• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.184-191
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• 2015

As the power electronics system increases the frequency, the power loss and thermal management are paid more attention. This research presents a real time model of dissipation power with junction temperature response for 120kw IGBT inverter which is applied to the thermal management of high power IGBT inverter. Since the computational time is critical for real time simulation, look-up tables of IGBT module characteristic curve are implemented. The power loss from IGBT provides a clue to calculate the temperature of each module of IGBT. In this study, temperature of each layer in IGBT is predicted by lumped capacitance analysis of layers with convective heat transfer. The power loss and temperature of layers in IGBT is then communicated due to mutual dependence. In the dynamic model, PWM pulses are employed to calculation real time IGBT and diode power loss. Under Matlab/Simulink$^{(R)}$ environment, the dynamic model is validated with experiment. Results showed that the dynamic response of power loss is closely coupled with effective thermal management. The convective heat transfer is enough to achieve proper thermal management under guideline temperature.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.489-497
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• 2020

The Li-ion battery is considered to be one of the potential power sources for electric vehicles. In fact, the efficiency, reliability, and cycle life of Li-ion batteries are highly influenced by their thermal conditions. Therefore, a novel thermal management system is highly required to simultaneously achieve high performance and long life of the battery pack. Basically, thermal modeling is a key issue for the novel thermal management of Li-ion battery systems. In this paper, as a basic study for battery thermal modeling, temperature distributions inside the simple Li-ion battery pack (comprises of nine 18650 Li-ion batteries) under a 1C discharging condition were investigated using measurement and computational fluid dynamics (CFD) simulation approaches. The heat flux boundary conditions of battery cells for the CFD thermal analysis of battery pack were provided by the measurement of single battery cell temperature. The temperature distribution inside the battery pack were compared at six monitoring locations. Results show that the accurate estimation of heat flux at the surface of single cylindrical battery is paramount to the prediction of temperature distributions inside the Li-ion battery under various discharging conditions (C-rates). It is considered that the research approach for the estimation of temperature distribution used in this study can be used as a basic tool to understand the thermal behavior of Li-ion battery pack for the construction of effective battery thermal management systems.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.484-492
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• 2012

The TMS(Thermal Management System) heater in a fuel cell vehicle has been developed to prevent a decline of fuel cell durability and cold start durability. Main functions of the COD(Cathode Oxygen Depletion) heater are depletion of oxygen in a cathode as heat energy and consumption of electric power for rapid warming up of a fuel cell stack. This paper covers subjects including the design specification of a heater, heater controller for detection of overheat and reliability assessment including coolant pressure cycle test of a heater. To verify the design concept, burst pressure and deformation analysis of plastic housing were carried out. Also, temperature distribution analysis of heater surface and coolant inside of housing were carried out to verify the design concept. By designing the plastic housing instead of a steel housing, the 30% weight lightening and 50% cost reduction were attained. A module-based design of a TMS system including a heater or reducing the watt density of a heater is a problem to be solved in the near future work.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권3호
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• pp.63-66
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• 2014

본 연구에서는 3차원 적층 집적회로 구조에서 Cu TSV를 활용한 열관리 가능성에 대해 살펴보았다. Cu TSV가 있는 실리콘 웨이퍼와 일반 실리콘 웨이퍼 후면부를 점열원을 이용하여 가열한 후 전면부의 온도 변화를 적외선 현미경을 이용하여 관찰하였다. 일반 실리콘 웨이퍼의 경우 두께가 얇아지면서 국부적인 고온영역이 관찰됨으로서 적층 구조에서 층간 열문제의 가능성을 확인할 수 있었다. TSV 웨이퍼의 경우 일반 실리콘 웨이퍼보다 넓은 영역의 고온 분포를 나타내었으며, 이는 Cu TSV를 통한 우선적인 열전달로 인한 것으로 적층 구조에서 Cu TSV를 이용한 효과적인 열관리의 가능성을 나타낸다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.505-511
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• 2015

고체 산화물 연료전지는 $800{\sim}1000^{\circ}C$의 고온에서 작동한다. 고온 작동은 효율에 유리하지만 재료 요구 조건, 신뢰성, 열팽창 문제 등이 발생하여 온도 제어가 중요하다. 본 연구에서는 연료전지 시스템의 열관리를 위한 상태 공간 제어기를 설계하고 응답 특성을 확인하였다. 연료전지 스택과 열관리 핵심부품인 촉매연소기는 집중 용량법을 이용한 과도 응답 모델을 개발하였고, 구성품과 통합하여 정적 운전 특성을 확인하였다. 개발된 비선형 시스템을 정격 운전 조건에서 다중 입력과 출력이 가능한 상태 공간 식으로 선형화하였다. 부하에 따라 응답특성이 현저하게 달라지는 특성을 제어하기 위해 LQR 제어기를 설계하여 궤환 제어 시스템의 온도를 제어하였다. 상태 궤환 제어기가 적어도 두 개의 제어 게인을 가지고 운전 영역에 따른 응답을 보여줄 때, 원하는 온도 응답을 나타냄을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.2545-2552
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• 2014

