KR101578025B1 - Hybrid power apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 한 개의 차량 구동용 모터에 전력을 공급하는 적어도 한 개의 인버터를 구비하고, 엔진의 축과 회동하는 발전기와 배터리 사이에 직류-링크 캐패시터가 연결되며, 직류-링크 캐패시터에 충전되는 직류-링크 전력이 인버터에 공급되는 하이브리드 동력 장치에 있어서, 양방향성 교류-직류 변환기, 양방향성 직류-직류 변환기 및 통합 제어부를 포함한다. 양방향성 교류-직류 변환기는 발전기와 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된다. 양방향성 직류-직류 변환기는 배터리와 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된다. 통합 제어부는, 인버터, 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기의 동작을 제어하되, 인버터의 부하 전력(Pload)이 발전기의 출력 전력(Pgen)보다 크면 양방향성 직류-직류 변환기가 동작되도록 제어한다.The present invention relates to a motor vehicle having at least one inverter for supplying electric power to at least one vehicle drive motor, wherein a DC-link capacitor is connected between a generator and a battery rotating with an axis of the engine, A hybrid power plant in which DC-link power is supplied to an inverter, comprising a bi-directional AC-DC converter, a bi-directional DC-DC converter and an integrated controller. The bidirectional AC-DC converter is connected between the generator and the DC-link capacitor. A bidirectional dc-dc converter is connected between the battery and the dc-link capacitor. The integrated controller controls operations of the inverter, the bidirectional AC-DC converter and the bidirectional DC-DC converter, and controls the bidirectional DC-DC converter to operate when the load power Pload of the inverter is greater than the output power Pgen of the generator .

하이브리드 동력 장치, 제어기 Hybrid power unit, controller

Description

하이브리드 동력 장치{Hybrid power apparatus}[0001] Hybrid power apparatus [0002]

본 발명은, 하이브리드 동력 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 바퀴 차량, 궤도 차량, 선박 및 건설 기계에 사용되는 하이브리드 동력 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid power unit, and more particularly, to a hybrid power unit used in a wheeled vehicle, a tracked vehicle, a ship, and a construction machine.

일반적으로, 하이브리드 동력 장치는 적어도 한 개의 차량 구동용 모터에 전력을 공급하는 적어도 한 개의 인버터(inverter)를 구비한다.Generally, the hybrid power unit has at least one inverter that supplies power to at least one vehicle drive motor.

예를 들어, 4 개의 인-휠(In-Wheel) 모터들이 사용되는 경우에 4 개의 인버터들이 필요하다. 또한, 1 개의 트랙션(traction) 모터가 사용되는 경우에 1 개의 인버터가 필요하다. For example, if four in-wheel motors are used, four inverters are needed. In addition, one inverter is required when one traction motor is used.

이와 같은 하이브리드 동력 장치에 있어서, 엔진의 축과 회동하는 발전기와 배터리 사이에 직류-링크 캐패시터가 연결되며, 직류-링크 캐패시터에 충전되는 직류-링크 전력이 인버터에 공급된다.In such a hybrid power unit, a DC-link capacitor is connected between the generator and the battery rotating with the axis of the engine, and the DC-link power charged to the DC-link capacitor is supplied to the inverter.

발전기와 직류-링크 캐패시터 사이에는 양방향성 교류-직류 변환기가 연결된다. 배터리와 직류-링크 캐패시터 사이에는 연결된 양방향성 직류-직류 변환기가 연결된다.Bidirectional ac-to-dc converters are connected between the generator and the dc-link capacitors. A bi-directional DC-DC converter is connected between the battery and the DC-link capacitor.

상기와 같은 하이브리드 동력 장치에 있어서, 종래에는, 인버터(inverter), 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기 각각에 제어부가 개별적으로 존재하였다.Conventionally, in the hybrid power plant as described above, control units are separately provided in each of an inverter, a bidirectional AC-DC converter, and a bidirectional DC-DC converter.

따라서, 상기와 같은 제어 구조의 하이브리드 동력 장치에서는, 단순히 직류-링크 캐패시터의 전압이 기준 전압보다 낮아지면, 양방향성 직류-직류 변환기가 동작하여 배터리로부터 직류-링크 캐패시터에 전력이 공급된다.Therefore, in the hybrid power device having the control structure as described above, when the voltage of the DC-link capacitor is lowered below the reference voltage, the bidirectional DC-DC converter operates and power is supplied from the battery to the DC-link capacitor.

하지만, 직류-링크 캐패시터의 전압은 인버터(inverter)의 부하 전력, 발전기의 출력 전력 및 배터리의 출력 전력에 의해서도 변동한다. However, the voltage of the DC-link capacitor also varies depending on the load power of the inverter, the output power of the generator, and the output power of the battery.

따라서, 상기와 같은 제어 구조의 하이브리드 동력 장치에 의하면, 단순히 직류-링크 캐패시터의 전압에 따라 양방향성 직류-직류 변환기를 제어하므로, 직류-링크 캐패시터의 전압을 신속하게 안정화시킬 수 없는 문제점이 있다.Therefore, according to the hybrid power device having the above-described control structure, the bidirectional DC-DC converter is controlled according to the voltage of the DC-link capacitor, so that the voltage of the DC-link capacitor can not be quickly stabilized.

이에 따라, 인버터(inverter), 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기 각각에는, 대용량의 전해 캐패시터들 및 전해 캐패시터들의 초기 충전 회로가 필요하였다.Thus, an inverter, a bidirectional ac-dc converter, and a bidirectional dc-to-dc converter, respectively, required an initial charging circuit of large-capacity electrolytic capacitors and electrolytic capacitors.

본 발명의 목적은, 직류-링크 캐패시터의 전압을 신속하게 안정화시킬 수 있는 제어 구조의 하이브리드 동력 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a hybrid power plant with a control structure capable of quickly stabilizing the voltage of a DC-link capacitor.

본 발명은, 적어도 한 개의 차량 구동용 모터에 전력을 공급하는 적어도 한 개의 인버터를 구비하고, 엔진의 축과 회동하는 발전기와 배터리 사이에 직류-링크 캐패시터가 연결되며, 상기 직류-링크 캐패시터에 충전되는 직류-링크 전력이 상기 인버터에 공급되는 하이브리드 동력 장치에 있어서, 양방향성 교류-직류 변환기, 양방향성 직류-직류 변환기 및 통합 제어부를 포함한다.The present invention relates to an electric power steering system comprising at least one inverter for supplying electric power to at least one vehicle drive motor, a DC-link capacitor is connected between a generator and a battery rotating with an axis of the engine, To-DC converter, a bidirectional DC-DC converter, and an integrated controller, wherein the DC-link power is supplied to the inverter.

상기 양방향성 교류-직류 변환기는 상기 발전기와 상기 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된다.The bidirectional AC-DC converter is connected between the generator and the DC-link capacitor.

상기 양방향성 직류-직류 변환기는 상기 배터리와 상기 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된다.The bidirectional DC-DC converter is connected between the battery and the DC-link capacitor.

상기 통합 제어부는, 상기 인버터, 상기 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기의 동작을 제어하되, 상기 인버터의 부하 전력이 상기 발전기의 출력 전력보다 크면 상기 양방향성 직류-직류 변환기가 동작되도록 제어한다.The integrated controller controls operations of the inverter, the bidirectional AC-DC converter, and the bidirectional DC-DC converter, and controls the bidirectional DC-DC converter to operate when the load power of the inverter is greater than the output power of the generator .

본 발명의 상기 하이브리드 동력 장치에 의하면, 상기 통합 제어부에 의하여, 상기 인버터의 부하 전력(Pload)이 상기 발전기의 출력 전력(Pgen)보다 크면 상기 양방향성 직류-직류 변환기가 동작한다. According to the hybrid power plant of the present invention, when the load power (Pload) of the inverter is larger than the output power (Pgen) of the generator by the integrated controller, the bidirectional DC-DC converter operates.

따라서, 상기 직류-링크 캐패시터의 공급 전력이 부족할 경우, 상기 배터리의 충전 전력이 신속하게 상기 직류-링크 캐패시터에 공급될 수 있으므로, 상기 직류-링크 캐패시터의 전압이 신속하게 안정화될 수 있다.Therefore, when the supply power of the DC-link capacitor is insufficient, the charging power of the battery can be quickly supplied to the DC-link capacitor, so that the voltage of the DC-link capacitor can be quickly stabilized.

