KR101592780B1 - 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법 - Google Patents

친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법에 관한 것으로서, 기존의 인터락 회로가 삭제될 수 있고, 이를 통해 커넥터 핀 수 축소, 사이즈 축소 및 원가 절감을 도모할 수 있는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 모터 구동용 인버터에 연결된 게이트 드라이버와 모터 제어기 사이를 연결하는 커넥터의 체결 불량을 검출하기 위한 방법에 있어서, 상기 모터 제어기 내에서 게이트 드라이버로부터 커넥터를 통해 센싱 신호가 입력되도록 구비된 신호처리부의 출력값이 미리 정해진 정상 센싱 범위를 벗어난 값으로 검출되는 경우 커넥터의 체결 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법이 개시된다.

Description

친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법{Method for detecting connector interlock in eco-friendly vehicle}
본 발명은 게이트 드라이버와 모터 제어기 간 커넥터 체결 불량 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친환경 자동차에서 모터 구동을 위한 인버터에 연결된 게이트 드라이버와 모터 제어기 사이의 커넥터 체결 불량을 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차(EV:Electric Vehicle)와 하이브리드 자동차(HEV:Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV:Fuel Cell Electric Vehicle) 등의 친환경 자동차에는 차량 주행을 위한 모터와, 고전압 전원(고전압 배터리 또는 연료전지)으로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환하여 모터를 구동시키는 인버터가 탑재되어 있다.
상기 모터는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터로부터 전력케이블을 통해 전달되는 3상 전류에 의해 구동되고, 전력변환장치인 인버터는 모터 제어기(Motor Controller)의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 파워 모듈의 스위칭 소자가 스위칭되어 고전압 전원으로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환한다.
통상의 인버터에서 파워 모듈을 구성하는 스위칭 소자로는 대전력에서도 고속 스위칭 동작이 가능한 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)가 주로 사용되고 있으며, 그 밖에 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Silicon Field Effect Transister, MOSFET) 등이 사용되고 있다.
도 1은 고전압 전원(1)과 모터(M), 인버터(11), 게이트 드라이버(Gate Driver)(12) 및 모터 제어기(Motor Controller)(13)를 포함하는 친환경 자동차의 파워 시스템을 도시한 구성도로서, 여기서 모터(M)는 단수 또는 복수 개가 될 수 있다.
도시된 바와 같이, 게이트 드라이버(12)가 인버터(11) 내 파워 모듈(IGBT 또는 MOSFET을 포함함)에 연결되어 있고, 이때 모터 제어기(13)로부터 인가되는 PWM 신호에 따라 게이트 드라이버(12)가 파워 모듈 내 각 스위칭 소자(S)에 게이트 구동 신호를 인가하게 된다.
통상 게이트 드라이버(12)는 모터 제어기(13)와 별도로 구성되며, 이때 모터 제어기(13)는 게이트 드라이버와 커넥터로 연결되어 인버터 구동을 위한 스위칭 구동 신호, 즉 PWM 신호를 커넥터를 통해 게이트 드라이버(12)에 전달하고, 각종 고장 정보 및 센싱 정보를 게이트 드라이버(12)를 통해 입력받는다.
도 2는 게이트 드라이버와 모터 제어기 간의 연결을 나타내는 도면으로, 게이트 드라이버(12)와 모터 제어기(13)가 커넥터로 연결된 상태에서, 모터 제어기(13)는 게이트 드라이버(12)에 전원 및 PWM 신호를 인가하고, 게이트 드라이버(12)로부터 암숏(Arm Short) 신호, 온도 센싱 신호, 전압 센싱 신호 및 기타 센싱 신호, 그리고 인터락(Interlock) 신호를 입력받는다.
여기서, 암숏 신호는 고장 정보 신호로서 고장을 검출하는 신호로 이용된다.
