KR101046356B1 - 전원장치 및 전원장치의 제어방법 - Google Patents

전원장치 및 전원장치의 제어방법 Download PDF

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다카야 소마
히로시 요시다
다케시 모가리
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도요타 지도샤（주）
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Abstract

축전장치(CA)는 전지(B)에 병렬로 전원선(PL1)과 접지선(PL2)에 연결된다. 서비스플러그(SVP)는 저항기(R2)를 포함하고, 상기 저항기(R2)를 릴레이회로(RL1)의 접점에 연결하기 위하여 상기 축전장치(CA) 상에 장착된다. 상기 서비스플러그(SVP)는 축전장치(CA) 상에 배치된 통상적인 세이프티플러그와는 별개의 부재를 구성한다. 축전장치(CA)의 잔존 전하가 실질적으로 제로이면, 작업자가 통상적인 세이프티플러그를 대신하여 축전장치(CA)에 서비스플러그(SVP)를 장착한다. 이에 따라, 축전장치(CA)가 상기 축전장치(CA)의 유지보수 등에 의해 과방전상태로 설정된다면, 전류제한장치를 내부에 구비한 서비스플러그(SVP)가 장착되는 차량시스템이 기동되어, 돌입전류의 발생을 방지하게 된다.

Description

전원장치 및 전원장치의 제어방법{POWER SUPPLY DEVICE AND POWER SUPPLY DEVICE CONTROL METHOD}
본 발명은 전원장치 및 전원장치의 제어방법에 관한 것으로, 특히 2차전지와 캐패시터로부터 전력을 공급할 수 있는 전원장치 및 상기 전원장치의 제어방법에 관한 것이다.
최근, 환경을 고려한 자동차로서 하이브리드자동차 및 전기자동차가 주목받고 있다. 하이브리드자동차는 구동력원으로서, 종래의 엔진 이외에 DC전원, 인버터 및 상기 인버터에 의해 구동되는 전동기를 이용한다. 보다 상세하게는, 엔진이 구동되어 구동력원을 제공하게 되고, 추가로 인버터가 DC전원으로부터 제공되는 DC전압을 상기 변환된 AC모터에 의해 모터를 구동하기 위한 AC전압으로 변환하여 구동력원을 제공하게 된다.
전기자동차는 구동력원으로서, DC전원과 인버터 뿐만 아니라 상기 인버터에 의해 구동되는 전동기를 이용한다.
차량을 적절하게 구동시켜 에너지 효율을 향상시키기 위하여, 상술된 하이브리드자동차 또는 전기자동차는 모터로의 부하에 대응하는 전력을 공급하는 것과 회생 운전 시에 에너지를 효율적으로 회수하는 것이 요구된다.
상기 요건들을 충족시키기 위하여, 예컨대 일본특허공개 제2004-15866호는 전동기의 전력원이 병렬로 연결된 2차전지와 캐패시터를 포함하는 축전장치로 형성되는 하이브리드자동차를 개시하고 있다.
이러한 구조는 2차전지의 발열량을 최대화하는 잔존용량을 얻도록 축전장치의 충방전을 제어한다. 그러므로, 축전장치가 정전력으로 충전되어야 하는 경우에도, 상기 2차전지의 온도가 급속하게 증가될 수 있어, 축전장치의 방전가능한 출력과 충전가능한 입력을 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 일본특허공개 제2004-312926호는 2차전지로부터 전력변환회로를 통해 또는 캐패시터로부터 전력을 공급하여 전동기를 구동시키기 위한 차량의 제어장치를 개시하고 있다.
상기 차량의 제어장치는 전동기 상의 부하의 상태에 따라 전력변환회로의 동작을 제어하기 위한 제어수단을 포함한다. 제어수단이 부하의 상태에 따라 전력변환회로를 동작시키지 못하는 경우, 상기 캐패시터는 전력을 전동기에 공급할 수 있다. 그러므로, 에너지 손실이 전력변환회로에서 발생하지 않고, 연료소비가 개선될 수 있게 된다. 제어수단이 전력변환회로를 동작시키는 경우에는, 2차전지가 전력을 공급할 수 있어, 전동기가 차량을 구동하기 위한 충분한 구동력을 발생시킬 수 있고, 차량구동성능의 저하가 방지될 수 있게 된다.
상기 특허 문헌에 기술된 바와 같이 전동기용 전력원으로서 캐패시터와 2차전지가 제공되는 차량의 제어장치에서는, 캐패시터에 남아 있는 전하가 차량시스템이 정지한 후에 방전될 수도 있다. 예를 들어, 전원장치의 유지보수 작업 시, 캐패 시터에 남아 있는 전하들은 작업 안전성을 확보하기 위한 유지보수를 행하기 전에 방전된다.
그러므로, 차량시스템의 다음 기동 시에, 캐패시터가 과방전상태에 있게 되고, 운전자가 점화장치를 턴 온 시킬 때, 컨버터가 동작하는 경우에 상기 전지에 의해 충전될 것이다.
하지만, 상기 상태에서는, 캐패시터의 전압이 실질적으로 제로이므로, 전지에 대한 전압차로 인하여 과전류(예컨대, 돌입전류)가 캐패시터 안으로 흐를 수도 있게 된다. 이러한 돌입전류는 내부적으로 과열되어 캐패시터에 손상을 입힐 수도 있고, 캐패시터를 전원선에 연결하기 위해 채택되는 릴레이를 용착시킬 수도 있다. 이는 상기 돌입전류의 발생의 관점에서 볼 때, 차량시스템이 캐패시터의 방전 직후에 기동될 수 없다는 문제점을 초래한다.
돌입전류를 피하기 위해서는, 캐패시터의 충방전 전류를 제어하기 위한 전류제한장치를 배치하는 것이 유효하다. 상기 전류제한장치는 저항 또는 리액터일 수도 있다.
하지만, 전력원으로서 큰 용량의 캐패시터를 이용하는 차량의 제어장치에서는, 캐패시터 자체가 고출력밀도를 가지므로, 그 전류제한장치가 고임피던스 및 큰 사이즈를 가져야만 한다. 이는 장치의 크기를 증가시킬 수도 있다.
이에 따라, 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안되었으며, 그 목적은 안전성이 높은 소형의 장치 구조로 구현될 수 있는 전원장치 및 상기 전원장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전원장치는 전원선에 전력을 공급할 수 있는 전원; 상기 전원선과 모터 사이에 배치되어, 상기 모터를 구동 및 제어하기 위한 구동회로; 상기 전원선에 연결되어, 상기 전원에 병렬로 배치되는 축전장치; 폐쇄상태에서 상기 축전장치를 상기 전원선에 전기적으로 연결시키는 스위치장치; 및 상기 스위치장치의 개폐 동작을 제어하는 제어장치를 포함한다. 상기 축전장치는, 상기 스위치장치가 폐쇄될 때, 상기 전원선과 상기 축전장치로 형성되는 전류경로 상에서 상기 스위치장치에 직렬로 연결되도록 배치된 릴레이회로, 및 외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로에 장착되어 저항소자를 통해 상기 릴레이회로의 접점들을 함께 연결시키며, 상기 릴레이회로로부터 제거되어 상기 릴레이회로의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제1연결부재를 포함한다. 상기 제어장치는, 상기 축전장치의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 상기 스위치장치를 폐쇄시킨다.
상기 전원장치에 있어서, 축전장치의 전류제한은 전류제한장치가 영구적이면서 내부적으로 제공되는 전원장치보다 작은 장치 구조에 의해 돌입전류의 발생이 방지될 수 있도록 외부적으로 탈착가능하게 장착되는 제1연결부재를 채택함으로써 배치된다.
