KR101012430B1 - 전력제어장치 및 전력제어장치를 구비한 차량 - Google Patents

Abstract

ECU(60)는 전압센서(74)로부터의 전압(VAC)을 토대로 상용전원(90)으로부터의 전압의 실효값과 위상을 검출한다. 또한, ECU(60)는 상기 검출된 실효값과 위상을 토대로 그리고 축전장치(B)의 충방전전력지령값(PR)을 토대로, 상기 상용전원(90)의 전압과 동상이면서 전력선(NL1, NL2)을 통해 흐르게 되는 전류(IAC)의 지령값인 전류지령(IR)을 생성한다. 그 후, ECU(60)는 상기 생성된 전류지령(IR)을 토대로 인버터(20, 30)의 0상전압을 제어한다.

Description

전력제어장치 및 전력제어장치를 구비한 차량{POWER CONTROLLER AND VEHICLE EQUIPPED WITH POWER CONTROLLER}

본 발명은 전력제어장치 및 상기 전력제어장치를 구비한 차량에 관한 것으로, 특히 차량에 탑재된 축전장치와 상용전원간의 전력을 교환하는 전력제어장치 뿐만 아니라 상기 전력제어장치를 구비한 차량에 관한 것이다.

일본특허공개 제4-295202호는 차량 외부의 AC전원과 상기 차량 내에 제공된 DC전원간의 전력 교환이 가능한 모터구동장치를 개시하고 있다. 상기 모터구동장치는, 배터리, 인버터(IA, IB), 인덕션모터(MA, MB) 및 제어유닛을 포함한다. 인덕션모터(MA, MB)는 Y-결선된 권선(CA, CB)을 각각 포함한다. 권선(CA, CB)의 중성점(NA, NB)에는, 입출력포트가 EMI 필터를 통해 연결된다. 인버터(IA, IB)는 각각 인덕션모터(MA, MB)에 대응하여 제공되고, 권선(CA, CB)에 각각 연결된다. 인버터(IA, IB)는 배터리에 병렬로 연결된다.

모터구동장치에 있어서, 재충전모드 시, 권선(CA, CB)의 중성점(NA, NB)을 가로질러 입출력포트에 연결된 단상전원으로부터 인가되는 AC전력은 DC전력으로 변환되어 배터리를 충전할 수 있게 된다. 또한, 중성점(NA, NB)을 가로질러 조정된 정현파를 갖는 AC전력을 생성하는 것과 상기 생성된 AC전력을 입출력포트에 연결된 외부 장치로 출력하는 것이 가능하게 된다.

하지만, 상술된 일본특허공개 제4-295202호에 개시된 모터구동장치에서는, 인덕션모터(MA, MB)의 구동이 재충전모드 시에 정지되어야 한다. 또한, 인덕션모터(MA, MB)가 구동을 위해 제어되는 동안(구동모드 시)에는, 재충전모드제어가 불가능하게 된다.

또한, 상기 공개된 출원은 배터리의 효율적인 충전을 실현하기 위해 단상전원으로부터 역률 1로 전지충전을 행하는 것이 개시하고 있지만, 보다 효율적인 전지충전 또는 외부장치로의 급전을 실현하기 위해서는 보다 높은 정확성의 제어가 필요하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 고안되었으며, 그 목적은 모터구동제어의 간섭없이 전력이 교환가능한 두 AC모터의 중성점들을 통해 AC전원과의 전력 교환을 위한 전력제어장치를 제공하는 것 뿐만 아니라 이러한 전력제어장치가 제공된 차량을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 보다 높은 효율을 가지고 전력을 교환할 수 있는 두 AC모터의 중성점들을 통해 AC전원과의 전력 교환을 위한 전력제어장치를 제공하는 것 뿐만 아니라, 이러한 전력제어장치가 제공된 차량을 제공하는 것이다.

본 발명은 차량 외부의 AC전원으로부터 차량에 탑재된 축전장치의 충전과 상기 축전장치로부터 상기 AC전원으로의 급전 중 어느 하나를 실행가능한 전력제어장치에 있어서, 제1 및 제2AC회전전기기계, 제1 및 제2인버터, 전력선쌍, 제1전압검출장치, 전류지령생성유닛 및 인버터제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치를 제공한다. 상기 제1AC회전전기기계는 성형결선된 제1다상권선을 고정자권선으로 포함한다. 상기 제2AC회전전기기계는 성형결선된 제2다상권선을 고정자권선으로 포함한다. 상기 제1인버터는 상기 제1다상권선에 연결되어, 상기 제1AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행한다. 상기 제2인버터는 상기 제2다상권선에 연결되어, 상기 제2AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행한다. 상기 전력선쌍은 상기 제1다상권선의 제1중성점과 상기 제2다상권선의 제2중성점에 연결되어, 상기 AC전원과 상기 제1 및 제2중성점간의 전력의 교환이 가능하도록 구성된다. 상기 제1전압검출장치는 상기 AC전원의 전압을 검출한다. 상기 전류지령생성유닛은 상기 제1전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 실효값과 위상을 검출하고, 상기 검출된 실효값과 위상 및 상기 축전장치에 대한 충방전전력지령값을 기초로 하여, 상기 AC전원의 전압에 대하여 조정된 위상을 갖는 상기 전력선쌍으로 흐르게 되는 전류의 지령값을 생성한다. 상기 인버터제어유닛은 상기 전류지령생성유닛에 의해 생성되는 전류지령값을 토대로, 상기 제1 및 제2인버터 중 하나 이상의 0상전압을 제어한다.

상기 전류지령생성유닛은 상기 AC전원의 전압과 동상의 전류지령값을 생성하는 것이 바람직하다.

상기 전류지령생성유닛은 실효값연산유닛, 위상검출유닛, 정현파생성유닛 및 연산유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 실효값연산유닛은 상기 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 전압의 실효값을 연산한다. 상기 위상검출유닛은 상기 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 전압의 위상을 검출한다. 상기 정현파생성유닛은 상기 위상검출유닛에 의해 검출되는 위상에 대하여 위상-조정되는 정현파를 생성한다. 상기 연산유닛은 상기 충방전전력지령값을 상기 실효값으로 나누고, 그 연산 결과에 상기 정현파생성유닛으로부터의 정현파를 곱하여 상기 전류지령값을 생성한다.

상기 정현파생성유닛은 상기 위상검출유닛에 의해 검출되는 위상과 동상의 정현파를 생성하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 인버터제어유닛은 상기 전류지령값을 토대로 상기 제1 및 제2인버터 중 일 인버터의 0상전압을 제어하고, 상기 인버터들 중 타 인버터의 0상전압을 고정값으로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 인버터제어유닛은, 상기 일 인버터에 대응하는 중성점의 전위가 상기 타 인버터에 대응하는 중성점의 전위보다 높을 때, 상기 타 인버터의 각 상들의 아암들 중 상부아암은 턴오프시키고 하부아암은 턴온시키며, 상기 일 인버터에 대응하는 중성점의 전위가 상기 타 인버터에 대응하는 중성점의 전위보다 낮을 때, 상기 상부아암은 턴온시키고 상기 하부아암은 턴오프시키는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 인버터제어유닛은, 상기 축전장치가 상기 AC전원으로부터 충전될 때, 상기 타 인버터의 각 상들의 아암들 중 상부 및 하부아암을 턴오프시키는 것이 더욱 바람직하다.

상기 인버터제어유닛은 상기 전류지령값을 토대로 상기 0상전압을 제어하는 인버터로서 상기 제1 및 제2인버터를 주기적으로 교체하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 인버터제어유닛은, 상기 제2인버터의 0상전압이 그 부호가 반전된 상기 제1인버터의 0상전압에 이르도록 상기 전류지령값을 토대로 상기 제1 및 제2인버터의 0상전압을 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 인버터제어유닛은 사전설정된 반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 제1신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 반송파와 상기 제1신호파의 부호를 반전시켜 얻어지는 제2신호파간의 대소관계에 따라 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제2구동신호를 생성하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 인버터제어유닛은 사전설정된 제1반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 제1반송파의 부호를 반전시켜 얻어지는 제2반송파와 상기 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제2구동신호를 생성하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 인버터제어유닛은 사전설정된 반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위하여 상기 제1구동신호에 대하여 상보적으로 변화하는 제2구동신호를 생성하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 전력제어장치는 제1전류검출장치를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1전류검출장치는 상기 전력선쌍을 통과하는 전류를 검출한다. 상기 인버터제어유닛은 전류제어유닛 및 구동신호생성유닛을 포함한다. 상기 전류제어유닛은 상기 제1전류검출장치로부터 검출된 전류값과 상기 전류지령값간의 편차를 토대로 상기 제1 및 제2인버터의 0상전압지령을 생성한다. 상기 구동신호생성유닛은 상기 생성되는 0상전압지령을 토대로 상기 제1 및 제2인버터를 구동하기 위한 구동신호를 생성한다.

상기 전력제어장치는 복수의 제2전류검출장치를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 복수의 제2전류검출장치는 상기 제1 및 제2AC회전전기기계 각각의 각 상들을 통과하는 전류를 검출한다. 상기 인버터제어유닛은 복수의 전류제어유닛 및 구동신호생성유닛을 포함한다. 상기 복수의 전류제어유닛은 상기 제1 및 제2AC회전전기기계 각각의 각 상들에 대응하여 제공되고, 대응하는 상기 제2전류검출장치의 검출된 전류값과 상기 전류지령값을 각 상들로 균등 분배하여 얻어지는 각 상의 전류지령값간의 편차를 토대로, 상기 대응하는 인버터의 대응하는 상의 전압지령을 생성한다. 상기 구동신호생성유닛은 상기 생성된 각 상의 전압지령을 토대로 상기 제1 및 제2인버터를 구동하기 위한 구동신호를 생성한다.

상기 전류제어유닛 또는 상기 복수의 전류제어유닛 각각은 내부모델보상유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 내부모델보상유닛은 상기 전류지령값에 대응하는 정현파 함수를 이용하여 제어보상량을 산출한다.

상기 내부모델보상유닛은 제1 및 제2평균값연산유닛 및 연산유닛을 포함한다. 상기 제1평균값연산유닛은 상기 전류지령값 또는 각 상의 상기 전류지령값의 크기의 평균값을 산출한다. 상기 제2평균값연산유닛은 상기 검출된 전류값의 크기의 평균값을 산출한다. 상기 연산유닛은 상기 제1평균값연산유닛으로부터의 출력과 상기 제2평균값연산유닛으로부터의 출력간의 편차에 게인을 곱하고, 상기 연산 결과에 상기 AC전원과 동상의 정현파 함수를 추가로 곱하여 상기 제어보상량을 제공하게 된다.

또한, 상기 전류제어유닛 또는 상기 복수의 전류제어유닛 각각은 반복제어유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 반복제어유닛은 상기 AC전원의 1주기전의 상기 편차를 토대로, 상기 0상전압지령 또는 상기 각 상의 전압지령을 상기 AC전원의 각 상에 대하여 연속해서 산출한다.

상기 전력제어장치는 제2전압검출장치를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2전압검출장치는 상기 제1 및 제2인버터에 인가되는 DC전압을 검출한다. 상기 전류지령생성유닛은 전압제어유닛을 포함한다. 상기 전압제어유닛은 상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값과 상기 DC전압의 목표전압간의 편차를 토대로, 상기 DC전압이 상기 목표값으로 조정되도록 상기 충방전전력지령값을 보정한다.

또한, 상기 전력제어장치는 승압컨버터, 제2전압검출장치 및 컨버터제어유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 승압컨버터는 상기 축전장치와 상기 제1 및 제2인버터 사이에 제공된다. 상기 제2전압검출장치는 상기 제1 및 제2인버터에 인가되는 DC전압을 검출한다. 상기 컨버터제어유닛은 상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로, 상기 DC전압이 목표전압으로 조정되도록 상기 승압컨버터를 제어한다.

상기 전력제어장치는 제3전류검출장치를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 제3전류검출장치는 상기 축전장치와 입출력되는 전류를 검출한다. 상기 컨버터제어유닛은 전압제어유닛 및 전류제어유닛을 포함한다. 상기 전압제어유닛은 상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로 상기 DC전압을 상기 목표전압으로 조정하도록 구성된다. 상기 전류제어유닛은 상기 제3전류검출장치로부터 검출된 전류값을 토대로, 상기 축전장치와 입출력되는 전류를 목표전류로 조정하도록 구성된다.

상기 컨버터제어유닛은 상기 검출된 전류값과 상기 목표전류간의 편차가 임계값을 초과할 때 상기 승압컨버터를 정지시키는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 차량은 상술된 여하한의 전력제어장치와 제1 및 제2AC회전전기기계 중 하나 이상으로부터 구동토크를 받는 차륜을 포함한다.

