KR101172331B1 - 차량용 모터 제어 장치 - Google Patents

차량용 모터 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101172331B1
KR101172331B1 KR1020100124165A KR20100124165A KR101172331B1 KR 101172331 B1 KR101172331 B1 KR 101172331B1 KR 1020100124165 A KR1020100124165 A KR 1020100124165A KR 20100124165 A KR20100124165 A KR 20100124165A KR 101172331 B1 KR101172331 B1 KR 101172331B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
motor
control
inverter
input voltage
Prior art date
Application number
KR1020100124165A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120063115A (ko
Inventor
유태일
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020100124165A priority Critical patent/KR101172331B1/ko
Priority to JP2011142859A priority patent/JP2012125133A/ja
Priority to DE102011079418A priority patent/DE102011079418A1/de
Priority to US13/185,720 priority patent/US8884556B2/en
Priority to CN201110249115.0A priority patent/CN102570938B/zh
Publication of KR20120063115A publication Critical patent/KR20120063115A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101172331B1 publication Critical patent/KR101172331B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0061—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electrical machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 모터에서 발생되는 발열량과 전원 변환 장치에서 발생되는 발열량의 합을 최소로 함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치는 DC 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 DC 전원을 선택적으로 전달 받아 인버터 입력 전압으로 변환하는 전원 변환 장치; 상기 전원 공급부를 선택적으로 전원 변환 장치에 연결하는 릴레이 모듈; 상기 전원 변환 장치로부터 인버터 입력 전압을 전달 받고, 상기 인버터 입력 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 모듈; 그리고 상기 전원 변환 장치, 릴레이 모듈, 그리고 인버터 모듈의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 약계자 제어에 의한 발열량과 상기 전원 변환 장치에 의한 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압이 인버터 모듈에 입력되도록 최소 발열 제어를 수행할 수 있다.

Description

차량용 모터 제어 장치{SYSTEM FOR CONTROLLING MOTOR OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 모터 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터에서 발생되는 발열량과 전원 변환 장치에서 발생되는 발열량의 합을 최소로 함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.
최근에는 에너지 고갈과 환경 오염 문제로 하이브리드 자동차와 전기 자동차와 같은 친환경 자동차가 주목 받고 있다. 상기 친환경 자동차는 배터리의 전기를 이용하여 구동 동력을 발생시키는 모터를 포함하며, 상기 모터로는 영구자석 동기모터가 주로 사용된다.
영구자석 동기모터 (Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)는 고출력?고효율 특성을 가진 모터로서 산업용으로 광범위하게 사용되고 있으며, 환경변화에 대응하여 위하여 친환경 자동차의 구동모터 등으로 새롭게 그 활용범위를 넓혀가고 있다.
기존의 자동차용 구동장치로 널리 쓰이고 있는 가솔린 및 디젤 엔진은 연료 탱크에 남아있는 연료량에 무관하게 엔진을 제어할 수 있으므로 연료탱크에 남아있는 연료량은 엔진을 제어하는 직접적인 제어변수로 작용하지 않는다. 또한, 상용전원을 입력전원으로 사용하는 영구자석 동기모터는 변전소에서 공급되는 상용전원을 사용하므로, 그 전압이 매우 안정적이어서, 영구자석 동기모터를 구동함에 있어 입력전압 변화에 따른 제어기 및 영구자석 동기모터 속도 또는 토크 제어에 큰 영향을 주지 않는다.
하지만 자동차용 영구자석 동기모터는 그 입력 전압을 자동차내에 탑재된 전원공급장치(예를 들어, 배터리)에 의존하는 경우가 많다. 자동차내에 탑재된 전원공급장치는 제한된 크기와 용량을 가지게 되므로, 그 충전 상태에 따라 출력전압이 변하게 된다. 이에 따라, 전원공급장치의 충전 상태는 영구자석 동기모터 제어기에 직접적으로 영향을 주어 모터의 제어상태를 변화시키는 요인이 된다. 제어기에 인가되는 입력전압의 변화는 인버터 내부의 전원 변환 모듈과 영구자석 동기모터 내부의 전기코일에 인가되는 전류와 전압에 직접적으로 영향을 미쳐 그에 따른 발열량을 변화시키는 요인이 된다. 따라서, 필수 발열량보다 더 많은 발열이 영구자석 동기모터 내에서 발생할 수 있다.