상기 축전장치는 외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로에 장착되어 상기 릴레이회로의 접점들을 함께 직접 연결시키며, 상기 릴레이회로로부터 제거되어 상기 릴레이회로의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제2연결부재를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1연결부재는, 상기 축전장치의 전원전압이 상기 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 제2연결부재가 상기 릴레이회로로부터 제거된 후에 상기 릴레이회로에 장착된다. 상기 제2연결부재는, 상기 축전장치의 전원전압이 상기 스위치장치의 폐쇄와 연동하여 상기 전원선 상의 전압과 실질적으로 같게 될 때, 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로로부터 제거된 후에 상기 릴레이회로에 장착된다.
상기 전원장치에 따르면, 축전장치의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하인 경우, 통상적인 제2연결부재가 전류제한장치를 내부적으로 포함하는 제1연결부재로 대체된다. 그러므로, 소형의 장치 구조에 의해 돌입전류의 발생이 확실하게 방지될 수 있게 된다.
상기 제어장치는 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 판정유닛은, 상기 축전장치의 충전요구의 외부 지정을 검출하는 충전요구검출유닛, 및 상기 릴레이회로의 접점들간의 도통/비도통을 검출하는 릴레이회로검출유닛을 포함한다. 상기 판정유닛은, 상기 축전장치의 충전요구의 지정이 검출되고 상기 릴레이회로의 접점들간의 도통이 검출될 때, 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착된 것으로 판정한다.
상술된 전원장치는 축전장치에서의 전류제한장치의 설치를 확실하게 판정할 수 있다.
상기 축전장치는 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 폐쇄상태를 조작하는 스위치회로를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제어장치는 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정유닛을 포함한다. 상기 판정유닛은, 상기 스위치회로가 폐쇄상태에 있을 때, 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착된 것으로 판정한다.
상술된 전원장치는 축전장치에서의 전류제한장치의 설치를 확실하게 판정할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 전원장치의 제어방법은 전력을 전원선에 공급하는 전원장치를 제어한다. 상기 전원장치는 전원선에 전력을 공급할 수 있는 전원, 상기 전원선과 모터 사이에 배치되어, 상기 모터를 구동 및 제어하기 위한 구동회로, 상기 전원선에 연결되어, 상기 전원에 병렬로 배치되는 축전장치, 및 폐쇄상태에서 상기 축전장치를 상기 전원선에 전기적으로 연결시키는 스위치장치를 포함한다. 상기 축전장치는 상기 스위치장치가 폐쇄될 때, 상기 전원선과 상기 축전장치로 형성되는 전류경로 상에서 상기 스위치장치에 직렬로 연결되도록 배치된 릴레이회로를 포함한다. 상기 전원장치의 상기 제어방법은, 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 저항소자를 통해 상기 릴레이회로의 접점들을 함께 연결시키는 릴레이회로제어단계; 및 상기 축전장치의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 상기 스위치장치를 폐쇄시키는 스위치제어단계를 포함한다.
상기 전원장치의 제어방법에 있어서, 축전장치의 전류제한은 전류제한장치가 영구적이면서 내부적으로 제공되는 전원장치보다 작은 장치 구조에 의해 돌입전류의 발생이 방지될 수 있도록 외부적으로 탈착가능하게 장착되는 제1연결부재를 채택함으로써 배치된다.
상기 릴레이회로제어단계는 상기 축전장치의 전원전압이 상기 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로로부터의 상기 제2연결부재의 제거가능함과 연동하여 상기 릴레이회로의 접점들을 서로 비도통시키는 단계; 상기 제2연결부재가 상기 릴레이회로로부터 제거된 후, 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 상기 저항소자를 통해 상기 릴레이회로의 접점들을 함께 연결시키는 단계; 상기 축전장치의 전원전압이 상기 스위치장치의 폐쇄와 연동하여 상기 전원선 상의 전압과 실질적으로 같게 될 때, 상기 릴레이회로로부터의 상기 제1연결부재의 제거와 연동하여 상기 릴레이회로의 접점들을 서로 비도통시키는 단계; 및 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로로부터 제거된 후, 상기 릴레이회로에 대한 상기 제2연결부재의 장착과 연동하여 상기 릴레이회로의 접점들을 함께 직접 연결시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전원장치의 제어방법에 따르면, 축전장치의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하인 경우, 통상적인 제2연결부재가 전류제한장치를 내부적으로 포함하는 제1연결부재로 대체된다. 그러므로, 소형의 장치 구조에 의해 돌입전류의 발생이 확실하게 방지될 수 있게 된다.
상기 스위치제어단계는 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 판정단계는 상기 축전장치의 충전요구의 외부 지정을 검출하는 충전요구검출단계, 상기 릴레이회의 접점들간의 도통/비도통을 검출하는 릴레이회로검출단계, 및 상기 축전장치의 충전 요구의 지정이 검출되고 상기 릴레이회로의 접점들간의 도통이 검출될 때, 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착된 것으로 판정하는 단계를 포함한다.
상술된 전원장치의 제어방법은 축전장치에서의 전류제한장치의 설치를 확실하게 판정할 수 있다.
상기 축전장치는 상기 릴레이회로에 대한 상기 제1연결부재의 장착과 연동하여 폐쇄상태를 조작하는 스위치회로를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 스위치제어단계는 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정단계를 포함한다. 상기 판정단계는 상기 스위치회로가 폐쇄상태에 있을 때, 상기 제1연결부재가 상기 릴레이회로에 장착된 것으로 판정한다.
상술된 전원장치의 제어방법은 축전장치에서의 전류제한장치의 설치를 확실하게 판정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력을 제1 및 제2전원선에 공급할 수 있는 전원과 축전장치를 구비한 전원장치에서의 소형 장치 구조에 의해 돌입전류의 발생이 방지될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원장치를 채택하는 모터구동장치의 개략적인 블럭도;
도 2는 도 1의 서비스플러그의 구체적인 구조를 예시한 도면;
도 3은 도 2의 제어장치에서 캐패시터충전모드가 선택되었는 지의 여부를 판 정하는 동작을 예시하기 위한 흐름도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축전장치의 충전 동작을 예시하기 위한 흐름도;
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 서비스플러그, 세이프티플러그 및 축전장치의 구체적인 구조를 예시한 도면; 및
도 6은 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 캐패시터충전모드가 선택되었는 지의 여부를 판정하는 동작을 예시하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 하기 설명에서, 동일하거나 대응하는 부분들은 동일한 참조부호로 표시하고, 그 설명을 반복하지는 않기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전원장치를 채택하는 모터구동장치의 개략적인 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 모터구동장치는 전지(B), 승압컨버터(12), 축전장치(CA), 캐패시터(C0), 인버터(14, 31), 전압센서(10, 11, 13), 전류센서(24, 28), 시스템릴레이(SRB1~SRB3, SRC1, SRC2), 저항(R1) 및 제어장치(30)를 포함한다.
엔진(ENG)은 가솔린과 같은 연료의 연소에너지로부터 구동력을 발생시킨다. 엔진(ENG)에 의해 발생되는 구동력은 동력분배기구(PSD)에 의해 도 1의 두꺼운 선으로 빗금친 두 경로로 분할된다. 상기 경로 중 하나는 감속기(도시안됨)를 통해 파워를 차륜을 구동시키는 구동축으로 전달한다. 타 경로는 파워를 모터제너레이 터(MG1)로 전달한다.
각각의 모터제너레이터(MG1, MG2)는 발전기와 전동기로서 동작할 수 있다. 하지만, 모터제너레이터(MG1)는 일차적으로 발전기로서 동작하고, 모터제너레이터(MG2)는 일차적으로 전동기로서 동작한다.
