LCOE)는 0.053~0.113 USD/kWh, 단순 회수 기간은 6.8~19.0년으로 나타났습니다.
본 연구 결과는 추가적인 현장 조사 필요성을 시사하지만, 전기차 충전 인프라의 완전한 타당성, 국가적 잠재력, 또는 전력망 독립 운영을 확립하지는 않습니다. 향후 충전기, 배터리 저장, 구조 보강, 전력망 개선 등을 포함한 종합적인 평가가 필요합니다.
운송 부문 탈탄소화를 위해 전기차(EV) 충전 시점을 청정에너지 공급이 풍부한 시기와 일치시키는 것이 중요하다. 특히 태양광 발전 비중이 높은 전력망에서는 차량이 주로 직장에 주차된 낮 시간대로 충전을 전환해야 한다. 그러나 직장 충전 네트워크는 공유 인프라, 주차 및 충전 서비스 통합, 운전자 차량 이동 요구의 어려움 등 제도적 제약으로 인해 시간대별 요금제나 능동적 관리가 어렵다.
본 연구는 대규모 직장 충전 네트워크(운전자 629명)에서 자연 현장 실험을 진행하여, 시간 불변 가격 할인과 낮 시간 충전의 환경적 이점을 강조하는 환경 유도(nudges)의 효과를 무작위로 비교했다. 가격 할인은 직장 충전을 소폭 증가시켰지만, 충전기 점유율이 낮은 비(非)태양광 시간대로 충전을 유도하는 경향을 보였다.
반면, 환경 유도는 총 충전 수요를 늘리지 않으면서도 충전 시점을 태양광 발전이 풍부한 시간대로 전환시키는 효과를 나타냈다. 후속 실험에서는 가격 할인 시 인지되는 충전기 부족 및 혼잡이 이러한 충전 시점 반응의 주요 원인임을 확인했다. 마지막으로, 이러한 충전 시점 변화에 따른 탄소 배출량 감축 비용을 정량화했다.
이 결과는 직장 내 전기차 충전 전략 수립 시 가격 인센티브와 환경 유도의 상호작용을 고려해야 함을 시사하며, 지속 가능한 운송 시스템 구축을 위한 정책적 함의를 제공한다.
