ISSN 1975-8359(Print) / ISSN 2287-4364(Online) The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 63, No. 9, pp. 1212~1218, 2014 http://dx.doi.org/10.5370/kiee.2014.63.9.1212 친환경자동차용통합형전력변환장치의개발및배터리 HILS 를이용한 LDC 검증에관한연구 Development of the Integrated Power Converter for the Environmentally Friendly Vehicle and Validation of the LDC using Battery HILS 김태훈 * 송현식 * 이백행 이찬송 ** 권철순 ** 정도양 ** (Tae-Hoon Kim Hyun-Sik Song Baek-Haeng Lee Chan-Song Lee Cheol-Soon Kwon Do-Yang Jung) Abstract - For OBC (On-Board Charger) and LDC (Low DC-DC Converter) used as essential power conversion systems of PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), system performance is required as well as reliability, which is need to protect the vehicle and driver from various faults. While current development processor is sufficient for embodying functions and verifying performance in normal state during development of prototypes for OBC and LDC, there is no clear method of verification for various fault situations that occur in abnormal state and for securing stability of vehicle base, unless verification is performed by mounting on an actual vehicle. In this paper, a CCM (Charger Converter Module) was developed as an integrated structure of OBC and LDC. In addition, diverse fault situations that can occur in vehicles are simulated by a simulator to artificially inject into power conversion system and to test whether it operates properly. Also, HILS (Hardware-in-the-Loop Simulation) is carried out to verify whether LDC is operated properly under power environment of an actual vehicle. Key Words : CCM(Charger Converter Module), OBC(On-Board Charger), LDC(Low DC-DC Converter), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation), Fault insertion 1. 서론자동차개발패러다임의변화에따라최근다양한그린카기술개발이활발히진행되고있으며, 이중전기차의구동모터와액체연료를사용하는엔진을장착한 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 를주축으로한기술개발이가속화되고있다. PHEV에는고전압으로이루어진대용량배터리팩탑재가필수적으로요구되며, 구동용시스템에필요한전원을공급하는역할을담당한다. 따라서계통으로부터전기에너지를공급받아고전압배터리를충전해줄수있는 OBC(On-Board Charger) 가필요하다. 또한차량에탑재되어있는조명장치등대부분의전장부품이고전압이아닌 12V로동작하기때문에고전압을저전압으로변환하는 LDC(Low DC-DC Converter) 또한필수적으로요구된다. 이러한전력변환장치의시제품개발에있어정상상태에서의기능구현및성능검증을하는것은일반적인개발프로세 서만으로충분하지만비정상적인상태에서발생할수있는다양한오류및차량기반에대한안전성확보는실차에탑재하여검증하지않고서는뚜렷한검증법이없는실정이다. 