영구자석 동기모터를 동력원으로 사용하는 자동차에서의 모터와 제어기에서 발열량 증가는 냉각 부담으로 작용하고 이는 차량의 연비를 떨어뜨리는 결과를 초래하므로 모터 제어 시스템의 발열을 최소화하는 노력이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 친환경 자동차에서 동력원으로 사용되는 모터와 상기 모터를 제어하는 제어기에서 발생하는 열을 최소한으로 줄일 수 있는 차량용 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치는 DC 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 DC 전원을 선택적으로 전달 받아 인버터 입력 전압으로 변환하는 전원 변환 장치; 상기 전원 공급부를 선택적으로 전원 변환 장치에 연결하는 릴레이 모듈; 상기 전원 변환 장치로부터 인버터 입력 전압을 전달 받고, 상기 인버터 입력 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 모듈; 그리고 상기 전원 변환 장치, 릴레이 모듈, 그리고 인버터 모듈의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 약계자 제어에 의한 발열량과 상기 전원 변환 장치에 의한 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압이 인버터 모듈에 입력되도록 최소 발열 제어를 수행할 수 있다.
상기 인버터 입력 전압은 d축 전류량과 q축 전류량에 따라 정해지는 제1특성값과 상기 전원 변환 장치의 전원 변환 특성에 따라 정해지는 제2특성값으로부터 계산될 수 있다.
상기 최소 발열 제어는 최고 전압 또는 최소 전압을 확보할 필요가 있거나 최대 토크로 모터를 제어하여야 할 필요가 있거나 SOC(State Of Charge)를 확보할 필요가 있는 경우 수행되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치는 전원 공급부의 DC 전원을 인버터 입력 전압으로 변환하는 전원 변환 장치와, 상기 전원 변환 장치의 인버터 입력 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 모듈과, 상기 전원 변환 장치와 상기 인버터 모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 모터에서 발생되는 자계 방향에 반대되는 자계를 발생시키는 약계자 제어를 하고, 상기 약계자 제어에 따른 발열량을 줄이기 위하여 약계자 제어 억제를 하며, 상기 제어부는 상기 약계자 제어에 의한 발열량과 상기 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압이 인버터 모듈에 입력되도록 최소 발열 제어를 수행할 수 있다.
상기 인버터 입력 전압은 d축 전류량과 q축 전류량에 따라 정해지는 제1특성값과 상기 전원 변환 장치의 전원 변환 특성에 따라 정해지는 제2특성값으로부터 계산될 수 있다.
상기 최소 발열 제어는 최고 전압 또는 최소 전압을 확보할 필요가 있거나 최대 토크로 모터를 제어하여야 할 필요가 있거나 SOC(State Of Charge)를 확보할 필요가 있는 경우 수행되지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 제한된 에너지를 구동되는 자동차내에서 열로서 소실되는 에너지를 최소화하여 차량을 구동하므로 낭비되는 에너지를 최소화 할 수 있을 뿐 아니라, 모터-인버터 시스템의 냉각비용을 최소로 줄일 수 있다.
또한, 에너지 낭비의 최소화와 줄어든 냉각비용은 자동차의 구동 에너지의 확보로 이어지며, 이는 자동차 연비 향상으로 이어지게 되어, 자동차의 친환경성을 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치를 사용하여 모터를 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 약계자 제어의 수행 정도에 따른 발열량을 표시한 그래프이다.
도 4는 약계자 제어 억제에 따른 발열량을 표시한 그래프이다.
도 5는 전원 변환 수행에 따른 발열량을 표시한 그래프이다.
도 6은 모터 전류의 크기에 따른 제1특성값을 표시한 그래프이다.
도 7은 전원 변환 수행에 따른 제2특성값을 표시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치는 전원 공급부(10), 릴레이 모듈(20), 전원 변환 장치(30), 인버터 모듈(40), 모터부(50), 그리고 제어부(60)를 포함한다.
전원 공급부(10)는 복수개의 전원 공급 단위가 직렬로 연결되어 있으며, DC 전압(V1)을 전원 변환 장치(30)에 선택적으로 공급한다. 전원 공급부(10)로는 배터리가 주로 사용된다.