보다 상세하게는, 모터제너레이터(MG1)는 3상AC회전기이고, 가속 동작 시에 엔진(ENG)을 시동하기 위한 스타터로서 사용된다. 이러한 동작 시, 모터제너레이터(MG1)는 전지(B)로부터 전력을 받아, 전동기로서 동작하여 엔진(ENG)을 크랭킹하게 된다.
엔진(ENG)이 시동된 후, 모터제너레이터(MG1)는 동력분배기구(PSD)를 통해 전달되는 엔진(ENG)의 구동력에 의하여 회전된다.
모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 전력은 축전장치(CA)의 저장된 전기에너지와 차량의 구동상태에 따른 방식으로 사용된다. 예를 들어, 정상 주행 또는 급가속 시, 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 전력은 모터제너레이터(MG2)를 구동하기 위한 전력으로서 사용된다. 축전장치(CA)의 저장된 에너지가 사전설정된 값보다 낮으면, 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 전력이 인버터(14)에 의해 AC전력에서 DC전력으로 변환되고, 축전장치(CA)에 저장된다.
모터제너레이터(MG2)는 3상AC회전기이고, 축전장치(CA)에 저장된 전력과 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 전력 중 하나 이상에 의해 구동된다. 모터제너레이터(MG2)의 구동력은 감속기를 통해 차륜의 구동축으로 전달된다. 이에 따라, 모터제너레이터(MG2)는 엔진(ENG)을 도와 차량을 구동시키거나 또는 그 자체 구동 력에 의해서만 차량을 구동시킨다.
차량의 회생제동 시, 모터제너레이터(MG2)는 감속기를 통해 차륜에 의해 구동되어, 발전기로서 동작한다. 상기 동작 시에는, 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 회생전력이 인버터(31)를 통해 축전장치(CA)로 공급되어 그것을 충전하게 된다.
전지(B)는 니켈수소전지 또는 리튬이온전지와 같은 2차전지로 형성된다. 또한, 전지(B)는 연료전지일 수도 있다. 퓨즈소자(FS)는 전지(B)에 대하여 직렬로 배치되고, 서비스플러그(도시안됨)와 통합되어 고전압회로를 차단하기 위한 회로개폐장치를 형성하게 된다. 전압센서(10)는 전지(B)로부터 출력되는 DC전압(Vb)을 검출하고, 검출된 DC전압(Vb)을 제어장치(30)에 제공한다.
시스템릴레이(SRB1)와 저항(R1)은 전지(B)의 양극과 승압컨버터(12) 사이에 직렬로 연결된다. 시스템릴레이(SRB2)는 전지(B)의 양극과 승압컨버터(12) 사이에 연결되고, 시스템릴레이(SRB1)와 저항(R1)에 병렬로 배치된다. 시스템릴레이(SRB3)는 전지(B)의 음극과 승압컨버터(12) 사이에 연결된다.
시스템릴레이(SRB1~SRB3)는 제어장치(30)로부터 제공되는 신호 SEB에 의해 턴 온/오프된다. 보다 상세하게는, 시스템릴레이(SRB1~SRB3)는 제어장치(30)로부터 제공되는 H-레벨(논리 하이)의 신호 SEB에 의해 턴 온되고, 제어장치(30)로부터 제공되는 L-레벨(논리 로우)의 신호 SEB에 의해 턴 오프된다.
승압컨버터(12)는 전지(B)로부터 공급되는 DC전압(Vb)을 임의의 레벨로 승압시키고, 상기 승압된 전압을 캐패시터(C0)로 공급한다. 보다 상세하게는, 승압컨버 터(12)가 제어장치(30)로부터 신호 PWMC를 수신하면, 신호 PWMC에 따라 승압된 DC전압(Vb)을 캐패시터(C0)로 공급한다. 승압컨버터(30)가 제어장치(30)로부터 신호 PWMC를 수신하면, 인버터(들)(14 및/또는 31)로부터 캐패시터(C0)를 통해 공급되는 DC전압을 강압시켜, 그것으로 전지(B)를 충전시킨다.
축전장치(CA)는 전원선(PL1)과 접지선(PL2)에 연결되어 전지(B)와 병렬로 배치된다. 축전장치(CA)는 서로 직렬로 연결된 캐패시터(C1, C2)를 포함한다. 캐패시터(C1, C2)는 각각 전기이중층 캐패시터로 형성된다. 전압센서(11)는 축전장치(CA)의 양 단자들 사이의 전압(이하, "단자간 전압"이라고도 함)을 검출하고, 그것을 제어장치(30)에 제공한다.
본 발명에서는, 저항(R2)을 내부적으로 구비한 서비스플러그(SVP)가 축전장치(CA)에 장착되어, 축전장치(CA)가 저항(R2)을 통해 전원선(PL1, PL2)에 전기적으로 연결되도록 한다.
시스템릴레이(SRC1)는 전원선(PL1)과 캐패시터(C1) 사이에 연결된다. 시스템릴레이(SRC2)는 접지선(PL2)과 캐패시터(C2)의 음단자 사이에 연결된다. 시스템릴레이(SRC1, SRC2)는 제어장치(30)로부터 제공되는 신호 SEC에 따라 턴 온/오프된다. 보다 상세하게는, 시스템릴레이(SRC1, SRC2)는 제어장치(30)로부터 제공되는 H-레벨의 신호 SEC에 의해 턴 온되고, 제어장치(30)로부터 제공되는 L-레벨의 신호 SEC에 의해 턴 오프된다.
캐패시터(C0)는 승압컨버터(12)에 의해 승압되는 DC전압을 평활화하고, 상기 평활화된 DC전압을 인버터(14, 31)로 공급한다. 전압센서(13)는 캐패시터(C0)의 양 단간의 전압 Vm(인버터(14, 31)의 입력전압에 대응함)을 감지하여, 감지된 전압(Vm)을 제어장치(30)에 제공한다.
인버터(14)에 캐패시터(C0)를 통해 축전장치(CA) 또는 승압컨버터(12)로부터의 DC전압이 공급되는 경우, 인버터(14)는 제어장치(30)로부터 제공되는 제어신호 PWMI1을 토대로 DC전압을 3상AC전압으로 변환시키고, 모터제너레이터(MG1)를 구동시킨다. 이에 따라, 모터제너레이터(MG1)는 토크지령값(TR1)으로 표시된 토크를 발생하도록 구동된다.
모터구동장치가 갖춰진 하이브리드자동차의 회생제동 시, 인버터(14)는 제어장치(30)로부터 제공되는 신호 PWMI1을 토대로 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 AC전압을 DC전압으로 변환하고, 상기 변환된 DC전압을 캐패시터(C0)를 통해 축전장치(CA) 또는 승압컨버터(12)로 공급한다. 상기 설명에서의 회생제동은 하이브리드자동차의 운전자에 의한 풋브레이크 동작과 연동하여 회생발전과 함께 수행되는 제동을 포함하고, 주행 시 액셀러레이터페달의 해제와 연동하여 회생발전과 함께 수행되는 차량의 감속(또는 가속의 정지)도 포함한다.
인버터(31)에 캐패시터(C0)를 통해 캐패시터(C1) 또는 승압컨버터(12)로부터의 DC전압이 공급되는 경우, 인버터(31)는 제어장치(30)로부터 제공되는 제어신호 PWMI2를 토대로 DC전압을 AC전압으로 변환하고, 모터제너레이터(MG2)를 구동시킨다. 이에 따라, 모터제너레이터(MG2)는 토크지령값(TR2)으로 지정된 토크를 발생하도록 구동된다.