본 발명에 있어서, AC전원과 축전장치간에는, 제1 및 제2중성점에 연결된 전력선쌍을 통해 전력이 교환된다. 상기 전류지령생성유닛은 제1전압검출장치로부터의 전압검출값과 축전장치의 충방전전력지령값을 토대로 검출되는 AC전원의 전압의 위상과 실효값을 기초로 하여, AC전원의 전압에 대하여 조정된 위상을 갖는 전력선쌍으로 흐르게 되는 전류의 지령값을 생성한다. 구체적으로는, 상기 전류지령생성유닛은 고조파 또는 변동 성분을 수반할 수도 있는 AC전원의 검출된 전압파형을 토대로 하는 것이 아니라, AC전원의 전압의 실효값과 위상을 검출하고 기본파의 정현파형만을 이용하여 전류지령값을 생성한다. 그러므로, AC전원의 여하한의 고조파 성분 또는 변동 성분이 없으면서, AC전원에 대하여 역률 1로 충전 또는 급전을 가능하게 하는 전류지령값이 생성될 수 있게 된다. 상기 인버터제어유닛은 상기 생성된 전류지령값을 토대로 제1 및 제2인버터를 제어하므로, 고조파 성분 또는 변동 성분으로 인한 무효전력 또는 고조파전류의 생성이 방지될 수 있게 된다.

그러므로, 본 발명은 AC전원으로부터 축전장치의 효율적인 충전과 상기 축전장치로부터 AC전원으로의 전력공급을 실현한다. 또한, AC전원의 전압 레벨이 스위칭되는 경우에도, 충방전전력의 설정된 지령값에 대응하는 전력을 보장할 수 있게 된다. 구체적으로는, 시스템이나 상용전원의 상이한 전압 레벨을 갖는 타국에서의 설정을 변경할 필요없이, 일정한 충전전력과 일정한 급전전력이 얻어질 수 있게 된다. 또한, 고조파 성분과 변동 성분으로 인한 무효전력의 손실과 생성이 방지될 수 있으므로, 고효율이면서도 소형의 장치가 실현될 수 있다.

또한, 상기 인버터제어유닛은 전류지령값을 토대로 제1 및 제2인버터 중 하나 이상의 0상전압을 제어하므로, 상기 제어는 제1 및 제2AC회전전기기계의 토크에 영향을 주지 않게 된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2AC회전전기기계의 토크제어의 간섭없이 AC전원의 전력제어가 가능하게 된다. 구체적으로는, 제1 및 제2AC회전전기기계가 구동되는 동안, AC전원으로부터의 축전장치의 충전과 축전장치로부터 AC전원으로의 급전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, AC전원으로부터 축전장치의 충전과 상기 축전장치로부터 AC전원으로의 급전을 위하여, 제1 및 제2인버터와 제1 및 제2AC회전전기기계의 다상권선이 사용된다. 그러므로, AC전원과 축전장치간의 전력 변환을 위한 전용의 전력컨버터를 제공하는 것이 불필요하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 추가적인 구성요소 수를 줄이게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량의 일례로 도시된 하이브리드자동차의 전반적인 블럭도;

도 2는 도 1에 도시된 ECU의 기능블럭도;

도 3은 도 2에 도시된 전류지령생성유닛의 상세한 기능블럭도;

도 4는 도 2에 도시된 인버터제어유닛의 상세한 기능블럭도;

도 5는 도 1에 도시된 인버터 및 모터제너레이터의 0상등가회로도;

도 6은 도 5의 0상등가회로에서, 축전장치가 상용전원으로부터 충전될 때 역률 1을 실현하는 페이저도;

도 7은 도 5의 0상등가회로에서, 전력이 축전장치로부터 상용전원으로 공급될 때 역률 1을 실현하는 페이저도;

도 8은 상용전원의 전압과 전력선을 통해 흐르는 전류의 방향 및 상용전원으로부터의 축전장치의 충전과 상기 축전장치로부터의 상용전원의 급전간의 관계를 도시한 도면;

도 9는 축전장치가 상용전원으로부터 충전될 때 전류의 흐름을 나타내는 제1도;

도 10은 축전장치가 상용전원으로부터 충전될 때 전류의 흐름을 나타내는 제2도;

도 11은 축전장치가 상용전원으로부터 충전될 때 전류의 흐름을 나타내는 제3도;

도 12는 축전장치가 상용전원으로부터 충전될 때 전류의 흐름을 나타내는 제4도;

도 13은 전력이 축전장치로부터 상용전원으로 공급될 때 전류의 흐름을 나타내는 제1도;

도 14는 전력이 축전장치로부터 상용전원으로 공급될 때 전류의 흐름을 나타내는 제2도;

도 15는 제2실시예에 따른 인버터제어유닛의 상세한 블럭도;

도 16은 도 15에 도시된 인버터제어유닛에 의해 생성되는 신호들과 상기 신호들에 응답하여 중성점들을 가로질러 발생되는 전압차의 파형도;

도 17은 제2실시예의 제1변형예에서 생성되는 PWM신호들과 상기 PWM신호들에 응답하여 중성점들을 가로질러 발생되는 전압차의 파형도;

도 18은 제2실시예의 제2변형예에서 생성되는 PWM신호들과 상기 PWM신호들에 응답하여 중성점들을 가로질러 발생되는 전압차의 파형도;

도 19는 제3실시예에 따른 전류제어유닛의 구성을 나타내는 제어블럭도;

도 20은 도 19에 도시된 내부모델보상유닛의 예시적인 구성을 나타내는 제어블럭도;

도 21은 도 19에 도시된 내부모델보상유닛의 예시적인 또다른 구성을 나타내는 제어블럭도;

도 22는 인버터데드타임의 영향에 의해 주기적으로 발생되는 파형의 왜곡을 도시한 도면;

도 23은 제4실시예에 따른 전류제어유닛의 구성을 나타내는 제어블럭도;

도 24는 제5실시예에 따른 인버터제어유닛의 상세한 기능블럭도;

도 25는 제6실시예에 따른 전류지령생성유닛의 상세한 기능블럭도;

도 26은 본 발명의 제7실시예에 따른 차량의 일례로 도시된 하이브리드자동차의 전반적인 블럭도;

도 27은 도 26에 도시된 ECU의 기능블럭도;

도 28은 도 27에 도시된 컨버터제어유닛의 상세한 기능블럭도;

도 29는 제8실시예에 따른 컨버터제어유닛의 상세한 기능블럭도; 및

도 30은 제9실시예에 따른 컨버터제어유닛의 상세한 기능블럭도이다.

하기에서는, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면 전반에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 부분들은 동일한 참조 부호들로 표시되고, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.

[제1실시예]

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량의 일례로 도시된 하이브리드자동차의 전반적인 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 하이브리드자동차(100)는 엔진(4), 모터제너레이터(MG1, MG2), 동력분할기구(3) 및 차륜(2)을 포함한다. 하이브리드자동차(100)는 또한 축전장치(B), 인버터(20, 30) 및 ECU(전자제어유닛)(60)를 더 포함한다.

하이브리드자동차(100)는 또한 캐패시터(C1), 전원선(PL1), 접지선(SL), U상 라인(UL1, UL2), V상라인(VL1, VL2), W상라인(WL1, WL2), 전압센서(72) 및 전류센서(82, 84)를 더 포함한다. 하이브리드자동차(100)는 또한 전력선(NL1, NL2), 커넥터(50), 캐패시터(C2), 전압센서(74) 및 전류센서(86)도 포함한다.

하이브리드자동차(100)는 동력원으로서 엔진(4) 및 모터제너레이터(MG2)를 이용하여 주행한다. 동력분할기구(3)는 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1, MG2)에 결합되고, 이들 간에 동력을 분배한다. 일례로서, 선기어, 유성캐리어 및 링기어의 세 회전축을 구비한 유성기어기구가 동력분할기구(3)로서 사용될 수도 있다. 이들 세 회전축은 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 회전축에 각각 연결된다. 예를 들어, 모터제너레이터(MG1)의 회전자를 중공으로 만들고 그 중앙을 통해 엔진(4)의 크랭크축을 지나도록 함으로써, 엔진(4) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 동력분할기구(3)에 기계적으로 연결시킬 수 있다.

모터제너레이터(MG2)의 회전축은 도시되지 않은 리덕션기어 또는 차동기어에 의해 차륜(2)에 결합된다. 또한, 모터제너레이터(MG2)의 회전축에 대한 감속기구가 동력분할기구(3) 내부에 추가로 탑재될 수도 있다.

엔진(4)에 의해 구동되는 제너레이터로서 그리고 엔진(4)의 동작을 개시가능한 모터로서 동작하는 모터제너레이터(MG1)가 하이브리드자동차(100)에 탑재된다. 차륜(2)을 구동하는 모터로서 모터제너레이터(MG2)가 하이브리드자동차(100)에 탑재된다.

축전장치(B)의 양극과 음극은 각각 전원선(PL1)과 접지선(SL)에 연결된다. 캐패시터(C1)는 전원선(PL1)과 접지선(SL) 사이에 연결된다. 인버터(20)는 U상아 암(22), V상아암(24) 및 W상아암(26)을 포함한다. U상아암(22), V상아암(24) 및 W상아암(26)은 전원선(PL1)과 접지선(SL) 사이에 병렬로 연결된다. U상아암(22)은 직렬 연결된 npn 트랜지스터(Q11, Q12)를 포함하고, V상아암(24)은 직렬 연결된 npn 트랜지스터(Q13, Q14)를 포함하며, W상아암(26)은 직렬 연결된 npn 트랜지스터(Q15, Q16)를 포함한다. npn 트랜지스터(Q11 내지 Q16)의 콜렉터와 이미터들 사이에는, 다이오드(D11 내지 D16)가 각각 연결되어, 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류의 흐름을 발생시키게 된다.

상술된 npn 트랜지스터와 명세서에 후술되는 기타 npn 트랜지스터로는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 사용될 수도 있다. 또한, npn 트랜지스터 대신에, 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)과 같은 전력스위칭소자가 사용될 수도 있다.

모터제너레이터(MG1)는 고정자 코일로서 3상 코일(12)을 포함한다. 상기 3상 코일을 형성하는 U상코일(U1), V상코일(V1) 및 W상코일(W1)은 각각 중성점(N1)을 형성하도록 함께 연결된 일 단부를 구비하고, 인버터(20)의 U상아암(22), V상아암(24) 및 W상아암(26)의 npn 트랜지스터들의 상부 및 하부아암들 사이의 노드들에 연결된 타 단부를 구비한다.

인버터(30)는 U상아암(32), V상아암(34) 및 W상아암(36)을 포함한다. 모터제너레이터(MG2)는 고정자 코일로서 3상 코일(14)을 포함한다. 인버터(30) 및 모터제너레이터(MG2)는 각각 인버터(20) 및 모터제너레이터(MG1)와 동일한 구조들을 가진다.

전력선(NL1)은 일 단부가 3상코일(12)의 중성점(N1)에 연결되고, 타 단부가 커넥터(50)에 연결된다. 전력선(NL2)은 일 단부가 3상코일(14)의 중성점(N2)에 연결되고, 타 단부가 커넥터(50)에 연결된다. 캐패시터(C2)는 전력선(NL1, NL2)들 사이에 연결된다.

축전장치(B)는 니켈수소 또는 리튬이온2차전지와 같은 재충전가능한 DC전원이다. 축전장치(B)는 DC전력을 캐패시터(C1)에 출력하고, 인버터(20 및/또는 30)에 의해 충전된다. 용량이 큰 캐패시터가 축전장치(B)로 사용될 수도 있다는 점에 유의한다.

캐패시터(C1)는 전원선(PL1)과 접지선(SL)간의 전압 변동을 평활화한다. 전압센서(72)는 캐패시터(C1)의 단자들간의 전압, 즉 접지선(SL)에 대한 전원선(PL1)의 전압(VDC)을 검출하고, 상기 검출된 전압(VDC)을 ECU(60)로 출력한다.

ECU(60)로부터의 신호 PWM1에 따라, 인버터(20)는 캐패시터(C1)로부터 받는 DC전압을 3상AC전압으로 변환시키고, 상기 변환된 3상AC전압을 모터제너레이터(MG1)로 출력한다. 또한, 인버터(20)는 ECU(60)로부터의 신호 PWM1에 따라 엔진(4)으로부터 전력을 받는 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 3상AC전압을 DC 전압으로 변환시키고, 상기 변환된 DC전압을 전원선(PL1)으로 출력한다.

ECU(60)로부터의 신호 PWM2에 따라, 인버터(30)는 캐패시터(C1)로부터 받는 DC전압을 3상AC전압으로 변환시키고, 상기 변환된 3상AC전압을 모터제너레이터(MG2)로 출력한다. 또한, 인버터(30)는 ECU(60)로부터의 신호 PWM2에 따라 차량의 회생제동 시에 차륜(2)의 회전력을 받는 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 3상AC전압을 DC전압으로 변환시키고, 상기 변환된 DC전압을 전원선(PL1)으로 출력한다.

여기서는, AC전력이 커넥터(92)에 의해 커넥터(50)에 연결된 상용전원(90)으로부터 입력되면, 인버터(20, 30)는 상용전원(90)으로부터 전력선(NL1, NL2)을 통해 중성점(N1, N2)으로 인가되는 AC전력을 DC전력으로 변환하여, 상기 전력을 후술하는 방법에 의하여 전원선(PL1)으로 출력함으로써, 축전장치(B)를 충전하게 된다. 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전이 요구되는 경우, 인버터(20, 30)는 축전장치(B)로부터의 DC전력을 AC전력으로 변환하고, 이를 중성점(N1, N2)으로부터 전력선(NL1, NL2)을 통해 상용전원(90)으로 출력한다.

