KR100460886B1 - 전기자동차의 모터 슬립 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전기자동차에서 구동력을 발생시키는 모터의 슬립 이득과 위상을 보정계수의 변수로 설정하고 이를 기본 슬립값에 가감하여 차량의 토크 리플 발생을 배제시켜 운전성을 제공하도록 한 것으로,

모터의 위상과 슬립 이득을 검출하는 과정과, 상기 검출되는 모터 위상의 사인 함수에 슬립 이득을 곱 연산하여 보정계수를 산출하는 과정과, 상기 기본 슬립 주파수에 상기 산출된 보정계수를 감가산하여 제어를 위한 슬립 주파수를 추출하는 과정과, 상기 추출된 제어 슬립 주파수를 정지 좌표계로 변환하여 상전류 제어하는 과정을 포함한다.

Description

전기자동차의 모터 슬립 제어장치 및 방법{MOTOR SLIP CONTROLLING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 구동력을 발생시키는 모터의 슬립(Slip) 이득(Gain)과 위상(Phase)으로부터 보정계수를 설정하고 이를 기본 슬립값에 가감하여 차량의 토크 리플(Torque Ripple)이 상쇄되도록 하는 전기자동차의 모터 슬립 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

전기자동차는 주동력원인 배터리의 전기 에너지를 이용하여 유도 전동기, 즉 모터를 구동시킴으로서 구동력을 발생하고 있는데, 모터의 슬립은 차량의 토크를 결정하는 중요한 인자이다.

통상적으로 전지자동차에서 모터의 슬립 제어는 정격속도 이하의 운전영역에서는 일정한 슬립율을 유지하도록 제어하고, 정격속도 이상의 운전영역에서는 이를 증가시키는 것이 일반적인 제어방법이다.

그러나, 상기와 같이 운전영역에 따라 모터의 슬립율을 튜닝하는 프로세서가 정형화되어 있지 않아 튜닝시 시간이 많이 소요되며, 시험자 혹은 튜닝 작업자의 주관적인 요소가 많이 적용되므로 모터 슬립의 최적 이득을 얻지 못하는 문제점이 발생되고, 차량의 각 특성에 따른 최적의 이득이 설정되지 못함으로 인하여 차량의 토크 리플을 발생시켜 운전성과 가속성을 저하시키는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 모터의 슬립 이득과 위상으로부터 보정계수를 산출하고, 기본 슬립값에 산출된 보정계수의 적용을 통해 차량의 공진이나 차량의 토크 리플 발생을 상쇄시키도록 함으로써 운전성 및 가속성을 향상시키도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 모터 슬립 제어장치에 대한 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에서 모터 슬립 보정장치에 대한 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 전기자동차에서 모터 슬립 제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전기자동차에 있어서, 주 동력원인 배터리와; 상기 배터리의 온도, 주변 온도, 충전상태(SOC), 전압/전류 등의 모니터링 관리정보를 상위 제어기측에 제공하는 BMS와; 전기자동차에 구비되는 모든 제어기를 총괄적으로 제어하는 CEU와; 시스템 부하의 급상승이나 시스템 오프시 배터리와 부하간의 전압/전류 공급을 차단하는 SDU와; 구동력을 발생하는 모터와; 상기 모터의 구동각을 검출하여 그에 대한 위상 신호를 피드백 정보로 제공하는 위상 검출기를 포함하며,피드백 검출되는 모터의 슬립 이득과 위상에 대하여 위상의 사인함수에 슬립 이득을 곱 연산하여 보정계수를 산출하는 보정계수 추출부와; 기본 슬립 주파수에 상기 산출된 보정계수를 가산하여 리플이 상쇄되는 값을 산출하는 연산기와; 상기 연산기를 통해 산출된 값으로부터 보정을 위한 슬립 주파수를 추출하는 슬립 주파수 추출부와; 상기 추출된 슬립 주파수에 대한 회전 좌표계를 정지 좌표계로 변환시켜 모터 공급되는 상전류를 결정하는 좌표 변환부로 구성되는 슬립 보정수단을 포함한다.또한, 본 발명은 모터의 위상과 슬립 이득을 검출하는 과정과; 상기 검출되는 모터 위상의 사인함수에 슬립 이득을 곱 연산하여 보정계수를 산출하는 과정과; 기본 슬립 주파수에 상기 산출된 보정계수를 감가산하여 제어를 위한 슬립 주파수를 추출하는 과정과; 상기 추출된 제어 슬립 주파수를 정지 좌표계로 변환하여 상전류 제어하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차는 배터리(10)와, BMS(Battery Management System ; 20), CEU(Control Electronics Unit ; 30), SDU(Safety Disconnect Unit : 40), 모터(50), 위상 검출기(60), 감속기(70), 차동장치(80) 및 구동휠(90)로 이루어진다.

