최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
DataON 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Edison 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Kafe 바로가기주관연구기관 | 코리아하이텍 |
---|---|
연구책임자 | 오석철 |
참여연구자 | 신동현 , 김성민 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2019-01 |
과제시작연도 | 2017 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200007561 |
과제고유번호 | 1415154230 |
사업명 | 생산시스템산업전문기술개발 |
DB 구축일자 | 2022-09-03 |
키워드 | 저전압 직류 변환기.12V 배터리 모듈.배터리 관리 장치.배터리 일체형 LDC 시스템.전력전자.차량용 LDC. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 전기자동차용 12V 리튬전지 일체형 LDC 시스템 개발
- 전기자동차 부하 및 배터리 특성을 고려한 1.5KW급 절연형 LDC 시스템 개발
- 전기자동차 부하 대응용 리튬전지 모듈 및 관리장치 개발
- 차량 장착성을 고려한 12V 리튬전지 모듈과 LDC 일체화 기술 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 1차년도 개발내용 및 결과
- 리튬전지 운용범위 및 입력단 변동성을 고려한 1.5kW급 Power Stage 구성 설계
: EV차량의 납축전지 사이즈
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 전기자동차용 12V 리튬전지 일체형 LDC 시스템 개발
- 전기자동차 부하 및 배터리 특성을 고려한 1.5KW급 절연형 LDC 시스템 개발
- 전기자동차 부하 대응용 리튬전지 모듈 및 관리장치 개발
- 차량 장착성을 고려한 12V 리튬전지 모듈과 LDC 일체화 기술 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 1차년도 개발내용 및 결과
- 리튬전지 운용범위 및 입력단 변동성을 고려한 1.5kW급 Power Stage 구성 설계
: EV차량의 납축전지 사이즈 크기를 고려한 LIB비교 검토
: 대전력 컨버터에 적합한 토폴로지 선정 및 설계
: Discrete 소자 설계
: 방열특성을 고려한 LDC 설계(PCB, 기구)
- 리튬전지 일체형 LDC 시스템용 통합제어기 설계
: 디지털 제어방식의 통합회로구현
: 통합제어 알고리즘 구성 도출
: 통합제어 CAN Protocol설계
: 1차년도 개발 Control Board와 BMS 융합 기반의 통합제어 회로 상세 설계
- 리튬전지 일체형 LDC시스템 구성용 BMS 시작품 개발
: 리튬전지용 BMS 사양 선정
: BMS는 모듈/팩 셀 전압을 측정하고, 나아가 셀 간 전압의 불균형을 해소하기 위한 전압 밸런싱 기능을 수행하며, 모듈/팩의 과충전, 과전압, 과열을 방지하며 이상 발생 시 이를 조기에 인지하고 대처 할 수 있도록 진단 및 경고등의 기능을 수행함.
또한 BMS는 모듈/팩의 입출력 전류, 전압, 온도 등을 검지하여 이를 바탕으로 모듈/팩의 잔존 용량(SOC, State of Charge)을 산출하고, 상위 제어기에 통신을 통하여 가용 가능한 에너지에 대한 정보를 제공함.
: 리튬전지용 BMS 회로 설계
: 리튬전지용 BMS 제작
: SOC추정 알고리즘 개발을 위한 리튬전지 모듈 특성 평가. BMS에 적용될 SOC 추정 알고리즘 개발을 위해서는 적용될 리튬전지 모듈에 대한 특성 평가가 필요함. 특성 평가 시험 항목은 용량 시험과 SOC-OCV 시험이 있음. 특성 평가를 위해 아래 그림과 같이 Battery Module Tester, Temp.&Humid Chamber, Data Logging PC를 이용하여 특성 평가 환경을 구성하였음.
: SOC 추정 알고리즘 개발
- SOC(State of charge)는 배터리 초기 기준 용량으로부터 이용 가능한 용량을 비율로 나타낸 값으로, CAvailable를 배터리의 이용 가능한 용량, CNorminal를 배터리의 규격 용량으로 나타내며 다음과 같이 SOC를 정의함.
: 리튬전지 일체형 LDC 시스템 성능 평가
: BMS 시제품을 이용한 SOC 알고리즘 추정 정확도 평가
: SOC 정확도 검증을 위하여 패턴 사이클은 차동차 배기가스 방출량 측정을 위해 수행하는 FTP(Federal Test Procedure) 75 패턴을 수정하여 사용하였음.
: 셀 밸런싱 동작 평가
: 실험 결과 위의 그림과 같이 Cell 1과 Cell 3은 처음에는 80mV의 전압 차이를 가지지만, 셀 밸런싱이 동작하여 최종적으로는 50mV 이내의 전압 차이를 가지는 것을 확인함.
- 1.5kW급 LDC 토폴로지 분석 및 회로설계
‧ 대용량, 고효율 회로에 가장 적합한 Bridge Type의 회로 (Full-Bridge 회로)
‧ 스위칭 손실 및 EMI 대응에 효과적인 Phase-Shift Full Bridge 회로 선정
‧ 고효율을 위한 2차측 동기정류기 사용
‧ 권선의 정격전류와 출력전류의 리플을 감소시킴과 동시에 대전류에 유리한 배전류 정류 방식 적용
- 디지털 제어기 설계 및 알고리즘 적용 및 분석
: 시스템 효율
- 특허 조사 분석
: 특허맵 작성
: 특허 출원 - 배터리 일체형 저전압 디씨디씨 컨버터
○ 2차년도 개발내용 및 결과
- 리튬전지 일체형 LDC 시스템 최종 시제품 개발
: 일체형 LDC 회로 개선 및 시제품 개발
: 회로 구동용 내부 SMPS 회로 설계
: 통합형 PCB 설계
: 기구물 방열 및 내부 열전달 특성을 고려한 냉각방식 최적화 개발
: 고밀도 고온 방열을 위한 플레이트 적층형 방열 기판을 적용
- 2차년도 소형 리튬이온 배터리 셀 다면 방열 냉각 구성도
: 과제 목표인 7리터 이하의 다면 방열 구조를 완성하기 위하여 자성체 및 대전력 패턴의 직접 방열을 위한 PLANAR자성체 설계기법을 적용하여 기판 일체형 자성체를 구성하였으며, 히트폴 방식의 방열 구조를 채택하여, SMD타입의 전력반도체 방열 효과를 극 대화 하였다.