캐패시터(C2)는 커넥터(50)에 연결된 상용전원(90)에 대한 리플의 영향을 제거한다. 전압센서(74)는 전력선(NL1, NL2)을 가로지르는 전압(VAC)을 검출하고, 상기 검출된 전압(VAC)을 ECU(60)로 출력한다. 전류센서(86)는 전력선(NL2)을 통해 흐르는 전류(IAC)를 검출하고, 상기 검출된 전류(IAC)를 ECU(60)로 출력한다. 전력선(NL1)을 통해 흐르는 전류가 전류센서(86)에 의해 검출될 수도 있다는 점에 유의한다.

각각의 모터제너레이터(MG1, MG2)는 예컨대 3상AC동기모터제너레이터에 의해 구현되는 3상AC회전전기기계이다. 모터제너레이터(MG1)는 인버터(20)에 의해 회생용으로 구동되고, 엔진(4)의 동력을 이용하여 발생되는 3상AC전압을 인버터(20)로 출력한다. 또한, 모터제너레이터(MG1)는 엔진(4)의 시동 시에 인버터(20)에 의해 역행용으로 구동되어, 엔진(4)의 크랭킹에 이르게 된다. 모터제너레이터(MG2)는 인 버터(30)에 의해 역행(power running)용으로 구동되고, 차륜(2) 구동용 전력을 발생시킨다. 또한, 차량의 회생제동 시, 모터제너레이터(MG2)는 인버터(30)에 의해 회생용으로 구동되고, 차륜(2)으로부터 받는 회전력을 이용하여 발생되는 3상AC전압을 인버터(30)로 출력한다.

전류센서(82)는 모터제너레이터(MG1)의 각 상들의 코일들을 통해 흐르는 모터전류(I1)를 검출하고, 상기 검출된 모터전류(I1)를 ECU(60)에 출력한다. 전류센서(84)는 모터제너레이터(MG2)의 각 상들의 코일들을 통해 흐르는 모터전류(I2)를 검출하고, 상기 검출된 모터전류(I2)를 ECU(60)에 출력한다.

ECU(60)는 인버터(20, 30) 구동용 신호(PWM1, PWM2)를 각각 생성하고, 상기 생성된 신호(PWM1, PWM2)를 인버터(20, 30)로 각각 출력한다.

상용전원(90)의 커넥터(92)가 커넥터(50)에 연결되고, 신호(AC)를 토대로 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전이 요구되는 경우, ECU(60)는 상용전원(90)으로부터 중성점(N1, N2)으로 인가되는 AC전력이 후술하는 방식으로 축전장치(B)를 충전하기 위한 DC전력으로 변환되도록 인버터(20, 30)를 제어한다.

상용전원(90)의 커넥터(92)가 커넥터(50)에 연결되고, 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전이 신호(AC)를 토대로 요구되는 경우, ECU(60)는 축전장치(B)로부터의 DC전력이 AC전력으로 변환되어, 후술하는 방식으로 중성점(N1, N2)으로부터 상용전원(90)으로 출력되도록 인버터(20, 30)를 제어한다.

상기 신호(AC)는 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전 또는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전을 요구하는 신호이고, 사용자가 예컨대 축전 장치(B)의 충전 또는 상용전원(90)으로의 급전을 지시하기 위한 입력장치(도시안됨, 이하 동일)를 조작하는 경우, 상기 신호는 이러한 요구에 따라 변경된다.

도 2는 도 1에 도시된 ECU(60)의 기능블럭도이다. 도 2를 참조하면, ECU(60)는 전류지령생성유닛(62) 및 인버터제어유닛(64)을 포함한다. 전류지령생성유닛(62)은 차량ECU(도시안됨, 이하 동일)로부터 받는 충방전전력지령값(PR)을 토대로 그리고 전압센서(74)로부터의 전압(VAC)을 토대로, 상용전원(90)으로의 급전 또는 상용전원(90)에 대하여 역률 1로 축전장치(B)를 충전하기 위한 전류지령(IR)을 생성한다. 여기서, 상기 충방전전력지령값(PR)은 축전장치(B)가 상용전원(90)으로부터 충전될 때 축전장치(B)를 충전하기 위한 전력지령값을 나타내고, 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로 전력이 공급될 때 축전장치(B)를 방전시키기 위한 전력지령값을 나타낼 수도 있다.

차량ECU로부터 받는 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토크제어값(TR1, TR2), 전류센서(82, 84)로부터의 모터전류(I1, I2), 전압센서(72)로부터의 전압(VDC), 전류센서(86)로부터의 전류(IA), 신호(AC) 및 전류지령생성유닛(62)으로부터의 전류지령(IR)을 토대로, 인버터제어유닛(64)은 인버터(20)의 npn 트랜지스터(Q11 내지 Q16)를 턴 온/오프시키기 위한 신호(PWM1) 및 인버터(30)의 npn 트랜지스터(Q21 내지 Q26)를 턴 온/오프시키기 위한 신호(PWM2)를 생성하고, 상기 생성된 신호(PWM1, PWM2)를 인버터(20, 30)로 각각 출력한다.

도 3은 도 2에 도시된 전류지령생성유닛(62)의 상세한 기능블럭도이다. 도 3을 참조하면, 전류지령생성유닛(62)은 실효값연산유닛(102), 위상검출유닛(104), 정현파생성유닛(106), 제산유닛(108) 및 승산유닛(110)을 포함한다. 실효값연산유닛(102)은 전압(VAC)의 피크전압을 검출하고, 상기 검출된 피크전압을 토대로, 전압(VAC)의 실효값을 산출한다. 위상검출유닛(104)은 전압(VAC)의 제로-크로스(zero-cross)점을 검출하고, 상기 검출된 제로-크로스점을 토대로, 전압(VAC)의 위상을 검출한다.

정현파생성유닛(106)은 위상검출유닛(104)에 의해 검출되는 전압(VAC)의 위상을 토대로, 전압(VAC)과 동상의 정현파를 생성한다. 일례로서, 정현파생성유닛(106)은 정현파함수의 테이블을 이용하여, 위상검출유닛(104)으로부터의 위상을 토대로 전압(VAC)과 동상의 정현파를 생성할 수 있다.

제산유닛(108)은 충방전전력지령값(PR)을 실효값연산유닛(102)으로부터의 전압(VAC)의 실효값으로 나누고, 제산 결과를 승산유닛(110)으로 출력한다. 승산유닛(110)은 제산유닛(108)의 연산 결과에 정현파생성유닛(106)으로부터의 정현파를 곱하여, 연산 결과를 전류지령(IR)으로 출력한다.

이러한 방식으로 생성되는 전류지령(IR)은 상용전원(90)의 여하한의 고조파 성분 또는 변동 성분을 포함하지 않는다. 그러므로, 인버터(20, 30)가 전류지령(IR)을 토대로 제어되는 경우, 상용전원(90)의 고조파 성분 또는 변동 성분에 대응하는 무효전력 또는 고조파전류가 생성되지 않게 된다. 또한, 전류지령(IR)은 상용전원(90)과 동상이고, 역률은 상용전원(90)의 전압에 대하여 1이다. 이는 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 효율적인 충전 또는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 효율적인 급전을 가능하게 한다.

전압(VAC)에 대한 전압(VAC)의 위상을 토대로 생성되는 정현파의 위상을 조정하여 무효전력을 제어하기 위해, 무효전력을 보상하는 함수를 추가하는 것도 가능하다.

도 4는 도 2에 도시된 인버터제어유닛(64)의 상세한 기능블럭도이다. 도 4를 참조하면, 인버터제어유닛(64)은 모터제어용 상전압연산유닛(112, 114), 감산유닛(116), 전류제어유닛(118), 가산유닛(120) 및 PWM제어유닛(122, 124)을 포함한다. 모터제어용 상전압연산유닛(112)은 모터제너레이터(MG1)의 토크제어값(TR1)과 모터전류(I1)를 토대로 그리고 전압(VDC)을 토대로 모터제너레이터(MG1)의 각 상의 코일로 인가될 전압지령을 산출하고, 상기 산출된 각 상에 대한 전압지령을 가산유닛(120)으로 출력한다.

감산유닛(116)은 전류지령생성유닛(62)으로부터 수신되는 전류지령(IR)으로부터 전류(IAC)를 감산하고, 연산 결과를 전류제어유닛(118)으로 출력한다. 신호(AC)가 활성화되면, 전류제어유닛(118)은 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차를 토대로 전류(IAC)가 전류지령(IR)을 추종하도록 하는 0상전압지령(E0)을 생성하고, 상기 생성된 0상전압지령(E0)을 가산유닛(120)으로 출력한다. 전류제어유닛(118)에서는, 일례로서 비례적분제어(PI 제어)가 실행된다. 신호(AC)가 비활성화되면, 전류제어유닛(118)이 비활성화되고, 0상전압지령이 0으로 출력된다.

가산유닛(120)은 모터제어용 상전류연산유닛(112)으로부터의 각 상에 대한 전압지령을 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)에 가산하고, 그 연산 결과를 PWM제어유닛(122)으로 출력한다. PWM제어유닛(122)은 인버터(20)의 npn 트랜 지스터(Q11 내지 Q16) 각각을 실제로 턴 온/오프시키기 위한 신호(PWM1)를 생성하고, 상기 생성된 신호(PWM1)를 인버터(20)의 npn 트랜지스터(Q11 내지 Q16) 각각으로 출력한다.

상기 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)은 각 상의 전압지령에 가산되므로, 상기 0상전압지령(E0) 자체가 모터제너레이터(MG1)의 회전 토크에 기여하지 않는다. 그러므로, 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전 또는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전이 모터제어용 상전압연산유닛(112)으로부터의 각 상의 전압지령을 토대로 모터제너레이터(MG1)의 토크 제어를 간섭하지 않고도 제어될 수 있게 된다.

모터제어용 상전압연산유닛(114)은 모터제너레이터(MG2)의 토크제어값(TR2)과 모터전류(I2)를 토대로 그리고 전압(VDC)을 토대로 모터제너레이터(MG2)의 각 상의 코일로 인가될 전압지령을 산출하고, 상기 산출된 각 상에 대한 전압지령을 PWM제어유닛(124)으로 출력한다.

모터제어용 상전압연산유닛(114)으로부터의 각 상에 대한 전압지령을 토대로, PWM제어유닛(124)은 인버터(30)의 npn 트랜지스터(Q21 내지 Q26) 각각을 실제로 턴 온/오프시키기 위한 신호(PWM2)를 생성하고, 상기 생성된 신호(PWM2)를 인버터(30)의 npn 트랜지스터(Q21 내지 Q26) 각각으로 출력한다.

상기에서는, 0상전압지령(E0)이 모터제어용 상전압연산유닛(112)으로부터의 각 상의 전압지령에 가산되므로, 인버터(20)에 대응하는 3상코일(12)의 중성점(N1)의 전위는 0상전압지령(E0)에 따라 변동한다.

상기에서는, 0상전압지령(E0)이 모터제어용 상전압연산유닛(114)으로부터의 각 상의 전압지령에 가산될 수도 있다. 이 경우, 인버터(30)에 대응하는 3상코일(14)의 중성점(N2)의 전위는 0상전압지령(E0)에 따라 변동한다. 이 경우에도, 0상전압지령(E0)은 모터제너레이터(MG2)의 회전 토크에 기여하지 않는다. 그러므로, 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전 또는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전이 모터제어용 상전압연산유닛(114)으로부터의 각 상의 전압지령을 토대로 모터제너레이터(MG2)의 토크 제어를 간섭하지 않으면서도 제어될 수 있게 된다.

도 5는 도 1에 도시된 모터제너레이터(MG1, MG2) 및 인버터(20, 30)의 0상등가회로도이다. 전원(150)은 인버터(20, 30)에 의해 형성되고, 전압(V)은 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압을 나타낸다. 전압(E)은 상용전원(90)의 전압을 나타낸다. 또한, 임피던스(152)는 모터제너레이터(MG1, MG2)의 누설 임피던스와 상용전원(90)측의 임피던스의 합을 나타내며, 그 크기는 X이다. 전류(I)는 인버터(20 또는 30)와 상용전원(90)간에 흐르는 전류를 나타내며, 이는 상술된 전류(IAC)에 대응한다.

도 6은 도 5에 도시된 0상등가회로에서, 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전 시에 역률 1을 실현하는 페이저도이다. 도 6을 참조하면, 벡터(E)는 상용전원(90)의 전압페이저를 나타낸다. 벡터(I)는 인버터(20 또는 30)와 상용전원(90)간에 흐르는 전류페이저를 나타낸다. 벡터(jωXI)는 임피던스(152)로부터 도출되는 전압페이저를 나타낸다. 벡터(V)는 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압페 이저를 나타낸다.

