초록 ▼

핵심기술
∎션트 소재 (Mn Alloy) 국산화 상용화 기술 개발
∎고전압, 저전압용 션트 저항 모듈 개발
∎국산화 소재를 적용한 연비향상을 목적으로 하는 발전제어 시스템용 12V/24V 전원 시스템을 위한 배터리센서 적용기술
∎다전원 전원체계 시스템에서 전력변환용 전류센서 응용기술
∎xEV를 기반으로 하는 차량의 고전압 전류센서 개발

최종목표
∎차량기반 국산화 션트를 적용한 고정밀 전류센서 개발
⦁션트저항 국산화 소재 기반 응용기술 개발
⦁국산화 션트저항 기반 용접기술 개발<

핵심기술
∎션트 소재 (Mn Alloy) 국산화 상용화 기술 개발
∎고전압, 저전압용 션트 저항 모듈 개발
∎국산화 소재를 적용한 연비향상을 목적으로 하는 발전제어 시스템용 12V/24V 전원 시스템을 위한 배터리센서 적용기술
∎다전원 전원체계 시스템에서 전력변환용 전류센서 응용기술
∎xEV를 기반으로 하는 차량의 고전압 전류센서 개발

최종목표
∎차량기반 국산화 션트를 적용한 고정밀 전류센서 개발
⦁션트저항 국산화 소재 기반 응용기술 개발
⦁국산화 션트저항 기반 용접기술 개발
⦁저전압, 고전압용 고정밀 전류센서 모듈 개발
⦁저항, 전류센서 모듈 신뢰성 평가 및 평가 환경 구축

개발내용 및 결과
1. 12V용 전류센서 모듈 개발
가. 배터리 포스트 클램프 일체형 저전압 전류센서 Assy 개발
1) 판재형, 경사형 포스트 클램프 변형량 해석 결과 스토퍼부가 0.6Kgf/m 토크시, 5mm 변위량으로 장착 됨.
2) Main Body 토크별 상대물 안착부 변위량 해석 결과 0.4Kgf/m 토크 적용시 0.9mm ~1.2mm변위 발생
3) 터미널 응력 분포 해석 결과 0.6Kgf/m 적용시, 원재료 항복 강도 314Mpa 조건에서 소성변형 부위 343Mpa로 안정적.

4) 포스트 클램프 제작
㉮ 판재 경사형 클램프 단품 제작
㉯ 판재 경사형 클램프 적용 전류센서 메카 시제품 제작
㉰ 판재 클램프형 전류센서 어셈블리 공정 개발
클램프 Press 가공 후 도금 → Bolt/Nut 삽입 및 홀딩부 조립→Shunt/Attach Terminal Brazing Weldng → Body Insert Molding PCB ASS'Y 조립(Soldering) → Cover Welding
㉱ 회전/교차 홀딩력 시험 결과 합격(규격 : ES37210-05)
㉲ 면압 평가 결과 클램프 상하부에 강한 압력이 가해져 안정적인 clamping 가능

나. 개선형 배터리 포스트 클램프 개발
1) 장착 편의성을 고려하여 수직형 판재 포스트 클램프 개발
㉮ 변형량 검증 결과 볼트 체결부 상단 슬라이드 2.8mm 메인 Body 체결부 편측 기준 1.5~1.7mm 이동
㉯ 응력 검증 결과 메인 Body 소성 변형 발생부 확인
㉰ 해석 결과를 도면 반영 하여 시제품 제작
㉱ 회전/교차 홀딩력 실험 결과 합격(규격 : ES37210-05)

다. 제어기 개발
1) 전용 ASIC화 된 MCU 적용
2) 전류, 전압, 온도 16bit sigma-Delta ADC로 측정
3) 외부 레귤레이터 없이 직접 배터리 전원을 사용, LIN통신

라. 전류센서 시제품 제작 및 어셈블리
1) 기본 성능
㉮ 동작전압 :　8 ~ 16V
㉯ 동작온도 : -40 ~ 125도
㉰ 소비 전류　: 40mA(normal), 200uA(sleep)
㉱ 측정 성능
① 전압 : ±0.25% 정확도, 0.5mV offset
② 전류 : ±0.7% 정확도, 400mA offset
③ 온도 : ±3도
④ SOC : ±8.67%
㉲ 기본 성능 평가 결과 전류, 전압 1% 이내 오차 만족
마. 배터리 상태 추정 알고리즘 개발
1) SOC(State of Charge) 알고리즘 개발
㉮ OCV method와 Ah Counting 법을 사용하여 SOC추정
2) BTM(Battery Temperature Model) 알고리즘 개발
㉮ 제어기 내부에 있는 온도센서로 배터리 외부온도를 측정
하여, 배터리 내액의 온도를 추정하는 알고리즘
3) SOC 및 BTM 알고리즘 평가
㉮ SOC Max 8.47%, BTM Max 3.75°C 오차 발생
㉯ SOC 실차 평가 결과 약 9%오차 발생

2. 고전압 전류센서 모듈 개발
가. 고전압 전류센서 제어기 개발
2) HV배터리 GND와 LV배터리 GND를 분리
3) 500Kbps high-speed CAN 통신 적용, 10ms주기로 BMS와 통신
4) 고.저전압 배터리사이에 진단회로를 구성하여, 전압 모니터링을 통해 절연파괴 진단

나. 고전압 전류센서 시제품 제작
1) PCB 설계 및 제작
㉮ 고전압과 저전압 이격 거리 5mm유지
㉯ 전류 측정 패턴 최적 설계 : 패턴 길이 및 두께 동일 두 Line을 Pair로 연결
㉰ UL840규격을 준수하여 고전압 측정 패턴 설계
① 고전압 입력단 간 5mm 이상 이격, 내층 copper 제거
㉱ EMI 방안 적용
① 그라운드 강화, 그라운드 펜스 적용, stitching cap 적용

