KR100764220B1

KR100764220B1 - 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치

Info

Publication number: KR100764220B1
Application number: KR1020040019561A
Authority: KR
Inventors: 이진환
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2007-10-05
Also published as: KR20050094927A

Abstract

본 발명은 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치에 관한 것으로, 전력을 제공하는 배터리와, 상기 배터리에서 제공되는 전력에 대한 전달을 수행 또는 차단하기 위한 파워 릴레이와, 전력전달 수행시 전력을 충전하기 위한 DC 링크 캐패시터와, 전동기 구동신호를 출력하는 파워 스위칭 소자와, 상기 전동기 구동신호에 따라 구동되는 전동기로 구성된 차량용 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 DC 링크 캐패시터와 전동기 사이에 구비되어 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전자제어장치(ECU)의 제어신호에 따라 전동기로부터 발생되는 발전력을 차단하기 위한 차단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 전력전달부내 전동기의 발전을 차단하기 위한 차단부를 구비하여 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전동기로부터 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선을 오픈하여 전동기가 락킹되는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 메뉴얼 조타가 가능한 차량에서 주행중 전동기의 락킹으로 인한 안전사고의 발생을 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.

전력전달, 파워 스위칭 소자, 전동기, 발전 차단부

Description

차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치{FAIL SAFTY CONTROL APPARATUS IN MOTOR DRIVING SYSTEM FOR CAR}

도 1은 일반적인 파워 스위칭 소자를 포함한 차량용 전동기 구동 시스템의 블록 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치의 블록 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 배터리 20 : 파워 릴레이

30 : DC 링크 캐패시터 40 : 파워 스위칭 소자

50 : 전동기 61∼63 : 차단부1,2,3

본 발명은 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치에 관한 것으로, 특히 차량용 전동기 구동 시스템의 전자제어장치(ECU)에 사용되는 전력전달부에 있어서, 전력전달부내 전동기(Electric Motor)의 발전(Regeneration)을 차단하기 위한 차단부를 구비하여 시스템의 페일(Fail) 발생시 전동기로부터 DC 링크 캐패시터(Link Capacitor)로 연결되는 전기적 결선을 오픈(Open)하여 전동기가 락킹(Locking)되는 현상을 방지할 수 있도록 한 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 파워 스위칭 소자(Power Switching Device)를 포함한 차량용 전동기 구동 시스템의 블록 구성도로서, 차량용 전동기 구동 시스템은 파워 스위칭 소자를 포함한 전력전달부로 이루어지며, 이 전력전달부는 전동기의 구동을 위한 전력을 제공하는 배터리(10)와, 전자제어장치(ECU)(미도시)의 제어신호에 따라 배터리(10)에서 제공되는 전력에 대한 전달을 수행 또는 차단하기 위한 파워 릴레이(Power Relay)(20)와, 이 파워 릴레이(20)에 의해 전력전달이 수행되는 경우 전력을 충전하기 위한 DC 링크 캐패시터(30)와, MCU(MicroController Unit)(미도시)의 펄스폭변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호에 따라 파워 릴레이(20)를 통해 전달된 전력에 대한 스위칭 동작을 수행하여 전동기 구동신호를 출력하는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)와 같은 파워 스위칭 소자(40)와, 이 파워 스위칭 소자(40)에 따른 전동기 구동신호에 따라 구동되는 전동기(50)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 전력전달부에 있어서, 전동기 구동 시스템의 페일(Fail) 발생시에는 파워 릴레이(20)를 오프시켜 배터리(10)와의 전기적 결선을 오픈하여 배터리(10)로부터 전동기(50)에 전달되는 전체 전력을 차단하도록 하고 있다.

그러나, 보통 차량에 적용되는 전동기(50)로서, 회전자가 자석인 DC 전동기나 BL(BrushLess)DC 전동기, PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)과 같이 발전이 가능한 전동기의 경우에는, 상기와 같이 페일 발생시 전력 전달을 차단하였더라도 전동기(50)가 부하에 의해 강제적으로 회전되거나, 전동기(50)의 관성부하 또는 전동기(50)가 인위적으로 회전될 경우 전동기(50)부터 발생되는 발전력이 파워 스위칭 소자(40)의 역방향 다이오드를 거쳐 DC 링크 캐패시터(30)에 충전될 때까지 전동기(50)가 락킹(Locking)되는 현상이 발생하게 된다.

이러한 전동기의 락킹으로 인하여 메뉴얼(Manual) 조타가 가능한 차량에서 주행중 안전사고의 발생을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