모터구동장치가 갖춰진 하이브리드자동차의 회생제동 시, 인버터(31)는 제어 장치(30)로부터 제공되는 신호 PWMI2를 토대로 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 AC전압을 DC전압으로 변환하고, 상기 변환된 DC전압을 캐패시터(C0)를 통해 축전장치(CA) 또는 승압컨버터(12)로 공급한다.
전류센서(24)는 모터제너레이터(MG1)를 통과하는 모터전류(MCRT1)를 감지하고, 감지된 모터전류(MCRT1)를 제어장치(30)에 제공한다. 전류센서(28)는 모터제너레이터(MG2)를 통과하는 모터전류(MCRT2)를 감지하고, 감지된 모터전류(MCRT2)를 제어장치(30)에 제공한다.
제어장치(30)는 도시되지 않은 외부ECU(Electronic Control Unit)로부터 모터회전수(MRN1, MRN2) 뿐만 아니라 토크지령값(TR1, TR2)을 수신하고, 점화키(도시안됨)로부터 신호(IG, ST)를 수신하며, 액셀러레이터위치센서(도시안됨)로부터 액셀러레이터페달위치(AP)를 수신하고, 시프트위치센서(도시안됨)로부터 시프트위치(SP)를 수신한다. 각각의 신호(IG, ST)는 선택적으로 H 및 L 레벨을 획득한다.
또한, 제어장치(30)는 전압센서(10)로부터 DC전압(Vb)을 수신하고, 전압센서(11)로부터 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)을 수신하며, 전압센서(13)로부터 전압(Vm)을 수신하고, 전류센서(24)로부터 모터전류(MCRT1)를 수신하며, 전류센서(28)로부터 모터전류(MCRT2)를 수신한다.
인버터(14)의 입력전압(Vm), 토크지령값(TR1) 및 모터전류(MCRT1)를 토대로, 제어장치(30)는 인버터(14)가 모터제너레이터(MG1)를 구동시킬 때 인버터(14)의 IGBT 소자(도시안됨) 상에서 스위칭제어를 수행하기 위한 신호 PWMI1을 생성하고, 생성된 신호 PWMI1을 인버터(14)에 제공한다.
인버터(31)의 입력전압(Vm), 토크지령값(TR2) 및 모터전류(MCRT2)를 토대로, 제어장치(30)는 또한 인버터(31)가 모터제너레이터(MG2)를 구동시킬 때 인버터(31)의 IGBT 소자(도시안됨) 상에서 스위칭제어를 수행하기 위한 신호 PWMI2를 생성하고, 생성된 신호 PWMI2를 인버터(31)에 제공한다.
또한, 인버터(14)가 모터제너레이터(MG1)를 구동하는 경우, 제어장치(30)는 전지(B)의 DC전압(Vb), 인버터(14)의 입력전압(Vm), 토크지령값(TR1) 및 모터회전수(MRN1)를 토대로 승압컨버터(12)의 IGBT 소자(도시안됨) 상에서 스위칭제어를 수행하기 위한 신호 PWMC를 생성하고, 생성된 신호 PWMC를 승압컨버터(12)에 제공한다.
인버터(31)가 모터제너레이터(MG2)를 구동하는 경우, 제어장치(30)는 전지(B)의 DC전압(Vb), 인버터(31)의 입력전압(Vm), 토크지령값(TR2) 및 모터회전수(MRN2)를 토대로 승압컨버터(12)의 IGBT 소자(도시안됨) 상에서 스위칭제어를 수행하기 위한 신호 PWMC를 생성하고, 생성된 신호 PWMC를 승압컨버터(12)에 제공한다.
또한, 모터구동장치가 갖춰진 하이브리드자동차의 회생제동 시, 제어장치(30)는 인버터(31)의 입력전압(Vm), 토크지령값(TR2) 및 모터회전수(MRN2)를 토대로 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 AC전압을 DC전압으로 변환하기 위한 신호 PWMI2를 생성하고, 생성된 신호 PWMI2를 인버터(31)에 제공한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터구동장치는 모터제너레이터(MG1, MG2)를 역행모드(power running mode)로 구동하는데 필요한 전력으로서 전지(B)에 저장된 전력 이외에 축전장치(CA)에 저장된 전력을 이용한다. 또한, 모터구동장치는 모터제너레이터(MG1, MG2)를 회생모드로 구동하여 발생되는 전력으로 축전장치(CA) 및 전지(B)를 충전한다. 특히, 용량이 큰 전기이중층 캐패시터가 축전장치(CA)를 형성하는 캐패시터(C1, C2)로 채택되어, 전력이 모터제너레이터(MG1, MG2)로 신속하게 공급될 수 있게 되고, 모터 구동 시의 반응이 증가될 수 있다. 결과적으로, 차량의 주행 성능이 확보될 수 있게 된다.
전기이중층 캐패시터가 갖춰진 모터구동장치에 있어서, (전원선(PL1)과 접지선(PL2)간의 전압(Vm)에 대응하는) 시스템전압과 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)간의 전압차로 인하여 돌입전류가 발생할 수도 있다.
예를 들어, 전원장치의 유지보수 작업 시, 검사와 유지보수는 작업 안전성을 확보하기 위하여 축전장치(CA)의 캐패시터(C1, C2)에 남아 있는 전하들을 방전시킨 후에 수행될 수도 있다. 그러므로, 검사와 유지보수가 완료되면, 캐패시터(C1, C2) 양자 모두가 과방전상태에 있게 되고, 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)이 실질적으로 제로가 된다.
이에 따라, 시스템릴레이(SRC1, SRC2)가 턴 온되어 유지보수의 종결 후에 통상적인 방식으로 차량시스템을 기동시키게 되면, 시스템전압(Vm)과 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)간의 전압차에 따라 과도하게 큰 돌입전류가 축전장치(CA)를 통과할 수도 있다. 이러한 돌입전류의 통과는 과열될 수도 있어 캐패시터(C1, C2)에 손상을 입힐 수도 있다. 또한, 시스템릴레이(SRC1, SRC2)의 접점들을 용착시킬 수도 있다. 그러므로, 현 상황 하에서는, 차량시스템이 축전장치(CA)의 검사와 유지보수 직후에 기동될 수 없다는 문제점이 있게 된다.
축전장치(CA)의 과방전으로 인한 돌입전류를 회피하기 위한 대책의 일례로서, 전지(B)의 포지티브측 상에 시스템릴레이(SRB1)에 대하여 직렬로 배치된 저항(R1)이 축전장치(CA)의 충방전 전류를 제한하는 전류제한장치로서의 역할을 하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구성에서는, 차량시스템이 시스템릴레이(SRB1, SRB3)를 온 상태로 유지시켜 기동됨으로써, 저항(R1)이 축전장치(CA) 안으로 돌입하는 돌입전류를 제한하게 된다.
또다른 예시에서는, 축전장치(CA)측에 있는 시스템릴레이(SRC1, SRC2)가 전지(B)측에 있는 저항(R1) 및 시스템릴레이(SRB1~SRB3)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수도 있다. 이러한 구성에 따르면, 시스템릴레이(SRC1)에 대하여 직렬로 배치된 저항이 돌입전류를 제한한다.
하지만, 이러한 구성은 축전장치(CA) 자체의 고출력밀도로 인하여 크기가 크고 임피던스가 높은 저항을 요구하므로, 전원장치의 크기를 증가시킨다. 또한, 축전장치(CA)측에 시스템릴레이의 저항을 채택하는 후자의 구성에서는, 시스템릴레이의 추가로 인하여 장치 크기의 추가적인 증가를 피할 수 없게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전원장치는 축전장치(CA)의 충방전 전류를 제한하기 위한 제한장치로서의 역할을 하는 저항(R2)이 외부적으로 제거가능한 서비스플러그(SVP)에 배치되는 독특한 구성을 가진다.