상용전원(90)의 전압(E)으로부터 지체된 위상을 갖도록 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압(V)을 조절함으로써, 상용전원(90)으로부터 전력을 얻기 위한 충전 동작이 실현된다. 도시된 페이저 관계를 토대로, 상용전원(90)의 전압(E)으로부터 위상 σ만큼 지체된 위상을 갖도록 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압(V)을 조절함으로써, 상용전원(90)으로부터의 역률 1의 충전이 가능하게 된다.

도 7은 도 5에 도시된 0상등가회로에서, 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전 시에 역률 1을 실현하는 페이저도이다. 도 7을 참조하면, 상용전원(90)의 전압(E)으로부터 전진된 위상을 갖도록 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압(V)을 조절함으로써, 전력을 상용전원(90)으로 출력하기 위한 급전 동작이 실현된다. 도시된 페이저 관계를 토대로, 상용전원(90)의 전압(E)으로부터 위상 σ만큼 앞선 위상을 갖도록 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압(V)을 조절함으로써, 상용전원(90)으로의 역률 1의 급전이 가능하게 된다.

다음으로, 상용전원(90)으로부터 축전장치(B)로의 충전 시 그리고 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전 시의 전류의 흐름을 설명하기로 한다.

도 8은 상용전원(90)으로부터 축전장치(B)로의 충전 또는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전간의 관계 뿐만 아니라, 전력선(NL1, NL2)을 통해 흐르는 전류(IAC)와 상용전원(90)의 전압(VAC)의 방향들을 보여준다. 도 8을 참조하면, 전력선(NL1)의 전위가 전력선(NL2)의 전위보다 높으면, 전압(VAC)이 양으로 간주된다. 또한, 전류가 중성점(N1)으로부터 전력선(N1)으로 흐르는 경우(전류가 전력 선(NL2)으로부터 중성점(N2)으로 흐르는 경우)에도, 전류(IAC)가 양으로 간주되게 된다.

전압(VAC) 및 전류(IAC) 양자 모두가 양이면, 전력이 상용전원(90)으로 공급되는데(급전), 이 상태를 이하 "제1사분면"이라 하기로 한다. 전압(VAC)이 음이고 전류(IAC)가 양이면, 전력이 상용전원(90)으로부터 취득되는데(충전), 이 상태를 이하 "제2사분면"이라 하기로 한다.

또한, 전압(VAC)과 전류(IAC) 양자 모두가 음이면, 전력이 상용전원(90)으로 공급되는데(급전), 이 상태를 이하 "제3사분면"이라 하기로 한다. 전압(VAC)이 양이고 전류(IAC)가 음이면, 전력이 상용전원(90)으로부터 취득되는데(충전), 이 상태를 이하 "제4사분면"이라 하기로 한다.

도 9 내지 도 12는 축전장치(B)가 상용전원(90)으로부터 충전될 때의 전류의 흐름을 보여준다. 도 9 내지 도 12 및 후술하는 바와 같이 전력이 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로 공급될 때의 전류의 흐름을 보여주는 도 13과 도 14는 도 1의 모터제너레이터(MG1, MG2) 및 인버터(20, 30)의 0상등가회로를 보여준다. 0상등가회로에 있어서, 각각의 인버터(20, 30)에서는, 상부아암의 세 트랜지스터가 동일한 스위칭 상태(모두 온 또는 모두 오프)에 있는 것으로 간주될 수 있고, 하부아암의 세 트랜지스터 또한 동일한 스위칭 상태에 있는 것으로 간주될 수도 있다. 그러므로, 도 9 내지 도 14에서는, 인버터(20)의 npn 트랜지스터(Q11, Q13, Q15)는 상부아암(20A)으로 집합적으로 표현되고, 인버터(20)의 npn 트랜지스터(Q12, Q14, Q16)는 하부아암(20B)으로 집합적으로 표현된다. 또한, npn 트랜지스터(Q21, Q23, Q25) 는 상부아암(30A)으로 집합적으로 표현되고, npn 트랜지스터(Q22, Q24, Q26)는 하부아암(30B)으로 집합적으로 표현된다.

도 9 및 도 10은 도 8의 제4사분면에서의 전류의 흐름을 보여준다. 도 9를 참조하면, 제1실시예에서, 인버터(20)의 PWM 동작은 도 4에 도시된 바와 같이 0상전압지령(E0)을 토대로 수행되고, 인버터(30)는 0상전압지령(E0)을 수신하지 못한다. 그러므로, 0상등가회로에서는, 인버터(30)가 통상적으로 오프 상태에 있게 된다.

인버터(20)의 상부아암(20A)이 턴오프되고 하부아암(20B)이 턴온되면, 상용전원(90)으로부터 중성점(N1), 하부아암(20B), 접지선(SL), 인버터(30)의 하부아암(30B) 및 중성점(N2)을 통해 전류가 흐른다.

도 10을 참조하면, 인버터(20)의 하부아암(20B)이 턴오프되고 상부아암(20A)이 턴온되면, 임피던스(152)에 저장되는 에너지(모터제너레이터(MG1, MG2)의 누설 인덕턴스)가 방전되고, 상부아암(20A)을 통해 축전장치(B)로 전류가 흐른다.

도 11 및 도 12는 도 8의 제2사분면에서의 전류의 흐름을 보여준다. 도 11을 참조하면, 인버터(20)의 상부아암(20A)이 턴온되고 하부아암(20B)이 턴오프되면, 상용전원(90)으로부터 중성점(N2), 인버터(30)의 상부아암(30A), 전원선(PL1), 상부아암(20A) 및 중성점(N1)을 통해 전류가 흐른다.

도 12를 참조하면, 인버터(20)의 상부아암(20A)이 턴오프되고 하부아암(20B)이 턴온되면, 임피던스(152)에 저장되는 에너지가 방전되고, 인버터(30)의 상부아암(30A)을 통해 축전장치(B)로 전류가 흐른다.

상기에서는, 0상전압지령(E0)을 수신하지 못한 인버터(30)가 통상적으로 오프된 상태로 유지된다. 하지만, 제4사분면에서, 하부아암(30B)은 턴온될 수도 있고(상부아암(30A)이 오프됨), 제2사분면에서는, 상부아암(30A)이 턴온될 수도 있다(하부아암(30B)이 오프됨).

도 13 및 도 14는 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전 시의 전류의 흐름을 보여준다. 도 13은 도 8에 도시된 제1사분면에서의 전류의 흐름을 보여준다. 도 13을 참조하면, 제1사분면에서는, 인버터(30)의 상부아암(30A)이 오프되고, 하부아암(30B)이 온된다. 인버터(20)의 PWM 동작은 0상전압지령(E0)을 토대로 수행되고, 축전장치(B)로부터 인버터(20)의 상부아암(20A)을 통해 상용전원(90)으로 전류가 흐른다.

도 14는 도 8의 제3사분면에서의 전류의 흐름을 보여준다. 도 14를 참조하면, 제3사분면에서는, 인버터(30)의 상부아암(30A)이 온이고, 하부아암(30B)이 오프된다. 인버터(20)의 PWM 동작은 0상전압지령(E0)을 토대로 수행되고, 축전장치(B)로부터 인버터(30)의 상부아암(30A)을 통해 상용전원(90)으로 전류가 흐른다.

구체적으로 도시되지는 않았지만, 0상전압지령(E0)을 토대로 인버터(30)의 PWM 동작 또한 유사하게 기술될 수 있다.

0상전압지령(E0)을 토대로 PWM 동작을 수행하는 인버터는 인버터(20, 30)들간에 주기적으로 스위칭될 수도 있다. 일례로서, 이들은 전압(VAC)의 주기를 토대로 스위칭될 수도 있다(예컨대, 매 수 주기로). 따라서, 인버터들 중 어느 것의 부하 농도가 회피될 수 있게 된다.

상술된 바와 같이, 제1실시예에서는, 전류지령생성유닛(62)이 상용전원(90)의 고조파 성분 또는 변동 성분이 없고, 상용전원(90)에 대하여 역률 1로 충전이나 급전가능한 전류지령(IR)을 생성한다. 인버터제어유닛(64)은 전류지령(IR)을 토대로 전류를 제어하고, 이에 따라 고조파 성분 또는 변동 성분으로부터 도출되는 무효전력 또는 고조파전류의 생성이 억제될 수 있다.

그러므로, 제1실시예는 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 효율적인 충전과 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 효율적인 급전을 가능하게 한다. 또한, 상용전원(90)의 전압 레벨이 스위칭되는 경우에도, 충방전전력지령값(PR)에 대응하는 일정한 전력이 보장될 수 있다. 구체적으로는, 상용전원(90)의 전압 레벨이 국가별로 상이하더라도, 제1실시예에 따르면, 셋팅 또는 시스템의 필수적인 변경없이도 일정한 충전전력과 일정한 급전이 성취될 수 있다. 또한, 고조파 및 변동 성분으로 인한 무효전력의 손실과 생성이 방지될 수 있으므로, 고효율성과 소형화가 실현될 수 있게 된다.

또한, 인버터제어유닛(64)은 전류지령(IR)을 토대로 인버터(20)의 0상전압을 제어하고, 이에 따라 상기 제어는 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토크에 어떠한 영향도 주지 않게 된다. 그러므로, 제1실시예에 따르면, 상용전원(90)의 전력제어가 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토크 제어를 간섭하지 않으면서도 가능하게 된다. 구체적으로는, 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 충전과 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 급전이 모터제너레이터(MG1, MG2)가 구동되는 동안에 가능하게 된다.

또한, 인버터제어유닛(64)은 전류지령(IR)을 토대로 인버터(20)의 0상전압만을 제어하고, 이에 따라 두 인버터(20, 30)의 0상전압이 제어될 때보다 스위칭 손실이 감소될 수 있다. 또한, 제어 논리가 단순화될 수 있다.

제1실시예에 있어서는, 인버터(20, 30) 뿐만 아니라 모터제너레이터(MG1, MG2)의 3상코일(12, 14)을 이용하여 상용전원(90)과 전력이 교환되므로, 전용의 전력변환장치를 별도로 제공할 필요가 없게 된다. 그러므로, 제1실시에에 따르면, 추가 구성요소의 수가 감소될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 하이브리드자동차(100)의 저비용, 경량화 및 연비증강에 기여한다.

[제2실시예]

제1실시예에서는, 인버터(20)(또는 30)만이 0상전압지령(E0)을 토대로 PWM-동작되지만, 제2실시예에서는, 인버터(20, 30) 양자 모두가 PWM-동작된다.

제2실시예는 인버터제어유닛의 구성에 있어 제1실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.

도 15는 제2실시예에 따른 인버터제어유닛의 상세한 기능블럭도이다. 도 15를 참조하면, 인버터제어유닛(64A)은 도 4에 도시된 제1실시예의 인버터제어유닛(64)에 대응하고, 추가적으로는 승산유닛(126, 128) 및 감산유닛(130)을 포함한다.

승산유닛(126)은 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)에 1/2를 곱하고, 그 연산 결과를 가산유닛(120)에 출력한다. 가산유닛(120)은 승산유닛(126)으로부터의 출력을 모터제어용 상전압연산유닛(112)으로부터의 각각의 상의 전압지 령에 가산하고, 그 연산 결과를 PWM제어유닛(122)으로 출력한다.

승산유닛(128)은 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)에 1/2를 곱하고, 그 연산 결과를 감산유닛(130)에 출력한다. 감산유닛(130)은 승산유닛(128)의 출력을 모터제어용 상전압연산유닛(114)으로부터의 각각의 상의 전압지령으로부터 감산하고, 그 연산 결과를 PWM제어유닛(124)으로 출력한다. 그 후, 감산유닛(130)으로부터의 전압지령을 토대로, PWM제어유닛(124)은 인버터(30)의 npn 트랜지스터(Q21 내지 Q26) 각각을 실제로 턴 온/오프시키기 위한 신호(PWM2)를 생성하고, 상기 생성된 신호(PWM2)를 인버터(30)의 npn 트랜지스터(Q21 내지 Q26) 각각으로 출력한다.

구체적으로는, 인버터제어유닛(64A)에서, 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)에 1/2을 곱하여 얻어지는 지령이 인버터(20)의 PWM제어유닛(122)에 인가되고, 부호가 반전된 인버터(20)의 PWM제어유닛(122)에 인가되는 지령에 대응하는 지령이 인버터(30)의 PWM제어유닛(124)에 인가된다. 구체적으로는, 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)에 기초한 중성점(N1, N2)들을 가로질러 전압차가 발생되면, 전압 부하가 인버터(20, 30)에 의해 공유된다.

도 16은 도 15에 도시된 인버터제어유닛(64A)에 의해 생성되는 신호(PWM1, PWM2)들과 신호(PWM1, PWM2)에 응답하여 중성점(N1, N2)들을 가로질러 발생되는 전압차를 도시한 파형도이다. 도 16은 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토크 제어가 수행되지 않는 일례를 보여준다.

도 16을 참조하면, 삼각파신호(k1)는 사전설정된 반송파주파수를 갖는 반송 파신호이다. 삼각파신호(k1)의 진폭은 전압센서(72)로부터의 전압(VDC)에 따라 결정된다. 곡선(k2)은 인버터(20)에 대응하는 PWM제어유닛(122)에 인가되는 0상전압지령이다. 점선의 곡선(k3)은 인버터(30)에 대응하는 PWM제어유닛(124)에 인가되는 0상전압지령이다. 곡선(k3)은 상술된 바와 같이 곡선(k2)의 부호가 반전된 형태이다.