또한, 이로 인하여 대용량의 전해 캐패시터 및 전해 캐패시터의 초기 충전 회로가 제거될 수 있다.In addition, this can eliminate the initial charge circuit of large electrolytic capacitors and electrolytic capacitors.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 동력 장치를 보여준다.1 shows a hybrid power unit according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 동력 장치에서는, 4 개의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들(121 내지 124)에 3상 교류 전력을 공급하는 4 개의 인버터들(117 내지 120)이 구비된다.Referring to FIG. 1, a hybrid power unit according to an embodiment of the present invention includes four inverters for supplying three-phase AC power to four in-wheel motors 121 to 124 for driving the vehicle, (117 to 120).

제동 저항부(116)는 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)이 상한 전압을 초과하지 않도록 동작한다.The braking resistor section 116 operates such that the voltage Vdc of the DC-link capacitor 109 does not exceed the upper limit voltage.

3상 발전기(107)는 크랭크 축(106)을 통하여 엔진(105)의 축과 회동한다. 발전기(107)와 배터리(111) 사이에는 직류-링크 캐패시터(109)가 연결된다. 직류-링크 캐패시터(109)에 충전되는 직류-링크 전력은 4 개의 인버터들(117 내지 120)에 공급된다.The three-phase generator 107 rotates with the axis of the engine 105 through the crankshaft 106. A DC-link capacitor 109 is connected between the generator 107 and the battery 111. The DC-link power charged in the DC-link capacitor 109 is supplied to the four inverters 117 to 120.

양방향성 교류-직류 변환기(108)는 발전기(107)와 직류-링크 캐패시터(109) 사이에 연결된다. 양방향성 직류-직류 변환기(110)는 배터리(111)와 직류-링크 캐패시터(110) 사이에 연결된다. The bidirectional AC-DC converter 108 is connected between the generator 107 and the DC-link capacitor 109. The bidirectional DC-DC converter 110 is connected between the battery 111 and the DC-link capacitor 110.

참고로, 양방향성 교류-직류 변환기(108)는, 엔진 시동 시간에는 직류 링크 캐페시터(109)에 충전되어 있는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 3상 발전기(107)에 인가하고, 엔진 시동 후의 시간에는 3상 발전기(107)로부터의 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류 링크 캐페시터(109)에 인가한다.For reference, the bidirectional AC-DC converter 108 converts the DC power charged in the DC link capacitor 109 into three-phase alternating-current power and applies it to the three-phase generator 107 during the engine startup time, Phase alternating-current power from the three-phase generator 107 is converted into direct-current power and is applied to the direct-current link capacitor 109. [

보다 상세하게는, 엔진 시동 시간에, 3상 발전기(107)로부터 3상 교류 전원이 발생되지 않으므로, 직류 링크 캐페시터(109)에 충전되어 있는 직류 전원이 3상 교류 전원으로 변환되어 3상 발전기(107)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 3상 발전기(107)가 시동 모터의 기능을 대행하므로 엔진(105)이 시동할 수 있다.More specifically, since the three-phase AC power source is not generated from the three-phase generator 107 at the engine startup time, the DC power source charged in the DC link capacitor 109 is converted into the three-phase AC power, 107, respectively. As a result, the three-phase generator 107 acts as a starting motor, so that the engine 105 can start.

역으로, 엔진 시동 후의 시간에, 3상 발전기(107)로부터 3상 교류 전원이 발생되므로, 이 3상 교류 전원이 직류 전원으로 변환되어 직류 링크 캐페시터(109)에 충전될 수 있다.Conversely, since the three-phase alternating-current power source is generated from the three-phase generator 107 at the time after the engine is started, the three-phase alternating-current power source can be converted into the direct-current power source and charged in the dc link capacitor 109.

요약하면, 발전 시스템이 시동 기능을 부가적으로 수행할 수 있으므로, 별도의 시동 시스템의 부속들이 제거될 수 있다. In summary, the components of the separate starting system can be eliminated since the power generation system can additionally perform the starting function.

통합 제어부(112)는, 사용자 제어부(113), 엔진의 제어부(114) 및 배터리의 운영부(115)와 CAN(Controller Area Network)에 의하여 통신하여 사용자 명령을 수행하면서, 엔진의 제어부(114), 배터리의 운영부(115), 인버터들(117 내지 120), 양방향성 교류-직류 변환기(108) 및 양방향성 직류-직류 변환기(111)의 동작을 제어한다.The integrated control unit 112 communicates with the user control unit 113, the engine control unit 114 and the battery operation unit 115 via a CAN (Controller Area Network) to perform a user command, DC converter 108 and the bidirectional DC-to-DC converter 111. The operation of the battery 120 is controlled by the operation of the battery 115, the inverters 117 to 120, the bidirectional AC-DC converter 108 and the bidirectional DC-

즉, 직류-링크 캐패시터(109)로부터의 전압/전류 신호(Scvi), 3상 발전기(107) 내의 레졸버(resolver)로부터의 회전자 위치 신호(Srl), 적용 시스템 예를 들어, 차량의 상태 신호들(Ssi), 발전기(107)로부터의 전압/전류 신호(Sgvi) 및 배터리(111)로부터의 전압/전류 신호(Sbvi)에 따라 엔진의 제어부(114), 인버터들(117 내지 120), 양방향성 교류-직류 변환기(108) 및 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 동작을 제어한다.That is, the voltage / current signal Scvi from the DC-link capacitor 109, the rotor position signal Srl from the resolver in the three-phase generator 107, the application system, for example, Current signal Sgvi from the generator 107 and the voltage / current signal Sbvi from the battery 111, the control section 114 of the engine, the inverters 117 to 120, Controls the operation of bidirectional AC-DC converter 108 and bi-directional DC-DC converter 110.

여기에서, 통합 제어부(112)는 펄스폭 변조 제어를 위한 게이트 구동 신호들(Sagd,Sdgd, Spwm)을 양방향성 교류-직류 변환기(108), 양방향성 직류-직류 변환기(110) 및 인버터들(117 내지 120)에 입력한다.Here, the integrated control unit 112 outputs the gate drive signals Sagd, Sdgd, and Spwm for the pulse width modulation control to the bidirectional AC-DC converter 108, the bidirectional DC-DC converter 110, and the inverters 117 - 120).

특히, 통합 제어부(112)는, 인버터들(117 내지 120), 양방향성 교류-직류 변환기(108) 및 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 동작을 제어하되, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)이 발전기(107)의 출력 전력보다 크면 양방향성 직류-직류 변환기(108)가 동작되도록 제어한다(도 6을 참조하여 설명될 것임).In particular, the integrated controller 112 controls the operation of the inverters 117-120, the bidirectional AC-DC converter 108 and the bidirectional DC-DC converter 110, while the load power of the inverters 117-120 DC converter 108 is operated (will be described with reference to FIG. 6) if the output power Pload of the generator 107 is greater than the output power of the generator 107.

즉, 통합 제어부(112)에 의하여, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력이 상기 발전기의 출력 전력(Pgen)보다 크면 양방향성 직류-직류 변환기(110)가 동작한다. That is, if the load power of the inverters 117 to 120 is larger than the output power (Pgen) of the generator by the integrated controller 112, the bidirectional DC-DC converter 110 operates.

따라서, 직류-링크 캐패시터(109)의 공급 전력이 부족할 경우, 배터리(111)의 충전 전력이 신속하게 직류-링크 캐패시터(109)에 공급될 수 있으므로, 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)이 신속하게 안정화될 수 있다.Therefore, when the supply power of the DC-link capacitor 109 is insufficient, the charging power of the battery 111 can be quickly supplied to the DC-link capacitor 109, so that the voltage Vdc of the DC- ) Can be quickly stabilized.

또한, 이로 인하여 대용량의 전해 캐패시터들 및 전해 캐패시터들의 초기 충전 회로가 제거될 수 있다.This also eliminates the initial charge circuit of large electrolytic capacitors and electrolytic capacitors.