본연구에서는 PHEV의필수전력변환장치인 OBC와 LDC의통합형구조인 CCM(Charger Converter Module) 을개발하였으며, 이를대상으로실차에탑재하지않고운용안전성을검증할수있는방법에대해기술하였다. 차량에서발생될수있는다양한경고 (warning) 및오류 (fault) 상황들을시뮬레이터로모사하였으며, 그림 1과같이 controller, power level로구분지어전력변환장치에인위적으로주입시킨뒤설정된보호동작에따라정상동작하는지확인하였다. 특히 CCM의 LDC를대상으로는 PHEV 차량모델이적용된배터리 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 를통 Corresponding Author : Automotive Convergence Parts Technology R&D Division, Korea Automotive Technology Institute, Korea. E-mail: leebh@katech.re.kr * Electronic System R&D Center, Korea Automotive Technology Institute, Korea. ** Power Electrics R&D Center, PNE SOLUTION Co., LTD, Korea. Received : April 03, 2014; Accepted : August 18, 2014 그림 1 전력변환장치의동작시퀀스검증방안 Fig. 1 Method of operation sequence validation for the power converter 1212
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 9, SEP, 2014 해실차전력환경을모사하여특정주행패턴에서도정상적으로운용되는지검증하였다. 2. PHEV 용 CCM 개발 기존에개발된일반적인 OBC와 LDC는각각개별적으로공급되어장착되는분리형이었다. OBC의경우대부분공랭식방식이사용되며, 고전압배터리가있는차량의밀폐된부분에장착되기때문에방열및환기부분에단점을갖는다. LDC의경우에는차량내에별도로설치되거나인버터모듈에장착되는구조이다. 이와같은경우 LDC가인버터의입력부를같이공유하기때문에인버터에서발생하는노이즈에의한입력서지보호기의소손및출력에영향을미칠우려가있다. 이에따라본연구에서는개별적으로설치되던 OBC와 LDC를하나의기구물로통합제작한 CCM을개발하였다. 이러한통합형전력변환장치의장점으로는하우징을축소할수있기때문에 PHEV의공간적인제약을극복할수있으며, 기존제품들간커넥터로연결되는부분을내부버스바 (bus-bar) 나전선으로접속시킬수있어부피및원가를절감할수있다. 또한통합형전력변환장치의방열부를공용화시킴으로써개별방열부가차지하던공간들을줄여제품을소형화시킬수있다. 하지만한개이상의요소부품이고장시제품전체를수리하거나교체해야하는불편함도가지고있다 [1]-[3]. OBC와 LDC의통합형전력변환장치로여러형태의회로가고려될수있으며, 본논문에서는그림 1과같이고전압배터리와연결되는 OBC의출력과 LDC의입력이공통으로쓰이는직렬연결구조를적용하였다. 이러한구조는기존 OBC 및 LDC의구성과동일하기때문에토폴로지변동없이그대로사용할수있다. 2.1 OBC 설계 OBC의정격출력은 3kW로입력은완속충전기의출력범위에맞는 1Φ AC 220V(110V) 이며, 출력은고전압배터리의충전범위인 DC 240 400V이고최대전류는 7.5A이다. 충전은충전기와 SAE J1772 규격에근거하여통신하며, 충전기의수전용량을확인하여정전류-정전압 (CC-CV) 제어를통해고전압배터리를완속충전한다. 또한, 차량내부에있는배터리관리장치 (BMS: Battery Management System), 차량제어모듈 (VCM: Vehicle Control Module) 등과 CAN(Controller Area Network) 을통하여 OBC 내부정보를차량에전달한다. 그림 2는본연구에서설계한 OBC의구성도이다. EMC 필터와전파정류기를거쳐총 3 단계의전력변환회로로구성된다. 첫단계로입력측의역률보상및출력인 DC-link 의일정전압유지를위해 Boost PFC를사용하였다 [4]. 제어를위해전용 IC인 TI사의 UC2854를이용하여아날로그제어하였으며, 주제어기를통해동작여부를결정한다. Boost PFC 다음단에서는배터리의요구전류및전압에맞게충전해줄수있는전력변환이필요하다. 