KR100488738B1 - 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지제어방법 - Google Patents

연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 2차측 커패시터의 소손을 방지하여 시스템 성능을 향상시키는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법에 관한 것으로, 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시켜서 1차측 커패시터 C1을 충전할 때 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 온(ON)하여 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전시키는 단계와; 상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압을 체크하여 직류 링크 전압까지 상승하는 가를 비교하는 단계와; 상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압이 직류 링크 전압까지 상승하면 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 오프(OFF)하여 상기 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 상기 직류 변환장치의 2차측 커패시터 C2의 소손을 방지하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법{METHOD FOR FREE CHARGING IN DC/DC CONVERTER OF FUEL CELL HYBRID VEHICLE}
본 발명은 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 관련된 연료 전지 하이브리드 차량의 시스템 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1을 참조하면, 연료 전지 하이브리드 차량에서 연료 전지(110)의 출력을 보상하기 위하여 배터리(120)를 병렬로 연결하여 시스템을 구성한다.
이때 연료 전지(110)와 배터리(120) 사이의 전압 차이를 보상하기 위하여 직류 변환장치(130)(DC/DC 컨버터)를 사용한다.
즉, 연료 전지(110)와 모터 구동용 인버터(140)가 직렬로 연결되어 있고 그와 병렬로 직류 변환장치(130)와 배터리(120)가 연결되어 있다.
직류 변환장치(130)에서 보면 1차측에는 배터리(120)가, 2차측에는 연료 전지(110)와 인버터(140)가 연결되어 있다.
또한 시스템 전체의 상태를 파악하고 각 모듈에 동작 지령을 내리는 최상위 제어기인 동력 분배 제어부(150)(PCU ; Power Control Unit)는 각각의 모듈 상태를 체크한 후 각 모듈 제어기를 제어한다.
각각의 모듈 사이에는 시스템 보호를 위한 파워 라인 연결부(PDU ; Power Disconnect Unit)가 장착되며, 동력 분배 제어부(150)는 각 모듈 사이의 파워 라인 연결부를 연결하여 시스템을 운용한다.
상기와 같은 구성의 연료 전지 하이브리드 차량 시스템 동작 흐름을 설명하면 다음과 같다.
동력 분배 제어부(150)가 각 모듈 체크 ⇒ 제1 파워 라인 연결부(PDU1) 온(ON) ⇒ 직류 변환장치(130) 온(ON) ⇒ 제3 파워 라인 연결부(PDU3) 온(ON)(EV Mode OK) ⇒ 연료 전지(110) 체크 ⇒ 연료 전지(110) 온 ⇒ 제2 파워 라인 연결부(PDU2) 온(ON)(HEV Mode OK) ⇒ 모터 제어부(MCU ; Motor Control Unit) 구동 ⇒ 모터 구동의 순서로 동작한다.
그런데, 초기 기동 시에 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)하면 도 2에 도시된 바와 같이 직류 변환장치(130) 입력측인 1차측 커패시터(Capacitor) C1에 전압이 충전되게 되고 2차측 커패시터 C2는 전압이 0인 상태가 된다.
이때 제2 파워 라인 연결부(PDU2)를 온(ON)하고 하이브리드 모드(HEV Mode)에서 운전을 하게 되면 직류 변환장치(130)가 스위칭을 하게 되고 1차측 커패시터 C1과 2차측 커패시터 C2의 전압차이가 300V이상 나게 되며 1차측 캡에 쌓여있던 배터리(120) 전압이 2차측 캡으로 넘어가게 된다.
이때 급격한 과도전류가 직류 변환장치(130) 2차측 캡인 C2에 흐르게 되며 이 현상으로 2차측 캡이 소손되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 2차측 커패시터의 소손을 방지하여 시스템 성능을 향상시키는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법에 있어서, 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시켜서 1차측 커패시터 C1을 충전할 때 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 온(ON)하여 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전시키는 단계와; 상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압을 체크하여 직류 링크 전압까지 상승하는 가를 비교하는 단계와; 상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압이 직류 링크 전압까지 상승하면 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 오프(OFF)하여 상기 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 상기 직류 변환장치의 2차측 커패시터 C2의 소손을 방지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1과 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직류 변환장치(130)의 전류 흐름도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치(130)의 1, 2차측에는 캐패시터(Capacitor)가 설치되어 있다.