이러한 구성에 따르면, 서비스플러그(SVP)가 후술하는 바와 같이, 전원장치로부터 축전장치(CA)를 격리시키기 위해 배치되는 통상적인 세이프티플러그에 독립 적인 부재이다. 축전장치(CA) 내의 잔존전하가 실질적으로 제로인 경우, 조작자는 축전장치(CA) 내의 잔존전하가 실질적으로 제로일 때 축전장치(CA) 내의 통상적인 세이프티플러그를 서비스플러그(SVP)로 적절하게 교체한다. 결과적으로, 전원장치 내부에 전류제한장치를 구비한 구조와 달리 상기 장치의 크기의 증가를 억제할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 전원장치는 축전장치(CA)에 직렬로 연결된 릴레이회로(RL1) 및 릴레이회로(RL1)를 턴 온/오프하기 위한 서비스플러그(SVP)를 더 포함한다.
릴레이회로(RL1)는 캐패시터(C1, C2) 사이의 중간 위치에 배치된다. 릴레이회로(RL1)는 서비스플러그(SVP)가 그로부터 제거될 때에 턴 오프된다. 이에 따라, 축전장치(CA)는 상기 중간 위치에서 전원선(PL1)과 접지선(PL2)으로부터 컷오프된다.
서비스플러그(SVP)가 릴레이회로(RL1)에 장착되면, 그것이 턴 온된다. 이는 전원선(PL1)과 접지선(PL2)에 축전장치(CA)를 전기적으로 연결시킨다.
서비스플러그(SVP)는 내부저항(R2)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서비스플러그(SVP)가 장착되면, 저항(R2)은 릴레이회로(RL1)의 접점들 사이에 연결된다. 이에 따라, 서비스플러그(SVP)가 연결되면, 캐패시터(C1, C2)가 저항(R2)을 통해 전원선(PL1)과 접지선(PL2) 사이에 직렬로 연결된다. 따라서, 저항(R2)이 축전장치(CA)의 전류제한장치를 형성한다.
그러므로, 캐패시터(C1, C2)가 축전장치(CA)의 유지보수 등으로 인하여 과방 전상태로 들어가면, 전류제한장치를 내부적으로 구비한 서비스플러그(SVP)가 장착되는 차량시스템이 기동되어, 돌입전류의 발생이 방지될 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 서비스플러그(SVP)의 구체적인 구조를 예시한다.
도 2를 참조하면, 서비스플러그(SVP)는 저항(R2) 뿐만 아니라 지지부재로부터 돌출되는 3개의 플러그단자(40, 42, 44)를 구비한다.
플러그단자(40, 42, 44)는 각각 도체로 이루어진다. 플러그단자(40, 42)는 지지부재 내부에 배치된 저항(R2)을 통해 서로 전기적으로 연결된다.
각각 플러그단자(40, 42)에 대응하는 소켓유닛(60, 62) 뿐만 아니라 플러그단자(44)에 대응하는 소켓유닛(64)은 캐패시터(C1, C2)를 수납하는 축전장치(CA)의 케이싱의 외측면 상에 배치된다.
소켓유닛(60)은 케이싱 내부에 캐패시터(C1)의 음단자에 전기적으로 연결된다. 소켓유닛(62)은 케이싱 내부에 캐패시터(C2)의 양단자에 전기적으로 연결된다. 소켓유닛(60, 62)은 각각 도 1의 릴레이회로(RL1)의 접점들을 형성한다. 그러므로, 서비스플러그(SVP)가 도 2의 화살표 LN1로 표시된 방식으로 축전장치(CA)에 장착되면, 플러그단자(40, 42)는 소켓유닛(60, 62)에 각각 핏팅되어 릴레이회로(RL1)에 근접하게 된다. 이 때, 저항(R2)은 릴레이회로(RL1)의 접점들 사이에 연결된다.
또한, 축전장치(CA)는 플러그단자(44)에 대응하는 소켓유닛(64)이 케이싱의 외측면 상에 제공된다. 소켓유닛(64)은 제어장치(30)를 접지전위에 연결시키는 신호선(66) 상에 배치되는 스위치회로를 형성한다. 상기 스위치회로는 플러그단자(44)를 소켓유닛(64)에 핏팅하는 것과 연동하여 턴 온된다. 스위치회로가 온되 면, 제어장치(30)는 신호선(66)이 접지전위에 연결된 것을 나타내는 H-레벨의 신호 ILK를 수신한다. 본 발명에서는, 신호 ILK는 플러그가 축전장치(CA)에 장착된 것을 나타내는 신호를 형성하고, 후술하는 세이프티플러그(SFP) 또는 서비스플러그(SVP)의 장착과 연동하여 H-레벨을 획득한다.
상술된 바와 같이, 플러그단자(40, 42, 44)가 각각 소켓유닛(60, 62, 64)에 핏팅되면, 릴레이회로(RL1)는 저항(R2)이 그 사이에 개재된 접점들 사이에서 턴 온되고, 제어장치(30)는 H-레벨의 신호 ILK를 수신한다.
앞서 기술한 서비스플러그(SVP) 이외에, 전원장치에는 보통 전원선(PL1)과 접지선(PL2)을 축전장치(CA)와 전기적으로 도통 및 비도통하기 위한 세이프티플러그(SFP)가 제공된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 세이프티플러그(SFP)는 서비스플러그(SVP)와 실질적으로 동일한 형태를 갖고, 지지부재로부터 돌출되는 3개의 플러그단자(50, 52, 54)를 구비한다. 플러그단자(50, 52)는 서로 전기적으로 연결된 도체로 형성된다. 하지만, 상기 저항(R2)은 플러그단자(50, 52)들 사이에 연결되지 않는다.
이에 따라, 플러그단자(50, 52, 54)가 각각 도 2의 화살표 LN2의 방향으로 소켓유닛(60, 62, 64)에 핏팅되는 경우에는, 접점들간의 경로가 근접하게 되어 릴레이회로(RL1)를 턴 온시키고, 제어장치(30)는 통신선(66)을 통해 신호 ILK를 수신한다.
예를 들어, 검사, 유지보수 등이 축전장치(CA) 상에서 수행되어야 하는 경우, 상기 장치에 장착된 세이프티플러그(SFP)로 캐패시터(C1, C2)로부터 잔존전하 를 방전하기 위한 동작이 먼저 수행된다. 유지보수 등을 위한 동작은 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)을 실질적으로 제로로 설정한 이후에 수행된다. 상기 동작 이후, 조작자는 축전장치(CA)의 케이싱의 외측면에 배치된 소켓유닛(60, 62, 64)으로부터 세이프티플러그(SFP)를 제거하고, 서비스플러그(SVP)를 소켓유닛(60, 62, 64)에 핏팅시킨다.
제어장치(30)는 축전장치(CA)로부터 H-레벨의 신호 ILK를 수신하고, 점화키로부터 신호 IG, ST를 수신하며, 액셀러레이터위치센서 및 시프트위치센서로부터 액셀러레이터페달위치 AP 및 시프트위치 SP를 각각 수신한다.
제어장치(30)가 점화키의 턴-온과 연동하여 H-레벨의 신호 IG를 수신하면, 제어장치(30)는 신호 ILK, 액셀러레이터페달위치 AP 및 시프트위치 SP를 토대로, 축전장치(CA)의 충전요구를 지정하기 위한 캐패시터충전모드가 후술하는 방식으로 조작자에 의해 선택되는 지의 여부를 판정한다. 캐패시터충전모드가 선택된 것으로 판정되면, 제어장치(30)는 차량시스템의 시동을 허용한다.