: 알루미늄 성형 방열구조의 절연성 향상 시키기 위하여 알루미나(Al2O3)재질로 변경하여 방열 구조의 열전도율을 30W/mK로 유지하면서 절연파괴강도 15X10^6[V/m]으로 개발하여 전력변환회로의 각 소자들 및 회로패턴과의 절연성을 확보 하였다.
: 1차년도에서는 다면방열 구조를 적용한 대용량 원통형 배터리 시스템 구성으로 가로220X세로125X높이165mm 인 4.5리터의 부피 용량 및 크기를 완성하였으며, 2차년도에서는 고밀도 슬림형 구조 및 차량탑재형 인터페이스를 구성을 위하여 가로300X세로180X높이70mm 인 3.8리터 이하의 슬림형 고밀도 LDC결합형 배터리 시스템을 완성하였다.
: 고전력 전류 밀도 향상 및 개선을 위하여 패턴설계 시 전류 밀도 시뮬레이션을 적용하여 설계에 반영함
: 전자파 최적화를 위한 시뮬레이션 수행
: 최종품 구조 전개도
: 냉각플레이트 기판과 다면방열하우징이 적용된 시스템의 온도 분포 시뮬레이션
: 리튬전지 일체형 LDC 시스템 통합제어 알고리즘 개발
: 소프트웨어 통합에대한 신뢰성 확보(MISRA-C 기준 수행)
: 검사 적용 Tool - Codescroll code inspector 3.6
: MISRA-C 2004의 심각도 높음 항목 122개, 낮음 항목 20개, 총 142개의 규칙 위배 사항 적용하여 검사 결과, 준수율 100% 만족
- 리튬전지 일체형 LDC 시스템 구성용 BMS 시작품 개발
: 리튬전지용 BMS회로 설계
: 시작품 회로설계
: SOC 추정 알고리즘 개발을 위한 리튬전지 모듈 특성 평가
: BMS 동작 알고리즘 개발
: BMS 보드 패턴 설계
: 동작 알고리즘 개발
- 시스템 성능 평가
- 효율개선 기술을 적용한 LDC 회로설계 최적화
: 경부하시 스위치 소자의 손실 분석
: 최대부하 구간 2차측 스위치 소자의 도통 손실 분석
: 플래너 트랜스 적용을 위한 변압기 설계 최적화
: 최종 설계 회로 검토(Power stage)
: 트랜스 포머의 부하별 전압, 전류 파형
: 효율 실험
- 정량적 목표 대비 최종 결과
: 본 과제를 통하여 개발한 일체형 LDC에 대한 정량적 목표 대비 최종 결과는 아래와 같다. 전 항목에 대해 개발 목표치를 모두 만족하였다.
□ 기술개발 배경
○ 지속 가능한 미래 자동차산업 육성을 위한 연비향상 및 친환경 기술 추진 필요
○ 전기자동차 핵심 부품의 가격 경쟁력 강화를 위한 부품 통합화 진행
○ 12V 전장 부하 전원 공급용 리튬전지 일체형 LDC 시스템 개발 필요
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 현재 전기자동차의 전장 부하는 여전히 12V 전장부하가 대부분이기 때문에, 구동용 고전압 리튬전지 배터리를 12V 전압으로 감압하여, 전장부하의 전원을 공급 및 12V 배터리를 충전하는 LDC가 필수적임.
○ 최근 전기자동차의 통합화에 따라 LDC도 12V 리튬전지 배터리와 통합화가 요구되고 있음.
○ 리튬전지 일체형 LDC 시스템은 배터리 모듈(BMA, Battery Module Assy.), LDC, 전력차단 장치(PRA), 냉각 팬, 와이어 하네스 등으로 구성되며, 배터리 셀 밸런싱 및 모니터링을 위한 BMS와 전력 변환 및 제어를 위한 LDC의 각 제어기가 하나의 제어기로 통합되어 전체 시스템을 효율적으로 관리 및 제어하는 장점이 있음.
○ 또한 차량 장착성 및 연결 와이어링, 접속부 등을 줄일 수 있어, 시스템 효율 향상을 기대 할 수 있음.
○ 리툼전지 일체형 LDC 시스템의 관련기술 확보를 통해 국내 완성차 업체와 해외 시장 진출에도 충분한 경쟁력을 확보할 수 있었으며, 기존 개발 진행중이던 관련 제품들에 대해 기술 개선 및 회로 최적화 등을 통해 간접적인 매출 상승 효과가 기대됨
□ 적용 분야
○ 전력변환이 필요한 부품이 필요한 친환경 자동차(EV, HEV, 오토바이 등)
○ 친환경 자동차의 부품통합화에 따른 확대 적용
: 경량화, 소형화에 따른 부품 통합화
(출처 : 그린자동차 부품실용화 및 실증 기술개발사업 최종보고서 초록 5p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
---|---|
연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.