KR100394633B1 - 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치에 관한 것이다. 본 발명의 역전류 방지장치는 모터에 흐르는 전류의 흐름을 제어하며, 다수의 스위칭 트랜지스터로 이루어진 인버터; 상기 인버터의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 각각 스위칭 신호를 발생시켜 인가하는 게이트 신호 발생부; 및 정상 동작시 모터를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 게이트 신호 발생부로 출력하며, 차량의 브레이크 신호 입력시 상기 게이트 신호 발생부를 디스에이블시키는 모터 제어부를 포함한다.

본 발명에 따르면 모터를 구동하는 인버터의 게이트 신호를 간단히 제어함으로써 모터로부터 회생되어 연료전지 스택으로 흘러 들어가는 역전류를 방지할 수 있다.

Description

연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치{REVERSE CURRENT PREVENTING APPARATUS OF FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 연료전지 전기 자동차에 관한 것으로서, 특히 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치에 관한 것이다.

최근 배기가스와 같은 환경 문제로 가솔린, 경유, 액화석유가스(LPG)와 같은 연료 대신 전기에너지로 모터를 구동하는 전기 자동차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 몇몇 차량 메이커에서는 이미 전기 자동차를 시제품으로 내 놓고 있다.

전기 자동차는 크게 충전이 가능한 배터리를 동력원으로 사용하는 충전 배터리 전기 자동차와 연료전지를 동력원으로 사용하는 연료전지 전기 자동차로 나눌 수 있다. 충전 배터리 전기 자동차는 배터리를 동력원으로 사용하여 모터를 기계적 에너지로 변환시켜 차량을 구동시키고, 다시 모터의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시킨 후 변환된 전기 에너지(이를 회생에너지라 함)를 배터리에 충전시켜 사용한다. 즉, 충전 배터리 전기 자동차에 사용되는 배터리는 충전과 방전 기능이 지원되며, 배터리의 효율을 증가시키기 위해서는 모터의 회생에너지를 효율적으로 충전시키는 것이 중요하다.

연료전지 전기 자동차는 연료전지에 축적된 전기에너지를 사용하여 모터를 기계적 에너지로 변환시켜 차량을 구동시킨다. 이때, 연료전지 전기 자동차는 충전 배터리 전기 자동차와는 달리 모터의 회생에너지를 받아들일 수 없으며, 이에 따라 모터로부터 연료전지 스택으로 역전류가 흐르는 것을 방지해야 한다. 즉, 연료전지 전기 자동차는 단순히 전기에너지를 모터에 제공(즉, 전기에너지의 방전)하는 기능만을 수행할 뿐이며, 전기에너지를 충전시키는 기능은 제공하지 않는다.

종래의 연료전지 전기 자동차는 모터의 회생에너지가 연료 전지로 입력되는 것을 방지하기 위해, 모터를 구동하는 인버터에 흐르는 전류를 0으로 제어하였다. 즉, 모터를 구동하는 인버터를 흐르는 전류를 0으로 제어함으로써 역전류가 연료전지로 입력되는 것을 방지하였다. 보다 구체적으로는 모터의 토크를 발생시키는 토크 전류가 0이 되도록 제어하여 인버터에 흐르는 전류를 0으로 제어함으로써 역전류가 연료전지로 입력되는 것을 방지하였다.

그러나, 이와 같이 토크 전류를 0으로 제어하는 경우에는 만일 모터 제어기가 제어권을 상실하는 경우에는 정상 구동상태에서도 토크 전류가 계속해서 0으로 유지하기 때문에 인버터에 흐르는 전류가 계속해서 0을 유지한다는 문제점이 있었다. 또한 과도 상태에서는 토크 전류를 0으로 제어하는 것이 어렵고 어느 정도의리플 성분이 존재하기 때문에 역전류가 연료전지로 입력된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터를 구동하는 인버터의 게이트 신호를 간단히 제어함으로써 모터로부터 회생되어 연료전지 스택으로 흘러 들어가는 역전류를 방지하기 위한 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치를 나타내는 도면이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치는