보다 구체적으로, 제어장치(30)는 후술하는 방식으로 전지(B)측에서 시스템릴레이(SRB1~SRB3)에 H-레벨의 신호 SEB를 제공함으로써, 시스템릴레이(SRB1~SRB3)를 턴 온시킨다. 또한, 제어장치(30)는 축전장치(CA)측에서 시스템릴레이(SRC1, SRC2)에 H-레벨의 신호 SEC를 제공함으로써, 시스템릴레이(SRC1, SRC2)를 턴 온시킨다. 이에 따라, 축전장치(CA)는 전원선(PL1)과 접지선(PL2)에 전기적으로 연결되고, 전원선(PL1)과 접지선(PL2)으로 공급되는 전력의 수신을 허용하는 상태로 들어간다.
신호 ST가 점화키를 스타트 위치로 돌리는 것과 연동하여 H-레벨을 획득하면, 전지(B)로부터 전력을 수신하는 모터제너레이터(MG1)가 전동기로서 동작하여 엔진(ENG)을 크랭킹하게 된다. 축전장치(CA)는 승압컨버터(12)에 의해 승압되는 DC전압(Vb)으로 충전된다. 엔진(ENG)의 시동 이후, 인버터(14)는 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 AC전력을 DC전력으로 변환시키고, 이는 그 후에 축전장치(CA)에 저장된다.
캐패시터충전모드가 선택되지 않은 것으로 판정되면, 제어장치(30)는 차량시스템의 기동을 억제한다. 이것의 목적은 조작자가 축전장치(CA)의 충전을 요구하지 않은 경우 또는 조작자가 충전을 요구하지만 서비스플러그(SVP)가 상기 장치에 장착되지 않은 경우에 상기 차량시스템의 기동으로 인한 돌입전류의 발생을 방지하기 위함이다.
도 3은 캐패시터충전모드가 도 2의 제어장치(30)에서 선택되었는 지의 여부를 판정하는 동작을 예시하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 점화키의 턴-온과 연동하여(단계 S01), 제어장치(30)는 우선 신호 IG가 H-레벨을 획득할 때의 시각을 기점(t=0)으로 하여 타이밍 동작을 수행한다(단계 S02).
제어장치(30)가 시각 t에서 시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP를 수신하면(단계 S03), 각각의 위치가 사전설정된 위치인 지의 여부를 판정한다. 상기 사전설정된 위치들은 조작자에 의해 캐패시터충전모드를 지정하기 위한 수단으로서 사전에 미리 설정된다.
시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP가 각각 사전설정된 위치들인 경우, 제어장치(30)는 점화키의 턴-온으로부터 시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP의 수신까지의 시간 t를 측정한다. 제어장치(30)는 측정된 시간 t가 사전설정된 임계값 T1 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S04).
단계 S04에서, 시간 t가 사전설정된 임계값 T1 이하인 것으로 판정되면, 즉 시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP가 각각 점화키의 턴-온 이후 사전설정된 시간 T1 내에서 사전설정된 위치들을 획득하는 것으로 판정하면, 제어장치(30)는 신호 ILK가 H-레벨에 있는 지의 여부를 추가로 판정한다(단계 S05).
단계 S05에서 신호 ILK가 H-레벨에 있는 것으로 판정되면, 즉 플러그가 축전장치(CA)에 장착된 것으로 판정되면, 제어장치(30)는 캐패시터충전모드가 선택된 것으로 판정한다(단계 S06).
하지만, 단계 S04에서 시간 t가 사전설정된 임계값 T1을 초과하는 것으로 판정하면, 또는 단계 S05에서 신호 ILK가 L-레벨에 있는 것으로 판정되면, 제어장치(30)는 캐패시터충전모드가 선택되지 않은 것으로 판정한다.
상술된 바와 같이, 제어장치(30)는 캐패시터충전모드가 조작자의 조작에 따라 지정되고 플러그가 축전장치(CA)에 기계적으로 장착된다는 사실에 따라, 캐패시터충전모드가 선택된 것으로 판정한다. 조작자의 조작 시, 상기 시간제한은 상술된 바와 같이 점화키의 턴-온으로부터 시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP의 입력까지의 시간에 대해 설정되고, 이러한 시간제한의 목적은 캐패시터충전모드가 차량시스템의 통상적인 기동 시 시프트위치 SP 및 액셀러레이터페달위치 AP를 사전 설정된 위치들로 설정하는 것으로 인하여 오류가 있게 지정되는 상황을 회피하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축전장치(CA)의 충전 동작을 예시하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 점화키가 우선 턴 온되는 경우(단계 S10), 제어장치(30)는 전압센서(11)에 의해 감지되는 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)이 사전설정된 기준값(Vstd) 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S11). 사전설정된 기준값(Vstd)은 예컨대 캐패시터(C1, C2)가 과방전상태에 있을 때, 획득된 단자간 전압(Vc)(실질적으로 제로와 같음)을 포함한다.
단계 S11에서, 단자간 전압(Vc)이 사전설정된 기준값(Vstd)보다 높은 것으로 판정하면, 제어장치(30)는 전지(B)측에 있는 시스템릴레이(SRB1~SRB3)에 H-레벨의 신호 SEB를 제공하여, 시스템릴레이(SRB1~SRB3)를 턴 온시킨다(단계 S21).
고전압의 전지(B)가 상기 상태에서 부하에 갑작스럽게 연결되면, 큰 전류, 즉 돌입전류가 순간적으로 흐를 수도 있다. 그러므로, 전력의 공급 개시 시, 시스템릴레이(SRB1~SRB3)는 시스템릴레이(SRB1)에 배치된 저항(R1)에 의하여 돌입전류를 방지하는 절차에 따라 턴 온/오프된다. 보다 구체적으로는, 시스템릴레이(SRB1, SRB3)가 먼저 턴 온된다. 이에 따라, 시스템릴레이(SRB1)는 DC전류를 전지(B)로부터 저항(R1)을 통해 승압컨버터(12)에 공급한다. 후속해서, 시스템릴레이(SRB2)는 시스템릴레이(SRB1, SRB3)를 온 상태로 유지하면서 턴 온된다. 시스템릴레이(SRB2)는 DC전류를 전지(B)로부터 승압컨버터(12)로 직접 공급한다. 최종적으로는, 시스 템릴레이(SRB1)만이 턴 오프된다.
그 후, 제어장치(30)는 H-레벨의 신호 SEC를 제공하여 축전장치(CA)측에 있는 시스템릴레이(SRC1, SRC2)를 턴 온시킨다(단계 S22). 축전장치(CA)의 연결은 모터구동장치를 상기 시스템의 기동을 위해 준비되는 RDY 상태로 설정한 다음(단계 S23), 상기 모터구동장치가 통상적인 시스템 기동 동작을 실행한다.
단계 S11에서 단자간 전압(Vc)이 사전설정된 기준값(Vstd) 이하인 것으로 판정하는 경우, 제어장치(30)는 캐패시터충전모드가 선택되었는 지의 여부를 판정한다(단계 S12). 단계 S12에서의 판정 동작은 도 3의 단계 S01 내지 S06에 따라 실행된다.
단계 S12에서 캐패시터충전모드가 선택된 것으로 판정되는 경우, 제어장치(30)는 H-레벨의 신호 SEB를 시스템릴레이(SRB1~SRB3)에 제공하여, 시스템릴레이(SRB1~SRB3)를 턴 온시킨다(단계 S13). 시스템릴레이(SRB1~SRB3)는 단계 S21에서와 동일한 절차에 따라 턴 온/오프된다.
