<연구 개념> 전기자동차가 주어진 주행 조건을 따라 운전할 때, 구동 시스템 내 ①모터와 인버터에서 발생하는 손실과 온도를 예측하고, ②온도변화에 따른 모터와 인버터의 특성을 반영한 전기 구동 시스템을 모델링하여 배터리의 충전 상태뿐만 아니라 ③모터와 인버터의 온도 특성을 고려한 구동 성능 평가 및 제어 전략 수립함 <1차년도 연구개발 내용> 1. 1차년도 목표 : 모터/인버터 부품별 손실 해석 및 분리 기법 도출 2. 연구 내용 1) 이론적/해석적 방법을 통한 구동모터 전자기 손실 해석 - 자성 재료의 Hysteresis 특성을 고려한 철손 해석 기법 개발 - 3D 자계 분포를 반영한 영구자석 와전류손 및 교류저항을 고려한 동손 해석 시간 단축 방법 연구 2) 전력 소자 특성을 고려한 인버터 손실 분석 - 구동 조건(모터 속도, 토크)에 따른 손실 분포 도출을 위한 스위칭/전도 손실 분석 ­- 인버터의 부분별 열원 인가를 위한 전력소자(트랜지스터/다이오드) 간 손실 분리 3) 모터-인버터 수학적 모델링 및 통합 전자기 해석 ­- 전자기적 상호 관계를 고려한 모터-인버터 등가회로 구축 ­- 모터 구동 조건에 따른 최적 전류 운전점 계산 방법 도출 ­- 모터 파라미터 및 제어 알고리즘을 반영한 전류 파형 예측 및 손실 해석 <2차년도 연구개발 내용> 1. 2차년도 목표 : 모터-인버터의 Lumped parameter 기반 열-전자기 멀티피직스 해석 2. 연구 내용 1) Lumped parameter 기반 모터-인버터 통합 열 해석 ­- Mellow-Thermal Network를 활용한 구동 모터의 형상 등가화 ­- 전력소자 위치를 반영한 인버터 형상 분할 ­- 전자기 해석으로부터 평가된 손실로부터 부분별 열원 계산 ­- 모터-인버터의 열전달 상호작용을 고려한 열 등가회로 구성 2) 모터와 인버터의 소자 및 재료 특성을 고려한 온도 영향 분석 ­- 코일, 강자성체, 그리고 영구자석의 재료 물성치를 이용한 온도 영향 수식화 ­- 전력소자 별 동작 온도에 따른 주요 파라미터 변화 특성 도출 및 수식화 ­- 온도 변화 시, 소자 및 재료 특성의 실시간 변화 반영 알고리즘 및 온도 제한 조건 도출 3) 모터-인버터의 열-전자기 멀티피직스 해석 모델 구축 및 특성 분석 ­- 온도에 따른 소자 및 재료 특성 변화를 실시간 반영한 모터-인버터 열-전자기 멀티피직스 해석 ­- 모터 구동 조건에 따른 모터-인버터의 전자기적 및 열적 특성 분석 <3차년도 연구개발 내용> 1. 3차년도 목표 : 모터-인버터 온도 특성을 고려한 전기 구동 시스템 모델 구축 및 제어 전략 수립 2. 연구 내용 1) 주행 조건을 반영한 전기 구동 시스템 모델 구축 ­- 차량 동역학 방정식을 이용한 Resistive force 및 Tractive force 계산 ­- 배터리 SoC 및 동특성 평가를 위한 전압(Voc), 내부저항(R0) 및 R­C 회로(R1,2­C1,2) 모델링 2) 전기 구동 시스템의 주행조건에 따른 모터-인버터 온도 특성 해석 ­- 차량 주행 조건에 따른 부품별 온도 취약 지점 분석 ­- 차량 주행 조건을 고려한 모터-인버터 손실 저감 운전 방법 도출 3) 부품별 온도 제한을 고려한 전기 구동 시스템 제어 전략 수립 ­- 배터리 SoC에 따른 전비 향상 운전이 가능한 모터-인버터 구동 조건 도출 ­- 배터리 SoC와 연계하여 최대 전비 및 최소 발열 운전 조건 도출 4) 다양한 구동 조건을 고려한 전기 구동 시스템 모델 고도화 및 성능 분석 ­- 해석 정밀성과 시간을 고려한 모터-인버터 모델(효율맵 기반 모델→파라미터 기반 모델) 개선 ­- 다양한 주행 조건(ex. NEDC, CADC, FTP…)에 따른 성능 분석