KR100802679B1 - System and method for discharging inverter dc link voltage of hev - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 나타내는 회로도,1 is a circuit diagram showing a hybrid inverter DC link voltage discharge system according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 설명하는 순서도,2 is a flowchart illustrating a hybrid inverter DC link voltage discharge system according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템의 방전 동작을 설명하는 그래프,3 is a graph illustrating a discharge operation of the hybrid inverter DC link voltage discharge system according to the present invention;
도 4는 기존 하이브리드 차량의 전기 동력 분배 및 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 설명하는 회로도,4 is a circuit diagram illustrating an electric power distribution and inverter DC link voltage discharge system of a conventional hybrid vehicle;
도 5a 및 도 5b는 기존의 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 설명하는 그래프,5A and 5B are graphs illustrating a conventional hybrid inverter DC link voltage discharge system;
도 6은 실제 MCU의 내부에 시멘트 저항이 설치된 모습을 보여주는 사진.Figure 6 is a photo showing the appearance of a cement resistor installed inside the real MCU.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 연료전지 20 : 인버터10: fuel cell 20: inverter
30 : 모터 40 : MCU30: motor 40: MCU
50 : LDC 60 : 12V 보조 배터리50: LDC 60: 12V Auxiliary Battery
70 : 시멘트 저항70: cement resistance
본 발명은 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 키-오프(Key-off)시, 고전압 안전을 위하여 DC링크 전압을 시멘트 저항을 사용하여 강제 방전시키던 점을 개선하여, 차량 키-오프시에 MCU로부터 LDC에 전압 방전을 위한 신호를 전송하는 로직을 통하여 DC링크 전압을 12V 보조 배터리로 충전되도록 방전시키는 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid inverter DC link voltage discharging system and method, and more particularly, when the key-off of a hybrid vehicle, the DC link voltage is forcedly discharged using a cement resistor for high voltage safety. The present invention relates to a hybrid inverter DC link voltage discharge system and method for discharging a DC link voltage to be charged by a 12V auxiliary battery through logic for transmitting a signal for voltage discharge from an MCU to an LDC at vehicle key-off.
통상적으로, 하이브리드 자동차는 엔진과, 배터리의 전원으로 구동되는 구동모터로 구성되는 동력원이 구비되며, 전륜에 상기의 동력원을 적절히 조합한 구조를 적용하여 차량의 출발시나 가속시에 배터리의 전압에 의해 동작되는 모터의 동력 보조로 연비 향상을 유도할 수 있는 차량을 말한다.In general, a hybrid vehicle is provided with a power source comprising an engine and a drive motor driven by a battery power source, and by applying a structure in which the above power source is properly combined with the front wheel, the hybrid vehicle is driven by the voltage of the battery at the start or acceleration of the vehicle. It refers to a vehicle that can induce fuel efficiency improvement by power assistance of the operated motor.
하이브리드 차량의 동력 분배장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 전기를 발생시키는 연료전지(10)와, 연료전지(10)에서 발생된 전기의 힘으로 구동되는 모터(30), 상기 연료전지(10)에서 출력되는 DC 전압을 스위칭하여 3상 교류전원으로 변환하여 상기 모터(30)의 구동 전원으로 공급하는 인버터(20), 상기 인버터(20)를 PWM(Pulse Width Modulation)으로 제어하여 상변환을 드라이브하는 MCU(Motor Control Unit: 40) 및 상기 연료전지(10)에 발생된 전원을 차량의 각종 전장부하의 전원으로 공급하기 위하여 전압을 변환시키는 DC/DC 컨버터(50)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the power distribution device of the hybrid vehicle includes a
하이브리드 전기자동차에서 전반적인 동작을 총괄 제어하는 상위 제어기는 HCU(Hybrid Control Unit)로서, 이 HCU는 하위 제어기인 상기 MCU(Motor Control Unit)와 소정의 방식으로 통신하여 구동원인 모터의 토크와 속도 및 발전 토크량을 제어하고, 보조 동력원으로 전압 발전을 위한 동력을 발생하는 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)와 통신하여 엔진 시동 관련 릴레이 제어 및 고장 진단을 수행한다.The upper controller that controls the overall operation of the hybrid electric vehicle is the HCU (Hybrid Control Unit), which communicates with the lower controller, the MCU (Motor Control Unit), in a predetermined manner, so that the torque, speed, and power generation of the motor as the driving source are controlled. It controls the amount of torque and communicates with an engine control unit (ECU) that controls an engine generating power for voltage generation as an auxiliary power source to perform engine start-related relay control and fault diagnosis.