또한, 온도 센싱 신호는 인버터(11) 내 파워 모듈의 정션(Junction) 온도를 모니터링하기 위한 신호로서, 스위칭 소자(S)의 동작시 발열로 인하여 스위칭 소자, 파워 모듈 또는 인버터의 소손이 발생할 수 있으므로, 모터 제어기(13)가 게이트 드라이버(12)로부터 전달되는 온도 센싱 신호를 통해 인버터 측의 온도를 상시 모니터링하도록 되어 있다.
또한, 인터락 신호는 게이트 드라이버(12)와 모터 제어기(13) 간의 커넥터 체결 유무 및 불량을 검출하기 위한 신호로 이용되며, 인터락 회로를 통해 입력되는 전압 신호로부터 커넥터 체결 유무 및 불량 여부를 확인한다.
도 3은 인터락 회로의 일례를 나타내는 회로도로서, 게이트 드라이버와 모터 제어기 간의 커넥터에는 도시된 바와 같은 인터락 회로가 구성되어 있으며, 인터락 회로는 락 아웃 단자 핀(LOCK_OUT)과 락 인 단자 핀(LOCK_IN), 전원입력단(VCC)의 풀업(pull-up) 저항(R1) 등을 구비한다.
정상적인 커넥터 체결에 의해 락 아웃 단자 핀과 락 인 단자 핀이 정상적으로 접속된 경우라면, 전원입력단(VCC)의 풀업 저항(R1)에 의해 분배된 전압값이 입력되므로, 이를 확인하여 커넥터의 정상 체결을 확인할 수 있다.
만약, 커넥터의 두 단자 핀 중 하나라도 정상 접속이 이루어지지 않은 오픈(Open) 상태라면, 풀업 저항(R1)을 통해 인가되는 전원 전압(VCC 전압)을 확인하여 커넥터의 체결 불량을 검출할 수 있게 된다.
상기 인터락 회로에서 풀업 저항(R1)은 풀다운(Pull-down) 저항으로 대체될 수 있다.
상기와 같이 종래에는 게이트 드라이버와 모터 제어기 간의 커넥터 체결 불량을 별도의 인터락 회로를 통해 검출하고, 이 인터락 회로를 통해 커넥터 체결 불량과 각 모드에 맞는 고장 검출을 구분하고 있다.
그러나, 별도의 인터락 회로를 구비함으로써 커넥터의 핀 수가 증가하고 있으며, 인터락 회로가 구성됨에 따라 사이즈 증대 및 단가 상승이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 인버터를 구동시키기 위한 게이트 드라이버로부터 모터 제어기로 입력되고 있는 기존의 입력 신호를 이용하여 커넥터 체결 유무 및 불량을 확인함으로써 기존의 인터락 회로가 삭제될 수 있고, 이를 통해 커넥터 핀 수 축소, 사이즈 축소 및 원가 절감을 도모할 수 있는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 모터 구동용 인버터에 연결된 게이트 드라이버와 모터 제어기 사이를 연결하는 커넥터의 체결 불량을 검출하기 위한 방법에 있어서, 상기 모터 제어기 내에서 게이트 드라이버로부터 커넥터를 통해 센싱 신호가 입력되도록 구비된 신호처리부의 출력값이 미리 정해진 정상 센싱 범위를 벗어난 값으로 검출되는 경우 커넥터의 체결 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 커넥터 체결 불량 검출 방법에 의하면, 인버터를 구동시키기 위한 게이트 드라이버로부터 모터 제어기로 입력되고 있는 기존의 입력 신호를 이용하여 커넥터 체결 유무 및 불량을 확인함으로써 기존의 인터락 회로가 삭제될 수 있고, 이를 통해 커넥터 핀 수 축소, 사이즈 축소 및 원가 절감을 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 고전압 전원과 모터, 인버터, 게이트 드라이버 및 모터 제어기를 포함하는 친환경 자동차의 파워 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 게이트 드라이버와 모터 제어기 간의 연결을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 인터락 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 커넥터 체결 검출을 위한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 온도 테이블을 예시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법에 관한 것으로서, 전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차와 같은 친환경 자동차에서 모터 구동을 위한 인버터에 연결된 게이트 드라이버(Gate Driver)와 모터 제어기(Motor Controller) 사이의 커넥터 체결 불량을 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 인버터를 구동시키기 위한 게이트 드라이버로부터 모터 제어기로 입력되고 있는 기존의 입력 신호를 이용하여 커넥터 체결 유무 및 불량을 확인함으로써 기존의 인터락 회로가 삭제될 수 있고, 이를 통해 커넥터 핀 수 축소, 사이즈 축소 및 원가 절감을 도모할 수 있는 커넥터 체결 불량 검출 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 게이트 드라이버와 모터 제어기 간에 별도의 인터락 회로 구현 없이 실제 고장과 커넥터 체결 오류 등의 고장 사항을 구분 판단하여 인버터 내 파워 모듈의 소손을 방지할 수 있도록 함을 궁극적인 목적으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 커넥터 체결 검출을 위한 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에서는 커넥터 체결 유무 및 불량 검출을 위해, 특히 커넥터 인터락(단선) 검출을 위해 게이트 드라이버로부터 커넥터를 통해 모터 제어기로 입력되고 있는 기존의 입력 신호를 이용한다.