본 연구에서는 전기구동 자동차에 동력원으로 사용되는 고전압 및 고용량 배터리의 고효율 운전을 위하여 배터리 열관리 시스템 기술을 소개하고 이론적 설계 방법에 소개하고 한다. 이를 위하여 전기구동 자동차의 배터리로 많이 사용되는 리튬이온 배터리의 고효율 운전을 위한 발열 모델링을 제시하였고, 열원의 종류에 따른 냉방 및 난방 시스템 설계를 에너지 평형식을 이용하여 부하를 계산하였다. 특히, 리튬이온 배터리의 발열 모델링을 이용하여 충전 및 방전 시 발열 반응열과 혹서기 및 혹한기시 배터리 작동의 최적 온도를 유지하기 위한 냉방과 난방 설계 기술을 제시하였다. 전기구동 자동차 종류에 따라 배터리 사용 비중이 다르기 때문에 효율적인 배터리 열관리를 위하여 계절별 및 작동 모드별 부하에 따른 배터리 열관리 기술을 제안하였다. 또한, 냉방 부하가 가장 큰 여름철 동일 조건에서 외부 공기 온도가 같다고 가정하면 냉방 능력은 수랭식 냉매 방법이 가장 크며 공랭식 방법이 가장 작게 나타난다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
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• pp.345-348
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• 2008

The computer-aided performance simulation can reduce periods for development of products and cut down on the cost comparing with former trial-and-error procedures. This study has developed a simulation program for a vehicle thermal management system integrating an engine cooling system and an air conditioning system considering interactions and arrangement of air side heat exchangers such as power steering oil cooler, air-cooled transmission oil cooler, condenser, and radiator. The program may be also used for the system performance analysis according to the configuration of the engine coolant side heat exchangers such as water-cooled transmission oil cooler, EGR cooler, and heater core. Experiments utilizing an environmental wind tunnel has been conducted to assess the performance of the system according to the arrangement of air side heat exchangers. Some modification of the coolant loop layout can enhance the heat core performance up to 7% according to the results of the simulations.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권2호
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• pp.13-21
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• 2014

Technology for high power devices has made impressive progress in increasing the current density of power semiconductor, system module, and design optimization, which realize high power systems with heterogeneous functional integration. Depending on the performance development of high power semiconductor, packaging technology of high power device is urgently required for efficiency improvement of the device. Power device packaging must provide superior thermal management due to high operating temperature of power modules. Here we, therefore, review critical challenges of typical power electronics packaging today including core assembly processes, component materials, and reliability evaluation regulations.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제35권7호
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• pp.354-360
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• 2008

최신의 마이크로프로세서 설계에서는 전력 관련 문제들이 중요한 고려사항이 되었다. 온-칩(On-chip) 온도 상승은 이와 관련하여 중요한 요소로 부각되었다. 이를 적절하게 처리하지 않을 경우 냉각 비용과 칩 신뢰성에 부정적인 결과를 초래한다. 이 논문에서 우리는 시간적/공간적인 핫 스폿(Hot spot) 완화를 위한 설계들과 열 시간 상수, 작업부하 변동, 마이크로프로세서의 전력 분배 사이의 보편적인 상충관계(Trade off)들을 조사한다. 우리의 방안은 작업부하의 실행위치/순서를 변경하고 동시실행 스레드의 수를 조절하여 시스템의 공간 및 시간적인 열 틈새(Heat slack)에 영향을 줌으로써, 운영체계(OS)와 이미 시스템에 존재하는 하드웨어의 지원만으로 적절한 시간제한내에 작업부하를 조절함으로써 온-칩 온도를 낮출 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.1-6
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• 2019

본 연구의 목적은 100kW급 연료전지 시스템의 열관리 성능을 실도로 운전조건에서 분석하여, 성능 해석 모델링을 개발하는 것이다. 개발된 모델을 적용하여, 열관리 시스템의 운전조건 변화에 따른 성능 변화를 고찰하고자 한다. 해석 모델링은 핵심부품들에 대한 성능 평가 데이터를 바탕으로, 성능에 영향을 주는 변수들로 개발하였다. 개발된 연료전지 열관리 시스템 해석 모델링으로 다양한 실차 운전조건에서의 최적 열관리 시스템에 대한 전력소비량을 분석하였다. 주요하게, 연료전지 열관리시스템 핵심부품(워터펌프, 냉각 팬, 3 Way Valve, 라디에이터)에 대한 성능 특성 분석 후 모델링을 진행하였다. 개발된 모델링으로 운전조건에 따른 유량 예측을 하였고, 실험값과 예측값과의 비교분석을 통하여서, 해석 모델링에 대한 검증을 진행하였다. 과도해석을 통하여서, 냉시동시 냉각수 온도가 특정온도까지의 소요시간을 예측하였다. 스택 운전조건에서 스택 입출구 온도가 적정 수준에서 움직이기 위한 열관리 시스템 운전조건에 대한 예측을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로, 소모전력과 열방출량과의 비교분석을 하였다. 개발된 해석 모델링은 핵심부품들의 성능 변화시 연료전지 시스템 운전에 대한 영향도를 분석할 수 있도록 활용할 예정이다.