에너지 효율 향상과 시스템 안정성 확보를 위한 보조배터리 제어 연구

Abstract

국문요지

최근 자동차의 전자부하 시스템은 편의시스템인 AVN(Audio, Video, Navigation) 등 이외에도 자동자의 전자제어에 필수 장치인 ECU 등이 점차 증가하고 있는 추세이다. 따라서 자동차의 전력시스템은 더욱 중요해졌으며, 안정적으로 자동차의 전기부하에 전력을 공급하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 안정적인 전력 공급과 연비 향상을 위해 태양전지와 같은 추가 전력 공급원의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 추가 전력 공급원은 환경조건에 따라 비선형성이 매우 강하여, 실제 주행 중에 사용하기 위해서는 에너지 저장 장치인 배터리가 필수적으로 필요하다. 본 논문에서는 자동차의 기존배터리와 추가된 보조배터리를 사용함에 있어 배터리의 특성을 고려하여 각 배터리의 사용 효율을 향상시키기 위한 배터리의 방전 전류 제어 시스템을 제안하였다. 배터리의 용량은 배터리의 온도와 방전 전류의 크기에 따라서 실제 용량과 다르게 나타나는 특성을 가지고 있다. 본 논문에서는 배터리의 특성 중 배터리의 방전 전류에 따라 용량이 다르게 나타나는 특성을 고려한 배터리의 방전 전류 제어 방식을 제안한다. 보조배터리는 자동차의 중량 증가 및 공간 확보를 고려하여 에너지 밀도가 높은 리튬이온 배터리로 선정하였다. 자동차 전기부하의 정격 전압을 고려하여 리튬이온 배터리의 전압 상승과 방전 전류를 제어하기 위해 컨버터를 사용한다. 컨버터를 제어하기 위해서 컨버터를 모델링하고 출력 전압을 측정하여 인덕터 전류를 추정하는 추정기와 출력 전압을 제어하는 제어기를 설계하여 보조배터리의 방전 전류를 제어한다. 또한 본 논문에서는 방전 전류를 제어하는 메커니즘을 설명하고, 회로도 및 시스템 구성을 제안한다. 본 연구에서의 듀얼 배터리 시스템은 배터리의 상태와 자동차 전기부하에 따라 각 배터리의 사용 효율을 향상시키는 방전 전류를 결정하고 제어하는 시스템이다.