한편, 상기 하이브리드 차량에는 고전압배터리의 전력을 정류하여 직류로 만드는 LDC 즉, DC/DC 컨버터가 포함되어 있는 바, 이 LDC는 일반 직류를 스위칭시켜 교류로 만들고 이 교류를 코일, 트랜스, 커패시턴스 등을 이용해 승압 또는 강압시킨 다음, 다시 정류시켜 DC로 만들어, 각 전장 부하에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.Meanwhile, the hybrid vehicle includes an LDC, that is, a DC / DC converter, which rectifies power of a high voltage battery to a direct current, and the LDC switches a general direct current to an alternating current and converts the alternating current into a coil, a transformer, and a capacitance. It is stepped up or down, then rectified and converted to DC to supply electricity for the voltage used in each electrical load.
이와 같은 전기 동력 분배 시스템을 갖는 하이브리드 차량에서, 고전압에 따른 안전 설계의 일환으로 인버터의 DC링크 전압, 즉 DC링크 커패시터에 충전되어 있는 전압을 차량의 키-오프(메인릴레이 차단시)시 시멘트 저항을 이용하여 방전시키게 된다.In a hybrid vehicle having such an electric power distribution system, as a part of the safety design according to the high voltage, the cement resistance of the inverter's DC link voltage, that is, the voltage charged in the DC link capacitor when the vehicle is keyed off (when the main relay is interrupted) To discharge.
그러나, 기존의 DC링크 전압 방전 시스템은 다음과 같은 단점이 있다.However, the conventional DC link voltage discharge system has the following disadvantages.
차량 키-오프(Key-off)시 고전압 안전을 위하여 DC링크 전압을 강제 방전시켜야 하는데, 도 6의 사진에서 보는 바와 같이 시멘트 저항(70)을 사용하여 강제 방전 시킴에 따라, 즉 시멘트 저항을 DC링크(Link) 단에 연결하여 강제로 전압 방전시킴에 따라 저항자체에 상시 발열 현상이 발생하는 문제점이 있다.The DC link voltage must be forcedly discharged for high voltage safety at the time of vehicle key-off. As shown in the photo of FIG. 6, the DC resistance is forcedly discharged using the
또한, 상기 시멘트 저항의 자체 소모발열량에 대한 계산예를 보면, 배터리전압: 150V, 시멘트 저항 R=10kΩ 이므로, P=2.25W가 상기 소모되는 단점이 있다.In addition, looking at the calculation example of the self-heating calorific value of the cement resistance, since the battery voltage: 150V, cement resistance R = 10kΩ, P = 2.25W has the disadvantage that the consumption.
이에, 상기 시멘트 저항의 내부 발열에 대한 방열설계가 필요하여, 시멘트 저항에 별도의 방열판을 연결하여 시멘트 저항의 발열을 MCU 케이스로 열전도시키는 구조를 적용함과 함께 상기 시멘트 저항을 고전압 배터리쪽과 링터미널을 이용하여 연결함에 따라, MCU의 제작비가 상승하는 동시에 중량이 크게 상승되는 단점도 있다.Therefore, the heat dissipation design for the internal heat generation of the cement resistor is required, so that a separate heat sink is connected to the cement resistor to apply heat dissipation of the cement resistor to the MCU case, and the cement resistor is connected to the high voltage battery side and the ring. As a terminal is connected, the manufacturing cost of the MCU increases, and the weight increases significantly.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 키-오프(Key-off)시, 고전압 안전을 위하여 DC링크 전압을 시멘트 저항을 사용하여 강제 방전시키던 점을 배제하고, 차량 키-오프시에 MCU로부터 LDC에 전압 방전을 위한 신호를 전송하는 로직으로서, 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 LDC PWM 인에이블 지속 신호(MCU→LDC)로 LDC PWM 스위칭이 이루어지도록 함으로써, DC링크 전압이 방전되는 동시에 12V 보조 배터리로 충전되도록 한 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and when the key-off (hybrid) of the hybrid vehicle, except for the fact that the DC link voltage forcibly discharged by using a cement resistor for high voltage safety, the vehicle key -Logic that transmits a signal for voltage discharge from MCU to LDC at off time, so that LDC PWM switching is performed by LDC PWM enable sustain signal (MCU → LDC) during the set time (t ms) of vehicle key-off. Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid inverter DC link voltage discharge system and method, wherein the DC link voltage is discharged and simultaneously charged with a 12V auxiliary battery.