2) 시제품 제작
㉮ Laser 용접 : shunt + Pin접합
㉯ 로봇 솔더링 : Body + PCB 접합
㉰ High-voltage용 커넥터 적용
㉱ 100uohm, ±5%, 15W 션트 적용
㉲ 방수 : 우레탄 포팅

3) 기본 성능 평가 환경 구축
㉮ 고전압 전류센서용 전용 성능 검사장비 제작

4) 기본 성능평가
㉮ 온도별 성능 평가 결과 전류 ±0.8%, 전압 ±0.4% 오차

5) 기구 개발
㉮ 커넥터 조립시 오삽입 방지 구현
㉯ 진동/충격 강도 향상을 위한 Rib 부분 추가
㉰ 커넥터 매칭성 별도 진행
6) 전류센서 제조 공정 개발

3. 션트소재(Mn Alloy)소재 국산화 적용 기술 개발
가. 수평식 연속주조를 이용한 망간동 스트립 생산기술
1) 수입(이사벨렌 社) 망간동 분석
2) 수평식 연속주조 공정 개발
3) 망간동 스트립 생산
㉮ 20T, 35T 망간동 스트립 제작
① 인출 초기, 중기 말기부에 대한 조직분석, SEM/EDS, 표 면조도, 기계적 분석 실행
② 망간동 스트립 성분 분석

4) 망간동 열간압연
㉮ 주조 조직 제거, 균일 가열을 통한 편열 방지를 위해 열 간압연 실행
㉯ 망간동을 800℃ 2시간 유지, 750℃ 열간압연
① 20T 망간동 스트립은 1차 11T, 2차 6T 압연
② 35T 망간동 스트립은 1차 25T, 2차 18T 압연
㉰ 열간압연 시편 조직 관찰 및 기계적 특성 분석
5) 망간동 고유 저항 측정 결과 44.9μΩ㎝ 1차년도 정량적 목표 만족

나. 망간동 연속 주조 공정 개선을 통한 생산성 향상
1) 수평연속주조 속도 최적화를 통한 시간당 생산량 향상
2) 용해시 진공 분위기 조성을 통한 시간당 생산량 향상

다. 망간동 압연 공정 개선을 통한 생산 수율 향상
1) 열간압연 온도 및 압하율 최적화를 통한 불량률 감소
2) 양방향 압연기술 최적화를 통한 생산 속도 향상

4. 고정밀 전류센서용 션트저항 어셈블리 개발
가. 션트 저항 어셈블리 제작 공정 개발
1) 전자빔 용접기술 개발

2) 션트 절단용 프레스 금형 개발
가) 션트 평탄도를 고려한 정밀 콤파운드 금형 제작

나. 션트저항체와 션트저항 모듈 시제품 제작
1) 기계적 특성 및 성분, 조직 분석

다. 신뢰성 평가
1) 인장강도 및 Bending test
2) AEC-Q200 인증 평가

5. 전류센서 모듈 신뢰성 평가 및 평가 환경 구축
가. 실차연계 전류센서 모듈 신뢰성 평가환경 구축
나. 전류센서 장애인가 시험 및 평가기술 개발
다. 시스템 레벨의 ISO26262 기능안전 대응기술
라. 신뢰성 공인 시험평가 및 내환경 확보기술 개발

기술개발 배경
∎기존 전력망에 IT 기술을 접목해 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하고자 하는 차세대 전력망 스마트 그리드 산업에서 션트저항체는 핵심 부품으로 산업 전반에 사용가능

∎현재 전량 수입에 의존하는 망간동 소재를 국산화 개발

∎편의 및 안전시스템 구현에 필요한 부품의 증가로 차량 내 전원 소비가 증가됨. 이에 배터리의 효율적인 관리를 위해서 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 실시간으로 모니터링하여 배터리 상태를 예측하는 장치가 필요함.

∎현재 배터리 전류센서 시장의 대부분을 해외 제품들이 선점하고 있으며, 자동차 배터리 시스템의 다양화로 전류센서 또한 요구되는 사양이 다양해지고 있음.

∎ 최근 xEV의 대두에 따른 다기능 배터리 전류센서의 적용 요구와 ISO26262의 기능안전의 이슈로 인한 시스템 기능안전 지원이 가능한 전류센서를 개발이 필요함

핵심개발 기술의 의의
∎고정밀 전류센서 기술에 대한 해외 선진 업체들과의 기술 격차 감소, 제조 공정 및 기술 국산화를 통한 가격 경쟁력 확보
∎ISO26262 기능안전 프로세스에 맞는 전류센서 개발을 통해 시장 점유율 확대 가능
∎션트 개발 기술의 100% 국산화를 통한 신규 개발
∎전량 수입에 의존하는 션트저항체의 국산화로 수입 대체
∎세계 최고수준의 이사벨휘테크 사와 동일한 수준의 제품 개발로 수출 추진

적용 분야
∎ ESS 및 전기자동차의 배터리와 모듈
∎ 12V 납축 전지 전원 시스템
∎ 납축 전지 기반 발전 제어 및 ISG 시스템
∎ 핵심 전자부품
∎ 스마트 센서

(출처 : 최종보고서 초록 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 15
• 목차 ... 19
• 제 1 장 서론 ... 20
• 제 1 절 과제의 개요 ... 20
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 22
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 22
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 28
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 32
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 40
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 41
• 제 3 장 결과 ... 42
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 42
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 42
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 45
• 끝페이지 ... 91