이를위해하나의전력변환회로만으로도구현이가능하지만고정된입력전압에비해출력전압의가변범위가넓기때문에하나의전력변환회로만으로이를구현할경우넓은출력범 그림 2 OBC 시스템구성도 Fig. 2 System block diagram of the on-board charger 그림 3 LDC 시스템구성도 Fig. 3 System block diagram of the low dc-dc converter 위에서효율편차가심해지거나스위칭소자의스트레스가증대될우려가높다. 따라서본연구에서는이를두단계로나누어 Buck 컨버터에서배터리충전에필요한 CC-CV 제어를수행하였으며, LC 직렬공진형컨버터에서는최적의효율점에서고정주파수로동작시켜이러한문제를보완하였다. 이들의제어를위해서는 Freescale사의 MPC5553를이용하여디지털제어하였다. 2.2 LDC 설계 LDC의입력은 OBC의출력과공통으로연결되어있는구조이기때문에입력사양은고전압배터리의충전범위인 DC 240 400V와동일하며, 출력은저전압배터리의충전전압인 DC 14.2V이고최대전류는 85A, 정격출력은 1.2kW이다. 충전동작은차량의 ignition 신호가들어왔을경우, ignition 신호는들어오지않았지만보조배터리의전압이특정전압 (12.2V) 이하로떨어졌을경우, 고전압배터리충전을위해 OBC가동작하는경우중하나의조건이라도충족할경우정전압 (CV) 제어를통해저전압배터리를충전한다. 또한 OBC와마찬가지로 CAN을통해상위제어기인 BMS, VCM 등과 LDC 내부정보를공유한다. LDC는그림 3과같이 EMI 필터와하나의 DC-DC 컨버터로구성되며, DC-DC 컨버터는두개의인덕터정류회로를이용한 current doubler 타입의위상천이풀브리지토폴로지를사용하였다 [5]-[7]. 위상천이풀브리지컨버터는별도의추가회로없이스위치들의게이트신호에시간지연을두는방식을통해소프트스위칭을성취할수있으므로, 스위칭손실을줄여효율을높일수있으며, 고주파스위칭을통해컨버터의부피및무게를감소시킬수있다. 또한 2차측에는 current doubler 방식과동기정류방식을적용하였다. 이러한회로의장점은변압기 2차측전류정격을감소시킬수있어전류에의한손실을저감시킬수있으며, 다이오드의높은도통손실을 MOSFET의내부 Rds 저항에대한손실로감소시킬수있다. 따라서이러한토폴로지는 LDC와같은저전압, 대전류응용분야에서유용하게사용 철도 1213
전기학회논문지 63 권 9 호 2014 년 9 월 될수있다. 컨버터의제어는전용 IC인 TI사의 UCC 28950 을이용하여아날로그제어하였으며, 상위제어및보호동작은 DSP를통해수행된다. 2.3 CCM 기구부설계 CCM은차량의엔진룸에장착되기때문에그에따른진동및방수 / 방진에대한영향을고려한설계가필요하다. 그림 4(a), (b) 는각각 CCM의내부단면도와제품사진을나타낸다. 기구부의설계는 OBC와 LDC가통합된수냉식구조로두전력변환기가동시에방열될수있게냉각플레이트를기준으로상측에는 OBC, 하측에는 LDC를배치하였으며, 엔진룸에장착되기때문에기존 OBC에비해냉각면에있어이점을갖는다. 또한, 진동및절연내압을개선하기위해 MOSFET과다이오드와같은전력소자를 metal PCB에실장하고그위에상대적으로무게가나가는 EMC 필터와필터커패시터를구성하였다. 추가적으로 EMC 필터와전력부를분리하여전자파내성을향상시킬수있게설계하였다. 3. 오류주입법을통한전력변환장치의동작시퀀스검증본절에서는오류주입법 (fault insertion) 을통한 CCM의동작시퀀스검증에관해기술한다. 동작시퀀스검증을위해서는그림 1과같이전력변환장치에서전력부를제외하고순수제어기만을대상으로오류주입및그에따른동작을검증할수있는 controller level( 단품 ), 전력부와제어부가결합된실제전력변환기의입력및출력에각각에너지원및부하를연결하여전력을인가후오류를주입시켜동작시퀀스를검증할수있는 power level( 완품 ) 로구분지을수있다. 이때각시험은 OBC 및 LDC를분리시켜진행하였다. 그림 5 (a) 와 (b) 는각각 OBC와 LDC의보호알고리즘순서도이며, 표 1, 2는오류발생및해지조건을나타낸다. OBC 보호알고리즘을살펴보면제어주기마다보호동작파라미터를관측하며현재 OBC가정상 (normal)/ 경고 (warning)/ 오류 (fault) 모드중어떠한상태인지판단한다. 경고상태에진입할경우에는상위제어기와의통신을통해현재상황은알려주지만 OBC 자체적으로별도의보호동작은취하지않는다. 하지만이와같은경고상황이 0.5초이상지속될경우오류모드에진입하게되며, 상위제어기에이를알려주는동시에출력되는게이트시그널을차단하여자체적으로 shut-down 시킨다. 이러한오류상황은 OBC의 그림 5 보호알고리즘순서도 (a) OBC (b) LDC Fig. 표 5 Flowchart for protection algorithm (a) OBC (b) LDC 입력으로사용되는 AC 플러그탈착시에만해지된다. LDC 의보호알고리즘또한 OBC와유사하게보호동작파라미터를관측하여현재모드를판별하지만, 경고상황이 10초이상지속될경우에만오류모드에진입하게된다. LDC의운용특성상항시입, 출력측에배터리가접속되어있기때 문에오류발생후에도다시해지조건에진입할수있다면오류모드는해지된다. 