KR100829326B1 - 전기차 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

유도 전동기를 구동하는 전기차 제어 장치에 있어서 직류 전압의 검출 정밀도를 향상시킨다. 최대 전위 단자 A, 중간 전위 단자 B 및 최소 전위 단자 C와, 최대 전위 단자 A와 중간 전위 단자 B 사이의 상위측 콘덴서(6)와, 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C 사이의 하위측 콘덴서(7)를 갖는 직류 전원 장치를 구비하고 있다. 또, 최대 전위 단자 A와 최소 전위 단자 C 사이의 저항기(8) 및 사이리스터(9)를 갖는 과전압 억제 수단을 구비하고 있다. 또한, 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C 사이의 하위 전압 센서(10)와, 저항기(8)와 사이리스터(9)와의 접속점과, 중간 전위 단자 B 사이의 상위 전압 센서(11)와, 최대 전위 단자 A와 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C에 접속되어 유도 전동기에 교류 전력을 공급하는 3레벨 인버터(3)를 구비하며, 3레벨 인버터(3)는 하위 전압 센서(10) 및 상위 전압 센서(11)의 검출 전압을 이용하여 제어된다.

Description

전기차 제어 장치{ELECTRIC VEHICLE CONTROLLER}
본 발명은 전기차의 유도 전동기를 구동 제어하는 전기차 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 3레벨(PWM) 컨버터를 갖는 전력 변환 장치는 3레벨 컨버터의 직류 측에 접속된 2개의 필터 콘덴서에 각각의 전압을 검출하는 2개의 직류 전압 검출기를 구비하고 있다. 그리고, 2개의 직류 전압 검출기가 검출한 필터 콘덴서의 전압에 근거하여 3레벨 컨버터를 PWM 제어하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
그러나, 부하의 급격한 변동 등에 의해, 필터 콘덴서의 양단 전압이 통상보다 높아지면 3레벨 컨버터의 반도체 소자에 이상 전압이 가해지게 된다.
또, 상기와 같은 폐해를 방지하기 위해, 과전압 억제용 저항기와 사이리스터(thyristor)로 이루어진 과전압 억제 회로를 2개의 필터 콘덴서에 병렬로 접속하는 방법이 있다. 그 동작은 필터 콘덴서의 양단 전압이 소정의 값보다 높아지면, 그것을 과전압 검출기가 검출하여 사이리스터를 점호(点弧)함으로써, 과전압 억제용 저항기를 통하여 필터 콘덴서를 단락하고, 필터 콘덴서에 축적된 에너지를 방출하여, 소정 시간후에 3레벨 콘버터의 전원측에 있는 교류 스위치를 개방하여 속류(續流)를 끊는다고 하는 것이다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
그러나, 이 방법에서는 교류 스위치가 고장 등으로 정상적인 개방 동작을 하지 않는 경우에, 과전압 억제용 저항기의 가열 소실을 초래하는 일이 없도록, 과전압 억제용 저항기의 전류를 검출하는 전류 검출기가 필요하여 장치가 과대해져 버린다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 3레벨(PWM) 인버터를 갖는 전기차 제어 장치에 있어서 사이리스터에 제 1 전압 센서를 병렬 접속하여 중간 직류 전(全)전압을 검출하는 동시에, 사이리스터의 오(誤)점호의 검지를 실시하는 방법이 있다. 여기서, 3레벨 인버터 단자의 부(負)극측에 접속된 필터 콘덴서에 제 2 전압 센서를 병렬 접속하여 필터 콘덴서의 단자간 전압인 하위 반전압을 검출하고 있다. 그리고, 제 1, 제 2 전압 센서로부터 검출한 전압값을 사용하여 중간 직류 전압의 상위 반(半)전압과 하위 반전압의 값이 동일해지도록 3레벨 인버터의 펄스폭을 제어하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
이 경우, 3레벨 인버터의 정(正)극측에 접속된 필터 콘덴서의 단자간 전압인 상위 반전압은 사이리스터에 병렬 접속된 제 1 전압 센서로 검출한 전전압으로부터 3레벨 인버터 단자의 부극측에 접속된 필터 콘덴서에 병렬 접속된 제 2 전압 센서로 검출한 하위 반전압을 뺀 값이 된다. 그러나, 제 1 전압 센서의 분해능(分解能, resolution)이 제 2 전압 센서의 분해능보다 낮은 경우, 이 2대의 전압 센서로부터 검출한 전압으로부터 연산한 상위 반전압은 직접 검출한 하위 반전압보다 정밀도가 낮은 값이 되고, 그 결과 제어의 정밀도도 낮아진다. 따라서, 이 전압 검출 방식으로 제어를 실시하기 위해서는 전압 센서의 분해능을 낮은 쪽에 맞출 필요가 있다. 또한, 3레벨 컨버터에 대해서도 동일하다고 말할 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평11-113263호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개평7-154974호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특개평8-33102호 공보
종래의 전기차 제어 장치에서는 3레벨 인버터 및 3레벨 컨버터의 반도체 소자에 이상 전압이 가해지는 것을 방지하기 위해 과전압 억제 회로를 설치하고 있다. 그러나, 과전압 억제 회로를 설치하면, 과전압 억제용 저항기의 전류를 검출하는 전류 검출기가 필요했었다. 또, 전류 검출기를 사용하지 않도록 사이리스터에 제 1 전압 센서를 병렬 접속하여 중간 직류 전전압을 검출하는 동시에, 사이리스터의 오점호의 검지를 실시하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 전압 센서의 분해능을 낮은 쪽에 맞춰야 한다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명에 관한 전기차 제어 장치는 가선(架線)으로부터 공급되는 전력에 의해 유도 전동기를 구동하는 전기차 제어 장치로서, 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와 최소 전위 단자를 가지며, 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위측 콘덴서 및 중간 전위 단자와 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 하위측 콘덴서를 갖는 직류 전원 장치와, 저항기와 사이리스터를 가지며 최대 전위 단자와 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 과전압 억제 수단과, 중간 전위 단자와 최소 전위 단자와의 사이에 직렬로 접속된 하위 전압 센서와, 저항기와 사이리스터와의 접속점과, 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위 전압 센서와, 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와 최소 전위 단자에 접속되어 유도 전동기에 교류 전력을 공급하는 3레벨 인버터를 구비하며, 3레벨 인버터는 하위 전압 센서와 상위 전압 센서로 검출된 전압을 이용하여 제어되고 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차 제어 장치를 나타내는 회로 구성도(실시예 1).
