김재국 교수

800V급 전기자동차 시장 확대에 대응하기 위해 온보드 충전기(OBC)와 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)를 하나의 회로로 통합하는 원가 절감형 전력변환 시스템 연구를 다년간 지속 수행하고 있으며, 3차년도 예산 93,500,000원 규모의 과제로 진행되었습니다. 핵심 기술로는 위상천이 풀브리지(PSFB) 및 하프브리지 계열 컨버터의 영전압 스위칭(ZVS) 운용 기술과 다중입력/다중출력 컨버터 토폴로지를 개발하여 통합 회로의 효율과 부피를 동시에 개선했습니다. 이 기술은 800V급 전기자동차용 통합 충전 시스템, 상용 전기트럭용 전력변환장치, 14/48V 듀얼 배터리 전기자동차 전력변환시스템 등에 적용되고 있습니다. 현대자동차와의 공동연구를 통해 11kW OBC 및 2kW LDC가 통합된 프로토타입을 제작하여 97.1%의 최고 효율을 달성했으며, 하이브리드 전원 전기자동차 파워 시스템, 전기자동차 전력 시스템, 듀얼 배터리 충전기 등 관련 등록특허를 다수 보유하고 있습니다.

전력 손실 저감과 전력 밀도 향상을 목표로 새로운 정류기 구조와 커플드 인덕터 구조를 설계하는 연구를 수행하고 있으며, 다출력 통합 DC-DC 컨버터와 스마트 LED 실내조명등 개발 등 다수의 국가 및 산학 과제를 진행했습니다. 핵심 기술로 Flyback-Integrated PSFB 컨버터, 다중 입력 싱글 인덕터 벅부스트 컨버터, 액티브 클램프 포워드 컨버터 기술을 개발했습니다. 이 기술들은 SMPS, LED TV용 PFC, ESS, HVDC, 스마트 LED 실내조명등 분야에 적용됩니다. Flyback-Integrated PSFB 컨버터는 300W급 프로토타입에서 전부하 조건 효율을 최대 2.2% 개선했으며, 2-모드 LED 드라이버, 고효율 다중 출력 직류 변환기 등 관련 등록특허를 다수 보유하고 있습니다. 홀드업 타임 개선 기술을 (주)제이엘테크놀로지에 2022년 500만원 규모로 기술이전했으며, 2채널 동기 LED 드라이버 기술을 2024년 12월 (주)천일에 기술이전했습니다.

경량 전기차(LEV)의 효율적인 배터리 관리를 위한 배터리 스와핑 시스템과 산업용 모터 구동 및 소음 저감 기술을 연구하고 있으며, 이러한 연구는 KEC 및 LG전자와의 산학협력 과제를 통해 지속적으로 진행되어 왔습니다. 핵심 기술로는 직렬/접지 스위칭 구조 및 배터리 밸런싱 제어 기술을 개발하여 배터리 스와핑 시스템의 안정성을 확보했으며, 인덕션 히팅(IH) 인버터의 소음을 저감하는 전력변환 기술과 산업용 모터 구동 알고리즘을 함께 개발했습니다. 이러한 기술들은 경량 전기차(LEV)의 배터리 관리시스템(BMS), 전장 및 산업용 모터제어, 가정용 IH 인버터 분야에 각각 적용되고 있습니다. 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터 등 관련 특허를 보유하고 있으며, KEC와는 2020년 모터제어 알고리즘 개발을 위한 산학협력을 체결했고, LG전자와는 2024년부터 IH 인버터의 소음저감을 위한 공동연구를 수행하고 있습니다. 해당 연구는 TRL 3-5 수준으로 초기 검증 및 시제품 개발 단계에 있습니다.