하지만오류모드에진입한 10초이후에도오류가지속된다면이는고장으로판단하여고장 1 OBC 의오류발생및해지조건 Table 1 Conditions for fault/release mode of the OBC 번호항목오류발생조건오류해지조건 1 Input OVP(220V) > 252V 2 Input UVP(220V) < 188V 3 Input OVP(110V) > 138V 4 Input UVP(110V) < 102V 5 Input OCP > 20A 6 DC-link OVP > 420V 7 DC-link UVP < 350V 8 Output OVP > 420V 9 Output OCP > 10A 10 OBC OTP > 80 C AC Plug Off 표 2 LDC 의오류발생및해지조건 Table 2 Conditions for fault/release mode of the LDC 그림 4 개발된 CCM 하드웨어 (a) 3D 내부단면 (b) 사진 Fig. 4 Implemented hardware of the CCM (a) 3D internal cross section diagram (b) Photograph 번호 항목 오류발생조건오류해지조건 1 Input OVP > 420V < 400V 2 Input UVP < 200V > 240V 3 Input OCP > 10A < 9.5A 4 Output OVP > 18V > 14.5V 5 Output OCP > 100A < 90A 6 OTP 1 > 75 C < 65 C 7 OTP 2 > 75 C < 65 C 1214
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 9, SEP, 2014 모드 (failure mode) 로빠져메인 CPU의전원을제거후다시인가해야만이를해지할수있다. 3.1 Controller level( 단품 ) 에서의동작시퀀스검증 오류주입법을통한전력변환장치의동작시퀀스를검증하는첫번째방안인 controller level 시험의구성도를그림 6에나타내었다. 구성도에보이듯이시뮬레이터에의해제어기로오류조건을주입하기위해서는제어기의입력으로들어오는 ADC driver단의출력을끊고시뮬레이터의 DAC 와연결한다. ADC driver단에서출력되는전압범위로 DAC의출력을가변하여오류상황을모사하며, 그에따른출력, 즉게이트시그널이정상적으로출력되는지시뮬레이터의 PWM_IN 채널을통해확인한다. 또한, OBC 및 LDC 의각종파라미터들을 CAN을통해실시간으로시뮬레이터에서모니터링하며, 동작시퀀스를검증한다. 이와같은방식의장점으로는사용자가확인하고싶은오류상황을단순히시뮬레이터의 DAC 제어만으로손쉽게만들어내어시험해볼수있으며, 실제상황에서는발생하기어렵거나직접시험하기위험한오류상황들도시험해볼수있다. 시험의진행은시뮬레이터에서초기모든변수들을정격범위내로설정하여정상동작시키며, 이후시험하려는변수의값만변화시킨다. 이때설정된보호조건지점에서보호되는지, 또한보호조건이발동됨과동시에상위제어기에이러한정보를알려주는지, 게이트시그널들이차단되어동작이종료하는지를확인하였다. 그림 6 단품에서의동작시퀀스검증방안 Fig. 6 Block diagram of the controller level test 3.2 Power level( 완품 ) 에서의동작시퀀스검증두번째검증방안인 power level( 단품 ) 시험의구성도를그림 7에나타내었다. Power level 시험에서는 OBC 및 LDC의완품에대한신뢰성을검증하는단계로입력측에는계통 (OBC) 혹은고전압배터리 (LDC) 를모사할수있는프로그래머블파워서플라이를, 출력측에는부하저항을사용한다. 시뮬레이터에서는특정경고 / 오류상황을모사하여 CAN을통해입력파워서플라이및출력부하를변동시키며, 전력변환장치의각종파라미터들도이 CAN을통해피드백받아전력변환장치의동작시퀀스를검증한다. Power level 검증의장점으로는시뮬레이터에서임의로만든파형을피드백받는것이아니기때문에, 게이트시그널의듀티변화와같은실제파형에대한보호조건을검증할수있다. 하지만이러한 power level에서의검증방법은실제구현해 그림 7 완품에서의동작시퀀스검증방안 Fig. 7 Block diagram of the power level test 그림 8 HILS를이용한운용검증방안 Fig. 8 Block diagram of the HILS level test 내기어려운오류들에대한상황들을임의로만들어낼수없는한계가있기때문에앞절의 controller level 시험을고려한적절한항목을선정하여서로를보완하는형태로시험이진행돼야한다. 