[논문]SiC MOSFET기반 200kW급 전기차 구동용 모터드라이버 개발

김연우; 김세환; 김민재; 이의형; 이성원

doi:10.7471/ikeee.2022.26.4.671

SiC MOSFET기반 200kW급 전기차 구동용 모터드라이버 개발
Development of 200kW class electric vehicle traction motor driver based on SiC MOSFET 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.26 no.4, 2022년, pp.671 - 680

김연우 (Korea Institute of Machinery & Materials) , 김세환 (Korea Institute of Machinery & Materials) , 김민재 (Korea Institute of Machinery & Materials) , 이의형 (Korea Institute of Machinery & Materials) , 이성원 (Korea Institute of Machinery & Materials)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 현재 출시되어 있는 전기차의 구동모터 사양을 대부분 포괄하는 200kW급 구동용 모터드라이버를 개발하였다. 고효율ㆍ고전력밀도를 달성하기 위해 기존 전력반도체(Insulated-gate bipolar transistor, IGBT)대신에 차세대 전력반도체(Silicon carbide, SiC)를 적용하였으며 SiC를 최적사용하기 위해 하드웨어에 대한 분석을 통해, 예상되는 효율 및 방열특성을 구하여 최적 설계를 하였다. 전기차 구동모터에 대부분 활용되는 매입형 영구자석 동기모터(Interior permanent-magnet synchronous machine, IPMSM)를 위한 벡터 제어 알고리즘을 DSP를 활용하여 구현하였다. 본 논문에서는 SiC기반 전기차 구동용 모터드라이버 시작품을 설계ㆍ제작하였으며 실험을 통해 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, A 200kW traction motor driver that covers most of the traction motor specification of commercial electric vehicles (EV) is developed. In order to achieve high efficiency and high power density, a next-generation power semiconductors (Silicon carbide, SiC) are applied instead of power semiconductor(IGBT), which is Si based. Through hardware analysis for optimal use of SiC, expected efficiency and heat dissipation characteristics are obtained. A vector control algorithm for an IPMSM (Interior permanent magnet synchronous motor), which is mostly used in EV(Electric vehicle) traction motor, is implemented using DSP (Digital signal processor). In this paper, a prototype traction motor driver based SiC for EV is designed and manufactured, and its performance is verified through experiments.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1. General configuration of driving system for electric vehicle. 그림 1. 일반적인 전기자동차 구동시스템 구성도
그림 Fig. 2. A picture of a typical electric vehicle drive system. 그림 2. 일반적인 전기자동차 구동시스템 사진[3]
표 Table 1. Specifications of previously released EV traction motor. 표 1. 기 출시된 전기차 구동모터 사양[12]
그림 Fig. 3. A picture of IPM motor selected. 그림 3. 선정한 IPM 모터의 사진[16]
그림 Fig. 4. Topology of traction motor drive. 그림 4. 구동용 모터드라이버 회로
표 Table 2. Development specifications of EV traction motor. 표 2. 전기차 구동모터 드라이버 개발 사양
그림 Fig. 5. Flow chart for design of traction motor drive. 그림 5. 구동모터 드라이버 설계 순서도
그림 Fig. 6. Graph of DC-Link capacitance according to Switching frequency. 그림 6. 스위칭주파수에 따른 DC-Link 커패시턴스 그래프
그림 Fig. 7. Switching loss of power semiconductor. 그림 7. 전력반도체 스위칭 손실[21]
그림 Fig. 8. Inside photo of power semiconductor. 그림 8. 전력반도체 내부 사진[22]
표 Table 3. Selected components of traction motor driver. 표 3. 선정된 구동모터 드라이버 구성요소
그림 Fig. 9. Calculated efficiency graph according to load. 그림 9. 부하에 따른 계산 효율 그래프
그림 Fig. 10. Analysis of expected power loss at full load (200kW). 그림 10. 최대부하(200kW)에서 예상손실 분석
그림 Fig. 11. Thermal analysis for traction motor driver. 그림 11. 구동모터 드라이버 열해석
그림 Fig. 12. Control algorithm diagram for traction motor. 그림 12. 구동모터 제어 알고리즘 구성도
그림 Fig. 13. PI current controller of Current feedback non-interference synchronous coordinate system. 그림 13. 전류 궤환 비간섭 동기좌표계 PI 전류제어기
그림 Fig. 14. Picture of traction motor driver prototype. 그림 14. 구동모터 드라이버 축소시작품 사진
그림 Fig. 15. Configuration of experimental environment. 그림 15. 실험환경 구성도
그림 Fig. 16. Experimental waveform of traction motor driver. 그림 16. 구동모터 드라이버 실험파형
그림 Fig. 17. Measured temperature of traction motor driver. 그림 17. 구동모터 드라이버 측정온도
표 Table 4. Efficiency of SiC based traction motor driver shrink prototype. 표 4. SiC기반 모터드라이버 축소시작품 효율

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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