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논문 상세정보

홀소자와 자기코어를 이용한 하이브리드 및 전기자동차용 전류센서 제작

Construction of Current Sensor Using Hall Sensor and Magnetic Core for the Electric and Hybrid Vehicle

초록
용어

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전류센서하이브리드전기자동차의 배터리 충 방전과 모터컨트롤러의 모니터링 시스템에 적용되는 중요한 부품이다. 본 연구에서는 자기코어공극홀센서를 위치시켜 측정전류에 의해 생성된 자기장을 감지하는 구조를 가진 open loop type의 전류센서를 개발하였다. 코어는 방향성규소강판을 사용하여 제작한 후 공극이 3 mm되게 절단하였다. 공극에서의 자기장 측정을 위하여 GaAs 홀센서를 적용하였다. 개발한 전류센서는 측정범위가 -400~+400 A에서 선형도 0.03 %를 확보하였으며, 온도보상회로를 적용하여 동작온도영역인 $-40{\sim}+105^{\circ}C$에서 전류센서의 온도특성을 향상시켰다. 전류센서의 동특성 향상을 위하여 공기자속를 제어하였다. 주파수대역폭 측정은 $40A{\cdot}turn$, 100 Hz~100 kHz의 사인파형으로 측정하여 100 kHz의 대역폭을 갖는 것으로 평가되었으며, 반응속도는 $40A{\cdot}turn$의 5 kHz 구형파로 측정하여 $2{\mu}s$ 이하의 성능을 갖는 것으로 측정되었다.

Abstract

A current sensor is one of important component which is used for the electrical current measurement during charge and discharge of the battery, and monitoring system of the motor controller in the electric and hybrid vehicle. In this study, we have developed an open loop type current sensor using GaAs Hall sensor and magnetic core has an air gap. The Hall sensor detect magnetic field produced by the current to be measured. The 3 mm air gap core was made by HGO electrical steel sheets after slitting, winding, annealing, molding, and cutting. Developed current sensor shows 0.03 % linearity within DC current range from -400 A to +400 A. Operating temperature range was extended to the range of $-40{\sim}105^{\circ}C$ using temperature compensating electronic circuit. To Improve frequency bandwidth limit due to the air flux of PCB (Printed Circuit Board) and Hall sensor, We employed an air flux compensating loop near Hall sensor or on PCB. Frequency bandwidth of the sensor was 100 kHz when we applied sine wave current of $40A{\cdot}turn$ in the frequency range from 100 Hz to 100 kHz. For the dynamic response time measurement, 5 kHz square wave current of $40A{\cdot}turn$ was applied to the sensor. Response time was calculated time reach to 90 % of saturation value and smaller than $2{\mu}s$.

본문요약 

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문제 정의
  • 본 연구에서는 출력 선형도 특성이 우수하며, 응답속도가 빠르고, 측정주파수 대역이 높은 open loop type 전류센서에 관한 연구를 하였다.

    본 연구에서는 출력 선형도 특성이 우수하며, 응답속도가 빠르고, 측정주파수 대역이 높은 open loop type 전류센서에 관한 연구를 하였다.

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질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GaAs 홀센서
GaAs 홀센서의 특징은 무엇인가?
온도계수가 작고 주파수특성이 좋으며, 고 자기장까지 측정이 가능하다

홀센서는 GaAs 계열의 HG-302A를 적용하였다. 일반적으로 GaAs 홀센서는 온도계수가 작고 주파수특성이 좋으며, 고 자기장까지 측정이 가능하다.

전류센서
전류센서는 무엇으로 나눠지는가?
shunt, CT와 Hall sensor 및 자기코어를 사용하는 open loop type, close loop type의 네 가지로 나눠진다

전류센서는 구동모터, 인버터, 배터리 제어시스템에 적용되어 운용 전류의 크기및 파형을 상시 모니터링 하는 핵심 전장부품이다. 일반적으로 전류센서는 크게 shunt, CT와 Hall sensor 및 자기코어를 사용하는 open loop type, close loop type의 네 가지로 나눠진다[2]. Shunt 방식의 전류센서는 절연문제, 전선과 shunt 접점부의 허용전력 등의 문제가 있으며, CT 방식의 전류센서는 직류전류를 측정하지 못하여, 자동차용 모터의 경우 효율 향상을 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 모터를 제어하기 때문에 적용이 어려운 실정이다[3, 4].

하이브리드 및 전기자동차
하이브리드 및 전기자동차의 구성부는 고전류로 운용되는데 이를 제어하는 시스템은 어떤 센서가 적용되는가?
고전류 측정이 가능한 고성능의 전류센서가 적용

따라서 이를 제어하는 시스템은 차량의 효율 향상과 안전을 위하여 전체 시스템을 실시간으로 모니터링 한다. 이를 위해 고전류 측정이 가능한 고성능의 전류센서가 적용된다. 전류센서는 구동모터, 인버터, 배터리 제어시스템에 적용되어 운용 전류의 크기및 파형을 상시 모니터링 하는 핵심 전장부품이다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (5)

  1. 1. 권태석, 이현동, 전력전자학회지 14, 28 (2009). 
  2. 2. J. G. Webster, "Measurement, Instrumentation and Sensors", IEEE press (1999) pp. 38-1-18. 
  3. 3. R. Boll and K. J. Overshott, Sensors 5 "Magnetic sensors", VCH (1991) pp. 76-81. 
  4. 4. 박영태, 정재갑, 한국자기학회지 15, 49 (2005). 
  5. 5. 김시동, 손대락, 연교흠, 대한민국특허청, 10-1131997 (2012). 

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