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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 원충연
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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이산화탄소 배출 규제 강화로 친환경 전기자동차에 대한 관심이 증가하며 정부의 환경규제 강화 및 정부 정책으로 인한 전기자동차 개발 및 보급이 확산되고 있다.
친환경 전기자동차의 지속적인 연구개발로 인한 사용자의 편의성과 안정성을 증대시키기 위해 차체와 엔진등에 수많은 전자센서와 제어장치가 적용됨에 따라 LDC(Low voltage DC/DC Converter) 전원장치는 95%이상의 효율이 요구되게 된다. HVBAT(High Voltage Battery)의 전기에너지를 자동차 내부의 전장용품의 전력공급 또는 LVBAT(Low Voltage Battery)에 충전 역할을 하고 있는 LDC는 자동차에 안정적인 전력공급을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. LDC 전원장치의 손실은 연비가 저감되어 전기자동차의 시스템에서 고효율의 LDC 전원장치가 요구된다.
일체형 LDC 전원장치를 구성하는 전력 소자들은 HVBAT의 정격을 만족시키기 위해 높은 정격으로 구성되며 높은 정격의 소자로 인한 비용증가와 부피 및 중량이 증가되는 문제를 가지게 되며 입력측 HVBAT의 온도특성을 고려하지 않아 배터리의 수명이 저하되는 문제를 갖는데 이는 수명관리 미흡으로 인한 배터리의 교체주기가 짧아져 교체비용이 증가되는 문제를 초래한다.
본 논문에서는 리튬이온 배터리(Lithium Ion Battery)의 8cell을 한모듈로 구성하고 변압기의 포화를 방지하기 위한 방법으로 클램프 회로를 구성하여 자화 인덕터의 에너지를 입력측 전원으로 되돌리며 영전압 스위칭을 함으로써 효율을 증가시킨다. 또한 변압기 2차 측의 다이오드 정류기와 환류 다이오드 또한 동기식 스위치로 구성함으로써 LDC 시스템의 도통손실을 저감할 수 있는 액티브 클램핑 포워드 컨버터를 이용하여 고효율 LDC 전원장치를 설계하였다. 보통 LDC 전원장치는 1[kW]선에서 설계되지만 본 논문에서는 150[W] 액티브 클램프 포워드컨버터를 3 병렬 450[W]로 LDC 전원장치를 축소 제작하여 논문에서 제안하는 알고리즘의 적용을 확인하였다. 본 논문에서는 450[W]의 LDC 전원장치로 구성하여 입력측의 리튬이온 배터리의 온도특성에 따른 모듈별 전류량제어를 통해 배터리의 온도 불평형 문제를 해결하고 배터리의 수명을 증가시키는 방법을 제안하였으며 시뮬레이션과 실험을 통하여 타당성을 검증하였다.
친환경 전기자동차의 지속적인 연구개발로 인한 사용자의 편의성과 안정성을 증대시키기 위해 차체와 엔진등에 수많은 전자센서와 제어장치가 적용됨에 따라 LDC(Low voltage DC/DC Converter) 전원장치는 95%이상의 효율이 요구되게 된다. HVBAT(High Voltage Battery)의 전기에너지를 자동차 내부의 전장용품의 전력공급 또는 LVBAT(Low Voltage Battery)에 충전 역할을 하고 있는 LDC는 자동차에 안정적인 전력공급을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. LDC 전원장치의 손실은 연비가 저감되어 전기자동차의 시스템에서 고효율의 LDC 전원장치가 요구된다.
일체형 LDC 전원장치를 구성하는 전력 소자들은 HVBAT의 정격을 만족시키기 위해 높은 정격으로 구성되며 높은 정격의 소자로 인한 비용증가와 부피 및 중량이 증가되는 문제를 가지게 되며 입력측 HVBAT의 온도특성을 고려하지 않아 배터리의 수명이 저하되는 문제를 갖는데 이는 수명관리 미흡으로 인한 배터리의 교체주기가 짧아져 교체비용이 증가되는 문제를 초래한다.
본 논문에서는 리튬이온 배터리(Lithium Ion Battery)의 8cell을 한모듈로 구성하고 변압기의 포화를 방지하기 위한 방법으로 클램프 회로를 구성하여 자화 인덕터의 에너지를 입력측 전원으로 되돌리며 영전압 스위칭을 함으로써 효율을 증가시킨다. 또한 변압기 2차 측의 다이오드 정류기와 환류 다이오드 또한 동기식 스위치로 구성함으로써 LDC 시스템의 도통손실을 저감할 수 있는 액티브 클램핑 포워드 컨버터를 이용하여 고효율 LDC 전원장치를 설계하였다. 보통 LDC 전원장치는 1[kW]선에서 설계되지만 본 논문에서는 150[W] 액티브 클램프 포워드컨버터를 3 병렬 450[W]로 LDC 전원장치를 축소 제작하여 논문에서 제안하는 알고리즘의 적용을 확인하였다. 본 논문에서는 450[W]의 LDC 전원장치로 구성하여 입력측의 리튬이온 배터리의 온도특성에 따른 모듈별 전류량제어를 통해 배터리의 온도 불평형 문제를 해결하고 배터리의 수명을 증가시키는 방법을 제안하였으며 시뮬레이션과 실험을 통하여 타당성을 검증하였다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구 목적 및 방법 61.3 논문의 구성 8제2장 전기자동차용 리튬이온 배터리의 분석 92.1 리튬이온 배터리의 충전, 방전특성 142.2 리튬이온 배터리의 온도특성 172.3 리튬이온 배터리의 수명특성 21제3장 리튬이온배터리의 온도특성에 따른 LDC 전원장치의 방전제어기법 253.1 LDC 전원장치의 토폴로지 분석 253.2 액티브 클램핑 포워드 컨버터 273.2.1 액티브 클램핑 포워드 컨버터 동작원리 293.3 제안하는 LDC 시스템 423.4 제안하는 리튬이온 배터리의 온도 특성에 따른 LDC 전원장치의 방전제어기법 44제4장 시뮬레이션 결과 504.1 시뮬레이션 결과 51제5장 하드웨어 구성 및 실험 545.1 LDC 전원장치 하드웨어 설계 565.2 DSP 제어기 설계 595.2.1 전압 센싱 회로 605.2.2 전류 센싱 회로 615.2.3 온도 센싱 회로 625.2.4 Gate Driver 설계 635.3 알고리즘 적용 전 실험 결과 665.4 알고리즘 적용 후 실험 결과 715.5 알고리즘 적용 전과 적용 후 비교분석 745.6 액티브 클램프 포워드 컨버터 동작확인 78제6장 결론 80참고 문헌 82ABSTRACT 84
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