동력 분배 제어부(150)가 각 모듈을 체크한 후 파워 라인 연결부를 연결하여 운전하게 되면 파워 라인 연결부의 프리 차지 시퀀스에 의하여 1차측 캡(Cap)에는 배터리(120) 전압이 충전되게 되고 2차측 캡은 전압이 0인 상태가 유지된다.
이때 시스템 동작 시퀀스에 따라서 직류 변환장치(130)를 동작시키면 1차측 캡에 충전되어 있던 배터리(120) 전압이 2차측 캡에 인가되고, 양단간의 큰 전압 차이로 인하여 급격한 과도전류가 흐르게 되어 2차측 캡 및 시스템을 소손시키게 된다.
이러한 현상을 막고 시스템의 소손을 방지하기 위하여 본 발명의 실시예는 파워 라인 연결부를 연결 할 때 직류 변환장치(130)의 상단 스위치를 일시적으로 도통시켜서 1차측 캡에 충전되는 전압을 일부 2차측 캡에 충전시킨다.
이러한 시퀀스로 직류 변환장치(130) 1, 2차측 캡의 전압 차이가 적게 나도록 하여 컨버터 동작 시 2차측 캡에 유입되는 과도 전류의 흐름을 막고 소손을 방지할 수 있다.
즉, 동력 분배 제어부(150)는 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시켜서 1차측 커패시터 C1을 충전할 때 직류 변환장치(130)의 상단 스위치를 온(ON)하여 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전시키고, 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압을 체크하여 직류 링크 전압까지 상승하는 가를 비교한다.
그리고, 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압이 직류 링크 전압까지 상승하면 동력 분배 제어부(150)는 직류 변환장치(130)의 상단 스위치를 오프(OFF)하여 직류 변환장치(130)에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 직류 변환장치(130)의 2차측 커패시터 C2의 소손을 방지하는 제어동작을 수행한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치(130)의 1차측 커패시터 C1과 2차측 커패시터 C2의 전압차이를 최소화 시켜 2차측 보호를 위한 프리 차지 기능을 수행한다.
제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시켜서 1차측 커패시터 C1을 충전할 때 직류 변환장치(130)의 상단 스위치를 일시적으로 온(ON)하여 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전시키는 시퀀스를 사용한다.
제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시키면 프리 차지(Pre-charge) 저항으로 인하여 1차측 커패시터 C1에 전압이 서서히 충전되며 이와 동시에 직류 변환장치(130)의 상단 스위치를 동작시켜 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전한다.
이때 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압은 모터 제어부(MCU)에서 사용하는 직류 링크(DC Link) 전압으로 충전하게 되며 이 전압은 동력 분배 제어부(150)(PCU)에서 체크하여 직류 링크 전압까지 상승하게 되면 컨버터 상단 스위치의 동작을 멈추게 된다.
이러한 시퀀스를 채택함으로서 직류 변환장치(130)에 흐르는 과도 전류도 방지하고, 직류 변환장치(130)의 2차측 커패시터 C2의 소손도 방지하는 효과를 얻게 된다.
실제 시스템에서는 동력 분배 제어부(150)(PCU)가 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시키기 직전에 초기화(Initial Build)라는 신호를 이용하여 직류 변환장치(130) 상단 스위치를 온(ON)시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법은 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지할 수 있다.
또한, 직류 변환장치의 2차측 커패시터 C2의 소손을 방지하여 전체 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 연료 전지 하이브리드 차량의 시스템 구성을 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 직류 변환장치의 전류 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직류 변환장치의 전류 흐름도.

Claims (3)

  1. 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법에 있어서,
    제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시켜서 1차측 커패시터 C1을 충전할 때 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 온(ON)하여 2차측 커패시터 C2에 전압을 충전시키는 단계와;
    상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압을 체크하여 직류 링크 전압까지 상승하는 가를 비교하는 단계와;
    상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압이 직류 링크 전압까지 상승하면 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 오프(OFF)하여 상기 직류 변환장치에 흐르는 과도 전류를 방지하고, 상기 직류 변환장치의 2차측 커패시터 C2의 소손을 방지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 파워 라인 연결부(PDU1)를 온(ON)시키기 직전에 초기화(Initial Build)라는 신호를 이용하여 상기 직류 변환장치의 상단 스위치를 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2차측 커패시터 C2에 충전되는 전압은 모터 제어부(MCU)에서 사용하는 직류 링크(DC Link) 전압으로 충전하게 되며 이 전압은 동력 분배 제어부(PCU)에서 체크하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 차량용 직류 변환장치의 프리 차지 제어방법.
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