그 후, 제어장치(30)는 H-레벨의 신호 SEC를 제공하여 축전장치(CA)측에 있는 시스템릴레이(SRC1, SRC2)를 턴 온시킨다(단계 S14). 신호 ST가 점화키를 스타트 위치로 돌리는 것과 연동하여 H-레벨을 획득하면(단계 S15), 제어장치(30)는 차량시스템의 기동 동작을 실행한다(단계 S16).
이에 따라, 모터제너레이터(MG1)는 전지(B)로부터 전력을 받아 전동기로서 동작하여 엔진(ENG)을 크랭킹하게 된다. 축전장치(CA)는 승압컨버터(12)에 의해 승압되는 DC전압(Vb)으로 충전된다. 엔진(ENG)의 시동 이후, 인버터(14)는 모터제너 레이터(MG1)에 의해 발생되는 AC전력을 DC전력으로 변환시키며, 이는 그 후에 축전장치(CA)에 저장된다.
제어장치(30)는 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)과 시스템전압(Vm)간의 전압차가 사전설정된 값(V1) 이하가 될 때까지, 축전장치(CA)의 충전 동작을 계속한다. 최종적으로, 제어장치(30)는 축전장치(CA)의 단자간 전압(Vc)과 시스템전압(Vm)간의 전압차가 사전설정된 값(V1) 이하가 된 것으로 판정하고(단계 S17), 축전장치(CA)의 충전 완료를 나타내는 신호 CMP를 생성하고, 그것을 표시수단에 제공한다(단계 S18).
조작자가 표시수단을 통하여 축전장치(CA)의 충전 완료를 인식하는 경우, 상기 조작자는 차량시스템을 정지시키도록 점화키를 턴 오프시키고(단계 S19), 축전장치(CA)에 장착된 서비스플러그(SVP)를 통상적인 세이프티플러그(SFP)로 대체한다(단계 S20). 보다 상세하게는, 조작자는 축전장치(CA)의 케이싱의 외측면에 배치된 소켓유닛(60, 62, 64)으로부터 서비스플러그(SVP)를 제거한 다음, 세이프티플러그(SFP)를 소켓유닛(60, 62, 64)에 핏팅시킨다.
단계 S12로 되돌아가면, 캐패시터충전모드가 선택되지 않은 것으로 판정되는 경우, 제어장치(30)는 차량시스템의 기동을 억제한다. 보다 상세하게는, 제어장치(30)는 시스템 기동의 이상을 나타내는 진단플래그를 온 상태로 설정하고, 그것을 출력한다(단계 S24).
[변형예]
최종적으로, 본 발명의 실시예의 변형예를 기술하기로 하고, 특히 캐패시터 충전모드가 선택되었는 지의 여부를 판정하는 동작의 또다른 예시에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 서비스플러그(SVP1), 세이프티플러그(SFP1) 및 축전장치(CA1)의 구체적인 구조를 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 서비스플러그(SVP1)는 저항(R2) 뿐만 아니라 지지부재로부터 돌출되는 2개의 플러그단자(40, 42)를 구비한다.
플러그단자(40, 42)는 지지부재 내부에 배치된 저항(R2)을 통해 서로 전기적으로 연결된다.
축전장치(CA1)는 플러그단자(40, 42)에 각각 대응하는 소켓유닛(60, 62)과 푸시버튼 스위치(SW)가 캐패시터(C1, C2)를 수납하는 케이싱의 외측면에 제공된다.
소켓유닛(60)은 캐패시터(C1)의 음단자에 전기적으로 연결된다. 소켓유닛(62)은 캐패시터(C2)의 양단자에 전기적으로 연결된다. 소켓유닛(60, 62)은 각각 릴레이회로(RL1)의 접점들을 형성한다. 이에 따라, 서비스플러그(SVP)가 화살표 LN1로 표시된 방식으로 축전장치(CA)에 장착되는 경우, 플러그단자(40, 42)가 소켓유닛(60, 62)에 핏팅되어, 릴레이회로(RL1)에 근접하게 된다. 이 상태에서, 저항(R2)이 릴레이회로(RL1)의 접점들 사이에 연결된다.
플러그단자(40, 42)가 소켓유닛(60, 62)에 각각 핏팅되어 있는 동안, 푸시버튼스위치(SW)의 단부는 서비스플러그(SVP1)의 지지부재와 접촉하게 되고, 화살표 LN3의 방향으로 이동되어, 스위치(SW)가 동작되게 된다(즉, 푸시된다). 스위치(SW)는 제어장치(30A)에 전기적으로 연결되고, 동작되는 것을 나타내는 신호를 제어장 치(30A)에 제공한다.
세이프티플러그(SFP1)는 서비스플러그(SVP1)와 유사하게 지지부재로부터 돌출되는 2개의 플러그단자(50, 52)를 구비한다. 하지만, 저항(R2)은 플러그단자(50, 52)들 사이에 연결되지 않는다.
세이프티플러그(SFP1)는 플러그단자들이 배치되는 지지부재의 측면의 형상으로 서비스플러그(SVP1)와 상이하다.
보다 상세하게는, 플러그단자(50, 52)가 도 5의 화살표 LN2의 방향으로 소켓(60, 62)에 핏팅되는 경우, 세이프티플러그(SFP1)의 지지부재가 축전장치(CA)의 케이싱의 외측면에 배치된 스위치(SW)의 단부와 접촉하게 되지 않는다. 그러므로, 스위치(SW)는 세이프티플러그(SFP1)가 장착되어 있을 때 동작되지 않게 된다.
상기 구조에서는, 축전장치(CA1)의 유지보수 등이 수행되어야 하는 경우, 세이프티플러그(SFP1)가 그것에 장착되어 잔존전하들이 캐패시터(C1, C2)로부터 방전된다. 축전장치(CA1)의 단자간 전압(Vc)이 실질적으로 제로로 설정된 후에 유지보수 작업이 수행될 것이다. 상기 작업 이후, 조작자는 축전장치(CA1)의 케이싱의 외측면에 배치된 소켓유닛(60, 62)으로부터 세이프티플러그(SFP1)를 제거하고, 또다른 서비스플러그(SVP1)가 소켓유닛(60, 62)에 핏팅된다. 이러한 핏팅 시, 케이싱의 외측면에 배치된 스위치(SW)가 동작된다.
제어장치(30A)가 축전장치(CA1)로부터 스위치(SW)의 동작을 나타내는 신호를 수신하면, 제어장치(30A)는 축전장치(CA)의 충전요구를 지정하는 캐패시터충전모드를 조작자가 선택한 것으로 판정한다. 따라서, 제어장치(30A)는 축전장치(CA1)에 장착된 플러그의 종류를 판정하고, 이에 따라 캐패시터충전모드가 선택되는 것으로 판정한다. 캐패시터충전모드가 선택되는 판정과 연동하여, 제어장치(30A)는 차량시스템의 기동을 허용한다.
이하, 제어장치(30A)가 캐패시터충전모드를 선택하였는 지의 여부를 판정하는 동작을 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예의 변형예에 따라, 제어장치(30A)가 캐패시터충전모드를 선택하였는 지의 여부를 판정하는 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 점화키가 먼저 턴 온되는 경우(단계 S30), 제어장치(30A)는 축전장치(CA1)로부터 제공되어 스위치(SW)의 동작을 나타내는 신호를 토대로, 서비스플러그(SVP1)가 장착되었는 지의 여부를 판정한다(단계 S31).
제어장치(30A)가 단계 S31에서 스위치(SW)의 동작을 나타내는 신호를 수신하면, 제어장치(30A)는 캐패시터충전모드가 선택된 것으로 판정한다(단계 S32). 제어장치(30A)가 스위치(SW)의 동작을 나타내는 신호를 수신하지 못한 경우에는, 제어장치(30A)는 캐패시터충전모드가 선택되지 않은 것으로 판정한다.