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전기차 제어 장치를 나타내는 회로 구성도(실시예 2).
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 직류 전압의 검출 정밀도를 향상시킨 전기차 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전기차 제어 장치를 나타내는 회로 구성도이다. 도 1에 있어서, 가선(1)으로부터 팬토그래프(pantograph)(2)에 의해 집전된 직류 전력은 최대 전위 단자 A와 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C를 갖는 3레벨 인버터(3)에 입력되고 교류 전력에 변환되어서 유도 전동기(4)를 구동하고 있다. 또, 3레벨 인버터(3)에는 단자간의 직류 전압을 2분압하는 필터 콘덴서 회로(5)가 병렬 접속되어 있다.
필터 콘덴서 회로(5)는 직렬 접속된 상위 필터 콘덴서(6)(상위측 콘덴서)와 하위 필터 콘덴서(7)(하위측 콘덴서)에 의해 구성되어 있다. 상위 필터 콘덴서(6) 는 3레벨 인버터(3)의 최대 전위 단자 A와 중간 전위 단자 B와의 사이에 접속되고, 하위 필터 콘덴서(7)는 3레벨 인버터(3)의 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C와의 사이에 접속되어 있다.
여기서, 도 1의 구성에서는 가선으로부터 직류 전력을 얻을 수 있으므로, 직렬로 접속된 상위 필터 콘덴서(6)와 하위 필터 콘덴서(7)만으로 직류 전원 장치는 구성된다. 가선으로부터 교류 전력을 얻을 수 있는 경우 등은 직류 전원 장치는 컨버터를 갖는다.
또, 3레벨 인버터(3)의 단자측에 있어서, 최대 전위 단자 A와 최소 전위 단자 C와의 사이에는 직렬 접속된 저항기(8) 및 사이리스터(9)로 이루어진 과전압 억제 수단이 접속되어 있다. 저항기(8)는 3레벨 인버터(3) 단자의 정극측에 위치하며, 사이리스터(9)는 3레벨 인버터(3)의 부극측에 위치하도록 접속되어 있다. 이에 의해, 과전압 억제 수단은 필터 콘덴서 회로(5)에 병렬로 접속되어 있다. 여기서, 3레벨 인버터(3)의 구성 및 동작은 종래 장치와 동일하다.
하위 전압 센서(1O)는 3레벨 인버터(3) 단자의 중간 전위 단자 B와 최소 전위 단자 C와의 사이에 접속되어 있다. 또, 상위 전압 센서(11)는 저항기(8)와 사이리스터(9)와의 접속점과 상위 필터 콘덴서(6)와 하위 필터 콘덴서(7)와의 접속점 사이에 접속되어 있다. 여기서, 하위 전압 센서(10)와 상위 전압 센서(11)의 접속점은 3레벨 인버터(3)의 중간 전위 단자 B와 접속되어 있다.
이와 같은 전기차 제어 장치의 전압 검출 방식에 있어서, 저항기(8)는 하위 전압 센서(10) 및 상위 전압 센서(11)의 내부 저항에 비해 충분히 작기 때문에, 가 선(1)으로부터 공급되는 직류 전압의 저항기(8)에 있어서의 전압 강하는 실질적으로 0으로 간주할 수 있어 전전압이 사이리스터(9)에 인가되어 있다고 말할 수 있다. 따라서, 하위 전압 센서(10)와 상위 전압 센서(11)가 검출한 전압값의 합을, 도 1의 회로에 인가된 전(全)전압으로 거의 간주할 수 있다.
또, 하위 전압 센서(10)와 상위 전압 센서(11)의 접속점이 3레벨 인버터(3)의 중간 전위 단자 B에 설치되어 있으므로, 하위 전압 센서(10)에는 하위 반전압이 인가되게 되고, 상위 전압 센서(11)에는 상위 반전압이 인가되게 된다. 이 상위 반전압은 상위 필터 콘덴서(6)의 단자간 전압과 거의 동일하게 된다.
사이리스터(9)의 고장이나 오점호에 의해 사이리스터(9)가 단락 상태에 있을 때는 필터 콘덴서 회로(5)에 축적된 전하가 방전되기 때문에 상위 전압 센서(11)로부터 검출한 상위 반전압이 저하하므로, 상위 전압 센서(11)에 의해 검출한 상위 반전압을 감시함으로써 사이리스터(9)의 고장이나 오점호를 검지하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 직렬로 접속한 2대의 전압 센서를 사이리스터(9)에 병렬로 접속하여 직류 전전압을 검출하고, 반전압을 검출하기 위해서는 사이리스터(9)에 병렬로 접속한 2대의 전압 센서의 접속점을 상위 필터 콘덴서(6)와 하위 필터 콘덴서(7)와의 접속점과 접속함으로써 2대의 전압 센서의 분해능을 동등하게 할 수 있다.
또, 사이리스터(9)의 오점호 검지용으로 별도 전류 센서를 설치할 필요가 없어 장치를 소형화할 수 있다.
실시예 2
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전기차 제어 장치를 나타내는 회로 구성도이다. 도 2에 있어서, 가선(1)으로부터 공급된 교류 전력은 변압기(12)를 통하여 3레벨 컨버터(13)에 입력되고, 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와 최소 전위 단자로부터 출력된 직류 전력이 인버터(14)에 입력되어 있다. 그 밖의 구성은 실시 형태 1과 동일한 구성이다.
3레벨 컨버터(13)에 있어서, 이와 같이 직렬로 접속한 2대의 전압 센서를 사이리스터(9)에 병렬로 접속하여 직류 전전압을 검출하고, 반전압을 검출하기 위해서는 사이리스터(9)에 병렬로 접속한 2대의 전압 센서의 접속점을 상위 필터 콘덴서(6)와 하위 필터 콘덴서(7)와의 접속점과 접속함으로써, 실시 형태 1의 3레벨 인버터(3)에 사용하는 경우와 동일하게, 전압 센서의 분해능을 동등하게 할 수 있다. 또, 사이리스터(9)의 오점호 검지용의 센서를 설치할 필요가 없어 장치를 소형화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 직류 전압의 상위 전압과 하위 전압을 검출하는 2개의 전압 센서의 분해능을 동등하게 할 수 있으며, 전압 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에 정밀도가 높은 제어를 할 수 있다.

