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인버터 열모델을 이용한 하이브리드 차량 성능 분석
HEV Performance Analysis Using Inverter Thermal Model 원문보기

전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집, 2009 Nov. 27, 2009년, pp.222 - 224  

남동진 (현대자동차) ,  한대웅 (현대자동차) ,  강구배 (현대자동차) ,  민병순 (현대자동차) ,  김호기 (현대자동차)

초록
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3상 인버터의 PWM 구동시 인버터 파워모듈의 IGBT와 Diode에서는 도통 손실 및 스위칭 손실이 발생하며 이러한 손실은 소자의 정션 온도를 증가시킨다. 하이브리드 차량(HEV)의 경우 다양한 주행 조건에서 IGBT와 Diode가 제한 온도를 초과하지 않도록 해야한다. 본 연구에서는 순시 전압 및 전류에 대한 3상PWM 인버터의 손실을 계산하고 열모델을 통해 소자의 온도를 파악함으로써 하이브리드 차량의 성능 예측에 활용하였다. 열모델은 파워모듈 각 상의 IGBT와 Diode 사이의 상호 열전달을 고려하였으며 시험 결과와 시뮬레이션 결과 비교를 통해 열모델의 타당성을 살펴보았다. 제안된 모델을 통해 다양한 주행 조건에서 하이브리드 차량의 성능 분석을 실시하였다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 인버터 열모델 시뮬레이션을 통해 차량 주행상태에 따른 인버터 내부 온도 변화를 예측함으로써 하이브리드 차량 임의의 주행 사이클에 대해 파워모듈 내의 반도체 소자(IGBT 및 Diode) 들이 제한온도 내에서 구동 가능한지를 알 수 있었다.

가설 설정

  • 7(d)와 (e)는 각각 베이스 플레이트 온도와 정션온도를 예측한 결과이다. 냉각수 온도(Ta)는 초기에 베이스플레이트와 같은 온도에서 출발하여 주행 중 일정 온도까지 상승하는 것으로 가정하여 시뮬레이션 하였다. 베이스플레이트 온도는 차량 운행 중 파워모듈의 NTC 를 통해 측정이 가능하므로 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하이브리드 차량의 교류모터를 구동하기 위해 무엇이 사용되는가? 하이브리드 차량의 교류모터를 구동하기 위해서 고전압 배터리의 직류전압을 교류로 변환하는 인버터(Inverter)가 사용된다. 인버터는 파워모듈(Power Module), 커패시 터, 전류센서, 제어보드로 구성되어 있으며, 특히 IGBT와 Diode의 반도체 소자들로 구성된 파워모듈에서 PWM스위칭을 통해 직류에서 교류로 전력변환이 이루어진다.
하이브리드 차량의 인버터는 무엇으로 구성되어 있는가? 하이브리드 차량의 교류모터를 구동하기 위해서 고전압 배터리의 직류전압을 교류로 변환하는 인버터(Inverter)가 사용된다. 인버터는 파워모듈(Power Module), 커패시 터, 전류센서, 제어보드로 구성되어 있으며, 특히 IGBT와 Diode의 반도체 소자들로 구성된 파워모듈에서 PWM스위칭을 통해 직류에서 교류로 전력변환이 이루어진다. 이 과정에서 파워모듈을 통해 흐르는 전류는 파워모듈 내 스위칭 소자에서 손실(Power Loss)을 발생시켜 온도를 상승시킨다.
파워모듈의 손실은 무엇을 이용하여 계산할 수 있는가? 파워모듈의 손실은 내부 반도체 소자 즉, IGBT 및 Diode에 흐르는 전류를 이용하여 계산할 수 있으며, 일반적으로 인버터 정상상태 운전에서는 전류의 한 주기에 대한 평균손실로 표현 할 수 있고 과도상태에서는 전류의 변화를 실질적으로 반영하기 위하여 순간손실을 적용한다.
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