모터에 흐르는 전류의 흐름을 제어하며, 다수의 스위칭 트랜지스터로 이루어진 인버터; 상기 인버터의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 각각 스위칭 신호를 발생시켜 인가하는 게이트 신호 발생부; 및 정상 동작시 모터를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 게이트 신호 발생부로 출력하며, 차량의 브레이크 신호 입력시 상기 게이트 신호 발생부를 디스에이블시키는 모터 제어부를 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치를 나타내는 도면이다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역전류 방지장치는 모터(50), 모터에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 인버터(40), 인버터를 이루는 스위칭 트랜지스터의 게이트 신호를 발생시키는 게이트 신호 발생부(30), 모터를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 게이트 신호 발생부로 출력하는 모터 제어부(10)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면 모터(50)는 3상의 유도 전동기를 사용하였으며, 인버터(40)는 6개의 스위칭 트랜지스터(T1, T2, ..., T6)와 프리휠링(free wheeling) 다이오드(D1, D2, ...,D6)로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서는 스위칭 트랜지스터로서 IGBT를 사용하였으나, MOSFET과 같이 다른 스위칭 트랜지스터가 사용될 수도 있다.

도1에 도시한 바와 같이, IGBT (T1, T2), (T3, T4), (T5, T6)는 각각 직렬로 연결되며, IGBT(T1, T3, T5)의 컬렉터는 연료전지의 양극에 연결되며, IGBT(T2, T4, T6)의 이미터는 연료전지의 음극에 연결된다. 또한, IGBT (T1, T2), (T3, T4), (T5, T6) 사이의 접점은 각각 유도 전동기의 U상, V상 W상에 연결된다. IGBT (T1, T2, T3, T4, T5, T6)에는 각각 프리휠링 다이오드(D1, D2,...., D6)가 연결된다.

게이트 신호 발생부(30)는 모터 제어부의 제어신호에 응답하여 IGBT의 각 게이트에 인가할 신호(A+, A-, B+,...,C-)를 생성하여 각 IGBT의 게이트에 인가한다. 모터 제어부(20)는 정상적인 주행상태에서는 모터를 구동하기 위해 IGBT를 순차적으로 온시키도록 제어하며, 차량의 브레이크(10) 신호가 입력되는 경우에는 게이트 신호 발생부(30)를 디스에이블 시킨다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 역전류 방지 방법을 설명한다.

먼저, 정상적인 주행상태에서는 모터 제어부가 인버터의 IGBT(T1, T2, ...,T6)를 순차적으로 온시킨다. 구체적으로 먼저, IGBT(T1, T4)를 온시킨 후 IGBT(T3, T6)를 온시키고 이어서 IGBT(T5, T2)를 온시킨다. 이와 같이 IGBT를 순차적으로 온시켜 유도 전동기(50)에 흐르는 전류의 흐름을 제어함으로써 유도 전동기의 회전을 제어한다.

다음 차량의 브레이크 신호가 입력되는 경우에는 모터 제어부(20)는 게이트 신호 발생부를 디스에이블(disable)시켜 IGBT의 게이트 신호 발생 자체를 막아버린다. 이 경우 모든 IGBT는 오프 상태이기 때문에 유도 전동기에 흐르는 전류는 0가 되며, 이에 따라 모터로부터 회생되어 연료전지 스택으로 흘러 들어가는 전류가 방지될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 토크 전류를 0으로 제어하여 모터의 역전류를 방지하는 대신에 모터를 구동하는 인버터의 게이트 신호를 간단히 제어함으로써 모터로부터 회생되어 연료전지 스택으로 흘러 들어가는 역전류를 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치에 있어서,

   상기 연료전지 전기 자동차의 모터에 흐르는 전류의 흐름을 제어하며, 6개의 스위칭 트랜지스터(T1~T6)로 이루어지며, 3개의 스위칭 트랜지스터(T1, T3, T5)의 컬렉터는 연료전지의 양극에 연결되며, 나머지 3개의 스위칭 트랜지스터(T2, T4, T6)의 이미터는 연료전지의 음극에 연결되고, 각각의 스위칭 트랜지스터(T1, T2), (T3, T4), (T5, T6) 사이의 접점은 각각 모터의 U상, V상 W상에 연결되도록 이루어진 인버터와;

   상기 각각의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 각각 스위칭 신호를 발생시켜 인가하는 게이트 신호 발생부와;

   정상 동작시 모터를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 게이트 신호 발생부로 순차적으로 출력하며, 상기 연료전지 전기 자동차의 브레이크 신호 입력시 상기 게이트 신호 발생부를 디스에이블시켜 모터로부터 회생되어 연료전지 스택으로 공급되는 전류의 흐름을 차단하는 제어동작을 수행하는 모터 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인버터를 구성하는 각각의 스위칭 트랜지스터는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)인 것을 특징으로 하는 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 인버터는 각각의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에 연결되는 프리휠링 다이오드를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전기 자동차의 역전류 방지장치.