담수화의 지속 가능한 방법을 확립하기 위해서는, 비용 효율적이며 날씨 조건의 영향을 받지 않는 재생 에너지원을 탐색하고 활용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 수분에 의해 유도된 전기발전기(moisture-induced electrical power generators, MIEPGs)를 통합하여 흑갈수(blackish water)를 환경 친화적이고 비용 효율적으로 담수화하기 위한 새로운 하이브리드 전기투석 시스템을 제안한다. 담배 필터로 쉽게 구할 수 있는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 컬럼의 표면에 카본 블랙 층을 코팅함으로써, 소형 MIEPG를 손쉽게 제작할 수 있다. 이들 MIEPG는 카본 블랙 입자 사이의 나노스케일 채널에서 유도되는 스트리밍 퍼텐셜(streaming potential)을 활용하여 미량의 수분으로부터 전기를 생성할 수 있다. 맞춤형 모듈 프레임을 사용하여 90개의 셀을 직렬 연결함으로써 주목할 만한 전압 출력(13.5–22 V)을 달성하였다. 적층된 MIEPG로부터 도출되는 상당한 전력 출력은, 염 제거율 92%로 모델화된 해수(염분을 포함한 기수)를 성공적으로 담수화하는 데 기여한다.

담수화의 지속 가능한 방법을 확립하기 위해서는, 비용 효율적이며 날씨 조건의 영향을 받지 않는 재생 에너지원을 탐색하고 활용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 수분에 의해 유도된 전기발전기(moisture-induced electrical power generators, MIEPGs)를 통합하여 흑갈수(blackish water)를 환경 친화적이고 비용 효율적으로 담수화하기 위한 새로운 하이브리드 전기투석 시스템을 제안한다. 담배 필터로 쉽게 구할 수 있는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 컬럼의 표면에 카본 블랙 층을 코팅함으로써, 소형 MIEPG를 손쉽게 제작할 수 있다. 이들 MIEPG는 카본 블랙 입자 사이의 나노스케일 채널에서 유도되는 스트리밍 퍼텐셜(streaming potential)을 활용하여 미량의 수분으로부터 전기를 생성할 수 있다. 맞춤형 모듈 프레임을 사용하여 90개의 셀을 직렬 연결함으로써 주목할 만한 전압 출력(13.5–22 V)을 달성하였다. 적층된 MIEPG로부터 도출되는 상당한 전력 출력은, 염 제거율 92%로 모델화된 해수(염분을 포함한 기수)를 성공적으로 담수화하는 데 기여한다.

유도성 전력전달(IPT) 시스템의 효율은 부하 전력이 정격값에서 벗어날 때 급격히 감소한다. 경부하에서의 효율 향상은 IPT 시스템에서 중요한 문제이다. 본 연구에서는 계열-계열(series-series)로 튜닝된 IPT(SS-IPT) 시스템을 위한 관측기 기반 최대 효율 지점 추종(MEPT) 제어기를 제안한다. 제안된 제어기는 실제 출력 전력과 무관하게 등가 부하 저항을 최적값으로 조절한다. MEPT 제어기를 구현하기 위해 각 출력 전력에 대해 최대 효율을 위한 최적 등가 부하를 식별한다. 또한 수신기(Rx) 코일에 대해 전압 및 전류 관측기를 사용하여 등가 부하 저항의 추정을 수행한다. 그 후 MEPT 제어기는 피드백 제어기와 추정된 등가 부하 저항을 이용하여 부하 저항을 조절한다. 제안된 제어기는 수신기 측 상태 변수를 부하 관측기와 송신기 코일 전류를 통해 추정하므로 센서리스 및 통신리스 제어기이다. 대역폭 5.5 Hz의 MEPT 제어기를 SS-IPT 시스템에 대해 구축하였다. 과도 응답과 효율 향상은 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 평가하였다. 제안된 제어기를 사용하면 출력 전력 10% 조건에서 20% 이상의 효율 향상을 달성하였다.

새로운 느슨한 결합 공진 듀얼 액티브 브리지(LCR-DAB) 컨버터는 유도성 전력 전송(IPT) 코일 대신 고주파(HF) 변압기를 채용한다. LCR-DAB 컨버터의 1차 및 2차 측은 수 센티미터에 걸쳐 분리될 수 있으며, 이는 중전압(MV) 고체상 변압기(SST) 시스템의 핵심 과제인 고전압 절연 문제에 해당한다. 본 연구에서는 작동 주파수와 위상 천이 각도에 대해 LCR-DAB의 입력 임피던스, 영전압 스위칭(ZVS) 영역, 출력 전력 및 효율을 조사하였다. 분석을 바탕으로 LCR-DAB 컨버터에 대해 효율적이며 파라미터에 강건한 동작 주파수가 제안되었다. 또한 LCR-DAB 컨버터를 위한 새로운 느슨한 결합 코일 설계 지침을 제시한다. 1 kV, 100 kW, 60 kHz LCR-DAB 시험대가 실험 평가를 위해 제작되었다. 측정된 코일 대 코일 및 dc-대-dc 효율은 3 cm 공기 갭에서 각각 99%와 97.3%였다. 파라미터 강건성과 코일의 절연 성능 또한 평가되었다.

