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저온 특성을 반영한 등가 회로 기반 48V 마일드 하이브리드 자동차 동적 배터리 모델 개발
전지환(Jeehwan Jeon),노정우(Jungwoo Noh),김원태(Wontae Kim),김태훈(Taehoon Kim),김진(Jin Kim),이영일(Youngil Lee),박성진(Sungjin Park) 한국자동차공학회 2019 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2019 No.5
48V 마일드 하이브리드 자동차의 연비 및 동력 성능 개선을 위해 기존 기계부품의 전동화와 12V 전장 부품의 승압화에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 48V 전장 부품의 종류에 따라 순간 대 전력 사용 시 배터리의 전압 안정성 문제가 발생하게 된다. 따라서 전장 부품의 선정 시 배터리 전압 안정성에 대한 정확한 예측이 필요하다. 본 연구에서는 48V 마일드 하이브리드 자동차 전당 부품의 전력 사용에 따른 배터리 전압 거동을 예측하기 위해 48V 마일드 하이브리드 자동차용 배터리 팩 실험을 진행하였으며, 이를 기반으로 Equivalent Circuit Model(ECM)을 개발하였다. ECM은 First order RC Model 기반으로 개발되었으며, 온도 별 차량 전력 모사 실험을 통해 상온과 저온의 배터리 저항을 반영한 파라미터를 적용하였다. 특히 저온의 경우, 일정 온도 이하에서 배터리의 저항이 급격하게 증가하는 경향을 보이기 때문에 이를 반영한 모델을 구성하였다. 개발된 ECM은 연비 모드에서의 배터리 전압 검증을 위해 48V 마일드 하이브리드 중형 SUV 실차 실험에서 배터리의 충, 방전 전류에 따른 전압거동과 비교하였다.
Battery Hardware In the Loop Simulation을 이용한 전력 제어 및 온도 별 전기자동차 전력 시스템 비교
전지환(Jeehwan Jeon),장지환(Jihwan Jang),노정우(Jungwoo Noh),박성진(Sungjin Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
전기자동차의 동력 및 전력 부하 시스템은 일 충전거리에 영향을 준다. 전기자동차의 전력 시스템 증가에 따라 제어를 통해 동일한 전력 에너지 상황에서 고전압 배터리 시스템의 전압 안정성 및 State Of Charge (SOC) 개선이 가능하다. 전력 시스템 및 고전압 배터리 시스템에 대한 평가 및 개선을 위해서는 많은 파라미터 조건에서의 검증이 필요하고, 배터리의 경우 온도와 충, 방전 전력의 크기에 따라 화학적인 거동의 차이가 발생해서 모델 만으로는 정확한 배터리 시스템의 거동을 모사할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 배터리 시스템의 평가를 위한 실차 실험은 많은 시간과 비용이 소요가 된다. 따라서, 본 연구에서는 Battery Hardware In the Loop Simulation(Battery HILS) 시스템을 통해 실차 기반의 검증된 차량 모델을 개발하고 실제 배터리를 사용해 전력 시스템의 제어로직 및 온도 별 배터리 시스템 거동을 비교, 분석하였다. 이를 통해 전기자동차의 전력 시스템의 로드 레벨링 전략을 통해 같은 전력 소모량에서 배터리 전압강하 및 SOC에 대한 개선을 확인하였다. 또한, 25℃, -7℃, -20℃의 온도 조건의 같은 전력 상황에서 배터리 전압 강하에 따른 SOC차이가 연비모드 WLTP 기준 최대 1.2%의 차이를 확인하였다.