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템은 고전압 배터리 및 이 고전압 배터리의 DC 전압을 스위칭하여 3상 교류전원으로 변환하는 인버터와, 상기 고전압 배터리와 인버터 사이에 연결되어 고전압 배터리의 전원을 전장부하로 공급하기 위하여 전압을 변환시키는 LDC와, 상기 인버터를 PWM으로 제어하여 상변환을 드라이브하는 MCU를 포함하는 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템에 있어서, 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 MCU에서 LDC에 LDC PWM 인에이블 지속 신호를 전송하여, LDC PWM 스위칭이 이루어짐과 함께 DC링크 전압이 12V 보조배터리로 방전되도록 상기 MCU와 LDC를 신호 교환 가능하게 연결하고, 상기 인버터의 커패시터를 12V 보조 배터리쪽에 연결하여서 된 것을 특징으로 한다.The hybrid inverter DC link voltage discharge system of the present invention for achieving the above object is a high voltage battery and an inverter for switching the DC voltage of the high voltage battery to convert to a three-phase AC power source, connected between the high voltage battery and the inverter high voltage A hybrid inverter DC link voltage discharge system including an LDC for converting a voltage to supply power of a battery to an electric load and a MCU for controlling the inverter with PWM to drive a phase conversion, wherein the vehicle is set at the time of key-off The LDC PWM enable sustain signal is transmitted from the MCU to the LDC for a time (t ms), so that the LDC PWM switching and the DC link voltage are discharged to the 12V secondary battery so that the MCU and the LDC are capable of signal exchange. It is characterized by connecting the capacitor of the inverter to the 12V auxiliary battery.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 방법은: 하이브리드 차량용 MCU에 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 LDC PWM 인에이블 지속 신호를 LDC에 전송하는 로직을 입력하는 단계와; 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 상기 MCU로부터 LDC에 전압 방전을 위한 LDC PWM 인에이블 지속 신호가 전송되는 단계와; 상기 LDC PWM 인에이블 지속 신호로 LDC PWM 스위칭이 이루어지는 단계와; 상기 인버터의 DC링크 커패시터에 충전되어 있는 전압이 12V 보조 배터리로 충전되도록 방전되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.The hybrid inverter DC link voltage discharge method of the present invention for achieving the above object is: a logic for transmitting the LDC PWM enable sustain signal to the LDC during the set time (t ms) at the time of key-off of the vehicle to the hybrid vehicle MCU Making a step; Transmitting an LDC PWM enable sustain signal for voltage discharge from the MCU to the LDC during a set time (t ms) at the time of key-off of the vehicle; Performing LDC PWM switching with the LDC PWM enable sustain signal; The voltage charged in the DC link capacitor of the inverter is characterized in that the step of being discharged to be charged by the 12V auxiliary battery.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 나타내는 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템을 설명하는 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템의 방전 동작을 설명하는 그래프이다.1 is a circuit diagram illustrating a hybrid inverter DC link voltage discharge system according to the present invention, FIG. 2 is a flowchart illustrating a hybrid inverter DC link voltage discharge system according to the present invention, and FIG. 3 is a hybrid inverter according to the present invention. This is a graph illustrating the discharge operation of the DC link voltage discharge system.
본 발명은 하이브리드 차량의 키-오프(Key-off)시, 고전압 안전을 위하여 DC링크 전압을 시멘트 저항을 사용하여 강제 방전시킴에 따라, 시멘트 저항의 내부 발열에 대한 방열설계가 필요하고, MCU의 중량 및 제작비용이 증대되는 점을 해결하고자, 별도의 시멘트 저항의 사용없이, 차량 키-오프시에 MCU로부터 LDC에 전압 방전을 위한 신호를 전송하는 로직을 제공할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.According to the present invention, when the key-off of a hybrid vehicle is forcibly discharged using a cement resistor with a DC link voltage for high voltage safety, a heat dissipation design for internal heat generation of the cement resistor is required. In order to solve the increase in weight and manufacturing cost, the main point is to provide a logic for transmitting a signal for voltage discharge from the MCU to the LDC at the time of vehicle key-off without using a separate cement resistor. .