릴레이 모듈(20)은 상기 전원 공급부(10)를 선택적으로 상기 전원 변환 장치(30)에 연결한다. 릴레이 모듈(20)은 제1,2,3릴레이(22, 24, 26)와 저항(R1) 및 제1커패시터(C1)를 포함한다. 제1릴레이(22)와 제3릴레이(26)가 스위칭 온 되면, 제1커패시터(C1)에 전원 공급부(10)의 DC 전압과 같은 전압이 충전된다. 제1릴레이(22)와 제2릴레이(26)가 스위칭 온 되면, 제2릴레이(26)에 직렬로 연결된 저항(R1)에 의하여 전압이 강하되므로 제1커패시터(C1)에 전원 공급부(10)의 DC 전압보다 작은 전압이 충전된다. 또한, 릴레이 모듈(20)은 전원 공급부(10)의 전류를 검출하는 제1전류계(27)와 제1커패시터(C1)에 충전된 전압을 검출하는 제1전압계(29)가 장착되어 있다. 상기 제1전류계(27)와 제1전압계(29)는 제어부(60)에 전기적으로 연결되어 전원 공급부(10)의 전류와 제1커패시터(C1)에 충전된 전압에 대한 신호를 제어부(60)에 전달한다. 제어부(60)는 상기 제1전류계(27)와 제1전압계(29)로부터 전달 받은 신호를 기초로 제1,2,3릴레이(22, 24, 26)의 작동을 제어한다.
전원 변환 장치(30)는 상기 전원 공급부(10)로부터 받은 DC 전압을 인버터 입력 전압(V2)으로 변환한다. 상기 전원 변환 장치(30)는 코일(L)과 제1,2스위칭 소자(S1, S2)를 포함한다. 제어부(60)는 인버터 모듈(40)에 인가되어야 할 전원을 계산하고, 이 전원에 따라 상기 제1,2스위칭 소자(S1, S2)의 작동을 제어한다.
인버터 모듈(40)은 상기 전원 변환 장치(30)로부터 인버터 입력 전압을 받고 이를 3상 교류 전류로 전환하여 모터부(50)에 공급한다. 인버터 모듈(40)은 제2커패시터(45)와 제1,2인버터(42, 44)를 포함한다. 본 명세서에서는 제1,2모터(52, 54)가 사용되는 차량을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 모터의 개수에 따라 인버터의 개수가 정해진다.
또한, 인버터 모듈(40)은 제2커패시터(45)에 충전된 전압을 검출하는 제2전압계(45)와 제1,2모터(52, 54)에 공급되는 전류를 측정하는 제2,3전류계(46, 47)를 포함한다. 상기 제2전압계(45)와 제2,3전류계(46, 47)는 상기 제어부(60)에 전기적으로 연결되어 제2커패시터(45)에 충전된 전압과 제1,2모터(52, 54)에 공급되는 전류에 대한 신호를 제어부(60)에 전달한다. 제어부(60)는 제2전압계(45)와 제2,3전류계(46, 47)로부터 전달 받은 신호를 기초로 제1,2인버터(42, 44)의 작동을 제어한다.
모터부(50)는 제1,2모터(52, 54)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터 제어 장치를 사용하여 모터를 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모터 제어 장치에 의한 모터의 제어가 시작되면, 제어부(60)는 강제적으로 전원의 변환이 필요한지를 판단한다(S100). 강제적으로 전원의 변환이 필요한 경우는 차량의 주행 모드를 전환하기 위하여 최고 전압을 확보해야 할 필요가 있거나 전원 변환 장치(30)가 고장이 나서 최소 전압만을 변환하도록 설정되는 경우이다. 이 때, 인버터 입력 전원은 미리 설정되어 있다.
상기 S100 단계에서 강제적으로 전원의 변환이 필요하면, 제어부(60)는 설정된 인버터 입력 전원에 따라 강제 전원 변환량을 산출한다(S150). 그 후, 제어부(60)는 전원 변환 장치(30)가 전원 변환을 수행하도록 제어한다(S140).
상기 S100 단계에서 강제적으로 전원의 변환이 필요하지 않다면, 제어부(60)는 최소 발열 제어가 필요한지를 판단한다(S110). 최소 발열 제어가 필요하지 않은 경우 역시 미리 설정되어 있다. 즉, 차량이 최대 토크로 주행해야 하는 경우 또는 전원 공급부(10)의 SOC(state of charge)를 확보해야 하는 경우가 최소 발열 제어가 필요하지 않는 경우이다.
S110 단계에서 최소 발열 제어가 필요하지 않으면, 제어부(60)는 필수 전원 변환량을 산출한다(S160). 필수 전원 변환량은 제1,2모터(52, 54)가 MTPA(maximum torque per ampere) 라인 상에서 작동하도록 제어하기 위한 전원 변환량을 의미하며, 다음의 식에 의하여 계산된다.
Figure 112010080514171-pat00001
여기서, Vsystem은 장치의 전압이고, w는 모터의 속도이며, Lqs는 q축 동기 인덕턴스이고, Lds는 d축 동기 인덕턴스이며, iqs r는 q축 동기 전류이고, ids r는 d축 동기 전류이고, λf는 자속이다. 또한, Is max는 최대 전류이며, Ids는 d축 전류이고, Iqs는 q축 전류이다.
그 후, 제어부(60)는 전원 공급부(10)에 충전되어 있는 현재 전압 등을 기초로 필수 전원 변환량을 제한하고(S130), 전원 변환을 수행한다(S140).
상기 S110 단계에서 최소 발열 제어가 필요하면, 제어부(60)는 최소 발열 전원 변환량을 산출한다(S120). 최소 발열 전원 변환량을 산출하는 과정을 도 3 내지 도 7을 참조로 설명한다.
모터가 고속으로 회전시 발생하는 역기전력으로 인해 단위 전류당 모터가 낼 수 있는 최대 토크가 제한되게 된다. 이러한 고속 영역에서 모터를 운전하고자 하는 경우에는 일반적으로 영구자석 동기모터의 고정부 코일에 회전부에서 발생하는 자계에 반대 방향을 가지는 자계를 발생시키는 약계자 제어(Flux-Weakening Control)를 수행하여 원하는 토크를 얻을 수 있다.
모터가 고속으로 회전할 수록 약계자 제어의 수행 정도는 증가하게 되며, 약계자 제어를 수행할 때는 토크 발생을 위한 전류 이외에 약계자 제어를 위한 전류를 추가로 인가하여야 한다. 이는 약계자 제어를 수행하지 않는 경우와 비교할 때 인버터 모듈 및 모터의 전류를 증가시키게 된다. 따라서, 큰 전류가 인버터 모듈 및 모터에 인가되어 추가적인 발열이 발생하게 된다. 도 3에는 약계자 제어의 수행 정도에 따른 발열량이 도시되어 있다.
모터의 고속 회전에 따른 약계자 제어의 수행 정도 및 이에 따른 발열을 줄이고, 역기전력에 따른 토크의 감소를 막기 위해 전원 변환 장치를 통하여 높은 전압을 인버터 모듈에 인가할 경우 약계자 제어가 억제되어 모터 및 인버터 모듈의 발열을 줄일 수 있다. 하지만 전원 변환 장치를 통해 역기전력 이상의 전압을 추가로 인버터 모듈에 인가하면 전원 변환 장치에서 발열이 증가하게 된다. 도 4에는 약계자 제어 억제에 따른 발열량이 도시되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 약계자 제어에 의한 발열량과 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압을 계산한다. 도 5에는 전원 변환 수행에 따른 발열량이 도시되어 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원 변환에 따른 발열량이 최소가 되는 인버터 입력 전압(V2)을 계산한다. 최소 발열 전원 변환량(즉, 인버터 입력 전압(V2))는 다음의 식에 의하여 계산된다.
Figure 112010080514171-pat00002
여기서, α, β는 게인으로 0과 1 사이의 값을 가지며, φf1과 φf2는 제1,2특성값으로 자속과 관련되어 있으며, a, b, c, d는 상수이다. 또한, α, β, a, b, c, d는 실험을 통해 튜닝될 수 있다.
제1특성값은 d축 전류량과 q축 전류량에 따라 달라지는 값으로, 도 6에는 모터 전류 크기에 따른 제1특성값이 도시되어 있다.
제2특성값은 전환 변환 특성에 따라 달라지는 값으로, 도 7에는 전원 변환 수행에 따른 제2특성값이 도시되어 있다.
최소변환량은 전원 변환 장치가 최소로 변환하여야 하는 전원량으로, 전원 변환 장치의 전원 변환 효율을 고려하여 미리 설정되어 있으며, 요구변환량은 이전 전원 변환 시 요구되었던 전원 변환량을 의미한다.
상기와 같이 최소발열 전원 변환량이 계산되면, 제어부(60)는 전원 공급부(10)에 충전되어 있는 현재 전압 등을 기초로 필수 전원 변환량을 제한하고(S130), 전원 변환을 수행한다(S140).
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (6)

  1. DC 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부의 DC 전원을 선택적으로 전달 받아 인버터 입력 전압으로 변환하는 전원 변환 장치;
    상기 전원 공급부를 선택적으로 전원 변환 장치에 연결하는 릴레이 모듈;
    상기 전원 변환 장치로부터 인버터 입력 전압을 전달 받고, 상기 인버터 입력 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 모듈; 그리고
    상기 전원 변환 장치, 릴레이 모듈, 그리고 인버터 모듈의 작동을 제어하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 약계자 제어에 의한 발열량과 상기 전원 변환 장치에 의한 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압이 인버터 모듈에 입력되도록 최소 발열 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 입력 전압은 d축 전류량과 q축 전류량에 따라 정해지는 제1특성값과 상기 전원 변환 장치의 전원 변환 특성에 따라 정해지는 제2특성값으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최소 발열 제어는 최고 전압 또는 최소 전압을 확보할 필요가 있거나 최대 토크로 모터를 제어하여야 할 필요가 있거나 SOC(State Of Charge)를 확보할 필요가 있는 경우 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  4. 전원 공급부의 DC 전원을 인버터 입력 전압으로 변환하는 전원 변환 장치와, 상기 전원 변환 장치의 인버터 입력 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 모듈과, 상기 전원 변환 장치와 상기 인버터 모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터에서 발생되는 자계 방향에 반대되는 자계를 발생시키는 약계자 제어를 하고, 상기 약계자 제어에 따른 발열량을 줄이기 위하여 약계자 제어 억제를 하며,
    상기 제어부는 상기 약계자 제어에 의한 발열량과 상기 약계자 제어 억제에 의한 발열량의 합이 최소가 되도록 하는 인버터 입력 전압이 인버터 모듈에 입력되도록 최소 발열 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인버터 입력 전압은 d축 전류량과 q축 전류량에 따라 정해지는 제1특성값과 상기 전원 변환 장치의 전원 변환 특성에 따라 정해지는 제2특성값으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 최소 발열 제어는 최고 전압 또는 최소 전압을 확보할 필요가 있거나 최대 토크로 모터를 제어하여야 할 필요가 있거나 SOC(State Of Charge)를 확보할 필요가 있는 경우 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어 장치.
KR1020100124165A 2010-12-07 2010-12-07 차량용 모터 제어 장치 KR101172331B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100124165A KR101172331B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 차량용 모터 제어 장치
JP2011142859A JP2012125133A (ja) 2010-12-07 2011-06-28 車両用モータ制御装置
DE102011079418A DE102011079418A1 (de) 2010-12-07 2011-07-19 System zum Regeln eines Motors von einem Fahrzeug
US13/185,720 US8884556B2 (en) 2010-12-07 2011-07-19 System for controlling a motor of vehicle
CN201110249115.0A CN102570938B (zh) 2010-12-07 2011-07-22 用于控制车辆的电动机的系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100124165A KR101172331B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 차량용 모터 제어 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120063115A KR20120063115A (ko) 2012-06-15
KR101172331B1 true KR101172331B1 (ko) 2012-08-09

Family

ID=46144805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100124165A KR101172331B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 차량용 모터 제어 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8884556B2 (ko)
JP (1) JP2012125133A (ko)
KR (1) KR101172331B1 (ko)
CN (1) CN102570938B (ko)
DE (1) DE102011079418A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9293248B2 (en) * 2012-12-12 2016-03-22 Raytheon Company Methods and apparatus for EMI filter having switched capacitance based on loading
US9403438B2 (en) 2013-09-06 2016-08-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Control device for hybrid vehicle and control method for hybrid vehicle