시험은 controller level에서한계가있었던보호기능들에대해서진행되며, 설정된조건에따라보호조건이동작되는지, 또한보호조건이동작됨과동시에정확히상위제어기에게이러한정보를알려주는지, power de-rating 및 hiccup 동작들이정상적으로운용되는지를확인하였다. 4. HILS를통한 LDC의운용검증 HILS는제어와제어대상이이루고있는제어루프에서특정부분을실제제품으로대체하고나머지부분은수학적으로표현되는식과알고리즘을사용하여시뮬레이션하는시스템이다 [8]. 본논문에서는그림 8과같이전력변환장치와이들의입 / 출력으로사용되는고전압배터리, 저전압배터리를실제제품으로대체하고나머지차량의파워트레인모델은시뮬레이션으로대체하는차량용 battery HILS를사용하였다. 이때그림 8과같이각각의배터리들은충 / 방전기와병렬로연결되며, 시뮬레이터에서는차량모델이실시간으로시뮬레이션되면서차량운행상태그대로재현하여 CAN을통해이들을제어한다. 또한고전압배터리의 BMS 및 LDC와도 CAN을통해통신하며, 배터리의 SOC, 전압, 전류, 현재상태등의정보들을모니터링및저장한다. 앞절에서는전력변환기자체의제어기및완품을대상으 철도 1215
전기학회논문지 63 권 9 호 2014 년 9 월 로오류주입법을통해보호동작알고리즘을검증한다면 HILS level에서는실제차량과동일한전력환경을모사한뒤차량주행패턴에서도전력변환장치가정상적으로운용되는지확인해볼수있다. 이때 OBC의경우에는동작특성상차량이정차되어있는상황에서상용전원으로부터고전압배터리를충전하는용도이기때문에차량이운행되고있는상황을모사해주는 HILS에서별도의검증은필요치않다. 따라서본연구에서는 HILS를통한검증은 LDC로한정지어진행하였다. 4.1 Battery HILS 장비환경구성 Battery HILS의구성은크게시뮬레이터, 충방전기, 배터리와같은하드웨어장치들과차량모델, 제어프로그램과같은소프트웨어로나눠진다. 4.1.1 RTS 장비파워트레인차량모델을실시간으로처리하기위한장치를 RTS(Real Time System) 라하며, 실시간으로처리가가능한모든임베디드제어기가이에해당한다. 친환경차량의복잡한파워트레인모델을실시간으로처리하기위해서는고성능의프로세서를사용하는것이일반적이며, 본논문에서는 dspace사의 DS1006보드와 DS2202 보드를이용하여이를구현하였다. 4.1.2 충 / 방전기 4.1.5 PHEV 차량모델본연구에서는 PHEV 차량의파워트레인모델을위해 ANL사의 PSAT(Powertrain System Analysis Toolkit) 을사용하였다. 사용된모델은 PSAT에서제공하는병렬형타입의중형차기본모델을본연구의 LDC 입력정격에맞게수정하였다. 차량모델은 Honda사의 Accord 바디플랫폼을기반으로약 2톤의공차중량을갖는샤시모델을사용하였으며, Toyota사의 Corolla 1.8리터기반의 104kW 가솔린엔진과 2004년식 Toyota사의 Prius 기반최대 51kW 영구자석모터및 6.9kW급 Li-ion 배터리가장착된 PHEV이다. 4.2 Battery HILS를이용한 LDC 운용검증최종적으로 Battery HILS을이용한 LDC를운용검증하기위해 PHEV 모델을대상으로드라이빙사이클시험을수행하였으며, 이를위해본연구에서는 UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule) 를사용하였다. UDDS는미국환경보호국에서규정된다이나모미터사이클로경량차량의도심주행연비성능을검증하는데주로사용된다. 그림 9는 HILS Level에서의시험환경구성사진을나타낸다. 그림 10은 PHEV 모델에서의 UDDS 사이클에대한시험결과이다. 좌상측그림은차량의속도및배터리의 SOC에대한결과이다. PHEV 모델에서는차량의동력원이고전압배터리뿐만아니라엔진또한존재하기때문에배터리의 SOC는약 25% 수준으로일정하게유지된다. 즉, 주행중상위알고리즘에따라엔진의발전에너지를이용하여배터 전력변환장치의에너지원및부하에해당하는배터리를실제차량의주행사이클에맞게충전, 방전하는장비가충 / 방전기이다. 충 / 방전기는 PHEV 배터리팩에요구되는최대정격을모사할수있게채널당 450V/250A( 병렬연결시 500A) 의정격을가지고있으며, 외부 CAN에의한전압 / 전류 / 전력 (CC/CV/CP) 제어및상태모니터링이가능하다. 4.1.3 고전압배터리 Battery HILS에사용된고전압배터리는 PHEV용리튬계열배터리팩으로 8개의셀이직렬연결되어하나의모듈을구성하며, 이러한모듈 12개가다시직렬로연결되어총 96셀로이루어진 6.9kW급배터리이다. 이배터리팩은각모듈을연결하는버스바, BMS, 프리차징릴레이와서비스플러그가통합된 PRA(Power Relay Assembly), 냉각블로워및덕트등으로구성된다. 