참고로, 하이브리드 동력 장치에 의하여 차량 구동용 모터 예를 들어, 1 개 의 트랙션(traction) 모터 또는 4 개의 인-휠(In-Wheel) 모터들(121 내지 124)이 구동됨에 있어서, 무성 운용 모드, 엔진 단독 모드, 및 하이브리드 모드 등이 있다. 무성 운용 모드인 경우, 엔진(105)이 정지함에 따라 배터리(111)의 전력만으로 차량 구동용 모터가 구동된다. 엔진 단독 모드인 경우, 배터리(111)의 전력이 차단된 상태에서 엔진 동작에 의한 발전기(107)의 출력 전력만으로 차량 구동용 모터가 구동된다. 하이브리드 모드인 경우, 엔진 동작에 의한 발전기(107)의 출력 전력이 주 전력으로 사용되되 순시-가변 부하 전력을 배터리(111)가 지원한다.For reference, when a vehicle driving motor, for example, one traction motor or four in-wheel motors 121 to 124 is driven by a hybrid power unit, , An engine-exclusive mode, and a hybrid mode. In the silent operation mode, the vehicle driving motor is driven only by the electric power of the battery 111 as the engine 105 stops. In the engine stand-alone mode, the vehicle driving motor is driven only by the output power of the generator 107 due to the engine operation while the power of the battery 111 is shut off. In the hybrid mode, the output power of the generator 107 due to the engine operation is used as main power, and the battery 111 supports the instantaneous-variable load power.

따라서, 도 1의 하이브리드 동력 장치에 의하면, 상기 하이브리드 모드에서 정밀한 제어 및 구동이 수행될 수 있다. Therefore, according to the hybrid power unit of FIG. 1, precise control and driving can be performed in the hybrid mode.

여기에서, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)이란, 직류-링크 캐패시터(109)의 부하 전력으로서, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력 이외에도 제동 저항부(116) 및 차량의 탑재 장비(미도시)의 소비 전력이 더 포함된 것을 의미한다.Here, the load power (Pload) of the inverters 117 to 120 refers to the load power of the dc-link capacitor 109 as well as the load power of the inverters 117 to 120, It means that the power consumption of the mounted equipment (not shown) is further included.

더 나아가, 통합 제어부(112)는, 직류-링크 캐패시터의 전압(Vdc)이 기준 전압(Vdc*)보다 낮으면 양방향성 직류-직류 변환기(110)가 동작되도록 제어한다(도 6을 참조하여 설명될 것임).Furthermore, the integrated controller 112 controls the bidirectional DC-DC converter 110 to operate when the voltage Vdc of the DC-link capacitor is lower than the reference voltage Vdc * (refer to FIG. 6 Lt; / RTI >

이와 같이 양방향성 직류-직류 변환기(110)가 동작함에 의하여, 배터리로부터의 배터리 전류(Ibat)가 양방향성 직류-직류 변환기(110)를 통하여 상승하고, 양방향성 직류-직류 변환기(110)로부터의 상승 전류(Ibatdc)가 부하 예를 들어, 인버 터들(117 내지 120, 이하, 인버터들은 부하를 통칭하는 용어로 사용됨)로 흐른다.As the bidirectional DC-DC converter 110 operates in this way, the battery current Ibat from the battery rises through the bidirectional DC-DC converter 110, and the up current from the bidirectional DC-DC converter 110 Ibatdc flows into the load, for example, the inverters 117 to 120 (hereinafter, inverters are used in the term collectively referred to as load).

보다 상세하게는, 통합 제어부(112)는, 배터리(111)로부터 양방향성 직류-직류 변환기(110)에 흐르는 배터리 전류(Ibat)의 값이 목표 전류 값(Ibat*)이 되도록 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 내부 스위칭 동작을 제어한다(도 6을 참조하여 설명될 것임). 즉, 스위칭에 의한 듀티(duty) 비율이 제어된다.More specifically, the integrated controller 112 controls the bidirectional DC-DC converter 110 so that the value of the battery current Ibat flowing from the battery 111 to the bidirectional DC-DC converter 110 becomes the target current value Ibat * 110 (which will be described with reference to FIG. 6). That is, the duty ratio by switching is controlled.

여기에서, 목표 전류 값(Ibat*)은, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)과 발전기(107)의 출력 전력(Pgen)의 차이 전력에 비례하고, 기준 전압(Vdc*)과 직류-링크 캐패시터의 전압(Vdc)의 차이 전압에 비례한다(도 6을 참조하여 설명될 것임). Here, the target current value (Ibat *) is an inverter (117 and 120) of and proportional to the difference between the power of the load electric power (Pload) and output power (Pgen) in the generator 107, a reference voltage (Vdc *) and Is proportional to the difference voltage of the voltage Vdc of the DC-link capacitor (will be described with reference to FIG. 6).

도 2는 도 1의 통합 제어부(112)의 내부 구성을 보여준다. 도 2에서 참조 부호 A는 어드레스 버스를, D는 데이터 버스를, A & D는 어드레스 및 데이터 버스를, CB는 제어 버스를 각각 가리킨다. 도 1 및 2를 참조하여 통합 제어부(112)의 내부 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 shows an internal configuration of the integrated control unit 112 of FIG. In Fig. 2, reference A denotes an address bus, D denotes a data bus, A & D denotes an address and data bus, and CB denotes a control bus. The internal configuration and operation of the integrated controller 112 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

통합 제어부(112)는 사용자 제어부(113)와 통신하면서 사용자 제어부(113)로부터의 사용자 명령에 따라 동작한다. 또한, 통합 제어부(112)는 엔진의 제어부(114) 및 배터리의 운영부(115)와 CAN(Controller Area Network)에 의하여 통신하면서 사용자 명령을 수행한다.The integrated control unit 112 operates in accordance with a user command from the user control unit 113 while communicating with the user control unit 113. [ In addition, the integrated controller 112 communicates with the control unit 114 of the engine and the operation unit 115 of the battery by a CAN (Controller Area Network) to perform a user command.

여기에서, 통합 제어부(112)는 통신 제어부(21), 주 제어부(22), 비휘발성 램(NVRAM : Non-Volatile Random Access Memory, 23), 및 휘발성 메모리로서의 이 중-포트 램(DPRAM : Dual Port Random Access Memory, 24)을 포함한다.The integrated control unit 112 includes a communication control unit 21, a main control unit 22, a nonvolatile random access memory (NVRAM) 23, and a dual-port RAM (DPRAM) Port Random Access Memory, 24).

통신 제어부(21)는 사용자 제어부(113), 엔진의 제어부(114) 및 배터리의 운영부(115)와 CAN(Controller Area Network)에 의하여 통신한다.The communication control unit 21 communicates with the user control unit 113, the control unit 114 of the engine, and the operation unit 115 of the battery by a CAN (Controller Area Network).

주 제어부(22)는, 통신 제어부(21)로부터의 데이터(D)에 따라 사용자 명령을 수행하면서, 엔진의 제어부(114), 배터리의 운영부(115), 인버터들(117 내지 120), 양방향성 교류-직류 변환기(108) 및 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 동작을 제어한다.The main control unit 22 is connected to the control unit 114 of the engine, the operating unit 115 of the battery, the inverters 117 to 120, the bi-directional AC DC converter 108 and the bi-directional DC-DC converter 110. The bi-

비휘발성 램(NVRAM, 23)에는 통신 제어부(21)와 주 제어부(22)의 동작을 위한 기준 데이터가 저장된다.In the nonvolatile RAM (NVRAM) 23, reference data for operation of the communication control unit 21 and the main control unit 22 is stored.

이중-포트 램(DPRAM, 24)에는 통신 제어부(21)로부터의 데이터(D) 및 주 제어부(22)로부터의 데이터(D)가 일시적으로 보관된다. 도면에 도시되지 않았지만, 이중-포트 램(DPRAM, 24)은 외부적인 상위 제어기에 연결될 수 있다. The data D from the communication control unit 21 and the data D from the main control unit 22 are temporarily stored in the dual-port RAM (DPRAM) 24. Although not shown in the figure, the dual-port RAM (DPRAM) 24 may be coupled to an external host controller.