PWM제어유닛(122)은 곡선(k2)을 삼각파신호(k1)와 비교하고, 그 전압값이 곡선(k2)과 삼각파신호(k1)간의 대소관계에 따라 변하는 펄스-형상의 PWM신호를 생성한다. PWM제어유닛(122)은 상기 생성된 PWM신호를 신호(PWM1)로서 인버터(20)로 출력하고, 인버터(20)의 각 상들의 아암들이 신호(PWM1)에 응답하여 서로 동기화되어 스위칭된다.

PWM제어유닛(124)은 곡선(k3)을 삼각파신호(k1)와 비교하고, 그 전압값이 곡선(k3)과 삼각파신호(k1)간의 대소관계에 따라 변하는 펄스-형상의 PWM신호를 생성한다. PWM제어유닛(124)은 상기 생성된 PWM신호를 신호(PWM2)로서 인버터(30)로 출력하고, 인버터(30)의 각 상들의 아암들이 신호(PWM2)에 응답하여 서로 동기화되어 스위칭된다.

그 후, 중성점(N1)에서의 전압(VN1)과 중성점(N2)에서의 전압(VN2)간의 전압차가 도면에 도시된 바와 같이 변한다. 중성점(N1, N2)들간의 전압차의 파형은 인버터(20, 30) 중 하나만이 PWM-동작되는 제1실시예의 것의 2배의 주파수를 가진다(인버터(20, 30) 중 하나만이 PWM-동작될 때, 중성점(N1, N2)의 전압 파형이 신호(PWM1 또는 PWM2)와 동일하게 될 것이다).

상기에서, 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)은 각각의 승산유닛(126, 128)에서 1/2이 곱해져, 중성점(N1, N2)들간의 전압차를 생성하기 위한 전압 부하가 인버터(20, 30)에 의하여 균일하게 공유되게 된다. 인버터(20, 30)는 상이한 전압부하를 가질 수 있다. 일례로서, 전류제어유닛(118)으로부터의 0상전압지령(E0)은 승산유닛(126)에서 k(0≤k≤1)가 곱해질 수도 있고, 승산유닛(128)에서 (1-k)가 곱해질 수도 있는데, 상기 값 k는 역기전압을 발생시키는 모터제너레이터에 대응하는 인버터의 공유를 더욱 작게 만들도록 설정된다.

제2실시예에 따르면, 중성점(N1, N2)들을 가로지르는 전압의 파형이 평활화되므로, 전류(IAC)의 고조파전류 성분이 감소될 수 있다. 또한, 무효전력과 노이즈가 저감될 수도 있고, 축전장치(B)와 입출력되는 전류도 평활화된다.

[제2실시예의 제1변형예]

상기에서, 부호가 서로 반대인 0상전압지령들은 인버터(20)에 대응하는 PWM제어유닛(122) 및 인버터(30)에 대응하는 PWM제어유닛(124)으로 각각 인가된다. 하지만, 같은 부호의 0상전압지령들을 PWM제어유닛(122, 124)들에 인가하여, PWM제어유닛(122)에 사용되는 반송파신호의 부호를 PWM제어유닛(124)의 반송파신호로 반전시켜 얻어지는 신호를 사용하는 것도 가능하다.

도 17은 제2실시예의 제1변형예에서, 신호(PWM1, PWM2) 및 신호(PWM1, PWM2)에 응답하여 중성점(N1, N2)들을 가로질러 발생되는 전압차의 파형도이다. 도 17을 참조하면, 신호(PWM1)의 생성이 도 16에 도시된 제2실시예에서와 동일하다.

삼각파신호(k4)는 인버터(30)에 대응하는 PWM제어유닛(124)에 사용되는 반송 파신호를 나타내는데, 이는 인버터(20)에 대응하는 PWM제어유닛(122)에 사용되는 삼각파신호(k2)의 부호가 반전된 형태이다.

PWM제어유닛(124)은 곡선(k2)을 삼각파신호(k4)와 비교하고, 곡선(k2)과 삼각파신호(k4)간의 대소관계에 따라 그 전압값이 변하는 펄스-형상의 PWM신호를 생성한다. PWM제어유닛(124)은 상기 생성된 PWM신호를 신호(PWM2)로 인버터(30)에 출력한다.

제2실시예의 제1변형예에 있어서, 신호(PWM2)의 파형은 도 16에 도시된 제2실시예에 따른 신호(PWM2)와 동일하므로, 중성점(N1)에서의 전압(VN1)과 중성점(N2)에서의 전압(VN2)간의 전압차의 파형이 제2실시예의 것과 동일하다.

[제2실시예의 제2변형예]

제2실시예의 제2변형예에 있어서, 인버터(20, 30) 중 하나는 다른 것에 대하여 상보적으로 동작된다. 구체적으로는, 제2변형예에서, 0상전압지령과 반송파신호를 이용하여 생성되는 신호(PWM1)의 부호가 반전되어, 신호(PWM2)를 생성하게 된다.

도 18은 제2실시예의 제2변형예에 따라, 신호(PWM1, PWM2) 및 신호(PWM1, PWM2)들에 응답하여 중성점(N1, N2)들을 가로질러 발생되는 전압차의 파형도이다. 도 18을 참조하면, 인버터(20)에 대응하는 신호(PWM1)의 생성이 도 16에 도시된 제2실시예에서와 동일하다. 인버터(30)에 대응하는 신호(PWM2)가 인버터(20)에 대응하는 신호(PWM1)의 부호가 반전된 형태이다.

신호(PWM2)는 0상전압지령과 반송파신호를 이용하여 생성될 수도 있고, 신 호(PWM1)는 상기 생성된 신호(PWM2)의 부호를 반전시켜 생성될 수도 있다.

제2실시예의 제2변형예에 있어서, 상기 신호(PWM2)는 신호(PWM1)를 토대로 생성된다. 그러므로, 연산 부하가 감소될 수 있다. 따라서, 제2실시예의 제2변형예에 따르면, 보다 단순한 제어가 실현되면서, 전압차가 중성점(N1, N2)들을 가로질러 발생될 때의 전압 부하가 인버터(20, 30)에 의해 공유될 수 있다.

[제3실시예]

제어량이 목표입력을 정상 편차없이 추종하도록 하기 위하여, 제어시스템의 폐루프는 목표입력발생모델(내부모델원리)을 포함하는 것이 필요하다. 그러므로, 제3실시예에서는, 전류지령(IR)이 정현파함수라는 사실을 이용하여, 전류지령(IR)의 모델(내부모델)이 전류제어시스템의 폐루프에 포함되는 구성이 개시되어 있다.

제3실시예는 인버터제어유닛의 전류제어유닛의 구성에 있어서 제1실시예 또는 제2실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는 제1실시예 또는 제2실시예와 그 구성이 동일하다.

도 19는 제3실시예에 따른 전류제어유닛의 구성을 나타내는 제어블럭도이다. 도 19를 참조하면, 전류제어유닛(118A)은 PI제어유닛(202), 내부모델보상유닛(204) 및 가산유닛(206)을 포함한다.

PI제어유닛(202)은 전류지령생성유닛(62)으로부터의 전류지령(IR)과 전류센서(86)로부터의 전류(IAC)간의 편차를 입력신호로서 사용하여 비례적분연산을 수행하고, 그 연산 결과를 가산유닛(206)으로 출력한다.

내부모델보상유닛(204)은 전류지령(IR)이 정현파함수이므로 정현파모델을 포 함한다. 내부모델보상유닛(204)은 정현파모델을 이용하여 보상신호를 연산하고, 상기 연산된 보상신호를 가산유닛(206)으로 출력한다.

가산유닛(206)은 내부모델보상유닛(204)으로부터의 보상신호를 PI제어유닛(202)으로부터의 출력신호에 가산하고, 그 연산 결과를 0상전압지령(E0)으로서 출력한다.

전류제어유닛(118)에서는, 전류지령(IR)이 정현파함수이기 때문에 전류제어시스템의 폐루프에 정현파모델이 포함되므로, 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차가 PI제어유닛(202)의 게인을 소정 정도까지 증가시키지 않고도 제거될 수 있게 된다.

도 20은 도 19에 도시된 내부모델보상유닛(204)의 예시적인 구성을 도시한 제어블럭도이다. 도 20을 참조하면, 내부모델보상유닛(204)은 정현파전달함수를 포함한다. 여기서, ω는 전류지령(IR)의 주파수를 나타내고, 구체적으로는, 도 3에 도시된 전류지령생성유닛(62)의 정현파생성유닛(106)에 의해 생성되는 정현파의 주파수와 동일하고, k는 비례상수이다.

도 21은 도 19에 도시된 내부모델보상유닛(204)의 예시적인 또다른 구성을 나타내는 제어블럭도이다. 도 21을 참조하면, 내부모델보상유닛(204)은 평균값연산유닛(402, 404), 감산유닛(406), PI제어유닛(408) 및 승산유닛(410, 412)을 포함한다.

평균값연산유닛(402)은 전류지령(IR)의 크기의 평균값을 산출한다. 일례로서, 평균값연산유닛(402)은 전류지령(IR)의 반주기(위상 0~π 또는 π~2π)의 평균 값을 연산한다. 대안적으로, 평균값연산유닛(402)은 1주기 또는 수 주기동안 전류지령(IR)의 절대값을 적산하고, 상기 적산값을 샘플링수로 나누며, 그 결과에 변환계수를 곱하여, 전류지령(IR)의 크기의 평균값을 구하게 된다.

평균값연산유닛(404)은 평균값연산유닛(402)과 유사한 방식으로, 전류센서(86)로부터의 전류(IAC)의 크기의 평균값을 산출한다. 감산유닛(406)은 평균값연산유닛(402)의 출력으로부터 평균값연산유닛(404)의 출력을 감산하고, 그 연산 결과를 PI제어유닛(408)으로 출력한다. PI제어유닛(408)은 입력신호로서 평균값연산유닛(402)으로부터의 출력과 평균값연산유닛(404)으로부터의 출력간의 편차를 이용하여 비례적분연산을 수행하고, 상기 연산 결과를 승산유닛(412)으로 출력한다.

승산유닛(410)은 상용전원(90)의 전압과 동상의 정현파함수에 √2를 곱하고, 그 결과를 승산유닛(412)으로 출력한다. 여기서, 상용전원(90)의 전압과 동상의 정현파함수는 전류지령생성유닛(62)의 정현파생성유닛(106)으로부터 획득될 수 있다. 승산유닛(412)은 PI제어유닛(408)으로부터의 출력에 승산유닛(410)의 출력을 곱하고, 상기 연산 결과를 가산유닛(206)으로 출력한다.

이러한 방식으로, 제3실시예에 따르면, 내부모델보상유닛(204)은 정현파함수인 전류지령(IR)에 대응하는 정현파모델을 포함하므로, 전류지령(IR)에 대한 정상상태편차가 없는 전류 제어가 가능하게 된다. 이에 따라, 전류지령값에 대한 추종성이 향상되어, 제어의 안정성, 로버스트니스(robustness) 및 응답성이 향상될 수 있다. 그 결과, 무효전력 및 고조파전류가 저감될 수 있어, 고효율이면서도 소형의 장치를 실현할 수 있게 된다.

또한, 내부모델보상유닛(204)이 제공됨에 따라, PI제어유닛(202)의 제어 게인이 낮아질 수 있어, 이러한 국면에서도, 전류 제어의 안정성이 향상될 수 있게 된다.

[제4실시예]

인버터들의 스위칭 제어에 있어서, 상부 및 하부아암들의 동시적인 턴 온을 방지하기 위하여 데드타임이 일반적으로 제공된다. 데드타임의 영향으로 인하여, 파형 왜곡이 전류(IAC)의 제로-크로스점(zero-cross point) 부근에서 주기적으로 발생한다. 특히, 하이브리드자동차와 같이 전력을 이용하는 차량에 사용되는 대전력의 인버터에서는, 데드타임이 종종 크게 설정되고, 이러한 경우에 현저한 왜곡이 있게 된다. 제4실시예는 인버터의 데드타임의 영향에 의해 주기적으로 발생되는 파형 왜곡을 줄이고자 한다.

도 22는 인버터(20, 30)의 데드타임의 영향에 의해 주기적으로 발생되는 파형 왜곡을 보여준다. 도 22를 참조하면, 세로축과 가로축이 전류와 시간을 각각 나타내고, 전류지령(IR) 및 전류(IAC)의 실제값의 시간적 변화가 도시되어 있다.

인버터(20, 30)의 데드타임의 영향에 의하여, 전류(IAC)의 파형이 시각 t0, t3 및 t4에서 제로-크로스점들 부근에서 주기적으로 왜곡되고, 상기 왜곡은 제로-크로스점들로부터 멀어질수록 작아지게 된다. 일반적인 PI 제어에서는, 예컨대 제어 게인이 증가되어 제로-크로스점 부근에서의 왜곡을 억제하게 될 때, 오버슛 또는 헌팅이 발생하여, 제어를 불안정하게 만들 수도 있다. 다른 한편으로, 게인이 낮아지는 경우에는, 제로-크로스점 부근의 왜곡이 충분히 방지될 수 없게 된다.