Claims (2)

  1. 가선(架線)으로부터 공급되는 전력에 의해 유도 전동기를 구동하는 전기차 제어 장치에 있어서,
    상기 전력을 변환하여 직류 전력을 공급하는 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와 최소 전위 단자를 가지며, 상기 최대 전위 단자와 상기 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위측 콘덴서 및 상기 중간 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 하위측 콘덴서를 갖는 직류 전원 장치와,
    저항기와 사이리스터(thyristor)를 가지며, 상기 최대 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 과전압 억제 수단과,
    상기 중간 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 하위 전압 센서와,
    상기 저항기와 상기 사이리스터와의 접속점과, 상기 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위 전압 센서와,
    상기 최대 전위 단자와 상기 중간 전위 단자와 상기 최소 전위 단자에 접속되어서, 유도 전동기에 교류 전력을 공급하는 3레벨 인버터를 구비하고,
    상기 3레벨 인버터는 상기 하위 전압 센서와 상기 상위 전압 센서로 검출된 전압을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
  2. 가선으로부터 공급되는 전력에 의해 유도 전동기를 구동하는 전기차 제어 장치에 있어서,
    가선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 최대 전위 단자와 중간 전위 단자와 최소 전위 단자를 갖는 3레벨 컨버터와,
    상기 최대 전위 단자와 상기 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위측 콘덴서와,
    상기 중간 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 하위측 콘덴서와,
    저항기와 사이리스터를 가지며, 상기 최대 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 과전압 억제 수단과,
    상기 중간 전위 단자와 상기 최소 전위 단자와의 사이에 접속된 하위 전압 센서와,
    상기 저항기와 상기 사이리스터와의 접속점과, 상기 중간 전위 단자와의 사이에 접속된 상위 전압 센서와,
    적어도 상기 최대 전위 단자와 상기 최소 전위 단자에 접속되어서, 유도 전동기에 교류 전력을 공급하는 인버터를 구비하고,
    상기 3레벨 컨버터는 상기 하위 전압 센서와 상기 상위 전압 센서로 검출된 전압을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
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