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1인승 전기차량의 임베디드 전동제어장치 설계

Design of Embedded Electrical Power Control Unit for Personal Electrical Vehicle

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.18 no.2, 2014년, pp.282 - 290  

신규재 (Dept. of Electrical Control Engineering, Suncheon First University) ,  차현록 (Automotive Components Research Group, Honam Regional Division, Korea Institute of Industrial Technology)

초록
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본 논문은 1인승 전기차량의 임베디드 전동 제어장치 설계를 제안하였다. 제안된 임베디드 장치는 PIC18F8720 프로세서, 16Mb flash ROM, 32Mb SDRAM과 신호처리회로로 설계되었다. 제안된 1인승 전기차량은 4KW 인휠 BLDCM, $180^{\circ}$ 도통 공간 벡터제어 3상 전압형 인버터, PID 속도제어기와 전동제어 장치와 임베디드 제어장치로 구성된다. 이 1인승 전기차량은 역 3륜 형태의 기계적인 구조를 가지고 있으며, 인휠 BLDCM과 틸팅 기능을 가지는 조향 메카니즘이 적용되었다. 또한 제안된 임베디드 전동제어장치의 성능은 PEV에 대한 Lab 실험과 도로 주행시험을 통하여 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the design of embedded electrical power control unit for Personal Electrical Vehicle(PEV). The embedded unit is designed using PIC18F8720 processor, 16Mb flash ROM, 32Mb SDRAM and signal condition circuits. The proposed PEV consists of 4KW in-wheel Brushless DC Motor(BLDCM), 3 ph...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 PEV 주행모터 BLDCM의 속도제어를 위하여 임베디드 구동제어장치를 설계하고, 차량 현장적응 실험을 통하여 설계된 임베디드 구동제어장치의 성능을 평가한다. 본 연구에서 적용된 1인승 전기자동차는 운전자의 안전을 보장하고 승차감 향상을 위한 역 3륜 형태의 차체, 틸팅기능을 가지는 조향장치, 차량의 주행력 확보를 위한 인휠형 BLDCM 및 3상 전압제어형 인버터(VSI)가 그림1과 같이 적용되었다[1],[2].
  • 본 논문에서는 그림9와 같이 BLDCM 속도제어기를 포함한 1인승 전기차량용 임베디드 구동제어장치를 제안한다. 차량 내부장치에 필요한 전원 12[Vdc] 와 5[Vdc] 전압을 생성해야 하고 내부적으로는 주행 부의 고전류 전기장치와 전자차폐를 통하여 제어기및 내부 전자장치에 전자파간섭을 보장해야 한다.
  • 본 논문의 1인승 전기차량에 대한 설계목표는 국토해양부 고시(2010-165호) 근거리 전기자동차 안전규정에 근거하여 차량의 안전속도 60[Km/H]로 설정하였으며, 1회 충전 주행거리는 도심 내에서 이동하는 차량의 안전된 이동거리를 확보하기 위한 목적으로 기존 차량의 최대 이동거리에 대한 평균거리를 적용하여 1회 충전거리 100[Km]를 선정하였다. 또한 전기차량의 제동 안전을 확보하기 위하여 시속 60[Km/H] 주행 조건에서 제동거리를 15[m]이내이고, 등판능력은 시내 일반 도로의 등판각도를 기준으로 12 [deg]를 표4와 같이 설계목표로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전 기차량이 1인승으로 연구되는 이유는 무엇인가? 자동차가 친환경적으로 진화함에 따라 내연기관을 대체하는 전기적 주행모터의 전기차량에 대한 실용화 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 전 기차량은 배터리 충전량의 한계로 장거리 주행이 어 렵고 배터리가 차지하는 차량가격 문제로 1인승 전기 차량(Personal Electrical Vehicle; PEV)에 대한 연구 가 진행되고 있으며[1][2][3], 일본 도요타 아이로드 (i-Road), 독일 폭스바겐 닐스(NILS)와 유럽 르노 트 위지(Twizy) 등이 PEV의 상용화를 위한 실증시험이 추진되고 있다.
PEV에 요구되는 성능은 무엇인가? PEV는 주행모드와 제동모드상태의 효율적인 전력 구동제어의 수행이 필요하고, 주행모드에서는 최대전력을 기계토크로 출력할 수 있어야 하며, 제동모드에서는 차량을 제동시킬 때 발생하는 기계적 에너지를 전기에너지로 흡수하고 저장 회수할 수 있어야 한다. 결과적으로 PEV의 동력 효율의 극대화를 위하여 전 동력의 효율적인 구동제어가 매우 중요하다.
본 논문에서 RSM(표면반응법)-DOE방법을 이용하여 BLDC 모터를 설계한 이유는 무엇인가? 1인승 전기차량의 주행전동기의 조건으로 저속도 구간에서 고토오크가 필요하고 3륜 후륜 구동구조이 기 때문에 고토오크 및 토크리플이 적어야 한다. 따 라서 본 전기차량에 적용된 인휠형 BLDC 모터는 전자계해석을 통해서 구동영역에서 최대효율을 얻을수있도록 RSM(표면반응법)-DOE방법을 이용하여 최적화 설계를 진행하였다[5],[6],[7].
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참고문헌 (12)

  1. Kyoojae Shin, Hyunrok Cha, Younju Seo, "Development of Pesonal Electrical Vehicle", The Korea Institute of Power Electronics, KIPE, vol.16, No.2, pp.44-48, 2011 

  2. H.R. Cha, K.J. Shin, Y.J. Seo, "Design of Outer Rotor IPM type PMSM for 3 Wheel Electric Vehicle, ICEMS, 2011 

  3. Z. Q. Zhu and D. Howe, "Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles", Proceedings of the IEEE, pp.746-765, 2007 

  4. Krause P.C "Analysis of Electric Machinery", McGraw-Hill, New York, 1986 

  5. Karim Abbaszadeh, Mostafa Jafari, "Optimizing cogging torque reduction in slot opening shift method for BLDC motor by RSM " PEDSTC, 2nd. pp.62-66, 2011 

  6. K.T Chau, Dong Zhang, J.Z. Jiang, Chunhua Liu and Yuejin Zhang, "Design of a magnetic-geared outer-rotor permanent magnetic Brushless motor for electrical vehicles", IEEE Transactions on magnetics, Vol.43, No.6, pp.2504-2506, 2007 

  7. Y. Fan, X. Han, Z. Xue and H. Jiang, "Design, analysis and control of a permanent magnet in-wheel motor based on magnetic-gear for electric vehicles", ICEMS, 2011 

  8. Takashi Kenjo, "Power Electronics for the Microproce ssor Age", Oxford University Press, 1994 

  9. Richrd Valentine, "Motor Control Electronics Handbook", McGraw-Hill, 1998 

  10. KJ Shin, HR Cha, YJ Seo, JY Lim, "Design of bike inverter using adative state observer of dc-link", ICEMS, 2012 

  11. Ion Boldea, S. A. Nasar, "Electric Drives", CRC Press, 1998 

  12. Bahram Shahiab & Michael Hassul, "Control system design using Matlab", Prentice-Hall Intena -tional Inc.,pp.171-177, pp.284-287, 1993 

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