상기에서 배터리(10)는 전기자동차에서 주 동력원으로 동작에 필요한 전기 에너지를 저장하고 이를 구동원인 전동기(60)에 공급한다.

BMS(20)는 수동적인 하위 제어기로, 배터리(10)의 온도, 주변 온도, 충전상태(SOC), 전압/전류 등을 모니터링 한 다음 전류/전압 제한치의 정보, 충방전 제어정보 등의 관리정보를 상위 제어기측에 제공하며, 배터리(20)의 파손이 발생되지 않도록 관리한다.

CEU(30)는 전기자동차에 구비되는 모든 제어기를 총괄적으로 제어하는 상위 제어기로 전기자동차의 제반적인 동작을 총괄 제어한다.

SDU(40)는 안전장치로, 갑작스런 시스템 부하의 급상승이나 시스템 일부 부품의 고장으로 인한 시스템 오프시 CEU(30)의 제어신호에 따라 도시되지 않은 내부의 접점을 오프시켜 배터리(10)의 전압/전류가 부하측으로 공급되는 것과 희생 제동 에너지가 배터리(10)측으로 공급되는 것을 차단시킨다.

모터(50)는 도시되지 않은 인버터를 통해 3상으로 변환되어 공급되는 배터리(10)의 전압에 의해 구동되어 구동력을 발생시킨다.

위상 검출부(60)는 상기 모터(50)의 구동각을 검출하여 그에 대한 위상 신호를 상기 CEU(30)측에 피드백 정보로 제공한다.

감속기(70)는 모터(50)의 출력 회전수를 설정된 비로 감속시켜 출력한다.

차동장치(80)는 상기 감속기(70)를 통해 전달되는 모터(50)의 구동력을 구동휠(90)측에 전달한다.

상기에서 CEU(30)내에는 하위 제어기로, 모터(50)의 구동에 있어 구동 토크와 속도, 제동시 회생 에너지 발생을 위한 토크 등 전반적인 동작과 위상검출기 (60)에서 피드백되는 신호로부터 모터(50)의 슬립 이득과 위상을 검출한 다음 위상신호에 슬립 이득을 곱 연산하여 슬립율 보정을 위한 보정계수로 산출하여 모터(50)의 구동을 제어하는 MCU(Motor Control Unit ; 31)와, 상기 안정장치인 SDU(40)를 통해 공급되는 배터리(10)의 직류 전압을 모터(50)측으로 공급하고, 제동시 모터(50)에서 발생되는 회생 제동 에너지를 통한 배터리(10)에 충전 전압으로 공급하는 DC/DC 컨버터(32)와, 운행후 접속되는 외부의 전원, 바람직하게는 상용전원을 처리하여 배터리(10)측에 충전전압으로 공급하여 주는 충전장치(34)로 구성된다.

또한, 상기에서 MCU(31)내의 모터 슬립 보정장치는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 위상 검출기(60)로부터 검출되는 모터(50)의 슬립 이득(Gain)과 위상()을 연산하여 보정계수(를 추출하는 보정계수 추출부(100)와, 상기 추출된 보정계수(에 기본 슬립 주파수()를 가산하는 연산기(200)와, 상기 연산기(200)를 통해 산출된 값으로부터 보정을 위한 슬립 주파수()를 추출하는 슬립 주파수 추출부(300)와, 상기 추출된 슬립 주파수에 대한 회전 좌표계를 정지 좌표계로 변환시켜 모터(50)측에 각 상전류로 공급하는 좌표 변환부(400)로 구성된다.