그러므로, 소정의 위상(θac1)에 대응하는 시각 t1에서의 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차 △I(θac1)를 토대로, 보상량이 산출되고, 산출된 보상량은 1주기 후에 상기 위상(θac1)에 대응하여 시각 t5에서 출력된다. 그 후, 소정의 위상(θac2)에 대응하는 시각 t2에서의 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차 △I(θac2)를 토대로, 보상량이 산출되고, 상기 산출된 보상량은 1주기 후에 상기 위상(θac2)에 대응하여 시각 t6에서 출력된다. 이러한 제어가 위상마다 반복해서 실행된다.

다시 말해, 상기 보상량은 정확하게 하나 앞선 위상의 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차를 토대로 산출된다. 이러한 연산은 전류지령(IR)의 위상(θac)에 따라 반복해서 실행된다. 구체적으로는, 반복되는 제어가 선행하는 주기의 편차를 토대로 차회 주기의 동상에서의 보상량을 결정하므로, 인버터의 데드타임의 영향으로 인하여 모든 제로-크로스점 부근에서 발생되는 주기적인 외란을 방지하는 데 효과적이다.

제4실시예는 인버터제어유닛의 전류제어유닛의 구성에 있어서 제1실시예 또는 제2실시예와 상이하고, 이 점을 제외하고는 제1실시예 또는 제2실시예와 동일하다.

도 23은 제4실시예에 따른 전류제어유닛의 구성을 도시한 제어블럭도이다. 도 23을 참조하면, 전류제어유닛(118B)은 전류편차저장테이블(212)과 게인테이블(214)을 포함한다. 전류편차저장테이블(212)은 전류센서(86)로부터의 전류(IAC)와 전류지령(IR)간의 편차를 감산유닛(116)으로부터 받고, 전류지령(IR)의 위상(θ ac)을 수신한다. 상기 위상(θac)으로는, 전류지령생성유닛(62)의 위상검출유닛(104)에서 검출되는 위상이 사용될 수 있다.

전류편차저장테이블(212)은 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차(△I)의 모든 위상(예컨대, 모든 각도)의 값 △I(0) ~ △I(359)을 저장한다. 1주기의 각각의 편차 △I(0) ~ △I(359)의 저장 후, 전류편차저장테이블(212)은 위상(θac)에 따라 상기 저장된 값을 판독하여 게인테이블(214)로 출력한다.

게인테이블(214)은 모든 위상(예컨대, 모든 각도)의 PI제어게인을 저장한다. 상기 위상(θac)에 따르면, 게인테이블(214)은 전류편차저장테이블(212)의 출력에 대응하는 PI제어게인을 곱하여 보상량을 산출하게 되고, 그 연산 결과를 0상전압지령(E0)으로서 출력한다.

상기에서, 전류지령(IR)과 전류(IAC)간의 편차(△I)는 위상마다 저장된다. 전류지령(IR)을 위상마다 저장하는 것도 가능하고, 1주기 이후 판독된 전류지령으로부터, 상기 전류(IAC)가 감산될 수도 있고, 그 결과가 게인테이블(214)로 출력될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 제4실시예에 따르면, 인버터(20, 30)의 데드타임의 영향을 포함하는 주기적으로 발생되는 외란에 기인하는 전류파형의 왜곡이 억제될 수 있게 된다. 그 결과, 전류 제어성이 향상되고, 무효전력이나 고조파전류의 생성이 방지될 수 있다. 따라서, 축전장치(B)의 효율적인 충전과 상용전원(90)으로의 효율적인 급전이 실현될 수 있다.

[제5실시예]

상술된 제1실시예 내지 제4실시예에 있어서, 전류제어유닛에 의해 발생되는 0상전압지령(E0)은 인버터(20 및/또는 30)의 각 상으로 인가된다. 구체적으로는, 인버터(20 및/또는 30)에서, 전류(IAC)의 3상일괄(동기)제어가 인버터제어유닛에 의해 수행된다. 하지만, 인버터의 각 상들의 임피던스들이 일-밸런스(ill-balanced)되는 경우에는, 각 상들의 코일을 통해 흐르는 전류가 일-밸런스되어, 토크를 발생시킬 가능성이 있다. 그러므로, 제5실시예에서는, 인버터(20, 30)의 각 상에 대하여 전류제어유닛이 제공되고, 전류제어가 각 상에 대해 독립적으로 수행되어, 각 상들의 코일들을 통해 같은 전류가 흐르게 된다.

제5실시예는 인버터제어유닛의 구성에 있어서 제1실시예 내지 제4실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는 제1실시예 내지 제4실시예와 동일하다.

도 24는 제5실시예에 따른 인버터제어유닛의 상세한 기능블럭도이다. 도 24를 참조하면, 인버터제어유닛(64B)은 도 4에 도시된 제1실시예의 인버터제어유닛(64)의 구성에 대응하고, 감산유닛(116) 및 전류제어유닛(118) 대신에, 승산유닛(222), 감산유닛(224, 228, 232) 및 전류제어유닛(226, 230, 234)을 포함한다.

승산유닛(222)은 전류지령(IR)에 1/3을 곱하고, 그 결과를 출력한다. 감산유닛(224)은 전류센서(82)로부터의 U상전류(Iu1)를 승산유닛(222)의 출력으로부터 감산하고, 그 연산 결과를 전류제어유닛(226)으로 출력한다. 전류제어유닛(226)은 감산유닛(224)으로부터의 출력을 토대로, U상의 0상전압지령(E0u)을 생성하여, 상기 U상전류(Iu1)가 전류지령(IR)의 1/3배의 지령을 추종하도록 하고, 상기 생성된 U상의 0상전압지령(E0u)을 가산유닛(120)으로 출력한다.

감산유닛(228)은 전류센서(82)로부터의 V상전류(Iv1)를 승산유닛(222)의 출력으로부터 감산하고, 그 연산 결과를 전류제어유닛(230)으로 출력한다. 전류제어유닛(230)은 감산유닛(228)으로부터의 출력을 토대로, V상의 0상전압지령(E0v)을 생성하여, 상기 V상전류(Iv1)가 전류지령(IR)의 1/3배의 지령을 추종하도록 하고, 상기 생성된 V상의 0상전압지령(E0v)을 가산유닛(120)으로 출력한다.

감산유닛(232)은 전류센서(82)로부터의 W상전류(Iw1)를 승산유닛(222)의 출력으로부터 감산하고, 그 연산 결과를 전류제어유닛(234)으로 출력한다. 전류제어유닛(234)은 감산유닛(232)으로부터의 출력을 토대로, W상의 0상전압지령(E0w)을 생성하여, 상기 W상전류(Iw1)가 전류지령(IR)의 1/3배의 지령을 추종하도록 하고, 상기 생성된 W상의 0상전압지령(E0w)을 가산유닛(120)으로 출력한다.

전류제어유닛(226, 230, 234)은 신호(AC)가 활성화될 때 활성화되고, 신호(AC)가 비활성화되면, 상기 유닛들은 각각 0상전압지령(E0u, E0v, E0w)을 출력한다.

가산유닛(120)은 모터제어용 상전압연산유닛(112)으로부터의 U, V, W상의 전압지령들을 각각 0상전압지령(E0u, E0v, E0w)에 가산하고, 그 연산 결과를 PWM제어유닛(122)으로 출력한다.

전류(IAC)를 제어하기 위한 인버터제어유닛(64B)에 있어서, 전류제어유닛(226, 230, 234)은 각각 U, V, W상들에 대해 제공되고, U, V, W상 각각이 전류지령(IR)의 1/3배의 지령을 추종하도록 전류가 제어된다. 그러므로, 전류(IAC)의 생성 시, 동상과 동량의 전류가 각 상의 코일을 통해 흐르도록 발생되어, 모터제너레 이터(MG1)에서 발생되는 토크가 없게 된다.

상기에서는, 각 상들의 전류제어유닛(226, 230, 234)이 일반적인 PI제어에 의해 구현될 수도 있고 또는 제3실시예와 제4실시예의 전류제어유닛(118A, 118B)과 유사하게 형성될 수도 있다. 또한, 0상전압지령(E0u, E0v, E0w)이 모터제어용 상전압연산유닛(114)으로부터의 각 상들의 전압지령에 가산될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 제5실시예에 따르면, 전류(IAC)의 생성 시, 전류제어가 각 상에 대하여 독립적으로 수행된다. 그러므로, 모터제너레이터(MG1)의 각 상들의 임피던스가 일-밸런스되는 경우에도, 동상과 동량의 전류가 발생되어 각 상의 코일을 통해 흐르게 된다. 그러므로, 제5실시예에 따르면, 모터제너레이터(MG1)의 토크의 생성이 전류(IAC)의 발생 시에 확실하게 방지될 수 있다.

[제6실시예]

상술된 제1실시예 내지 제5실시예에 있어서는, 전압(VDC)이 제어되지 않는다. 전압(VDC)이 일정하게 제어되는 경우에는, 축전장치(B)를 일정한 전압으로 충전하는 것이 가능해지고, 이에 따라, 축전장치(B)의 상태에 따라 전류 패턴의 급격한 충전이나 설정이 가능하게 된다. 제6실시예에서는, 전압(VDC)을 목표값으로 조정하기 위한 전압제어시스템이 추가된다.

제6실시예는 전류지령생성유닛의 구성에 있어서 제1실시예 내지 제5실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는, 제1실시예 내지 제5실시예와 동일하다.

도 25는 제6실시예에 따른 전류지령생성유닛의 상세한 기능블럭도이다. 도 25를 참조하면, 전류지령생성유닛(62A)이 도 3에 도시된 제1실시예의 전류지령생성 유닛(62)에 대응하고, 이는 추가적으로 인버터입력전압지령설정유닛(252), 감산유닛(254), PI제어유닛(256) 및 가산유닛(258)을 포함한다.

인버터입력전압지령설정유닛(252)은 축전장치(B)의 전압(VB) 및 상용전원(90)의 전압(VAC)을 토대로 전압(VDC)의 목표전압(VDCR)을 설정한다. 일례로서, 인버터입력전압지령설정유닛(252)은 상기 목표전압(VDCR)을 전압(VAC)의 피크전압보다 높고 전압(VB)보다 높은 값으로 설정한다. 만일 목표전압(VDCR)이 너무 높으면, 인버터(20, 30)의 손실이 증가하므로, 상기 목표전압(VDCR)은 인버터(20, 30)의 손실을 고려하여 적절한 값으로 설정된다. 축전장치(B)의 전압(VB)은 도시되지 않은 전압센서에 의해 검출된다.

감산유닛(254)은 인버터입력전압지령설정유닛(252)에 의해 설정된 목표전압(VDCR)으로부터 상기 전압(VDC)을 감산하고, 그 연산 결과를 PI제어유닛(256)으로 출력한다. PI제어유닛(256)은 입력신호로서 감산유닛(254)으로부터의 출력을 이용하여 비례적분연산을 수행하고, 그 연산 결과를 가산유닛(258)으로 출력한다. 가산유닛(258)은 PI제어유닛(256)의 연산 결과를 충방전전력지령값(PR)에 가산하고, 그 연산 결과를 제산유닛(108)으로 출력한다.

전류지령생성유닛(62A)에서는, 충방전전력지령이 보정되어, 전압(VDC)이 목표전압(VDCR)을 추종하도록 하고, 보정된 충방전전력지령을 토대로, 전류지령(IR)이 산출된다. 전압제어시스템의 응답성은 PI제어유닛(256)의 제어 게인이 증가될 때 향상된다. 전압제어시스템의 응답성이 너무 높게 이루어지면, 충방전전력지령이 현저하게 변동하고, 그 결과 고조파의 생성을 야기할 수도 있다. 이러한 가능성도 고려되어야만 한다.

상술된 바와 같이, 제6실시예에서는, 전압(VDC)을 제어하기 위한 전압제어시스템이 추가되므로, 축전장치(B)가 일정한 전압으로 충전될 수 있다. 그러므로, 제6실시예에 따르면, 급충전에 적합한 제어가 실현될 수 있다. 또한, 상용전원(90)의 전압 레벨 또는 축전장치(B)의 상태에 따라 전류(IAC)의 패턴을 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 축전장치(B)의 충전 효율성이 개선될 수 있게 된다. 또한, 전압(VDC)이 제어됨에 따라, 인버터(20, 30)의 제어성이 개선되고, 그 결과 손실, 고조파 및 무효전류가 저감될 수 있다. 또한, 축전장치(B)의 저하가 억제될 수 있게 된다.

[제7실시예]

제7실시예에서는, 축전장치(B)와 인버터(20, 30) 사이에 승압컨버터가 제공된다. 인버터(20, 30)의 제어 성능과 변환 효율을 고려하여, 승압컨버터에 의하여 전압(VDC)이 적절한 레벨로 조정된다.