용량은 20Ah이며, 정격전압은 360V이다. 그림 9 HILS 시험환경구성 Fig. 9 Composition of the test environment for HILS 4.1.4 저전압배터리 저전압배터리는차량의전장부품에전원을공급하는 12V 배터리로기존의내연기관차량에서주로사용되는납축전지이다. 본연구에서는 70Ah AGM(Absorbent Glass Material) 배터리를사용하였다. 그림 10 UDDS 사이클에따른 PHEV 차량모델및배터리팩의시험결과 Fig. 10 Test result according to UDDS cycle of the PHEV model and battery pack 1216
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 9, SEP, 2014 는변압기 (LDC Temp. 1) 와스위칭소자인 FET(LDC Temp. 2) 두곳에서측정된데이터이며, 시험환경온도인 25 C에서부터시작하여사이클이진행됨에따라상승하기시작하여약 40 C에서포화되어유지되었다. 이를통해 LDC의냉각성능역시문제없음을검증하였다. 상위제어기와의통신방법인 CAN 역시 warning이나 fault없이 normal 상태를전송하며정상적으로수행되었으며, UDDS 사이클에대한효율을측정해본결과입력전압및출력전류에따라최소 83.78% 에서최대 93.31% 까지변동은있었으며, 평균 90.10% 의효율을달성하였다. 5. 결론 그림 11 UDDS 사이클에따른 LDC 시험결과 Fig. 11 Test result according to UDDS cycle of the LDC 본논문에서는 OBC와 LDC의통합형구조인 CCM을개발하였으며, 이를대상으로실차에탑재하지않고운용안전성을확인할수있는방법에대해기술하였다. Controller, power level로구분지어오류주입법을통해차량에서발생될수있는다양한 warning/fault 상황들을시뮬레이터로모사하여보호동작에따라정상동작하는지확인하였다. 또한최종적으로 PHEV 차량모델이적용된배터리 HILS를통해실차전력환경을모사하여도심주행패턴에서도 LDC가정상적으로운용되는지검증하였다. 리를충전해줄수있다. 우상측그림은차량주행중고전압배터리의전압및전류의변화를나타낸다. 배터리의전류는차량및 LDC 구동에필요한전력공급및엔진의발전에너지에의해최대 90A에서부터 100A까지충 / 방전이일어나고있으며, 이에따라전압역시순시적으로변동은있지만 SOC가일정하게유지되기때문에전압의평균값역시일정수준을유지하고있다. 좌하측그림은배터리의 SOC 및엔진기동여부 (1:On, 0:Off) 를나타내고있으며, 우하측그림은차량속도에따른엔진기동여부를나타낸다. 엔진이기동될때 SOC가상승하기때문에평균적으로일정 SOC가유지되고있으며, 이는엔진의발전에너지가차량의구동및고전압배터리의충전을감당한다는의미가된다. 또한, 엔진은일정 SOC 이하로감소하였을때뿐만아니라차량의속도가급증하여배터리의에너지만으로차량의구동이어려울때에도기동되는것을알수있다. 이러한시험결과를통해 PHEV 모델을이용한배터리 HILS가정상적으로구동됨을확인할수있으며, 실제차량과동일한전력환경에서 LDC가운용검증됨을알수있다. 그림 11은 UDDS 사이클에대한 LDC 시험결과를나타낸다. LDC의입력전압은 PHEV의고전압배터리의출력전압과동일하기때문에앞선결과와같이일정수준의전압을유지하고있다. 입력전압의순시적인변동폭에도 LDC 의출력전압은저전압배터리를충전하는알고리즘인 CV 제어에의해일정전압 (14.2V) 으로잘유지되고있다. 출력전류는저전압배터리의충전을위한전류및전장부하에서요구되는전류의합이되며, 이중전장부하의요구전류즉, 충방전기채널 2의전류를 RTS에서특정패턴으로변경하였기때문에시험결과에서와같이시간에따른변동폭이상당히크다. 하지만이와같은부하변동에서도 LDC 의제어가안정적으로이루어지고있다. LDC의내부온도 감사의글본논문은 2013년도미래창조과학부 ( 구교육과학기술부 ) 의재원으로과학벨트기능지구지원사업의지원을받아수행된연구임 (No.2013K00502) References [1] G.-M. Kim et al., "Development of Integrated Power Converter Device for the NEV", in Proceedings of the Korean Institute of Power Electronics 2011 Autumn Conference, pp. 239-240, Nov. 2011. [2] G.-M. Kim, T.-K. Kim and C.