상기한 구성 이외에 하이브리드 전기자동차에서 최적의 제어와 다양한 기능들을 수행하기 위한 운전자 인터페이스부, 차량의 운전 및 상태정보를 표시하는 클러스터, 운행중에 발생되는 이상 여부를 자기진단하는 진단부 등의 다양한 구성요소가 구비되는바, 구체적인 구성 및 기능에 대한 설명은 본 발명과 관련이 없는 관계로 생략한다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명에서 모터 슬립을 보정 제어하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

운전자의 주행 요구가 상위 제어기인 CEU(30)에 검출되면 CEU(30)는 하위 제어기인 MCU(31)의 제어를 통해 모터(50)를 구동시켜 운전자가 요구하는 토크 및 속도로의 주행이 유지되도록 제어하여 준다.

이때, 위상 검출기(60)는 모터(50)의 회전자 위치로부터 모터(50)의 위상을 검출하여 CEU(30)측에 피드백 신호로 인가하면(S101), MCU(31)내의 프로세서는 피드백 위상으로부터 모터(50)의 슬립 이득(Gain)을 추출한다(S102).

이후, 상기 추출된 모터(50)의 슬립 이득(Gain)과 피드백 검출되는 위상()을 보정계수 추출부(100)를 통해 연산하여 모터(50)의 슬립 보정을 위한 보정계수(를 추출한다(S103).

상기와 같이 보정계수()가 추출되면 연산기(200)를 통해 기본 슬립 주파수()에 상기 산출되는 보정계수()를 감가산하여(S104) 제어 슬립 주파수()를 추출한다(S105).

상기에서 제어 슬립 주파수()가 추출되면 이를 좌표 변환부(400)를 통해 회전 좌표계에서 정지 좌표계로 변환한 다음 모터(50)측에 공급되는 각 상전류를 제어하여 모터 슬립을 보정한다(S106)(S107).

따라서, 상기에서 보정계수()는 일정 주파수의 위상과 크기를 갖음으로서 기본 슬립값에 임의의 리플을 추가하여 주는 효과로 나타나므로, 차량의 특성에 따라 이 위상과 크기를 적절히 선정함으로써 차량의 공진이나 토크 리플이 상쇄되므로, 운전성이 개선되고, 모터 슬립 발생이 안정되게 제어된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 위상과 모터의 슬립 이득으로부터 보정계수를 추출하여 모터 슬립을 제어함으로써 차량의 토크 리플 발생이 배제되어 운전성과 가속 응답성이 향상된다.

Claims (3)

1. 전기자동차에 있어서,

   주 동력원인 배터리와;

   상기 배터리의 온도, 주변 온도, 충전상태(SOC), 전압/전류 등의 모니터링 관리정보를 상위 제어기측에 제공하는 BMS와;

   전기자동차에 구비되는 모든 제어기를 총괄적으로 제어하는 CEU와;

   시스템 부하의 급상승이나 시스템 오프시 배터리와 부하간의 전압/전류 공급을 차단하는 SDU와;

   구동력을 발생하는 모터와;

   상기 모터의 구동각을 검출하여 그에 대한 위상 신호를 피드백 정보로 제공하는 위상 검출기를 포함하며,

   MCU내에 구비되고, 모터의 슬립 이득과 위상을 피드백 검출하여, 위상의 사인함수에 슬립 이득을 곱 연산하여 보정계수를 산출하는 보정계수 추출부와;

   기본 슬립 주파수에 상기 산출된 보정계수를 가산하여 리플이 상쇄되는 값을 산출하는 연산기와;

   상기 연산기를 통해 산출된 값으로부터 보정을 위한 슬립 주파수를 추출하는 슬립 주파수 추출부와;

   상기 추출된 슬립 주파수에 대한 회전 좌표계를 정지 좌표계로 변환시켜 모터 공급되는 상전류를 결정하는 좌표 변환부로 구성되는 슬립 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모터 슬립 제어장치.
2. 삭제
3. 모터의 위상과 슬립 이득을 검출하는 과정과;

   상기 검출되는 모터 위상의 사인함수에 슬립 이득을 곱 연산하여 보정계수를 산출하는 과정과;

   기본 슬립 주파수에 상기 산출된 보정계수를 감가산하여 제어를 위한 슬립 주파수를 추출하는 과정과;

   상기 추출된 제어 슬립 주파수를 정지 좌표계로 변환하여 상전류 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모터 슬립 제어방법.