직류-링크 캐패시터(109)로부터의 전압/전류 신호(Scvi), 발전기(107)로부터의 회전자 위치 신호(Srl), 적용 시스템의 상태 신호들(Ssi), 발전기(107)로부터의 전압/전류 신호(Sgvi) 및 배터리(111)로부터의 전압/전류 신호(Sbvi)는 보호부(29), 아날로그-디지털 변환부(ADC : Analog-to-Digital Converter, 28) 및 제2 버퍼(26)를 통하여 주 제어부(22)에 입력된다.Current signal Scvi from the dc-link capacitor 109, the rotor position signal Srl from the generator 107, the state signals Ssi of the application system, the voltage / current from the generator 107 The signal Sgvi and the voltage / current signal Sbvi from the battery 111 are supplied to the protection section 29, the analog-to-digital converter (ADC) 28 and the second buffer 26 And is input to the main control unit 22 through the bus.

여기에서, 보호부(29)에 이상 신호가 입력될 경우, 보호부(29)는 보호 신호(Spr)를 주 제어부(22)에 입력시키고, 주 제어부(22)는 제어 대상들에 대한 보호 동작을 수행한다.Here, when an abnormal signal is inputted to the protection unit 29, the protection unit 29 inputs the protection signal Spr to the main control unit 22, and the main control unit 22 performs a protection operation .

주 제어부(22)로부터의 게이트 구동 신호들(Sagd,Sdgd, Spwm)은 제1 버퍼(25) 및 버스 연결부(27)를 통하여 양방향성 교류-직류 변환기(108), 양방향성 직류-직류 변환기(110) 및 인버터들(117 내지 120)에 입력된다.The gate driving signals Sagd, Sdgd and Spwm from the main control unit 22 are supplied to the bidirectional AC-DC converter 108, the bidirectional DC-DC converter 110, and the like via the first buffer 25 and the bus connection unit 27, And inverters 117 to 120, respectively.

도 3은 도 1의 하이브리드 동력 장치의 양방향성 교류-직류 변환기(108) 및 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 내부 회로를 보여준다. 도 3에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.3 shows the internal circuitry of bidirectional AC-DC converter 108 and bidirectional DC-DC converter 110 of the hybrid power plant of FIG. In Fig. 3, the same reference numerals as those in Fig. 1 denote objects having the same function.

도 3을 참조하면, 양방향성 직류-직류 변환기(110)는 제1 내지 제6 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)들(S1 내지 S6) 및 제1 내지 제3 인덕터들(L1 내지 L3)을 포함한다. 또한, 양방향성 교류-직류 변환기(108)는 제7 내지 제12 IGBT들(S7 내지 S12)을 포함한다. 통합 제어부(112)는 제1 내지 제12 IGBT들(S1 내지 S12)의 게이트 구동 신호들(Sagd,Sdgd)을 발생시킨다.Referring to FIG. 3, the bi-directional DC-DC converter 110 includes first to sixth Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) S1 to S6 and first to third inductors L1 to L3. Further, the bidirectional AC-DC converter 108 includes the seventh to twelfth IGBTs S7 to S12. The integrated controller 112 generates the gate driving signals Sagd and Sdgd of the first to twelfth IGBTs S1 to S12.

양방향성 직류-직류 변환기(110)에 있어서, 제1 IGBT(S1)의 에미터가 제4 IGBT(S4)의 컬렉터와 연결된다. 제2 IGBT(S2)의 에미터는 제5 IGBT(S5)의 컬렉터와 연결된다. 제3 IGBT(S3)의 에미터는 제6 IGBT(S6)의 컬렉터와 연결된다. In the bidirectional DC-DC converter 110, the emitter of the first IGBT S1 is connected to the collector of the fourth IGBT S4. The emitter of the second IGBT (S2) is connected to the collector of the fifth IGBT (S5). The emitter of the third IGBT (S3) is connected to the collector of the sixth IGBT (S6).

양방향성 교류-직류 변환기(108)에 있어서, 제7 IGBT(S7)의 에미터는 제10 IGBT(S10)의 컬렉터와 연결된다. 제8 IGBT(S8)의 에미터는 제11 IGBT(S11)의 컬렉터와 연결된다. 제9 IGBT(S9)의 에미터는 제12 IGBT(S12)의 컬렉터와 연결된다.In the bidirectional AC-DC converter 108, the emitter of the seventh IGBT S7 is connected to the collector of the tenth IGBT S10. The emitter of the eighth IGBT S8 is connected to the collector of the eleventh IGBT S11. The emitter of the ninth IGBT S9 is connected to the collector of the twelfth IGBT S12.

양방향성 직류-직류 변환기(110)의 제1 내지 제3 IGBT들(S1 내지 S3)과 양방향성 교류-직류 변환기(108)의 제7 내지 제9 IGBT들(S7 내지 S9)의 컬렉터들은 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자에 연결된다.The collectors of the first to third IGBTs S1 to S3 of the bidirectional DC-DC converter 110 and the seventh to ninth IGBTs S7 to S9 of the bidirectional AC-DC converter 108 are connected to a DC link capacitor 109).

양방향성 직류-직류 변환기(110)의 제4 내지 제6 IGBT들(S4 내지 S6)과 양방향성 교류-직류 변환기(108)의 제10 내지 제12 IGBT들(S10 내지 S12)의 에미터들은 직류 링크 캐페시터(109) 및 배터리(111)의 부극성 단자들에 연결된다.The emitters of the fourth to sixth IGBTs S4 to S6 of the bidirectional DC-DC converter 110 and the tenth to twelfth IGBTs S10 to S12 of the bidirectional AC-DC converter 108 are connected to the DC link capacitor (109) and negative terminals of the battery (111).

양방향성 직류-직류 변환기(110)에 있어서, 제3 IGBT(S3)의 에미터와 배터리(111)의 정극성 단자 사이에 제1 인덕터(L1)가 연결된다. 제2 IGBT(S2)의 에미터와 배터리(111)의 정극성 단자 사이에 제2 인덕터(L2)가 연결된다. 제1 IGBT(S1)의 에미터와 배터리(111)의 정극성 단자 사이에 제3 인덕터(L3)가 연결된다. In the bidirectional DC-DC converter 110, a first inductor L 1 is connected between the emitter of the third IGBT S 3 and the positive terminal of the battery 111. A second inductor (L2) is connected between the emitter of the second IGBT (S2) and the positive terminal of the battery (111). A third inductor L3 is connected between the emitter of the first IGBT S1 and the positive terminal of the battery 111. [

양방향성 교류-직류 변환기(108)와 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 내부 동작에 대해서는 도 9 내지 14를 참조하여 상세히 설명될 것이다.The internal operation of the bidirectional AC-DC converter 108 and the bi-directional DC-DC converter 110 will be described in detail with reference to FIGS.

도 4는 도 1의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들(WM1 내지 WM4)이 구동되는 시간에 전류들의 흐름을 보여준다.FIG. 4 shows the flow of currents at the time when the in-wheel motors WM1 to WM4 for driving the vehicle of FIG. 1 are driven.

도 1 및 4를 참조하면, 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들(WM1 내지 WM4)이 구동되는 시간에 있어서, 배터리(111)로부터의 배터리 전류(Ibat)는 양방향성 직류-직류 변환기(110)에 흐르고, 양방향성 직류-직류 변환기(110)로부터의 증폭된 배터리 전류(Ibatdc)가 직류-링크 캐패시터(109)에 흐른다. 1 and 4, the battery current Ibat from the battery 111 at the time when the in-wheel motors WM1 to WM4 for driving the vehicle are driven is controlled by the bidirectional DC- And the amplified battery current Ibatdc from the bidirectional DC-DC converter 110 flows to the DC-link capacitor 109. The DC-

또한, 양방향성 교류-직류 변환기(108)로부터의 발전기 출력 전류(Igendc)가 직류-링크 캐패시터(109)에 흐른다. Further, the generator output current Igendc from the bidirectional AC-DC converter 108 flows to the DC-link capacitor 109. [

그리고, 직류-링크 캐패시터(109)로부터의 부하 전류(Iload)가 인버터들(117 내지 120)을 통하여 인-휠(In-Wheel) 모터들(WM1 내지 WM4)에 흐른다.The load current Iload from the DC-link capacitor 109 flows through the inverters 117 to 120 to the in-wheel motors WM1 to WM4.