도 26은 제7실시예에 따른 차량의 일례로서 도시된 하이브리드자동차의 전반적인 블럭도이다. 도 26을 참조하면, 하이브리드자동차(100A)는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 하이브리드자동차(100)의 구성을 구비하고, 추가적으로 승압컨버터(10), 전원선(PL2), 캐패시터(C3), 전압센서(76) 및 전류센서(88)를 포함하고, ECU(60) 대신에, ECU(60A)를 포함한다.

축전장치(B)는 그 양극과 음극이 각각 전원선(PL2)과 접지선(SL)에 연결된다. 캐패시터(C3)는 전원선(PL2)과 접지선(SL) 사이에 연결된다. 승압컨버터(10)는 리액터(L), npn 트랜지스터(Q1, Q2) 및 다이오드(D1, D2)를 포함한다. 상기 npn 트랜지스터(Q1, Q2)는 전원선(PL1)과 접지선(SL) 사이에 직렬로 연결된다. npn 트랜지스터(Q1, Q2)의 콜렉터와 이미터 사이에는, 다이오드(D1, D2)가 각각 연결되어, 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류가 흐르도록 한다. 리액터(L)는 그 일 단부가 npn 트랜지스터(Q1, Q2) 사이의 노드에 연결되고, 타 단부가 전원선(PL2)에 연결된다.

ECU(60A)로부터의 신호(PWC)를 토대로, 승압컨버터(10)는 리액터(L)를 이용하여 축전장치(B)로부터 받는 DC전압을 승압시키고, 상기 승압된 전압을 캐패시터(C1)로 출력한다. 구체적으로는, 승압컨버터(10)가 ECU(60A)로부터의 신호(PWC)를 토대로, 리액터(L)의 자기장에너지로서 npn 트랜지스터(Q2)의 스위칭 동작에 응답하여 흐르는 전류를 축적하여 축전장치(B)로부터의 DC전압을 승압시킨다. 또한, 승압컨버터(10)는 상기 승압된 전압을 npn 트랜지스터의 오프 타이밍과 동기시켜 다이오드(D1)을 통해 전원선(PL1)으로 출력한다. 또한, ECU(60A)로부터의 신호(PWC)를 토대로, 승압컨버터(10)는 전원선(PL1)으로부터 공급되는 DC전압을 낮추고, 그것을 전원선(PL2)에 출력하여, 축전장치(B)를 충전시키게 된다.

캐패시터(C3)는 전원선(PL2)과 접지선(SL)간의 전압 변동을 평활화한다. 전압센서(76)는 축전장치(B)의 전압(VB)을 검출하고, 상기 검출된 전압(VB)을 ECU(60A)로 출력한다. 전류센서(88)는 축전장치(B)와 입출력되는 전류(IB)를 검출하고, 상기 검출된 전류(IB)를 ECU(60A)로 출력한다.

도 27은 도 26에 도시된 ECU(60A)의 기능블럭도이다. 도 27을 참조하면, ECU(60A)는 도 2에 도시된 ECU(60)의 구성을 가지며, 추가적으로 컨버터제어유닛(66)을 포함한다. 차량ECU로부터 수신되는 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토크제어값(TR1, TR2)과 모터회전수(MRN1, MRN2), 전압센서(76)로부터의 전압(VB), 전압센서(72)로부터의 전압(VDC), 전압센서(74)로부터의 전압(VAC) 및 신호(AC)를 토대로, 컨버터제어유닛(66)은 승압컨버터(10)의 npn 트랜지스터(Q1, Q2)를 턴 온/오프하기 위한 신호(PWC)를 생성하고, 상기 생성된 신호(PWC)를 승압컨버터(10)로 출력한다.

도 28은 도 27에 도시된 컨버터제어유닛(66)의 상세한 기능블럭도이다. 도 28을 참조하면, 컨버터제어유닛(66)은 인버터입력전압지령연산유닛(302), 감산유닛(304), FB제어유닛(306) 및 게이트제어유닛(308)을 포함한다.

인버터입력전압지령연산유닛(302)은, 신호(AC)가 비활성화될 때, 토크제어값(TR1, TR2)과 모터회전수(MRN1, MRN2)를 기초로 하여 인버터입력전압의 최적(목표)값(VDCR)을 연산하고, 상기 연산된 전압지령(VDCR)을 감산유닛(304)으로 출력한다.

또한, 인버터입력전압지령연산유닛(302)은, 신호(AC)가 활성화될 때, 축전장치(B)의 전압(VB)과 상용전원(90)의 전압(VAC)을 토대로 전압지령(VDCR)을 설정한다. 일례로서, 인버터입력전압지령연산유닛(302)은 제6실시예의 인버터입력전압지령설정유닛(252)과 같이, 목표전압(VDCR)을 전압(VAC)의 피크보다 높고 전압(VB)보다 높은 값으로 설정한다.

감산유닛(304)은 인버터입력전압지령연산유닛(302)으로부터 출력되는 전압지 령(VDCR)으로부터 전압(VDC)을 감산하고, 그 연산 결과를 FB제어유닛(306)으로 출력한다. FB제어유닛(306)은 전압(VDC)을 전압지령(VDCR)으로 조정하기 위한 (비례적분연산과 같은) 피드백 연산을 수행하고, 그 연산 결과를 게이트제어유닛(308)으로 출력한다.

게이트제어유닛(308)은 전압(VB, VDC)을 토대로 전압(VDC)을 전압지령(VDCR)으로 조정하기 위한 듀티비를 연산한다. 그 후, 게이트제어유닛(308)은 연산된 듀티비를 토대로 승압컨버터(10)의 npn 트랜지스터(Q1, Q2)를 턴 온/오프하기 위한 PWM신호를 생성하고, 상기 생성된 PWM신호를 신호(PWC)로서 승압컨버터(10)의 npn 트랜지스터(Q1, Q2)로 출력한다.

승압컨버터(10)의 하부아암의 npn 트랜지스터(Q2)의 온-듀티를 증가시킴으로써, 리액터(L)에서의 전력 축적이 증가하고, 이에 따라 전압(VDC)이 더욱 높아질 수 있다. 상부아암의 npn 트랜지스터(Q1)의 온-듀티를 증가시킴으로써, 전압(VDC)이 낮아진다. 그러므로, npn 트랜지스터(Q1, Q2)의 듀티비를 제어함으로써, 전압(VDC)이 전압(VB)보다 낮지 않은 임의의 값으로 조정될 수 있다.

상술된 바와 같이, 제7실시예에 따르면, 승압컨버터(10)가 제공되고, 전압(VDC)이 목표전압(VDCR)으로 조정된다. 그러므로, 인버터(20, 30)의 제어성과 변환 효율이 최적화될 수 있다. 그 결과, 상용전원(90)으로부터의 축전장치(B)의 보다 효율적인 충전과 축전장치(B)로부터 상용전원(90)으로의 보다 효율적인 급전이 가능하게 된다.

제7실시예는 제6실시예와 유사한 효과를 취득하고, 그 밖에도 제6실시예에서 보다 높은 자유도가 성취될 수 있는데, 그 이유는 전류(IAC)를 제어하기 위한 전류제어시스템과 전압(VDC)을 제어하기 위한 전압제어시스템이 별도로 제공되기 때문이다.

[제8실시예]

축전장치(B)와 입출력되는 전류(IB)가 변동하는 경우, 축전장치(B)의 저항 성분과 승압컨버터(10)의 리액터(L)의 저항 성분이 증가하고, 축전장치(B)의 충방전 효율이 저하된다. 그러므로, 제8실시예에서는, 전류(IB)의 변동(펄싱모션)을 저감시킬 수 있는 전류제어시스템이 제7실시예의 구성에 추가된다.

제8실시예는 컨버터제어유닛의 구성에 있어서 제7실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는 제7실시예와 동일하다.

도 29는 제8실시예에 따른 컨버터제어유닛의 상세한 기능블럭도이다. 도 29를 참조하면, 컨버터제어유닛(66A)이 도 28에 도시된 제7실시예에 따른 컨버터제어유닛(66)의 구성을 구비하고, 추가적으로 제산유닛(310), 가산유닛(312), 감산유닛(314) 및 PI제어유닛(316)을 포함한다.

제산유닛(310)은 FB제어유닛(306)으로부터의 출력을 전압센서(76)로부터의 전압(VB)으로 나눈다. 가산유닛(312)은 축전장치(B)와 입출력되는 전류지령(IBR)을 제산유닛(310)의 출력에 가산한다. 상기 전류지령(IBR)은 예컨대 충방전전력지령값(PR)을 전압(VB)으로 나누어 얻어질 수도 있다.

감산유닛(314)은 가산유닛(312)의 출력으로부터 전류센서(88)로부터의 전류(IB)를 감산하고, 그 연산 결과를 PI제어유닛(316)으로 출력한다. PI제어유 닛(316)은 입력신호로서 감산유닛(314)으로부터의 출력을 이용하여 비례적분연산을 수행하고, 그 연산 결과를 게이트제어유닛(308)으로 출력한다.

컨버터제어유닛(66A)에서는, PI제어유닛(316)이 전류(IB)를 제어하여, 전류지령(IBR)에 더욱 근접하게 된다. 전류(IB)의 제어성이 너무 높게 되면(PI제어유닛(316)의 제어 게인이 너무 높게 설정되면), 전압(VDC)의 제어성이 저하된다. 캐패시터(C1)가 충분한 용량을 가지고 전압(VDC)의 전압 변동이 캐패시터(C1)에 의해 소정의 크기로 방지될 수 있는 경우, 전류(IB)의 보다 높은 제어성이 축전장치(B)의 개선된 충방전 효율에 기여하게 된다.

상술된 바와 같이, 제8실시예에 따르면, 전류(IB)를 목표전류로 제어하기 위한 전류제어시스템이 컨버터제어유닛에 추가되므로, 전압(VDC)의 제어성과 전류(IB)의 제어성을 적절하게 설정함으로써, 축전장치(B)의 충방전 효율이 더욱 개선될 수 있게 된다. 또한, 전류(IB)의 감소된 펄싱모션은 축전장치(B)의 저하에 덜 기여하게 된다. 또한, 캐패시터(C1)의 손실과 저하 또한 억제될 수 있게 된다.

[제9실시예]

만일 축전장치(B)와 승압컨버터(10) 사이에 제공되는 시스템메인릴레이(도시안됨)가 승압컨버터(10)의 동작 시에 소정의 이상에 의해 턴 오프되어야만 하는 경우, 승압컨버터(10)의 리액터(L)에 축적되는 에너지가 방전될 수 있어, 시스템메인릴레이를 통해 과도한 전류가 흐르도록 하고, 상기 시스템메인릴레이가 용접될 수도 있다. 또한, 과도한 전압이 승압컨버터(10)에 인가될 수도 있어, npn 트랜지스터(Q1, Q2)의 과전압 항복을 초래할 수도 있다. 그러므로, 제9실시예에서는, 전 류(IB)와 전류지령(IBR)간의 편차를 토대로 이상이 검출되고, 여하한의 이상이 발견되는 경우에는, 시스템메인릴레이를 턴 오프하기 전에 승압컨버터(10)가 정지된다.

제9실시예는 컨버터제어유닛의 구성에 있어서 제8실시예와 상이하지만, 이 점을 제외하고는 제8실시예와 동일하다.

도 30은 제9실시예에 따른 컨버터제어유닛의 상세한 기능블럭도이다. 도 30을 참조하면, 컨버터제어유닛(66B)은 도 29에 도시된 제8실시예의 컨버터제어유닛(66A)의 구성을 가지며, 추가적으로 이상검출유닛(318)을 포함한다.

이상검출유닛(318)은 감산유닛(314)의 출력, 즉 전류센서(88)로부터의 전류(IB)와 전류지령간의 편차가 사전설정된 규정값을 초과하였는 지의 여부를 판정한다. 상기 편차가 규정값을 초과한 것으로 판정된다면, 이상검출유닛(318)은 셧다운신호(SDOWN)를 활성화시키고, 이를 게이트제어유닛(308)으로 출력한다.

이상검출유닛(308)으로부터의 셧다운신호(SDOWN)가 활성화되면, 게이트제어유닛(308)은 승압컨버터(10)의 npn 트랜지스터(Q1, Q2) 양자 모두를 턴 오프하기 위한 신호(PWC)를 생성하고, 상기 신호를 승압컨버터(10)로 출력한다.

이러한 방식으로, 제9실시예에 따르면, 전류지령과 실제 전류간의 편차가 규정값을 초과하는 경우, 상기 승압컨버터(10)는 이상인 것으로 판정되어, 승압컨버터(10)가 즉시 정지된다. 그러므로, 시스템메인릴레이의 용접 또는 승압컨버터(10)의 과전압 항복이 방지될 수 있게 된다. 또한, 승압컨버터(10)의 고장 검출이 실제 전류를 검출하여 행해짐에 따라, 스트레스가 없는 장치보호가 가능하게 된다.

또한, 상술된 실시예들 각각에 있어서, 모터제너레이터(MG1, MG2)는 3상AC회전전기기계이다. 하지만, 본 발명은 3상AC회전전기기계가 아닌 다상AC회전전기기계에 용이하게 확장 및 적용될 수도 있다.

