인버터 스위칭 패턴과 주변온도에 따른 배터리 내부저항 변화에 관한 연구 = A study on the change of battery internal resistance with inverter switching pattern and ambient temperature

국문 초록 (Abstract)

최근 세계적인 환경 규제 동향에 따라 대기오염과 기후변화에 영향을 주는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 온실가스(CO등)의 배출에 규제를 강화하고 있다. 이러한 패러다임은 전기추진선박과 전기자동차의 보급으로 이어졌다. 기존의 교통수단에 사용되는 에너지원으로 인한 지구온난화 위기를 새로운 녹색 가치로 전환하기 위하여 친환경 전기에너지의 개발과 사용에 박차를 가하고 있다.
이러한 친환경 전기에너지 시스템은 주·보조 전원으로 배터리 및 연료전지를 사용하며, 이를 지속적으로 오래 사용하기 위해서는 배터리를 효율적으로 관리하는 것이 필요하다. 배터리를 효율적으로 사용하는 것은 곧 배터리의 수명과도 직결되는 부분이기 때문에 효율에 영향을 미치는 요소들을 찾아 최적의 환경을 만들어 주는 것이 중요하다. 전기추진선박이나 전기자동차와 같은 친환경 에너지시스템은 배터리, 인버터 및 전동기로 구성된다. 또한 전동기의 속도 및 토크를 제어하는 인버터는 각 상마다 상·하 Leg에 반도체가 사용되며, 이들 반도체의 동시적인 온 스위칭의 방지를 위하여 적절한 데드타임(Dead-time)을 설정한다
본 논문에서는 인버터에 의해 구동되는 전기모터용 인버터의 데드타임 조정에 따른 전동기 상전류의 고조파 변화를 관찰하고, 고조파가 전지의 내부저항 및 수명특성에 미치는 영향을 분석하였다. 동시에 일정한 데드타임의 조건에서 배터리의 내부 저항이 외부 온도에 따라 어떻게 변하는지를 비교하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 필요성 1
• 1.3 연구 내용 및 구성 2
• 2. 관련 이론 3
• 2.1 데드 타임 3
• 2.2 고조파 6
• 2.2.1 고조파 발생 원인 6
• 2.2.2 고조파 저감 대책 7
• 2.3 리튬이온 배터리 수명 8
• 2.3.1 배터리 충·방전원리 8
• 2.3.2 배터리의 열화 상태 10
• 2.3.3 OCV를 이용한 임피던스 추정 12
• 2.3.4 전기 화학적 임피던스 분광법 15
• 2.3.5 배터리 수명에 미치는 요소 16
• 2.4 PMSM 분석 19
• 3. 데드 타임에 따른 배터리 내부 저항 특성 23
• 3.1 실험 구성 및 PWM 생성 23
• 3.2 시뮬레이션 26
• 3.2.1 시뮬레이션 구성 및 설계 26
• 3.2.2 인버터에서의 고조파에 따른 파형 왜곡 27
• 3.3 실험 31
• 3.3.1 PMSM 사양 및 구상도 31
• 3.3.2 데드 타임에 따른 인버터 출력 고조파 분석 32
• 3.3.3 데드 타임 변화과 주변온도 변화에 따른 배터리 내부 저항 측정 36
• 4. 결론 41
• 참고문헌 42