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전기자동차용 전자장비 냉각 제어 알고리즘에 관한 연구: Part 1 일반 냉각 제어 로직 유효성 분석
Study on the cooling control algorithm of electronic devices for an electric vehicle: Part 1 Effectiveness analysis of general control logic 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.4, 2014년, pp.1850 - 1858  

서재형 (동아대학교 기계공학과) ,  김대완 (동아대학교 기계공학과) ,  정태영 (현대자동차) ,  정태희 (현대자동차) ,  이무연 (동아대학교 기계공학과)

초록
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본 연구의 목적은 전기자동차용 고발열 전자장비를 최적으로 냉각 제어하는 알고리즘을 개발하는 것이다. 이를 위하여 준중형급 전기자동차의 전자장비 냉각시스템의 계절 부하별 냉각수온도 변화를 실험적으로 고찰하여 시험용 전기자동차 냉각 제어 로직의 타당성 분석을 수행하였다. 결과적으로 기존 전기자동차의 전자장비 냉각시스템은 필요 냉각부하인 기준온도와 비교하여 과도하게 구동되고 있음을 확인하였다. 또한, 전기자동차의 연비 향상을 위하여 외기온도, 차량속도, 냉매온도 등을 고려한 최적 냉각 제어 알고리즘이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The object of this study is to develop an cooling control algorithm for electronics devices of the electric vehicle. In order to estimate the existing cooling control logic of the electronic devices for the small and medium sized electric vehicle, the experiments on the coolant temperature variation...

주제어

#Algorithm   #Cooling   #Control logic   #Electronic device   #Inverter  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서">있다. 따라서 본 연구에서는 기존 전기자동차 냉각 제어 로직이 적용된 전기자동차에서 외기온도 및 차속에 따른 냉각수온도 특성 및 혹서조건에서 에어컨 작동 시 응축기 냉매 온도가 냉각시스템에 미치는 영향을 분석하여 다양한 부하변수를 반영한 개선된 최적 냉각제어 알고리즘 개발 기반을 마련하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 순수전기자동차 또는 전기자동차 (xEVs)에 사용되는 고발열 전자장비들에 대한 냉각 성능 개선을 위한 최적 냉각 제어 알고리즘 개발을 위하여 기존의 냉각 로직을 적용한 준중형급 전기자동차의 전자장비 냉각시스템의 유효성을 분석하였다.
  • 본 연구는 전기자동차용 고발열 전자장비를 최적으로 냉각 제어하는 알고리즘을 개발하기 위하여 기존의 전기 자동차 냉각 제어 로직이 적용된 준중형 전기자동차 전자장비 냉각시스템의 계절 및 부하별 냉각수 냉각용량및 기존의 전기자동차 냉각 제어 로직의 타당성 분석을 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 본 연구에서 기존 전기자동차 냉각 제어 로직을 분석 하기 위하여 환경 챔버  (Environmentalchamber)에서 각 계절 및 부하별 조건에 따른 냉각수온도 측정 실험을 진행하였다.실제 차량 운행 시 고려해야 할 각 계절 및
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기자동차는 기존 내연기관 자동차와 달리 어떠한 부품들로 구성되는가? 완성차 업체는 하이브리드 자동차 보다 내연기관 사용을 줄이고 전기구동 모터 사용 비중을 늘린 플러그인 하이 브리드 자동차 (PHEV)를 개발하였고,최근에는 내연기관을 사용하지 않고 전기구동 모터만을 사용하는 순수전기자동차 (BEV)개발을 활발히 진행하고 있으며 현재 국내외에서 완성차로 출시되고 있다[2].보조 동력원 및주 동력원으로 전기구동 모터를 사용하는 전기자동차는 기존 내연기관 자동차와 달리 구동을 위한 대용량 구동 모터 (Tractionmotor),모터에 전기를 공급하는 고전압 이차전지 (Highvoltagebatterysystem),고전압 배터리에서 보조배터리 및 전장부하로 전류를 공급하기 위한 컨버터 (Convertor)및 구동 모터,이차전지 충전에 필요한 인버터 (Invertor)등 고발열 전자장비 (Highheat fluxelectricdevices)들로 구성된다.이러한 전자장비들은 전기자동차 주행 시 매우 높은 열을 발생시키며,발생 열의 냉각으로 인한 연비 저하 및 전자장비의 수명 단축 등의 문제를 발생시키기 때문에 전기자동차의 주행거리연장과 전자장비의 신뢰성 확보를 위하여 고발열 전자장비 냉방 기술이 포함된 열관리 시스템 (Thermal managementsystem,TMS)을 필요로 한다[3].
순수전기자동차가 전자장비 열발생이 매우 큰 이유는? 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차 등과 같이 구동을 내연기관과전기구동 모터를 동시에 사용하는 전기자동차의 열관리 시스템은 내연기관 열관리 시스템과 일부 공유하여 열관리를 하고 있다[11-14].반면 순수전기자동차는 이차전지를 에너지원으로 하여 전기구동 모터만으로 구동하기 때문에 전자장비 열발생이 매우 크며,열관리 시스템이 기존 내연기관 자동차에 비해 복잡한 구조를 가진다.이러한 순수전기자동차의 열관리 시스템을 설계하기 위하여 활발한 연구가 진행되고 있지만 각 부품의 성능을 개선할 수 있는 최적 냉방 방식에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
하이브리드 자동차의 주요 동력원이 내연기관인 문제를 해결하기 위한 관련 연구는 무엇인가? 전기자동차 중 가장 먼저 상용화에 성공한 하이브리드 자동차 (HEV)는 주행 시 내연기관과 전기구동 모터를 동시에 사용하여 연비를 향상시키고 이산화탄소 등과 같은 배기가스를 감소시키는 효과를 가져왔지만 주요 동력원이 내연기관이기 때문에 국제적인 기준은 만족하지 못하였다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 주행 시 전기구동 모터의 사용 비중을 높이기 위하여 이차전지 제조업체는 배터리 에너지 밀도를 높이는 연구를 진행하고 있다.완성차 업체는 하이브리드 자동차 보다 내연기관 사용을 줄이고 전기구동 모터 사용 비중을 늘린 플러그인 하이 브리드 자동차 (PHEV)를 개발하였고,최근에는 내연기관을 사용하지 않고 전기구동 모터만을 사용하는 순수전기자동차 (BEV)개발을 활발히 진행하고 있으며 현재 국내외에서 완성차로 출시되고 있다[2].
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참고문헌 (15)