상술된 실시예들 각각에 있어서, 하이브리드자동차는 엔진(4)의 동력이 동력분할기구(3)에 의하여 차축 및 모터제너레이터(MG1)로 분할 및 전달될 수 있는 직렬/병렬 타입의 것으로 가정된다. 하지만, 본 발명은 엔진(4)이 모터제너레이터(MG1)를 구동하기 위한 것으로만 사용되고, 차량의 구동력이 모터제너레이터(MG1)에 의해 생성되는 전력을 사용하는 모터제너레이터(MG2)에 의해서만 생성되는 직렬형 하이브리드자동차에도 적용가능하다.

또한, 각각의 실시예들에 있어서, 하이브리드자동차는 본 발명에 따른 차량의 일례로서 기술되었다. 본 발명은 엔진(4)이 장착되지 않은 전기자동차 또는 연료전지차량에도 적용가능하다.

상기에서, 모터제너레이터(MG1, MG2)는 본 발명의 "제1AC회전전기기계" 및 "제2AC회전전기기계"에 대응하고, 3상코일(12, 14)은 "제1다상권선" 및 "제2다상권선"에 대응한다. 또한, 인버터(20, 30)는 본 발명의 "제1인버터" 및 "제2인버터"에 대응하고, 중성점(N1, N2)은 본 발명의 "제1중성점" 및 "제2중성점"에 대응한다. 또한, 전력선(NL1, NL2)은 본 발명의 "전력선쌍"에 대응하고, 전압센서(74)는 본 발명의 "제1전압검출장치"에 대응한다.

전류센서(86)는 본 발명의 "제1전류검출장치"에 대응하고, 전류센서(82, 84)는 본 발명의 "복수의 제2전류검출장치"에 대응한다. 또한, 각각의 전류제어유 닛(118, 118A, 118B)은 본 발명의 "전류제어유닛"에 대응하고, 전류제어유닛(226, 230, 234)은 본 발명의 "복수의 전류제어유닛"에 대응한다. 또한, PWM제어유닛(122, 124)은 본 발명의 "구동신호생성유닛"에 대응하고, 전류제어유닛(118B)은 "반복제어유닛"에 대응한다.

또한, 전압센서(72)는 본 발명의 "제2전압검출장치"에 대응하고, 인버터입력전압지령설정유닛(252), 감산유닛(254) 및 PI제어유닛(256)은 본 발명의 "전류지령생성유닛의 전압제어유닛"을 형성한다. 또한, 전류센서(88)는 본 발명의 "제3전류검출장치"에 대응하고, 인버터입력전압지령연산유닛(302), 감산유닛(304) 및 FB제어유닛(306)은 본 발명의 "컨버터제어유닛의 전압제어유닛"을 형성한다. 또한, 가산유닛(312), 감산유닛(314) 및 PI제어유닛(316)은 "컨버터제어유닛의 전류제어유닛"을 형성한다.

지금까지 기술된 실시예들은 단지 예시적인 것으로서, 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 실시예들의 상세한 설명을 적절하게 고려하여 각각의 청구범위에 의해 결정되며, 상기 청구범위의 기술적 사상과 균등론 범위 내에서 다양한 변형예들을 포괄하고자 한다.

Claims (24)

1. 차량 외부의 AC전원으로부터 차량에 탑재된 축전장치의 충전과 상기 축전장치로부터 상기 AC전원으로의 급전 중 어느 하나를 실행가능한 전력제어장치에 있어서,

   성형결선된 제1다상권선을 고정자권선으로 포함하는 제1AC회전전기기계;

   성형결선된 제2다상권선을 고정자권선으로 포함하는 제2AC회전전기기계;

   상기 제1다상권선에 연결되어, 상기 제1AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행하는 제1인버터;

   상기 제2다상권선에 연결되어, 상기 제2AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행하는 제2인버터;

   상기 제1다상권선의 제1중성점과 상기 제2다상권선의 제2중성점에 연결되어, 상기 AC전원과 상기 제1 및 제2중성점간의 전력의 교환이 가능하도록 구성된 전력선쌍;

   상기 AC전원의 전압을 검출하는 제1전압검출장치;

   상기 제1전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 실효값과 위상을 검출하고, 검출된 실효값과 위상 및 상기 축전장치에 대한 충방전전력지령값을 기초로 하여, 상기 AC전원의 전압에 대하여 조정된 위상을 갖는 상기 전력선쌍으로 흐르게 되는 전류의 지령값을 생성하는 전류지령생성유닛; 및

   상기 전류지령생성유닛에 의해 생성되는 전류지령값을 토대로, 상기 제1 및 제2인버터 중 하나 이상의 0상전압을 제어하는 인버터제어유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전류지령생성유닛은 상기 AC전원의 전압과 동상의 전류지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전류지령생성유닛은,

   상기 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 전압의 실효값을 연산하는 실효값연산유닛,

   상기 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 전압의 위상을 검출하는 위상검출유닛,

   상기 위상검출유닛에 의해 검출되는 위상에 대하여 위상-조정되는 정현파를 생성하는 정현파생성유닛, 및

   상기 충방전전력지령값을 상기 실효값으로 나누고, 그 연산 결과에 상기 정현파생성유닛으로부터의 정현파를 곱하여 상기 전류지령값을 생성하는 연산유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 정현파생성유닛은 상기 위상검출유닛에 의해 검출되는 위상과 동상의 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 인버터제어유닛은 상기 전류지령값을 토대로 상기 제1 및 제2인버터 중 일 인버터의 0상전압을 제어하고, 상기 인버터들 중 타 인버터의 0상전압을 고정값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 인버터제어유닛은, 상기 일 인버터에 대응하는 중성점의 전위가 상기 타 인버터에 대응하는 중성점의 전위보다 높을 때, 상기 타 인버터의 각 상들의 아암들 중 상부아암은 턴오프시키고 하부아암은 턴온시키며, 상기 일 인버터에 대응하는 중성점의 전위가 상기 타 인버터에 대응하는 중성점의 전위보다 낮을 때, 상기 상부아암은 턴온시키고 상기 하부아암은 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 인버터제어유닛은 상기 전류지령값을 토대로 상기 0상전압을 제어하는 인버터로서 상기 제1 및 제2인버터를 주기적으로 교체하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 인버터제어유닛은, 상기 축전장치가 상기 AC전원으로부터 충전될 때, 상기 타 인버터의 각 상들의 아암들 중 상부 및 하부아암을 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 인버터제어유닛은, 상기 제2인버터의 0상전압이 그 부호가 반전된 상기 제1인버터의 0상전압에 이르도록 상기 전류지령값을 토대로 상기 제1 및 제2인버터의 0상전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 인버터제어유닛은 사전설정된 반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 제1신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 반송파와 상기 제1신호파의 부호를 반전시켜 얻어지는 제2신호파간의 대소관계에 따라 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제2구동신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 인버터제어유닛은 사전설정된 제1반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 제1반송파의 부호를 반전시켜 얻어지는 제2반송파와 상기 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제2구동신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
12. 제9항에 있어서,

    상기 인버터제어유닛은 사전설정된 반송파와 상기 전류지령값을 토대로 생성되는 신호파간의 대소관계에 따라 상기 제1인버터의 스위칭을 제어하기 위한 제1구동신호를 생성하고, 상기 제2인버터의 스위칭을 제어하기 위하여 상기 제1구동신호에 대하여 상보적으로 변화하는 제2구동신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 전력선쌍을 통과하는 전류를 검출하는 제1전류검출장치를 더 포함하여 이루어지고,

    상기 인버터제어유닛은,

    상기 제1전류검출장치로부터 검출된 전류값과 상기 전류지령값간의 편차를 토대로 상기 제1 및 제2인버터의 0상전압지령을 생성하는 전류제어유닛, 및

    생성되는 0상전압지령을 토대로 상기 제1 및 제2인버터를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 구동신호생성유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장 치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 제1 및 제2AC회전전기기계 각각의 각 상들을 통과하는 전류를 검출하기 위한 복수의 제2전류검출장치를 더 포함하여 이루어지고,

    상기 인버터제어유닛은,

    상기 제1 및 제2AC회전전기기계 각각의 각 상들에 대응하여 제공되고, 대응하는 상기 제2전류검출장치의 검출된 전류값과 상기 전류지령값을 각 상들로 균등 분배하여 얻어지는 각 상의 전류지령값간의 편차를 토대로, 대응하는 인버터의 대응하는 상의 전압지령을 생성하는 복수의 전류제어유닛, 및

    생성된 각 상의 전압지령을 토대로 상기 제1 및 제2인버터를 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 구동신호생성유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 전류제어유닛은 상기 전류지령값에 대응하는 정현파 함수를 이용하여 제어보상량을 산출하는 내부모델보상유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 내부모델보상유닛은,

    상기 전류지령값 또는 각 상의 상기 전류지령값의 크기의 평균값을 산출하는 제1평균값연산유닛,

    상기 검출된 전류값의 크기의 평균값을 산출하는 제2평균값연산유닛, 및

    상기 제1평균값연산유닛으로부터의 출력과 상기 제2평균값연산유닛으로부터의 출력간의 편차에 게인을 곱하고, 그 연산 결과에 상기 AC전원과 동상의 정현파 함수를 추가로 곱하여 상기 제어보상량을 제공하는 연산유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
17. 제13항에 있어서,

    상기 전류제어유닛은 상기 AC전원의 1주기전의 상기 편차를 토대로, 상기 0상전압지령을 상기 AC전원의 각 상에 대하여 연속해서 산출하기 위한 반복제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
18. 제1항에 있어서,

    상기 제1 및 제2인버터에 인가되는 DC전압을 검출하는 제2전압검출장치를 더 포함하여 이루어지고,

    상기 전류지령생성유닛은, 상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값과 상기 DC전압의 목표전압 간의 편차를 토대로, 상기 DC전압이 상기 목표전압으로 조정되도록 상기 충방전전력지령값을 보정하는 전압제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
19. 제1항에 있어서,

    상기 축전장치와 상기 제1 및 제2인버터 사이에 제공되는 승압컨버터;

    상기 제1 및 제2인버터에 인가되는 DC전압을 검출하는 제2전압검출장치; 및

    상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로, 상기 DC전압이 목표전압으로 조정되도록 상기 승압컨버터를 제어하는 컨버터제어유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 축전장치와 입출력되는 전류를 검출하는 제3전류검출장치를 더 포함하여 이루어지고,

    상기 컨버터제어유닛은,

    상기 제2전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로 상기 DC전압을 상기 목표전압으로 조정하도록 구성된 전압제어유닛, 및

    상기 제3전류검출장치로부터 검출된 전류값을 토대로, 상기 축전장치와 입출력되는 전류를 목표전류로 조정하도록 구성된 전류제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 컨버터제어유닛은 상기 검출된 전류값과 상기 목표전류간의 편차가 임계값을 초과할 때 상기 승압컨버터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
22. 차량에 있어서,

    축전장치; 및

    차량 외부의 AC전원으로부터 상기 축전장치의 충전과 상기 축전장치로부터 상기 AC전원으로의 급전 중 어느 하나를 실행가능한 전력제어장치를 포함하여 이루어지고,

    상기 전력제어장치는,

    성형결선된 제1다상권선을 고정자권선으로 포함하는 제1AC회전전기기계;

    성형결선된 제2다상권선을 고정자권선으로 포함하는 제2AC회전전기기계;

    상기 제1다상권선에 연결되어, 상기 제1AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행하는 제1인버터;

    상기 제2다상권선에 연결되어, 상기 제2AC회전전기기계와 상기 축전장치간의 전력변환을 행하는 제2인버터;

    상기 제1다상권선의 제1중성점과 상기 제2다상권선의 제2중성점에 연결되어, 상기 AC전원과 상기 제1 및 제2중성점간의 전력의 교환이 가능하도록 구성된 전력선쌍;

    상기 AC전원의 전압을 검출하는 제1전압검출장치;

    상기 제1전압검출장치로부터 검출된 전압값을 토대로 상기 AC전원의 실효값과 위상을 검출하고, 검출된 실효값과 위상 및 상기 축전장치에 대한 충방전전력지령값을 기초로 하여, 상기 AC전원의 전압에 대하여 조정된 위상을 갖는 상기 전력선쌍으로 흐르게 되는 전류의 지령값을 생성하는 전류지령생성유닛; 및

    상기 전류지령생성유닛에 의해 생성되는 전류지령값을 토대로, 상기 제1 및 제2인버터 중 하나 이상의 0상전압을 제어하는 인버터제어유닛을 포함하며,

    상기 차량은,

    상기 제1 및 제2AC회전전기기계 중 하나 이상으로부터 구동토크를 받는 차륜을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량.
23. 제14항에 있어서,

    상기 복수의 전류제어유닛 각각은 상기 전류지령값에 대응하는 정현파 함수를 이용하여 제어보상량을 산출하는 내부모델보상유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
24. 제14항에 있어서,

    상기 복수의 전류제어유닛 각각은 상기 AC전원의 1주기전의 상기 편차를 토대로, 상기 각 상의 전압지령을 상기 AC전원의 각 상에 대하여 연속해서 산출하기 위한 반복제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.

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