본 논문은 온보드 충전기(OBC)를 위한 고전력 밀도 컨버터에 적용되는 고주파 평면 트랜스의 최적화된 설계들을, 단일 동작 및 병렬 동작 시나리오를 모두 고려하여 비교한다. 고전력 밀도 컨버터는 단일 동작 토폴로지 대신 병렬 동작 토폴로지를 통해 전력 밀도, 시스템 효율 및 열 성능을 향상시킬 수 있다. 병렬 동작에서는 스위치 및 수동 소자의 개수가 증가하더라도 각 소자에 걸리는 전류 부담이 감소하므로 전력 밀도와 효율이 향상된다. 그러나 병렬 동작이 전력 밀도와 효율 측면에서 항상 이점을 제공하는 것은 아니다. 따라서 토폴로지 설계 단계에서 신중한 고려가 필요하다. 본 연구는 220V 단상 입력을 사용하는 6.6 kW 양방향 DC-DC 컨버터에 초점을 맞춘다. 이후 평면 트랜스는 두 동작 시나리오 모두에 대해 최적화되며 동일한 조건에서의 성능을 비교한다. 설계는 유한요소해석(FEA) 시뮬레이션 결과를 통해 검증된다.

변압기 없는 다단 유도전력전달(IPT) 시스템은 다단 능동 정류기와 공진 인버터를 사용하여 중간전압(MV)을 저전압(LV)으로 변환한다. 여기 코일은 다단 컨버터의 출력 전력을 공통 송신기 코일에 전달한다. 그 후 송신기 코일은 증강된 자기장을 생성하여 전기자동차의 하부에 부착할 수 있는 수신기 코일에 하중 전압을 유도한다. 그러나 여기 코일과 송신기 코일 사이의 MV 절연은 안전한 동작을 위해 반드시 보장되어야 한다. 본 연구는 MV로 절연된 여기 코일을 위한 새로운 설계 방법론을 제시한다. 전기장을 분석하여 여기 코일의 절연 성능을 평가하고, 효율적인 여기 코일 설계를 위해 자기장을 논의한다. 분석을 바탕으로 절연 전압, 코어 손실 및 부피에 대해 여기 코일에 대한 다목적 최적화를 수행한다. 실험 평가를 위해 6 kV/6레벨 IPT 시스템을 개발하였다. 테스트베드를 사용하여 그리드-대-부하 및 코일-대-코일 효율 각각 86%와 90%를 달성하였다. 마지막으로, 개발된 여기 코일은 70 kV 과전압 시험을 통과하였다.

최근 많은 연구가 유도성 전력 전달(Inductive Power Transfer, IPT) 시스템을 위한 제어기 설계 방법론을 조사해 왔으며, 이는 제어기 이득을 결정하기 위해 사전에 파악된 회로 파라미터에 의존한다. 그러나 이러한 파라미터에 기반한 제어기는 식별 오류에 취약하다. 또한 IPT 시스템은 코일 정렬에 따라 상호 인덕턴스가 예측하기 어려운 방식으로 달라지므로, 시스템 신뢰성을 향상시키기 위해 파라미터 식별 과정이 필요하다. 본 논문은 시리즈-시리즈 공진(series–series tuned) IPT(SS-IPT) 시스템을 대상으로 관측기 기반의 온라인 파라미터 식별 방법을 제안한다. 송신기 및 수신기 코일의 자기 인덕턴스, 부하 저항, 그리고 상호 인덕턴스를, 교란 관측기 및 SS-IPT 시스템의 회전 기준 프레임 회로 모델을 이용하여 식별한다. 제안된 자기 인덕턴스 및 부하 저항 관측기는 500 Hz의 식별 대역폭을 가지며, 상호 인덕턴스 관측기는 50 Hz의 추정 대역폭을 가지는데, 이는 파라미터 식별 과정을 10 ms 내에 완료함을 의미한다. 또한 제안된 관측기는 초기 파라미터 오차에 대한 강건성을 보여준다. 측정된 상태와 관측기에 의존한다는 점에서, 제안된 파라미터 식별 방법은 동적 IPT 시스템에 적합하다. 이러한 관측기 기반 파라미터 식별 방법의 유효성은 이론적 및 시뮬레이션된 주파수 응답의 비교와, 시뮬레이션 및 실험 시간 영역 응답의 비교를 통해 평가된다.