전술한 바와 같이, 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템은 전기를 발생시키는 연료전지(10)와, 연료전지(10)에서 발생된 전기의 힘으로 구동되는 모터(30), 상기 연료전지(10)에서 출력되는 DC 전압을 스위칭하여 3상 교류전원으로 변환하여 상기 모터(30)의 구동 전원으로 공급하는 인버터(20), 상기 인버터(20)를 PWM(Pulse Width Modulation)으로 제어하여 상변환을 드라이브하는 MCU(Motor Control Unit: 40) 및 상기 연료전지(10)에 발생된 전원을 차량의 각종 전장부하의 전원으로 공급하기 위하여 전압을 변환시키는 DC/DC 컨버터 즉, LDC(50)를 포함하는 구성을 통하여 이루어진다.As described above, the hybrid inverter DC link voltage discharge system includes a
여기서, 본 발명에 따르면 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 MCU(40) 에서 LDC(50)에 LDC PWM 인에이블 지속 신호를 전송할 수 있도록 로직을 구성하고, 이 로직을 MCU(40)의 제어신호로 추가 저장하여, MCU(40)와 LDC(50)간을 신호 교환 가능하게 연결한다.According to the present invention, the logic is configured to transmit the LDC PWM enable sustain signal from the
즉, DC링크 전압이 12V 보조배터리(60)로 방전되도록 상기 MCU(40)와 LDC(50)를 신호 교환 가능하게 연결하고, 상기 인버터(20)의 커패시터를 12V 보조 배터리(60)쪽에 연결한다.That is, the
이때, 차량의 정상 주행모드중 모터(30)를 구동원으로 하는 주행중에 DC링크 전압이 인버터(20)에 충전된 상태에서 차량의 키-오프시에는 DC링크 전압을 방전해야 한다.At this time, the DC link voltage must be discharged at the time of key-off of the vehicle while the DC link voltage is charged to the
따라서, 하이브리드 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 상기 MCU(40)로부터 LDC(50)에 전압 방전을 위한 LDC PWM 인에이블 지속 신호가 전송된다.Therefore, the LDC PWM enable sustain signal for voltage discharge is transmitted from the
이와 동시에, 상기 LDC PWM 인에이블 지속 신호로 LDC PWM 스위칭이 이루어지게 되는 바, 이에 상기 인버터(20)의 DC링크 커패시터에 충전되어 있는 전압이 상기 LDC(50)를 경유하여 12V 보조 배터리(60)로 방전되고, 이 방전된 전압은 상기 12V 보조 배터리(60)에 충전되어진다.At the same time, LDC PWM switching is performed by the LDC PWM enable sustain signal, so that the voltage charged in the DC link capacitor of the
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 인버터 DC링크 전압 방전 시스템 및 방법에 의하면, 하이브리드 차량의 키-오프(Key-off)시, 고전압 안전을 위하여 DC링크 전압을 시멘트 저항을 사용하여 강제 방전시키던 점을 배제하고, 차량의 키-오프시 설정 시간(t ms) 동안 LDC PWM 인에이블 지속 신호(MCU→LDC)로 LDC PWM 스위칭이 이루어지도록 함으로써, DC링크 전압이 방전되는 동시에 12V 보조 배터리로 충전되는 효과를 제공한다.As described above, according to the hybrid inverter DC link voltage discharge system and method according to the present invention, when the key-off of the hybrid vehicle, the DC link voltage is forcedly discharged using cement resistor for high voltage safety. The LDC PWM switching is performed by the LDC PWM enable sustain signal (MCU → LDC) during the set time (t ms) during the key-off of the vehicle, thereby discharging the DC link voltage to the 12V auxiliary battery. Provides a charging effect.
또한, MCU 내부 구성부품 즉, 시멘트저항 및 시멘트저항 방열판 삭제로 인한 재료비 및 중량 절감 효과를 얻을 수 있다.In addition, material cost and weight savings can be achieved by removing MCU internal components, namely, cement resistors and cement resistor heat sinks.
또한, MCU 내부(DC Link) 구조 및 배선의 간소화를 이룰 수 있다.In addition, the MCU internal structure (DC Link) and wiring can be simplified.
특히, 기존의 시멘트 저항에 비하여, 전압 방전시간을 1분 → 1초이내로 단축하여, 고전압 안전설계를 강화할 수 있다.In particular, compared to the existing cement resistance, the voltage discharge time can be shortened to within 1 minute → 1 second, thereby enhancing the high voltage safety design.
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