여기에서, 통합 제어부(112) 내의 주 제어부(도 2의 22)는, 배터리(111)로부터 양방향성 직류-직류 변환기(110)에 흐르는 배터리 전류(Ibat)의 값이 목표 전류 값(Ibat*)이 되도록 스위칭 제어 신호(Sdgd)를 발생시켜서 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 내부 스위칭 동작을 제어한다(도 6을 참조하여 설명될 것임). 즉, 스위칭에 의한 듀티(duty) 비율이 제어된다. 이에 따라, 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)이 일정해질 수 있다.2) in the integrated control unit 112 determines whether or not the value of the battery current Ibat flowing from the battery 111 to the bidirectional DC-DC converter 110 reaches the target current value Ibat * And generates the switching control signal Sdgd so as to control the internal switching operation of the bidirectional DC-DC converter 110 (will be described with reference to FIG. 6). That is, the duty ratio by switching is controlled. Accordingly, the voltage Vdc of the DC-link capacitor 109 can be made constant.

참고로, 상기와 같은 듀티(duty) 비율의 제어는 미리 설정되어 있는 룩-업 테이블(Look-Up Table)을 참조하여 수행된다. For reference, the duty ratio control as described above is performed with reference to a look-up table set in advance.

도 5는 도 4의 전류들과 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)과의 관계를 보여준다. 도 5에서 s는 라플라스 연산자를, 그리고 C는 직류-링크 캐패시터(109)의 캐패시턴스를 각각 가리킨다. 5 shows the relationship between the currents of FIG. 4 and the voltage (Vdc) of the DC-link capacitor 109. FIG. 5, s denotes the Laplace operator, and C denotes the capacitance of the DC-link capacitor 109, respectively.

도 1, 4 및 5를 참조하면, 직류-링크 캐패시터(109)의 여유 전류(Idc)는, 발전기 출력 전류(Igendc)와 증폭된 배터리 전류(Ibatdc)의 합에 부하 전류(Iload)를 감산한 결과이다. 1, 4 and 5, the margin current Idc of the DC-link capacitor 109 is obtained by subtracting the load current Iload from the sum of the generator output current Igendc and the amplified battery current Ibatdc Results.

이와 같이 결정된 여유 전류(Idc)가 캐패시턴스에 반비례하면서 적분됨에 따라 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)이 구해질 수 있다.The voltage Vdc of the DC-link capacitor 109 can be obtained as the redundant current Idc thus determined is integrated in inverse proportion to the capacitance.

따라서, 통합 제어부(112) 내의 주 제어부(도 2의 22)는, 배터리(111)로부터 양방향성 직류-직류 변환기(110)에 흐르는 배터리 전류(Ibat)의 값이 목표 전류 값(Ibat*)이 되도록 양방향성 직류-직류 변환기(110)를 제어함에 의하여, 양방향성 직류-직류 변환기(110)로부터의 증폭된 배터리 전류(Ibatdc)의 값을 조정한다.2) in the integrated controller 112 so that the value of the battery current Ibat flowing from the battery 111 to the bidirectional DC-DC converter 110 becomes the target current value Ibat * Adjusts the value of the amplified battery current Ibatdc from the bi-directional DC-DC converter 110 by controlling the bi-directional DC-DC converter 110. [

도 6은 도 2의 주 제어부(22)에서 도 4의 배터리 전류(Ibat)의 목표 전류 값(Ibat*)을 구하는 과정을 보여준다.FIG. 6 shows a process of obtaining the target current value Ibat * of the battery current Ibat of FIG. 4 by the main control unit 22 of FIG.

도 6을 참조하면, 주 제어부(22) 내의 배터리 전류 제어부는 감산부(61), 비례-적분 제어부(62), 가산부(63), 전력/전류 변환부(64) 및 전류값 제한부(65)를 포함한다.6, the battery current control unit in the main control unit 22 includes a subtractor 61, a proportional-integral controller 62, an adder 63, a power / current converter 64, 65).

감산부(61)는 사용자로부터의 목표 직류-링크 전압값(Vdc*)에 현재의 직류-링크 전압값(Vdc)을 감산하여 그 결과의 차이 전압(Vdi)을 구한다.The subtractor 61 subtracts the current DC-link voltage value Vdc from the target DC-link voltage value Vdc * from the user and obtains the resultant difference voltage Vdi.

비례-적분 제어부(62)는 감산부(61)로부터의 차이 전압(Vdi)에 비례-적분 제어를 수행하여 차이 전력(Pdi)을 구한다.The proportional-integral control unit 62 performs proportional-integral control on the difference voltage Vdi from the subtraction unit 61 to obtain the differential power Pdi.

가산부(63)는 비례-적분 제어부(62)의 차이 전력(Pdi)에 전향 보상 전력(Pbat_ff)을 더하여 전류 제어용 전력(Pbat)을 구한다.The adder 63 adds the forward power compensation value Pbat_ff to the difference power Pdi of the proportional-integral controller 62 to obtain the current control power Pbat.

전력/전류 변환부(64)는, 가산부(63)로부터의 전류 제어용 전력(Pbat)을 현재 배터리 전압(Vbat)으로 나누어, 그 결과의 일차 목표 전류 값(Ibatpr)을 구한다.The power / current conversion unit 64 divides the current control power Pbat from the adder 63 by the current battery voltage Vbat and obtains the resulting primary target current value Ibatpr.

전류값 제한부(65)는 전력/전류 변환부(64)로부터의 일차 목표 전류 값(Ibatpr)이 최대값(Ibat_max)을 초과하지 않도록 조정하여, 최종적인 배터리 전류(Ibat)의 목표 전류 값(Ibat*)을 발생시킨다.The current value restricting section 65 adjusts the primary target current value Ibatpr from the power / current converting section 64 so as not to exceed the maximum value Ibat_max to obtain the target current value of the final battery current Ibat Ibat * ).

도 7은 도 2의 주 제어부(22)에서 도 6의 전향 보상(feedforward compensation)용 배터리 전력 값(Pbat_ff)을 구하는 과정을 보여준다.FIG. 7 shows a process of obtaining the battery power value Pbat_ff for feedforward compensation of FIG. 6 by the main control unit 22 of FIG.

도 1, 2 및 7을 참조하면, 도 6의 전향 보상(feedforward compensation)용 배터리 전력 값(Pbat_ff)은 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)과 발전기(107)의 출력 전력(Pgen)의 차이 전력이다.6, the battery power value Pbat_ff for feedforward compensation is calculated based on the load power Pload of the inverters 117 to 120 and the output power Pgen of the generator 107 ).

따라서, 도 1, 6 및 7을 참조하면, 배터리 전류(Ibat)의 목표 전류 값(Ibat*)은, 기준 전압(Vdc*)과 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)의 차이 전압(Vdi)에 비례할 뿐만 아니라, 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)과 발전기(107)의 출력 전력(Pgen)의 차이 전력(Pbat_ff)에도 비례한다.1, 6 and 7, the target current value Ibat * of the battery current Ibat is set to a difference voltage (Vdc * ) between the reference voltage Vdc * and the voltage Vdc of the DC-link capacitor 109 Vdi of the inverter 107 and is also proportional to the difference power Pbat_ff between the load power Pload of the inverters 117 to 120 and the output power Pgen of the generator 107.

이에 따라, 직류-링크 캐패시터(109)의 공급 전력이 부족할 경우, 배터리(111)의 충전 전력이 신속하게 직류-링크 캐패시터(109)에 공급될 수 있으므로, 직류-링크 캐패시터(109)의 전압(Vdc)이 신속하게 안정화될 수 있다.Thus, when the supply power of the DC-link capacitor 109 is insufficient, the charging power of the battery 111 can be supplied to the DC-link capacitor 109 quickly, so that the voltage of the DC-link capacitor 109 Vdc) can be quickly stabilized.

또한, 이로 인하여 대용량의 전해 캐패시터들 및 전해 캐패시터들의 초기 충전 회로가 제거될 수 있다.This also eliminates the initial charge circuit of large electrolytic capacitors and electrolytic capacitors.

한편, 도 7의 발전기(107)의 출력 전력 값(Pgen)은 아래의 수학식 1에 의하여 구해진다. On the other hand, the output power value Pgen of the generator 107 of FIG. 7 is obtained by the following equation (1).

Figure 112009067856173-pat00001
Figure 112009067856173-pat00001

상기 수학식 1에서, Vdse*는 발전기(107)의 D-축 지령 전압값을, Vqse*는 발전기(107)의 Q-축 지령 전압값을, Idse는 발전기(107)의 D-축 현재 전류값을, 그리 고 Iqse는 발전기(107)의 Q-축 현재 전류값을 각각 가리킨다. In the above equation (1), Vdse * represents the D-axis command voltage value of the generator 107, Vqse * represents the Q-axis command voltage value of the generator 107, Idse represents the D- And Iqse denotes the Q-axis current value of the generator 107, respectively.

도 8은 도 2의 주 제어부(22)에서 도 7의 발전기(107)의 출력 전력 값(Pgen)을 구하기 위하여 발전기(107)의 Q-축 목표 전류값(Iqse*)을 조정하는 과정을 보여준다.8 shows a process of adjusting the Q-axis target current value Iqse * of the generator 107 to obtain the output power value Pgen of the generator 107 of FIG. 7 in the main control unit 22 of FIG. 2 .

도 1, 2 및 8을 참조하면, 도 2의 주 제어부(22)는 발전기(107)의 Q-축 목표 전류값(Iqse*)을 조정하기 위하여, 전력/전류 변환부(81) 및 전류 제한부(82)를 포함한다.2, the main control unit 22 of FIG. 2 includes a power / current conversion unit 81 and a current limiter 81 for adjusting the Q-axis target current value Iqse * (82).

룩-업 테이블(Look-Up Table)을 구비한 전력/전류 변환부(81)는, 엔진(105)의 속도와 인버터들(117 내지 120)의 부하 전력(Pload)에 대하여, 엔진(105)과 발전기(107)의 전체 효율 맵(map)에 따라 일차 Q-축 목표 전류값(Iqsepr)을 구한다.The power / current conversion section 81 provided with a look-up table compares the speed of the engine 105 and the load power Pload of the inverters 117 to 120 with the engine 105, Axis target current value Iqsepr in accordance with the overall efficiency map map of the generator 103 and the generator 107. [

다음에, 전류 제한부(82)는 전력/전류 변환부(81)로부터의 일차 Q-축 목표 전류값(Iqsepr)이 최대값(Igen_max)을 초과하지 않도록 조정하여, 최종적인 Q-축 목표 전류값(Iqse*)을 구한다.Next, the current limiting section 82 adjusts the primary Q-axis target current value Iqsepr from the power / current conversion section 81 so as not to exceed the maximum value Igen_max, The value (Iqse * ) is obtained.

도 9는 엔진 시동 후의 시간에 도 3의 양방향성 교류-직류 변환기(108)에 3상 전원이 인가됨을 보여준다. 도 10은 엔진 시동 후의 시간에 도 9의 3상 전위들이 순차적으로 직류-링크 캐패시터(도 4의 109)에 인가됨을 설명하기 위한 파형도이다. 도 11은 엔진 시동 후의 시간에 도 4의 양방향성 교류-직류 변환기(108)의 동작에 의하여 직류-링크 캐패시터(109)의 정극성 단자에 인가되는 직류 전위의 파형도이다. 도 9 및 10에서 도 1 및 3과 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.9 shows that the three-phase power source is applied to the bidirectional AC-DC converter 108 of Fig. 3 at the time after engine startup. 10 is a waveform diagram for explaining that the three-phase potentials in Fig. 9 are sequentially applied to the dc-link capacitor (109 in Fig. 4) at the time after the engine is started. 11 is a waveform diagram of a DC potential applied to the positive terminal of the DC-link capacitor 109 by the operation of the bidirectional AC-DC converter 108 of FIG. 4 at a time after the engine is started. In Figs. 9 and 10, the same reference numerals as those in Figs. 1 and 3 denote objects having the same function.

도 9 내지 11을 참조하여 엔진 시동 후의 시간에 양방향성 교류-직류 변환기(108)의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the bidirectional AC-DC converter 108 at the time after engine starting will be described with reference to Figs. 9 to 11 as follows.

3상 발전기(107)로터의 a상 전위(Eas)는 제7 IGBT(S7)의 에미터와 제10 IGBT(S10)의 컬렉터에 인가된다. 3상 발전기(107)로터의 b상 전위(Ebs)는 제8 IGBT(S8)의 에미터와 상기 제11 IGBT(S11)의 컬렉터에 인가된다. 3상 발전기(107)로터의 c상 전위(Ecs)는 제9 IGBT(S9)의 에미터와 제12 IGBT(S12)의 컬렉터에 인가된다.The a-phase potential E as of the rotor of the three-phase generator 107 is applied to the emitter of the seventh IGBT S7 and the collector of the tenth IGBT S10. The b-phase potential E bs of the rotor of the three-phase generator 107 is applied to the emitter of the eighth IGBT S8 and the collector of the eleventh IGBT S11. The c-phase electric potential E cs of the rotor of the three-phase generator 107 is applied to the emitter of the ninth IGBT S9 and the collector of the twelfth IGBT S12.

a상 전위(Eas)가 정극성인 시간 예를 들어, t0부터 t5까지의 시간 동안에는 제7 IGBT(S7)가 턴 온(turn on)되고 제10 IGBT(S10)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자에 a상 전위(Eas)의 정극성 파형이 인가된다. a phase potential (E as) to the positive electrode adult time for example, t 0 during the time from to t 5 of claim 7 IGBT (S7) is turned on (turn on) and the turn-off of claim 10 IGBT (S10) (turn off )do. As a result, a positive waveform of the potential of the phase a (Eas) is applied to the positive terminal of the DC link capacitor 109.

a상 전위(Eas)가 부극성인 시간 예를 들어, t5부터 t9까지의 시간 동안에는 제10 IGBT(S10)가 턴 온(turn on)되고 제7 IGBT(S7)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자에 a상 전위(Eas)의 부극성 파형이 인가된다. During the time when the a phase potential Eas is negative, for example, during the period from t5 to t9, the tenth IGBT S10 is turned on and the seventh IGBT S7 is turned off. As a result, negative polarity of the potential of the phase a (Eas) is applied to the negative terminal of the DC link capacitor 109.

b상 전위(Ebs)가 정극성인 시간 예를 들어, t3부터 t8까지의 시간 동안에는 제8 IGBT(S8)가 턴 온(turn on)되고 제11 IGBT(S11)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자에 b상 전위(Ebs)의 정극성 파형이 인가된다. the eighth IGBT S8 is turned on and the eleventh IGBT S11 is turned off for a time period during which the b-phase potential Ebs is positive, for example, from t3 to t8. The positive polarity waveform of the b-phase electric potential Ebs is applied to the positive polarity terminal of the DC link capacitor 109.

b상 전위(Ebs)가 부극성인 시간 동안에는 제11 IGBT(S11)가 턴 온(turn on)되고 제8 IGBT(S8)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자에 b상 전위(Ebs)의 부극성 파형이 인가된다. During the time when the b-phase potential Ebs is negative, the eleventh IGBT S11 is turned on and the eighth IGBT S8 is turned off. As a result, negative polarity of the b-phase electric potential Ebs is applied to the negative polarity terminal of the DC link capacitor 109.

c상 전위(Ecs)가 정극성인 시간 동안에는 제9 IGBT(S9)가 턴 온(turn on)되고 제12 IGBT(S12)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자에 c상 전위(Ecs)의 정극성 파형이 인가된다. During the time when the c-phase potential Ecs is positive, the ninth IGBT S9 is turned on and the twelfth IGBT S12 is turned off. Thus, the positive polarity waveform of the c-phase electric potential Ecs is applied to the positive polarity terminal of the DC link capacitor 109.

c상 전위(Ecs)가 부극성인 시간 예를 들어, t2부터 t6까지의 시간 동안에는 제12 IGBT(S12)가 턴 온(turn on)되고 제9 IGBT(S9)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자에 c상 전위(Ecs)의 부극성 파형이 인가된다. During the time when the c-phase potential Ecs is negative, for example, during the period from t2 to t6, the twelfth IGBT S12 is turned on and the ninth IGBT S9 is turned off. As a result, negative polarity of the c-phase electric potential Ecs is applied to the negative polarity terminal of the DC link capacitor 109.

따라서, 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자에서는 2π/3의 위상차를 가진 정극성 파형들이 합성되어 도 6에 도시된 바와 같이 정극성의 직류 전위(Vdc)로 전환된다. 물론, 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자에서도 2π/3의 위상차를 가진 부극성 파형들이 합성되어 부극성의 직류 전위로 전환된다. Therefore, positive polarity waveforms having a phase difference of 2? / 3 are synthesized at the positive terminal of the DC link capacitor 109 and converted to a positive DC potential Vdc as shown in FIG. Of course, negative waveforms having a phase difference of 2? / 3 are also synthesized in the negative polarity terminal of the DC link capacitor 109 and converted to a negative DC potential.

참고로, 엔진 시동 시간에서, 3상 발전기(107)로부터 3상 교류 전원이 발생되지 않고, 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 동작으로 인하여 직류 링크 캐페시터(109)에 직류 전원이 공급된다. For reference, DC power is supplied to the DC link capacitor 109 due to the operation of the bi-directional DC-DC converter 110 without generating three-phase AC power from the three-phase generator 107 at the engine startup time.

여기에서, 상기 도 4의 스위칭 순서와 동일하게 양방향성 교류-직류 변환기(108)가 동작함에 의하여, 직류 링크 캐페시터(109)에 충전되어 있는 직류 전원 이 3상 교류 전원으로 변환되어 3상 발전기(107)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 3상 발전기(107)가 시동 모터(도 1의 103)의 기능을 대행하므로 엔진(105)이 시동할 수 있다.4, the bidirectional AC-DC converter 108 operates to convert the DC power charged in the DC link capacitor 109 into a three-phase AC power source to be supplied to the three-phase generator 107 ). ≪ / RTI > Thus, the three-phase generator 107 acts as a starter motor (103 in Fig. 1), so that the engine 105 can start.

도 12는 도 1의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들(WM1 내지 WM4)이 구동되는 시간에 도 3의 배터리로부터 양방향성 직류-직류 변환기(110)에 흐르는 전류의 방향을 보여준다. 도 13은 도 12의 전류들(I1,I2,I3)이 3상의 형식으로 순차적으로 흐름을 설명하기 위한 파형도이다. 도 14는 도 12의 제1 인덕터(L1)를 통하여 흐르는 제1상 전류의 통로를 보여준다. 도 12 내지 14에서 도 1 및 3과 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.12 shows the direction of the current flowing from the battery of FIG. 3 to the bidirectional DC-DC converter 110 at the time when the in-wheel motors WM1 to WM4 for driving the vehicle of FIG. 1 are driven. 13 is a waveform diagram for explaining the sequential flow of the currents I1, I2 and I3 in the form of three phases in Fig. FIG. 14 shows the path of the first phase current flowing through the first inductor L1 of FIG. In Figs. 12 to 14, the same reference numerals as those in Figs. 1 and 3 denote objects having the same function.

도 3 및 도 12 내지 14를 참조하여 도 1의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들(WM1 내지 WM4)이 구동되는 시간에 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the bidirectional DC-DC converter 110 at the time when the in-wheel motors WM1 to WM4 for driving the vehicle of FIG. 1 are driven will be described with reference to FIGS. 3 and 12 to 14, Respectively.

예를 들어, t0부터 t3까지의 시간 동안에는 제1 IGBT(S1)가 턴 온(turn on)되고 제4 IGBT(S4)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라, 제1상 전류(I1)는 배터리(111)의 정극성 단자로부터 제1 인덕터(L1), 제1 IGBT(S1), 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자, 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자 및 배터리(111)의 부극성 단자로 흐른다(도 14 참조).For example, during the time from t0 to t3, the first IGBT S1 is turned on and the fourth IGBT S4 is turned off. Accordingly, the first phase current I1 flows from the positive terminal of the battery 111 through the first inductor L1, the first IGBT S1, the positive terminal of the DC link capacitor 109, the DC link capacitor 109 And the negative terminal of the battery 111 (see Fig. 14).

t3부터 t6까지의 시간 동안에는 제4 IGBT(S4)가 턴 온(turn on)되고 제1 IGBT(S1)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라, 제1상 전류(I1)는 배터리(111)의 정극성 단자로부터 제1 인덕터(L1), 및 제4 IGBT(S4)를 통하여 직류 링크 캐페시 터(109)의 부극성 단자 및 배터리(111)의 부극성 단자로 흐른다(도 14 참조).During the period from t3 to t6, the fourth IGBT S4 is turned on and the first IGBT S1 is turned off. Thus, the first phase current I1 flows from the positive terminal of the battery 111 through the first inductor L1 and the fourth IGBT S4 to the negative terminal of the DC link capacitor 109, (Refer to Fig. 14).

t2부터 t5까지의 시간 동안에는 제2 IGBT(S2)가 턴 온(turn on)되고 제5 IGBT(S5)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라, 제2상 전류(I2)는 배터리(111)의 정극성 단자로부터 제1 인덕터(L1), 제2 IGBT(S2), 직류 링크 캐페시터(109)의 정극성 단자, 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자 및 배터리(111)의 부극성 단자로 흐른다. During the period from t2 to t5, the second IGBT S2 is turned on and the fifth IGBT S5 is turned off. Thus, the second phase current I2 is supplied from the positive terminal of the battery 111 to the first inductor L1, the second IGBT S2, the positive terminal of the DC link capacitor 109, the DC link capacitor 109 To the negative terminal of the battery 111 and to the negative terminal of the battery 111. [

t5부터 t8까지의 시간 동안에는 제5 IGBT(S5)가 턴 온(turn on)되고 제2 IGBT(S2)가 턴 오프(turn off)된다. 이에 따라, 제2상 전류(I2)는 배터리(111)의 정극성 단자로부터 제1 인덕터(L1), 및 제5 IGBT(S5)를 통하여 직류 링크 캐페시터(109)의 부극성 단자 및 배터리(111)의 부극성 단자로 흐른다.During the period from t5 to t8, the fifth IGBT S5 is turned on and the second IGBT S2 is turned off. Accordingly, the second phase current I2 flows from the positive terminal of the battery 111 through the first inductor L1 and the fifth IGBT S5 to the negative terminal of the DC link capacitor 109 and the battery 111 ) Of the negative polarity terminal.

상기와 같은 제어 동작은 제3상 전류(I3)에도 동일하게 적용된다.The above-described control operation is also applied to the third phase current I3.

이에 따라, 양방향성 직류-직류 변환기(110)의 출력 전류(Ibatdc)의 파형은 제1상 전류(I1), 제2상 전류(I2), 및 제3상 전류(I3)의 파형들이 합성된 것이다. Accordingly, the waveform of the output current Ibatdc of the bidirectional DC-DC converter 110 is obtained by combining the waveforms of the first phase current I1, the second phase current I2, and the third phase current I3 .

참고로, 배터리(111)가 충전될 경우, 상기 스위칭 순서는 동일하지만 전류의 방향은 반대이다.For reference, when the battery 111 is charged, the switching order is the same, but the direction of the current is opposite.

인덕터들(L1 내지 L3)은, 배터리(111)가 충전될 경우에 에너지를 저장하고, 도 12 내지 14에 도시된 바와 같이 배터리(111)가 동작할 경우에 에너지를 송출한다. The inductors L1 to L3 store energy when the battery 111 is charged and deliver energy when the battery 111 is operated as shown in Figs.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 동력 장치에 의하면, 통합 제어부에 의하여, 인버터의 부하 전력(Pload)이 발전기의 출력 전력(Pgen)보다 크면 양방향성 직류-직류 변환기가 동작한다. As described above, according to the hybrid power plant of the present invention, the bidirectional DC-DC converter operates when the load power (Pload) of the inverter is larger than the output power (Pgen) of the generator by the integrated controller.

따라서, 직류-링크 캐패시터의 공급 전력이 부족할 경우, 배터리의 충전 전력이 신속하게 직류-링크 캐패시터에 공급될 수 있으므로, 직류-링크 캐패시터의 전압이 신속하게 안정화될 수 있다.Therefore, when the supply power of the DC-link capacitor is insufficient, the charge power of the battery can be supplied to the DC-link capacitor quickly, so that the voltage of the DC-link capacitor can be quickly stabilized.

또한, 이로 인하여 대용량의 전해 캐패시터 및 전해 캐패시터의 초기 충전 회로가 제거될 수 있다.In addition, this can eliminate the initial charge circuit of large electrolytic capacitors and electrolytic capacitors.

바퀴 차량, 궤도 차량, 선박 및 건설 기계 등등의 다양한 동력 장치에 이용될 수 있다.Wheel vehicles, track vehicles, ships and construction machines, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 동력 장치를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a hybrid power unit according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 통합 제어부의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram showing the internal configuration of the integrated control unit of FIG.

도 3은 도 1의 하이브리드 동력 장치의 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기의 내부 회로를 보여주는 도면이다.3 is a diagram showing the internal circuitry of the bidirectional AC-DC converter and the bidirectional DC-DC converter of the hybrid power unit of FIG. 1;

도 4는 도 1의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들이 구동되는 시간에 전류들의 흐름을 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram showing the flow of electric currents at the time when the in-wheel motors for driving the vehicle of FIG. 1 are driven.

도 5는 도 4의 전류들과 직류-링크 캐패시터의 전압(Vdc)과의 관계를 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram showing the relationship between the currents of FIG. 4 and the voltage (Vdc) of the DC-link capacitor.

도 6은 도 2의 주 제어부에서 도 4의 배터리 전류(Ibat)의 목표 전류 값(Ibat*)을 구하는 과정을 보여주는 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram showing a process of obtaining a target current value Ibat * of the battery current Ibat of FIG. 4 in the main control unit of FIG.

도 7은 도 2의 주 제어부에서 도 6의 전향 보상(feedforward compensation)용 배터리 전력 값(Pbat_ff)을 구하는 과정을 보여주는 블록도이다. FIG. 7 is a block diagram illustrating a process of obtaining the battery power value Pbat_ff for feedforward compensation of FIG. 6 in the main control unit of FIG.

도 8은 도 2의 주 제어부에서 도 7의 발전기의 출력 전력 값(Pgen)을 구하기 위하여 발전기의 Q-축 목표 전류값(Iqse*)을 조정하는 과정을 보여주는 블록도이다. 8 is a block diagram showing a process of adjusting the Q-axis target current value Iqse * of the generator to obtain the output power value Pgen of the generator of FIG. 7 in the main control unit of FIG.

도 9는 엔진 시동 후의 시간에 도 3의 양방향성 교류-직류 변환기에 3상 전원이 인가됨을 보여주는 회로도이다.Fig. 9 is a circuit diagram showing that three-phase power is applied to the bidirectional ac-dc converter of Fig. 3 at a time after engine startup. Fig.

도 10은 엔진 시동 후의 시간에 도 9의 3상 전위들이 순차적으로 직류-링크 캐패시터에 인가됨을 설명하기 위한 파형도이다.Fig. 10 is a waveform diagram for explaining that the three-phase potentials of Fig. 9 are sequentially applied to the dc-link capacitors at the time after the engine is started.

도 11은 엔진 시동 후의 시간에 도 3의 양방향성 교류-직류 변환기의 동작에 의하여 직류-링크 캐패시터의 정극성 단자에 인가되는 직류 전위의 파형도이다. 11 is a waveform diagram of a DC potential applied to the positive terminal of the DC-link capacitor by the operation of the bidirectional AC-DC converter of FIG. 3 at a time after the engine is started.

도 12는 도 1의 차량 구동용 인-휠(In-Wheel) 모터들이 구동되는 시간에 도 3의 배터리로부터 양방향성 직류-직류 변환기에 흐르는 전류의 방향을 보여주는 회로도이다.12 is a circuit diagram showing a direction of a current flowing from the battery of FIG. 3 to the bidirectional DC-DC converter at the time when the in-wheel motors for driving the vehicle of FIG. 1 are driven.

도 13은 도 12의 전류들이 3상의 형식으로 순차적으로 흐름을 설명하기 위한 파형도이다.FIG. 13 is a waveform diagram for explaining the sequential flow of the currents of FIG. 12 in the form of a three-phase.

도 14는 도 12의 제1 인덕터를 통하여 흐르는 제1상 전류의 통로를 보여주는 회로도이다. FIG. 14 is a circuit diagram showing a path of the first phase current flowing through the first inductor of FIG. 12; FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

105...엔진, 106...크랭크 축,105 ... engine, 106 ... crankshaft,

107...발전기, 108...양방향성 교류-직류 변환기,107 ... generator, 108 ... bidirectional ac-to-dc converter,

109...직류-링크 캐패시터, 110...양방향성 직류-직류 변환기,109 ... DC-link capacitor, 110 ... bidirectional DC-DC converter,

111...배터리, 112...통합 제어부,111 ... battery, 112 ... integrated control unit,

113...사용자 제어부, 114...엔진 제어부,113 ... user control section, 114 ... engine control section,

115...배터리 운영부, 21...통신 제어부,115 ... battery operating section, 21 ... communication control section,

22...주 제어부.22 ... main control.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 적어도 한 개의 차량 구동용 모터에 전력을 공급하는 적어도 한 개의 인버터를 구비하고, 엔진의 축과 회동하는 발전기와 배터리 사이에 직류-링크 캐패시터가 연결되며, 상기 직류-링크 캐패시터에 충전되는 직류-링크 전력이 상기 인버터에 공급되는 하이브리드 동력 장치에 있어서, A DC-link capacitor is connected between a generator and a battery rotating with an axis of the engine, at least one inverter for supplying electric power to at least one vehicle drive motor, and a DC-link capacitor A hybrid power plant in which power is supplied to the inverter, 상기 발전기와 상기 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된 양방향성 교류-직류 변환기;A bi-directional AC-DC converter connected between the generator and the DC-link capacitor; 상기 배터리와 상기 직류-링크 캐패시터 사이에 연결된 양방향성 직류-직류 변환기; 및A bi-directional DC-DC converter connected between the battery and the DC-link capacitor; And 상기 인버터, 상기 양방향성 교류-직류 변환기 및 양방향성 직류-직류 변환기의 동작을 제어하되, 상기 인버터의 부하 전력이 상기 발전기의 출력 전력보다 크면 상기 양방향성 직류-직류 변환기가 동작되도록 제어하는 통합 제어부를 포함하고,And an integrated controller for controlling operations of the inverter, the bidirectional AC-DC converter, and the bidirectional DC-DC converter so that the bidirectional DC-DC converter is operated when the load power of the inverter is greater than the output power of the generator , 상기 통합 제어부가, 상기 직류-링크 캐패시터의 전압(Vdc)이 기준 전압(Vdc*)보다 낮으면 상기 양방향성 직류-직류 변환기가 동작되도록 제어하며,The integrated controller controls the bidirectional DC-DC converter to operate when the voltage (Vdc) of the DC-link capacitor is lower than the reference voltage (Vdc * ), 상기 양방향성 직류-직류 변환기가 동작함에 의하여, 상기 배터리로부터의 배터리 전류(Ibat)가 상기 양방향성 직류-직류 변환기를 통하여 상승하고, 상기 양방향성 직류-직류 변환기로부터의 상승 전류(Ibatdc)가 상기 인버터로 흐르고,The operation of the bidirectional DC-DC converter causes the battery current Ibat from the battery to rise through the bidirectional DC-DC converter, the rising current Ibatdc from the bidirectional DC-DC converter flows into the inverter , 상기 통합 제어부가,The integrated control unit, 상기 배터리로부터 상기 양방향성 직류-직류 변환기에 흐르는 상기 배터리 전류(Ibat)의 값이 목표 전류 값(Ibat*)이 되도록 상기 양방향성 직류-직류 변환기의 내부 스위칭 동작을 제어하고,Controls the internal switching operation of the bidirectional DC-DC converter so that a value of the battery current (Ibat) flowing from the battery to the bidirectional DC-DC converter becomes a target current value (Ibat * ), 상기 목표 전류 값(Ibat*)이,If the target current value Ibat * 상기 인버터의 부하 전력(Pload)과 상기 발전기의 출력 전력(Pgen)의 차이 전력에 비례하고,Is proportional to the difference between the load power (Pload) of the inverter and the output power (Pgen) of the generator, 상기 기준 전압(Vdc*)과 상기 직류-링크 캐패시터의 전압(Vdc)의 차이 전압에 비례한, 하이브리드 동력 장치. Is proportional to the difference voltage between the reference voltage (Vdc * ) and the voltage (Vdc) of the DC-link capacitor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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