전기자동차용 50 kW 변압기의 설계를 위한 전자기-열 수치해석 파라미터 연구 (Parametric Study on the Design of 50 kW-Transformer for Electric Vehicles Considering Electromagnetic-Thermal Characteristics)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 48권 / 3호 / 167 ~ 174페이지
· 저자명 : 김혁규, 박성현, 설현수, 유준열, 박준성, 김범석

초록

전력변환기의 구성 부품인 변압기는 전기자동차를 위한 전력변환 회로의 핵심 소자이다. 전기차 용 변압기는 회로 내 요구되는 인덕턴스와 열적 안정성을 유지하면서 부피를 최소화하여야 한다. 이 연구에서는 전산해석을 통해 50 kW 변압기의 부피 절감에 따른 적정 냉각 설계를 진행하며 변압기의 전자기-열적 특성을 평가해 보고자 하였다. 전자기적 손실에 따른 국소 발열현상을 살펴보고, 몰딩 하우징 및 냉각 수로 설치를 통한 변압기의 냉각시스템 설계 변수를 평가하였다. 전자기-열 다중물리해석 기반 열설계의 신뢰성 평가를 위해 실험적으로 도출된 변압기 성능과 비교하여 해석의 정합성을 평가하였다. 열설계 개선을 통해 변압기 부피를 36.2%까지 절감하며 열적 안정성을 갖춘 냉각설계 방안을 도출하였다. 이 연구의 결과는 향후 변압기의 성능 개선 및 냉각설계의 가이드라인으로 활용될 수 있을 것이다.

영어초록

The transformer is a crucial component in the power conversion circuit of electric vehicles. Given the spatial constraints within electric vehicles, the transformer design must be compact while maintaining the required inductance and thermal stability. In this study, we explore volume reduction strategies for a 50 kW transformer while ensuring an optimal cooling design using an electromagnetic–thermal numerical analysis. The transformer cooling mechanism featured a molding housing that encapsulated the transformer, complemented by convective cooling channels. Our numerical methodologies were validated with experimental results. Through this approach, we achieved a 36.2% volume reduction in the transformer within the desired operating range of inductance. Moreover, our findings revealed that, despite a higher electromagnetic loss, an aluminum housing significantly outperformed bakelite housing in heat dissipation. Based on this investigation, we suggest design guidelines for transformers intended for future electric vehicles.

참고자료

· 없음