[논문]전기 및 열 등가회로를 이용한 BDU(Battery Disconnected Unit)의 온도 특성 해석

조태식; 주현우; 박홍태

전기 및 열 등가회로를 이용한 BDU(Battery Disconnected Unit)의 온도 특성 해석
Temperature Characteristic Analaysis of the BDU using Electric and Heat Equivalent Circuit 원문보기

조태식 (LS산전 전력연구소) , 주현우 (LS산전 전력연구소) , 박홍태 (LS산전 전력연구소)

본 연구의 목적은 전기 자동차 BDU(Battery Disconnected Unit)의 방열 설계를 위해 전기 및 열 등가회로를 설계하여 온도 특성을 파악하는 것이다. 이 온도 특성을 분석하기 위해서 해석 프로그램으로 매트랩(matlab)의 시뮬링크(simulink) 프로그램을 사용하였으며, 각 소자에서의 발열과 최대 온도 그리고 평균 온도의 해석 값을 통해 실험결과 데이터와 접목 시킨다면, 배터리 팩(battery pack)의 핵심 부품인 BDU의 최적 방열 설계를 이룰 수 있을 것으로 판단된다.

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

문제 정의

전기 자동차는 가솔린(gasoline) 자동차의 주 연료인 가솔린 엔진과 달리 전기 모터의 동력을 사용 한다는 것이 가장 큰 장점이며, 이에 따른 유해 가스의 배출이 거의 없다는 점에서 연구와 개발이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 이 전기 자동차의 전원 공급 장치인 BDU 연구 개발의 목적으로 정격전류가 약 150[A]일 경우 각 부분들의 온도 특성 분석을 수행하였으며, 이를 통해 최적 방열 설계를 이루고자 한다.

제안 방법

그림 2는 회로의 전기적인 요소를 모델링 한 그림이다. 각 부분의 전기적 저항과 전류는 표 1과 같은 값을 설정하였고, EV-릴레이(EV-Relay)의 저항과 접촉 저항(contact resistance)의 온도를 알아보기 위해 각 저항 사이에 노드(node)를 설치하여 센싱(sensing)하였으며, 이 부분이 열 손실로 처리될 수 있도록 열적 회로와 연결하여 구성하였다.
BDU는 EV 릴레이(EV-Relay)와 퓨즈(fuse), 그리고 버스바(busbar)로 구성되어 있다. 그림 1은 전기 및 열적 특성을 위해 매트랩(matlab)의 시뮬링크 (simulink)로 구성된 전기 회로이며, 그림에서 보는 바와 같이 회로의 구성은 저항부, 온도부, 센서부로 나누어 설계 하였다.
전기적인 손실을 토대로 열적 손실을 계산하기 위해 그림 3과 같이 열적 회로를 구성하였다. 대류 열전달에 의한 냉각을 고려하기 위해 외기 온도(Ambient Temperature)를 설정하였으며 접촉 저항 부분의 노드에는 발열 부분만 있을 뿐 열의 공급원이 없기 때문에 열원(thermal mass)은 설정하지 않았다. 또한 각 부분의 온도가 센싱될 수 있도록 온도 센서를 설치하여 회로를 세팅하였으며 발열부의 각 부분에 대한 값과 온도에 따른 특성 값(properties)은 표 2와 같다.
본 논문에서는 매트랩(matlab)의 시뮬링크(simulink)를 이용하여 BDU(Battery Disconnected Unit)의 전기 및 열적 회로를 구성한 후 각 요소에 대해 실험 결과와 비교, 분석 하였다. 그 결과 포화 온도는 약 ±10℃ 정도의 오차를 보였으며 그 이유는 열전대(Thermocouple) 저항값의 변화 및 환경에 따른 물성치의 변화 때문인 것으로 판단된다.
그림 5는 BDU의 3D 모델링을 나타내며, 빨간색으로 표시된 부분이 열전대(Thermocouple)의 위치를 보여주고 있다. 온도 시험은 상온 상태에서 진행하였으며, 전류가 흐를 경우 각 저항에 따른 온도 분포를 확인하기 위해 총 12개의 열전대를 부착하였다. 그림 6은 온도 상승 시험 결과를 나타낸 그래프이며, 전류가 들어오고 나가는 부분에서 온도가 가장 높았으며, 포화 온도는 약 353[K]이다.

이론/모형

또한 저항부는 일반 저항과 접촉 저항으로 나누어 구성되어 있으며, 식 (2.1)과 같은 줄의 냉각 법칙(Joule's Heating Law)1)을 사용하여 온도 특성을 파악하였다.

후속연구

본 연구를 응용하여 온도 해석 및 열 해석 분야에 접목 시킨다면 다양한 산업에서의 기초 방열 데이터(data)를 확보할 수 있을 것이며³⁾ 또한, 정확한 실험을 통한 결과 값의 비교, 분석을 통해 최적 방열 설계(thermal dasign) 및 발열 문제(heating problem)를 해결할 수 있는 중요한 기초 연구가 될 수 있을 것이다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

전기 및 열 등가회로를 이용한 BDU(Battery Disconnected Unit)의 온도 특성 해석
Temperature Characteristic Analaysis of the BDU using Electric and Heat Equivalent Circuit 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

전기 및 열 등가회로를 이용한 BDU(Battery Disconnected Unit)의 온도 특성 해석 Temperature Characteristic Analaysis of the BDU using Electric and Heat Equivalent Circuit 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

전기 및 열 등가회로를 이용한 BDU(Battery Disconnected Unit)의 온도 특성 해석
Temperature Characteristic Analaysis of the BDU using Electric and Heat Equivalent Circuit 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper