KR101543002B1 - 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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한대웅
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Abstract

친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템은, 친환경 차량의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하여 모터의 감자 상태를 파악하는 모터 감자상태 감지부; 상기 모터 역기전력으로 전류 지령을 출력하는 전류지령맵; 및 상기 모터의 감자 상태에 따른 상기 전류 지령의 크기를 증가시켜 모터 토크를 보상하는 모터 전류 제어부를 포함한다.

Description

친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING A MOTOR TORQUE OF GREEN CAR}
본 발명은 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 내연기관 자동차와는 다르게 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)와 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 같은 친환경 차량은 배터리 전원에 의한 전기 모터의 힘으로 운행된다.
전기 모터는 회전자에 구비된 영구자석을 이용하여 회전 구동력을 발생시키는 친환경 차량의 핵심 구성으로, 종래에는 전기 모터 내 영구자석의 자력이 항상 일정하다는 가정하에 미리 설계된 맵(Map)에 의한 전류를 인가하여 토크를 출력하고 있다.
그러나, 영구자석의 자력 세기는 인가되는 전류의 크기뿐 아니라 전기 모터의 동작온도와 같은 외부환경에 따라 변화가 발생한다.
특히, 전기 모터에는 오랜 기간 차량 주행 시 열화에 의해 모터 내 영구자석의 자력이 줄어드는 감자(Demagnetization) 현상이 발생하고, 감자 현상에 의한 모터 토크 제어 정도(모터 출력)가 감소함으로써 고객의 사양 불만족을 유발하는 문제가 있다. 또한, 모터 내 영구자석의 감자 현상에 따른 출력 저하 발생을 방지하기 위하여 추가적인 비용 발생하는 문제가 있다.
따라서, 친환경 차량의 모터 출력 사양 유지 및 고객 만족을 위해서는 모터 내 영구자석의 감자 현상에 따른 토크 보상 기술이 절실히 요구된다.
본 발명의 실시 예는 친환경 차량에 사용된 전기 모터의 일정한 출력을 얻기 위하여 전기 모터의 열화 시 영구자석의 감자 정도에 따른 모터 토크를 보상하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템은, 친환경 차량의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하여 모터의 감자 상태를 파악하는 모터 감자상태 감지부; 상기 모터 역기전력으로 전류 지령을 출력하는 전류지령맵; 및 상기 모터의 감자 상태에 따른 상기 전류 지령의 크기를 증가시켜 모터 토크를 보상하는 모터 전류 제어부를 포함한다.
또한, 상기 모터 감자상태 감지부는, 상기 모터의 역기전력 상태 측정을 통한 모터 역기전력 설계 값 대비 역전기력 상수 감소분을 도출하여 상기 모터의 감자 상태를 파악할 수 있다.
또한, 상기 모터 감자상태 감지부는, 상기 차량의 현재 역기전력을 실시간으로 측정하고, 상기 모터의 토크제어를 위한 전류 지령에 참조되는 역기전력 상수를 산출하는 역기전력 측정부; 및 상기 모터의 역기전력 설계 값을 저장하고 산출된 현재 역기전력 상수 값과 역기전력 설계 값을 비교하여 역기전력 상수 감소분을 도출하는 역기전력 비교부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 역기전력 상수 감소분은 상기 모터의 현재 감자 상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 모터 전류 제어부는, 상기 전류지령맵을 통해 출력되는 전류 지령과 상기 모터의 감자 상태에 따른 역기전력 상수 감소분에 기초하여 보상된 전류 지령을 출력하기 위한 전류 보상 테이블을 저장할 수 있다.
또한, 상기 모터 전류 제어부는, 상기 전류 지령과 역기전력 상수 감소분이 입력되면, 상기 전류 보상 테이블을 참조하여 상기 역기전력 상수 감소분만큼 상기 전류 지령 값의 크기를 증가시켜 상기 보상된 전류 지령을 출력할 수 있다.
또한, 상기 보상된 전류 지령은 하기의 모터토크 수학식,
Figure 112014051124833-pat00001
(여기서, P=극수(고정값), λpm=역기전력상수, Iq=q축전류, Id=d축전류, Ld=d축 인덕턴스(고정값), Lq=q축 인덕턴스(고정값)을 각각 의미한다.) 으로부터 도출할 수 있다.
또한, 상기 전류 보상 테이블은, 상기 모터토크 수학식을 통해 미리 전류 지령 값의 크기와 역기전력 상수의 감소분의 변동에 따라 상응하는 보상 전류 지령을 계산하여 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 친환경 차량의 모터 토크 보상 방법은, a) 친환경 차량의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하고, 모터의 토크제어를 위한 역전기력 상수를 산출하는 단계; b) 역기전력 상수에 대응하는 전류 지령이 저장된 전류지령맵을 통하여 상기 역기전력 상수에 따른 전류 지령을 출력하는 단계; c) 상기 역기전력 상수와 역기전력 설계 값을 비교하여 역기전력 상수 감소분을 도출하는 단계; 및 d) 역기전력 상수 감소분에 따라 보상된 전류 지령이 저장된 전류 보상 테이블을 참조하여 상기 역기전력 상수 감소분만큼 상기 전류 지령 값의 크기를 증가시켜 보상된 전류 지령을 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 c) 단계는, 현재 모터 역기전력 상수 값을 역기전력 설계 값으로 나누어 역기전력 상수 감소분을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 실시간으로 측정되는 모터의 역기전력 상수 감소분을 이용하여 모터 토크를 보상함으로써 영구자석의 감자 현상에 따른 모터 토크 감소를 예방하고 일정하게 출력사양을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터 토크 보상 기법을 통해 모터 출력사양을 보장함으로써 친환경 차량에 대한 고객의 주행 신뢰성을 향상시키고 영구자석의 감자현상 개선에 따른 추가 비용손실을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자력과 모터 역기전력의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시간에 따른 모터 자속 감소량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경차량의 모터 토크 보상 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 감자에 따른 모터 토크 보상을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 친환경차량의 모터 토크 보상방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자력과 모터 역기전력의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 모터의 역기전력 값과 영구자석의 자력의 관계는 두 값이 선형적으로 증가하는 비례관계에 있으며, 따라서 역기전력을 측정함으로써 영구자석 자력의 세기를 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시간에 따른 모터 자속 감소량을 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 차량을 장기간 사용함에 따라 고온노출 및 여러 환경조건에 의해 모터의 자속이 감소되는 결과를 그래프로, 시간에 따라 영구자석의 감자 현상이 발생하는 것을 나타낸다.
기존에는 차량을 장기간 사용함에 따른 역기전력 상수(
Figure 112014051124833-pat00002
)의 감소량을 고려하지 않고, 전류 지령에 참조함으로써 모터의 토크 제어 정도(즉, 모터 출력)가 감소되는 문제가 존재하였다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 토크 보상 시스템(100)은 친환경 차량(이하, 편의상 차량이라 명명함)의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하여 모터의 감자 상태(이하, 감자 정도와 동일한 의미로 사용됨)를 파악하는 모터 감자상태 감지부(110), 상기 모터 역기전력으로 전류 지령을 출력하는 전류지령맵(120) 및 모터의 감자 상태에 따른 상기 전류 지령의 크기를 증가시켜 모터 토크를 보상하는 모터 전류 제어부(130)를 포함한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 토크 보상 시스템(100)은 모터의 감자 상태를 고려하여 기존 모터 전류 전류지령을 보상하는 것이며, 특히 모터 감자상태를 모터의 역기전력 상태 측정을 통한 설계 값 대비 역전기력 상수 감소분을 도출하는 것으로 파악할 수 있다.
모터 감자상태 감지부(110)는 역기전력 측정부(111) 및 역기전력 비교부(112)를 포함한다.
역기전력 측정부(111)는 차량의 주행 또는 정차 시의 현재 역기전력을 실시간으로 측정하고, 모터의 토크제어를 위한 전류 지령에 참조되는 역기전력 상수(
Figure 112014051124833-pat00003
)를 산출한다.
역기전력 비교부(112)는 모터의 역기전력 설계 값을 저장하고, 역기전력 측정부(111)에서 산출된 현재 역기전력 상수 값(현재
Figure 112014051124833-pat00004
)과 역기전력 설계 값(설계
Figure 112014051124833-pat00005
)을 비교하여 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00006
)을 도출한다.
이 때, 역기전력 비교부(112)는 현재 역기전력 상수 값(현재
Figure 112014051124833-pat00007
)을 역기전력 설계 값(설계
Figure 112014051124833-pat00008
)으로 나누어 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00009
)을 계산할 수 있으며, 상기 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00010
)은 모터의 현재 감자 상태를 의미한다.
전류지령맵(120)은 모터 역기전력에 대응하는 전류 지령을 출력하기 위한 맵으로 역기전력 측정부(111)에서 측정된 현재 역기전력에 따른 전류 지령을 출력한다. 이 때, 출력되는 전류 지령은 영구자석의 감자 현상이 반영된 기존 전류 지령이다.
모터 전류 제어부(130)는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 토크 보상 제어를 위한 프로그램과 역기전력에 따른 보상된 전류값을 출력하기 위한 전류 보상 테이블을 저장하고 있다.
상기 전류 보상 테이블은 전류지령맵(120)을 통해 출력되는 전류 지령과 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00011
)을 통해 보상된 전류 지령을 출력하기 위한 정보가 저장된 새로운 맵이다.
모터 전류 제어부(120)는 기존 전류 지령과 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00012
)이 입력되면, 상기 전류 보상 테이블을 참조하여 역기전력 비교부(112)에서 입력되는 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00013
)만큼 기존 전류 지령 값의 크기를 증가시킴으로써 보상된 전류 지령을 출력한다.
이 때, 보상된 전류 지령은 다음의 수학식 1로부터 도출될 수 있다.
Figure 112014051124833-pat00014
(여기서, P=극수(고정값), λpm=역기전력상수, Iq=q축전류, Id=d축전류, Ld=d축 인덕턴스(고정값), Lq=q축 인덕턴스(고정값)을 각각 의미한다.)
상기 수학식 1은 영구자석모터의 일반적으로 알려진 토크 식으로, 역기전력상수(λpm)의 감소분만큼 그에 따른 전류(Iq, Id)를 증가시키는 것을 나타낸다.
이러한 상기 수학식1을 통해 미리 기존 전류 지령 값의 크기와 역기전력 상수의 감소분의 변동에 따라 상응하는 보상 전류 지령을 계산하여 전류 보상 테이블을 생성할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 감자에 따른 모터 토크 보상을 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 차량을 오랜 기간 주행할 시 모터 내 영구자석의 감자로 인해 모터 토크(출력)이 점차 감소하는 것을 나타내며, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 전류 제어부(130)는 이러한 모터 토크 감소 분을 전류 보상 테이블을 참조한 모터 토크 보상 방안을 통하여 보상해줌으로써 일정한 모터 출력을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 전류 제어부(130)는 실시간으로 모터 역기전력 상수 감소분을 측정할 수 있으므로 상기 오랜 기간 주행에 한정하지 않고단기간 고토크 출력으로 인한 모터 열화 및 온도 상승에 따른 일시적 감자 현상에 대해서도 모터 토크 보상을 할 수 있음은 자명하다.
한편, 전술한 모터 토크 보상 시스템(100)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 모터 영구자석 감자에 따른 모터 토크 보상방법을 다음의 도 5를 통하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 친환경 차량의 모터 토크 보상방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 토크 보상 시스템(100)은 차량의 주행 또는 정차 시의 현재 역기전력을 실시간으로 측정하고(S101), 모터의 토크제어를 위한 역전기력 상수(
Figure 112014051124833-pat00015
)를 산출한다(S102).
모터 토크 보상 시스템(100)은 모터 역기전력에 대응하는 전류 지령이 저장된 전류지령맵(120)을 통해 상기 역기전력 상수에 따른 전류 지령을 출력한다(S103).
또한, 모터 토크 보상 시스템(100)은 역기전력 측정부(111)에서 산출된 현재 역기전력 상수 값(현재
Figure 112014051124833-pat00016
)과 역기전력 설계 값(설계
Figure 112014051124833-pat00017
)을 비교하여 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00018
)을 도출한다(S104).
이 때, 모터 토크 보상 시스템(100)은 현재 역기전력 상수 값(현재
Figure 112014051124833-pat00019
)을 역기전력 설계 값(설계 )으로 나누어 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00021
)을 계산할 수 있으며, 상기 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00022
)은 모터의 현재 감자 정도를 의미한다.
모터 토크 보상 시스템(100)은 역기전력의 감소분에 따라 보상된 전류 지령이 저장된 전류 보상 테이블을 참조하여 상기 역기전력 상수 감소분(
Figure 112014051124833-pat00023
)만큼 기존 전류 지령 값의 크기를 증가시켜 보상된 전류 지령을 출력한다(S105).
즉, 모터 토크 보상 시스템(100)은 모터의 감자 상태를 고려하여 기존 모터 전류 전류지령을 보상함으로써 모터 토크(출력)의 감소를 방지하고 일정하게 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 실시간으로 측정되는 모터의 역기전력 상수 감소분을 이용하여 모터 토크를 보상함으로써 영구자석의 감자 현상에 따른 모터 토크 감소를 예방하고 일정하게 출력사양을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터 토크 보상 기법을 통해 모터 출력사양을 보장함으로써 친환경 차량에 대한 고객의 주행 신뢰성을 향상시키고 영구자석의 감자현상 개선에 따른 추가 비용손실을 절감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 모터 토크 보상 시스템 110: 모터 감자상태 감지부
111: 역기전력 측정부 112: 역기전력 비교부
120: 전류지령맵 130: 모터 전류 제어부

Claims (10)

  1. 친환경 차량의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하여 모터의 감자 상태를 파악하는 모터 감자상태 감지부;
    상기 모터 역기전력으로 전류 지령을 출력하는 전류지령맵; 및
    상기 모터의 감자 상태에 따른 상기 전류 지령의 크기를 증가시켜 모터 토크를 보상하는 모터 전류 제어부를 포함하되,
    상기 모터 전류 제어부는, 상기 전류지령맵을 통해 출력되는 전류 지령과 상기 모터의 감자 상태에 따른 역기전력 상수 감소분에 기초하여 보상된 전류 지령을 출력하기 위한 전류 보상 테이블을 저장하고,
    상기 전류 지령과 역기전력 상수 감소분이 입력되면, 상기 전류 보상 테이블을 참조하여 상기 역기전력 상수 감소분만큼 상기 전류 지령 크기를 증가시켜 보상된 전류 지령을 출력하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 감자상태 감지부는,
    상기 모터의 역기전력 상태 측정을 통한 모터 역기전력 설계 값 대비 역전기력 상수 감소분을 도출하여 상기 모터의 감자 상태를 파악하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 감자상태 감지부는,
    상기 차량의 현재 역기전력을 실시간으로 측정하고, 상기 모터의 토크제어를 위한 전류 지령에 참조되는 역기전력 상수를 산출하는 역기전력 측정부; 및
    상기 모터의 역기전력 설계 값을 저장하고 산출된 현재 역기전력 상수 값과 역기전력 설계 값을 비교하여 역기전력 상수 감소분을 도출하는 역기전력 비교부를 포함하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 역기전력 상수 감소분은 상기 모터의 현재 감자 상태인 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상된 전류 지령은 하기의 모터토크 수학식,
    Figure 112015047992865-pat00024

    (여기서, P=극수(고정값), λpm=역기전력상수, Iq=q축전류, Id=d축전류, Ld=d축 인덕턴스(고정값), Lq=q축 인덕턴스(고정값)을 각각 의미한다.)
    으로부터 도출되는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전류 보상 테이블은
    상기 모터토크 수학식을 통해 미리 전류 지령 값의 크기와 역기전력 상수의 감소분의 변동에 따라 상응하는 보상 전류 지령을 계산하여 생성하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 시스템.
  9. 친환경 차량의 모터 토크 보상 방법에 있어서,
    a) 친환경 차량의 모터 역기전력을 실시간으로 측정하고, 모터의 토크제어를 위한 역전기력 상수를 산출하는 단계;
    b) 역기전력 상수에 대응하는 전류 지령이 저장된 전류지령맵을 통하여 상기 역기전력 상수에 따른 전류 지령을 출력하는 단계;
    c) 상기 역기전력 상수와 역기전력 설계 값을 비교하여 역기전력 상수 감소분을 도출하는 단계; 및
    d) 상기 전류 지령과 역기전력 상수 감소분이 입력되면, 상기 전류지령맵을 통해 출력되는 전류 지령과 상기 모터의 감자 상태에 따른 역기전력 상수 감소분에 기초하여 보상된 전류 지령을 출력하기 위한 전류 보상 테이블을 참조하여, 상기 역기전력 상수 감소분만큼 상기 전류 지령 크기를 증가시켜 보상된 전류 지령을 출력하는 단계
    를 포함하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    현재 모터 역기전력 상수 값을 역기전력 설계 값으로 나누어 역기전력 상수 감소분을 계산하는 단계를 포함하는 친환경 차량의 모터 토크 보상 방법.
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