  1. K. H. Kim, B. S. Han, Y. B. Yang, KEIT PD Issue report, pp. 61-83, Korea Evaluation Institute of Industrial Technology, 2012. 

  2. J. P. Won, H. S. Lee, "The Need to Develop Thermal Management System Technologies of Electric Driven Vehicles (EV, PHEV, FCEV)", Auto Journal, Vol. 33, No. 12, pp. 22-28, 2011. 

  3. M. Y. Lee, "Thermal Management of the Motor/Battery System for Electric Driven Vehicles (VTMS)", Auto Journal, Vol. 33, No. 12, pp. 36-41, 2011. 

  4. J. H. Lee, M. J. Ha, K. Seo, Y. J. Park, "Thermaml Analysis of Electric Vehicle Motor Using CFD", Proceedings of the KSME 2010 fall annual Conference, pp. 2711-2714, 2010. 

  5. H. S. Song, "A Study on the Modeling and Efficient Operating Condition of the Liquid-cooled Battery System for RE-EVs", Doctor Thesis, Korea University, 2013. 

  6. J. W. Choi, "Development of a Thermal Management System Model and a Capacity Fade Model for Li-ion Batteries in Electric Vehicles", Master Thesis, Seoul National University, 2013. 

  7. B. Pfeifer, C. Ghiu, "Industry Developments : EV Battery Thermal Management", Qpedia, 2013, http://www.coolingzone.com, July 2013. 

  8. G. M. Kim, B. G. Woo, C. H. Kang, S. J. Cho, Y. D. Yun, T. W. Chun, "A Study of the Cooling Effect for a Water-cooled Heat Structure of the Electric Vehicle Inverter System", Journal of The Korean Institute of Power Electronics, Vol. 15, No. 1, pp. 27-34, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.6113/TKPE.2010.15.1.27 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. G. M. Kim, B. G. Woo, Y. H. Lee, C. H. Kang, T. W. Chun, K. Y. Cho, "Water Cooling Pipe Structure for Heat-Dissipation of HEV Inverter System", Journal of The Korean Institute of Power Electronics, pp. 343-344, 2010. 

  10. J. M. Lee, J. Y. Lee, R. K. Park, S. G. Chang, K. S. Choi, "Power Conversion Unit for Hybrid Electric Vehicles", Journal of The Korean Institute of Power Electronics, Vol. 13, No. 6, pp. 420-429, 2008. 

  11. S. J. Park, "Simulation on thermal management system in hybrid and electric vehicle", SAREK Journal, Vol. 42, No. 10, pp. 48-57, 2013. 

  12. Y. H. Kim, H. D. Lee, K. H. Yoo, "Development of Cooling System for 100kW Electric Power Train Applied to Fuelcell Vehicle", Journal of The Korean Institute of Power Electronics, pp. 428-430, 2008. 

  13. H. S. Lee, J. P. Won, C. W. Cho, M. Y. Lee, Y. C. Jung, Y. C. Kim, "An Experimental Study on Interactional Performance Characteristics of Stack Cooling System according to Thermal Management System Operations", Journal of The Korean Society of Automotive Engineers, pp. 2939-2944, 2011. 

  14. H. S. Lee, C. W. Cho, J. P. Won, M. Y. Lee, "Performance Characteristics of the Thermal Management System for Passenger Hydrogen Fuel Cell Vehicle" Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 3, pp. 986-993, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.3.986 

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  15. S. Klein, G. Nellis, "THERMODYNAMICS", pp.168-170, 2012. 

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