본 발명에 따르면, 상술된 바와 같이, 과방전상태의 축전장치가 돌입전류를 발생시키지 않으면서 방전될 수 있다. 또한, 축전장치의 전류제한장치는 전원장치에 제거가능하게 장착되어, 상기 전원장치는 내부적으로 그리고 영구적으로 전류제한장치를 구비한 전원장치보다 작은 크기를 가질 수 있게 된다.
앞서 설명한 실시예의 예시는 동력분배기구가 차축과 발전기에 전달하기 위한 엔진의 파워를 분배할 수 있는 직렬/병렬 하이브리드자동차에 적용된다. 하지 만, 본 발명은 발전기를 구동하는 데 엔진이 사용되고, 발전기에 의해 발생되는 전력을 이용하는 모터만이 차축(들)용 구동력을 발생시키는 직렬형 하이브리드자동차에도 적용가능하다. 또한, 본 발명은 주행용 전동기만을 이용하는 전기자동차에도 적용가능하다. 이들 각각의 구조에 있어서, 차축은 전동기 또는 발전기에 연결되고, 감속 운전 시의 회생에너지가 회수되어 전지 또는 캐패시터에 저장된다. 그러므로, 이들 구조들은 본 발명을 채택할 수 있다.
지금까지 본 발명을 상세히 기술 및 예시하였지만, 본 발명은 단지 예시적인 것으로 제한하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위의 항목들에 의해 해석된다는 점은 자명하다.
본 발명은 제1 및 제2전원선에 전력을 공급할 수 있는 전원 및 축전장치를 구비한 전원장치에 적용가능하며, 상기 전원장치의 제어방법에도 적용가능하다.

Claims (8)

  1. 전원장치에 있어서,
    전원선(PL1, PL2)에 전력을 공급할 수 있는 전원(B);
    상기 전원선(PL1, PL2)과 모터(MG1, MG2) 사이에 배치되어, 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어하기 위한 구동회로(14, 31);
    상기 전원선(PL1, PL2)에 연결되어, 상기 전원(B)에 병렬로 배치되는 축전장치(CA);
    폐쇄상태에서 상기 축전장치(CA)를 상기 전원선(PL1, PL2)에 전기적으로 연결시키는 스위치장치(SRC1, SRC2); 및
    상기 스위치장치(SRC1, SRC2)의 개폐 동작을 제어하는 제어장치(30)를 포함하여 이루어지고,
    상기 축전장치(CA)는,
    상기 스위치장치(SRC1, SRC2)가 폐쇄될 때, 상기 전원선(PL1, PL2)과 상기 축전장치(CA)로 형성되는 전류경로 상에서 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)에 직렬로 연결되도록 배치된 릴레이회로(RL1), 및
    외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되어 저항소자(R2)를 통해 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 연결시키며, 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제1연결부재(SVP)를 포함하며,
    상기 제어장치(30)는, 상기 축전장치(CA)의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전장치(CA)는 외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 직접 연결시키며, 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제2연결부재(SFP)를 더 포함하고,
    상기 제1연결부재(SVP)는, 상기 축전장치(CA)의 전원전압이 상기 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 제2연결부재(SFP)가 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거된 후에 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되며,
    상기 제2연결부재(SFP)는, 상기 축전장치(CA)의 전원전압이 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)의 폐쇄와 연동하여 상기 전원선(PL1, PL2) 상의 전압과 실질적으로 같게 될 때, 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거된 후에 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어장치(30)는 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정유닛을 포함하고,
    상기 판정유닛은,
    상기 축전장치(CA)의 충전요구의 외부 지정을 검출하는 충전요구검출유닛, 및
    상기 릴레이회로(RL1)의 접점들간의 도통/비도통을 검출하는 릴레이회로검출유닛을 포함하며,
    상기 판정유닛은, 상기 축전장치(CA)의 충전요구의 지정이 검출되고 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들간의 도통이 검출될 때, 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 축전장치(CA)는 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 폐쇄상태를 조작하는 스위치회로(SW)를 더 포함하고,
    상기 제어장치(30)는 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정유닛을 포함하며,
    상기 판정유닛은, 상기 스위치회로(SW)가 폐쇄상태에 있을 때, 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  5. 전력을 전원선(PL1, PL2)에 공급하는 전원장치의 제어방법에 있어서,
    상기 전원장치는,
    전원선(PL1, PL2)에 전력을 공급할 수 있는 전원(B);
    상기 전원선(PL1, PL2)과 모터(MG1, MG2) 사이에 배치되어, 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어하기 위한 구동회로(14, 31);
    상기 전원선(PL1, PL2)에 연결되어, 상기 전원(B)에 병렬로 배치되는 축전장치(CA); 및
    폐쇄상태에서 상기 축전장치(CA)를 상기 전원선(PL1, PL2)에 전기적으로 연결시키는 스위치장치(SRC1, SRC2)를 포함하고,
    상기 축전장치(CA)는, 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)가 폐쇄될 때, 상기 전원선(PL1, PL2)과 상기 축전장치(CA)로 형성되는 전류경로 상에서 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)에 직렬로 연결되도록 배치된 릴레이회로(RL1), 및 외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되어 저항소자(R2)를 통해 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 연결시키며, 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제1연결부재(SVP)를 포함하며,
    상기 전원장치의 상기 제어방법은,
    상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 저항소자(R2)를 통해 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 연결시키는 릴레이회로제어단계; 및
    상기 축전장치(CA)의 전원전압이 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)를 폐쇄시키는 스위치제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원장치의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축전장치(CA)는 외부적으로 탈착가능하고, 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 직접 연결시키며, 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거되어 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키기 위한 제2연결부재(SFP)를 더 포함하고,
    상기 릴레이회로제어단계는,
    상기 축전장치(CA)의 전원전압이 상기 사전설정된 임계값 이하일 때, 상기 릴레이회로(RL1)로부터의 상기 제2연결부재(SFP)의 제거가능함과 연동하여 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키는 단계;
    상기 제2연결부재(SFP)가 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거된 후, 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 상기 저항소자(R2)를 통해 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 연결시키는 단계;
    상기 축전장치(CA)의 전원전압이 상기 스위치장치(SRC1, SRC2)의 폐쇄와 연동하여 상기 전원선(PL1, PL2) 상의 전압과 실질적으로 같게 될 때, 상기 릴레이회로(RL1)로부터의 상기 제1연결부재(SVP)의 제거와 연동하여 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 서로 비도통시키는 단계; 및
    상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)로부터 제거된 후, 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제2연결부재(SFP)의 장착과 연동하여 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들을 함께 직접 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위치제어단계는 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정단계를 포함하고,
    상기 판정단계는,
    상기 축전장치(CA)의 충전요구의 외부 지정을 검출하는 충전요구검출단계,
    상기 릴레이회로(RL1)의 접점들간의 도통/비도통을 검출하는 릴레이회로검출단계, 및
    상기 축전장치(CA)의 충전 요구의 지정이 검출되고 상기 릴레이회로(RL1)의 접점들간의 도통이 검출될 때, 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착된 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 축전장치(CA)는 상기 릴레이회로(RL1)에 대한 상기 제1연결부재(SVP)의 장착과 연동하여 폐쇄상태를 조작하는 스위치회로(SW)를 더 포함하고,
    상기 스위치제어단계는 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착되었는 지의 여부를 판정하는 판정단계를 포함하며,
    상기 판정단계는, 상기 스위치회로(SW)가 폐쇄상태에 있을 때, 상기 제1연결부재(SVP)가 상기 릴레이회로(RL1)에 장착된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전원장치의 제어방법.
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