CN104494457B (zh) * 2014-11-26 2016-11-02 东南大学 一种电流源型插电混合动力汽车能量传送驱动装置及方法
KR101856317B1 (ko) * 2016-04-18 2018-05-10 현대자동차주식회사 차량의 컨버터 제어방법 및 시스템
DE102018123206A1 (de) * 2018-09-20 2020-03-26 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Steuerungseinrichtung für einen Wechselrichter, Wechselrichter für eine Asynchronmaschine, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006304462A (ja) 2005-04-19 2006-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd モータ駆動システム及び永久磁石モータ制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3146791B2 (ja) 1993-08-10 2001-03-19 トヨタ自動車株式会社 永久磁石型同期モータの駆動制御装置
JP3487952B2 (ja) * 1995-04-14 2004-01-19 株式会社日立製作所 電気自動車の駆動装置及び駆動制御方法
JP3328509B2 (ja) * 1996-05-29 2002-09-24 株式会社日立製作所 電気車用駆動システム
JP3480843B2 (ja) * 2001-09-04 2003-12-22 三菱電機株式会社 電動パワーステアリング制御装置及び制御方法
JP3971979B2 (ja) * 2002-09-13 2007-09-05 日立アプライアンス株式会社 空気調和装置
JP4452519B2 (ja) * 2004-01-20 2010-04-21 本田技研工業株式会社 車両推進用のｄｃブラシレスモータ駆動制御装置及び方法
US7667426B2 (en) * 2005-06-17 2010-02-23 Gm Global Technology Operations, Inc. On-line minimum copper loss control of interior permanent-magnet synchronous machine for automotive applications
JP4622872B2 (ja) * 2006-01-26 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 車両の電源装置、車両および車両の電源装置の制御方法
CN100502226C (zh) * 2007-05-09 2009-06-17 哈尔滨工业大学 基于交流电流直接控制的永磁同步电机弱磁控制系统
JP2009143263A (ja) 2007-12-11 2009-07-02 Mazda Motor Corp 車両用駆動制御装置
KR100957330B1 (ko) 2007-12-13 2010-05-12 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 구동모터 토크 제어 방법
KR100921096B1 (ko) 2008-03-21 2009-10-08 현대자동차주식회사 구동모터 과열 방지를 위한 하이브리드 차량의 토크 제어방법
US7960928B2 (en) * 2008-10-15 2011-06-14 Tesla Motors, Inc. Flux controlled motor management

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006304462A (ja) 2005-04-19 2006-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd モータ駆動システム及び永久磁石モータ制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102570938A (zh) 2012-07-11
KR20120063115A (ko) 2012-06-15
DE102011079418A1 (de) 2012-06-14
CN102570938B (zh) 2016-04-20
JP2012125133A (ja) 2012-06-28
US20120139458A1 (en) 2012-06-07
US8884556B2 (en) 2014-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5321660B2 (ja) 車両の制御装置及び制御方法
US8659182B2 (en) Power supply system and electric powered vehicle including power supply system, and method for controlling power supply system
KR101766094B1 (ko) 하이브리드 차량의 출력 제어 시스템
JP4985780B2 (ja) 電動機制御装置，駆動装置およびハイブリッド駆動装置
US7701156B2 (en) Electric motor drive control system and control method thereof
US9950627B2 (en) Power conversion device
JP5454701B2 (ja) 電動車両の電源装置およびその制御方法ならびに電動車両
KR101795380B1 (ko) 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법
KR101787823B1 (ko) 전동 차량
KR101172331B1 (ko) 차량용 모터 제어 장치
CN111713012B (zh) 马达控制装置以及使用它的电动车辆系统
JP2014195341A (ja) 車両の充電制御装置
KR102010294B1 (ko) 전기 자동차 및 이의 구동 방법
KR101631085B1 (ko) 전기 자동차 및 이의 구동 방법
US11038367B2 (en) Power supply apparatus for vehicle
CN103066906A (zh) 一种永磁无刷直流起/发电机的控制发电系统及控制方法
KR101854017B1 (ko) 마일드 하이브리드 차량의 모터 발전기 전원 공급 장치 및 이의 제어 방법
KR20130095082A (ko) 전기 자동차 및 이의 구동 방법
JP2013090410A (ja) 電動車両
JP7292527B2 (ja) 電力変換装置および駆動制御装置
CN112930648B (zh) 电力转换装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160729

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180730

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190729

Year of fee payment: 8