그러므로, 전동기의 내부에 클러치 구조나 전기적 결선을 오픈시킬 수 있는 구조가 없는 한 전동기의 락킹 현상이 발생하게 되어 전동기로부터 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선을 오픈해 줄 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 차량용 전동기 구동 시스템의 전자제어장치(ECU)에 사용되는 전력전달부에 있어서, 전력전달부내 전동기의 발전을 차단하기 위한 차단부를 구비하여 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전동기로부터 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선을 오픈하여 전동기가 락킹되는 현상을 방지할 수 있도록 한 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치는, 전력을 제공하는 배터리와, 상기 배터리에서 제공되는 전력에 대한 전달을 수행 또는 차단하기 위한 파워 릴레이와, 전력전달 수행시 전력을 충전하기 위한 DC 링크 캐패시터와, 전동기 구동신호를 출력하는 파워 스위칭 소자와, 상기 전동기 구동신호에 따라 구동되는 전동기로 구성된 차량용 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 DC 링크 캐패시터와 전동기 사이에 구비되어 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전자제어장치(ECU)의 제어신호에 따라 전동기로부터 발생되는 발전력을 차단하기 위한 차단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치의 구성 및 동작을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치의 블록 구성도로서, 전동기의 구동을 위한 전력을 제공하는 배터리(10)와, 전자제어장치(ECU)(미도시)의 제어신호에 따라 배터리(10)에서 제공되는 전력에 대한 전달을 수행 또는 차단하기 위한 파워 릴레이(20)와, 이 파워 릴레이(20)에 의해 전력전달이 수행되는 경우 전력을 충전하기 위한 DC 링크 캐패시터(30)와, MCU(MicroController Unit)(미도시)의 펄스폭변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호에 따라 파워 릴레이(20)를 통해 전달된 전력에 대한 스위칭 동작을 수행하여 전동기 구동신호를 출력하는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)와 같은 파워 스위칭 소자(40)와, 이 파워 스위칭 소자(40)에 따른 전동기 구동신호에 따라 구동되는 전동기(50)와, DC 링크 캐패시터(30)와 전동기(50) 사이에 구비되어 전동기 구동 시스템의 페일(Fail) 발생시 전자제어장치(ECU)의 제어신호에 따라 전동기(50)로부터 발생되는 발전력을 차단하기 위한 차단부1,2,3(61∼63)로 구성된다.

상기 차단부1,2,3(61∼63)은 인버터(Inverter)로 이루어지며, 전동기(50)와 DC 링크 캐패시터(30)로 연결되는 전기적 결선중 DC 링크 캐패시터(30)의 +단자와 파워 스위칭 소자(40) 사이의 전기적 결선에는 차단부1(61)를 구비하고, DC 링크 캐패시터(30)의 -단자와 파워 스위칭 소자(40) 사이의 전기적 결선에는 차단부2(62)를 구비하도록 하거나, 파워 스위칭 소자(40)와 전동기(50) 사이의 전기적 결선에 차단부3(63)을 구비하도록 한다.

상기 파워 스위칭 소자(40)와 전동기(50) 사이의 전기적 결선에 구비된 차단부3(63)은 전동기(50)가 3상 전동기인 경우라면 도 2에 도시된 바와 같이 두 개(63-1,63-2)를 사용하고, DC 전동기인 경우라면 한 개의 차단부(63-1)를 사용하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치는, 전동기 구동 시스템의 페일 발생시에 차단부1,2,3(61∼63)를 통해 전동기(50)로부터 DC 링크 캐패시터(30)로 연결되는 전기적 결선을 오픈하여 전동기(50)로부터 발생되는 발전력이 DC 링크 캐패시터(30)에 충전되지 못하도록 한다.

즉, 전자제어장치(ECU) 및 시스템이 정상적인 경우에는 파워 릴레이(20) 및 차단부1,2,3(61∼63)를 온 상태로 유지하여 배터리(10)로부터 전동기(50)까지 전력전달이 이루어지도록 하고, 전동기 구동 시스템의 페일 발생시에는 즉시 파워 릴레이(20)를 오프시켜 배터리(10)와의 전기적 결선을 오픈하여 배터리(10)로부터 전동기(50)에 전달되는 전체 전력을 차단하도록 하는 동시에 차단부1,2,3(61∼63) 역시 오프시켜 전동기(50)로부터 DC 링크 캐패시터(30)로 연결되는 전기적 결선을 오픈하여 전동기(50)로부터 발생되는 발전력이 DC 링크 캐패시터(30)에 충전되지 못하도록 함으로써 전동기(50)가 락킹되는 현상을 방지하도록 하는 것이다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 차량용 전동기 구동 시스템의 전자제어장치(ECU)에 사용되는 전력전달부에 있어서, 전력전달부내 전동기의 발전을 차단하기 위한 차단부를 구비하여 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전동기로부터 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선을 오픈하여 전동기가 락킹되는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 메뉴얼 조타가 가능한 차량에서 주행중 전동기의 락킹으로 인한 안전사고의 발생을 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

전력을 제공하는 배터리와, 상기 배터리에서 제공되는 전력에 대한 전달을 수행 또는 차단하기 위한 파워 릴레이와, 전력전달 수행시 전력을 충전하기 위한 DC 링크 캐패시터와, 전동기 구동신호를 출력하는 파워 스위칭 소자와, 상기 전동기 구동신호에 따라 구동되는 전동기로 구성된 차량용 전동기 구동 시스템에 있어서,

상기 DC 링크 캐패시터와 전동기 사이에 구비되어 전동기 구동 시스템의 페일 발생시 전자제어장치(ECU)의 제어신호에 따라 전동기로부터 발생되는 발전력을 차단하기 위한 차단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치.
제1항에 있어서,

상기 차단부가 인버터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 차단부가 전동기와 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선중 DC링크 캐패시터의 +단자와 파워 스위칭 소자 사이 및 DC 링크 캐패시터의 -단자와 파워 스위칭 소자 사이에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 차단부가 전동기와 DC 링크 캐패시터로 연결되는 전기적 결선중 파워 스위칭 소자와 전동기 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치.
제4항에 있어서,

상기 전동기가 3상 전동기인 경우

상기 파워 스위칭 소자와 상기 전동기 사이에 구비되는 상기 차단부는 2개로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동기 구동 시스템의 안전제어장치.