-H. Kang, "Development of On Board Charger for NEV s Integrated Power Converter", in Proceedings of the Korean Institute of Power Electronics 2012 Conference, pp. 1-2, July. 2012. [3] Y.-J. Lee, Alireza Khaligh and Ali Emadi, "Advanced Integrated Bidirectional AC/DC and DC/DC Converter for Plug-In Hybrid Electric Vehicles", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 58, No. 8, pp. 3970-3980, Oct. 2009. [4] J.-G. Cho, C.-Y. Jeong, H.-S. Lee and G.-H. Rim, "Novel Zero-Voltage-Transition Current-Fed Full-Bridge PWM Converter for Single-Stage Power Factor Correction", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 13, No. 6, pp. 1005-1012, Nov. 1998. [5] Niu Liyong, Jiang Jiuchun and Zhang Weige, Study on Optimum Design Procedure of Charger Based on 철도 1217
전기학회논문지 63 권 9 호 2014 년 9 월 Full-Bridge Phase-Shifted ZVZCS Converter, in Proceedings of IEEE VPPC 2008 Conference, Harbin, China, Sep. 2008. [6] Kutkut, N.H. and Luckjiff, G., "Current mode control of a full bridge dc to dc converter with a two inductor rectifier", in Proceedings of IEEE PESC 1997 Conference, St. Louis, USA, Jun. 1997. [7] T.-H. Kim, S.-J. Lee and W. Choi, "Design and Control of the Phase Shift Full Bridge Converter for the On-board Battery Charger of Electric Forklifts", Journal of Power Electronics, Vol. 12, Iss. 1, pp. 113-119, Jan. 2012. [8] H.-S. Song et al., Verification of Battery System Model for Environmentally Friendly Vehicles Using a Battery Hardware-in-the-loop Simulation, IET Power Electronics, Vol. 6, Iss. 2, pp. 417-424, 2013. 권철순 ( 權哲淳 ) 2010년한밭대제어계측공학과졸업. 2012년동대학원제어계측공학과졸업 ( 석사 ). 현재 ( 주 )PNE SOLUTION 기업부설연구소주임연구원정도양 ( 鄭道陽 ) 1988년한양대재료공학과졸업. 1990년동대학원재료공학과졸업 ( 석사 ). 2003 년아주대시스템공학과졸업 ( 박사 ). 2003년 2009년 LG화학기술연구원배터리연구소부장. 현재스마트그리드자문위원, 전기동력이륜차워킹그룹위원, 한국자동차공학회표준화위원회자문위원, 성균관대학교정보통신공학부겸임교수, ( 주 )PNE SOLUTION 부사장 ( 연구소장 ) 저자소개 김태훈 ( 金兌勳 ) 2009년숭실대전기공학부졸업. 2011년동대학원전기공학과졸업 ( 석사 ). 현재자동차부품연구원전장시스템연구센터연구원 송현식 ( 한문저자명 ) 2001년한국해양대제어계측공학과졸업. 2003년광주과학기술원기전공학과졸업 ( 석사 ). 2013년고려대학교제어계측공학과졸업 ( 박사 ). 현재자동차부품연구원전장시스템연구센터선임연구원 이백행 ( 李栢行 ) 1992년중앙대전기공학과졸업. 1994년동대학원전기공학과졸업 ( 석사 ). 2009 년한양대전자전기제어계측공학과졸업 ( 박사 ). 현재자동차부품연구원자동차융합기술연구본부본부장 이찬송 ( 李贊松 ) 2010년울산대전기전자정보시스템공학부졸업. 2012년동대학원전기공학과졸업 ( 석사 ). 현재 ( 주 )PNE SOLUTION 기업부설연구소주임연구원 1218