도 4를 참조하면, 모터 제어기(13)는 게이트 드라이버(12)로부터 커넥터를 통해 온도 센싱 신호를 입력받고 있으며, 게이트 드라이버(12)에는 인버터 내 파워 모듈의 정션 온도를 모니터링하기 위해 온도센서(12a)가 설치되고 있다.
여기서, 상기 온도센서(12a)로는 온도에 따라 전기저항이 연속적으로 변화하는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터가 널리 사용되고 있다.
인버터 구동시, 즉 스위칭 소자의 동작시 나타나는 발열로 인하여 스위칭 소자, 파워 모듈 또는 인버터의 소손이 발생할 수 있으므로, 모터 제어기(13)가 게이트 드라이버(12)로부터 전달되는 온도 센싱 신호를 통해 인버터 측의 온도를 상시 모니터링하고 있다.
이와 같이 게이트 드라이버(12)에서 온도센서(NTC 서미스터)(12a)로부터 출력되는 온도 센싱 신호가 커넥터를 통해 모터 제어기(13)로 전달되며, 만약 커넥터 체결 불량(오픈(open))인 경우 게이트 드라이버(12)로부터 온도 센싱 신호가 모터 제어기(13)로 전달될 수 없다.
이러한 점을 이용하여 본 발명에서는 모터 제어기(13)가 게이트 드라이버(12)로부터 입력되는 온도 센싱 신호를 기초로 하여 커넥터 체결 유무 및 불량을 검출하도록 구성된다.
상기 온도센서(NTC 서미스터)로부터 출력되는 온도 센싱 신호는 아날로그 신호, 즉 온도에 상응하는 전압 신호이며, 커넥터가 정상적으로 체결된 상태에서는 게이트 드라이버(12)로부터 온도에 상응하는 전압 신호가 모터 제어기(13)의 신호처리부(14)로 인가된다.
상기 온도센서(NTC 서미스터)는 인버터의 파워 모듈에 설치되기도 하며, 이 경우에도 온도센서로부터 출력되는 온도 센싱 신호가 게이트 드라이버(12)로 입력된 후 커넥터를 통해 모터 제어기(13)로 전달된다.
온도센서가 파워 모듈에 설치된 경우에도 모터 제어기(13)는 게이트 드라이버(12)로부터 온도 센싱 신호가 입력되는지를 확인하여 커넥터 체결 유무 및 불량을 검출할 수 있다.
그 밖에 게이트 드라이버(12)와 모터 제어기(13)가 커넥터로 정상 연결된 상태에서 모터 제어기(13)가 게이트 드라이버(12)에 전원 및 PWM 신호를 인가하고, 게이트 드라이버(12)로부터 암숏 신호(고장 정보 신호), 전압 센싱 신호, 그 밖의 각종 센싱 신호를 입력받는다.
여기서, 암숏 신호는 고장 정보 신호로서 고장 검출을 위한 신호로 이용되고, 커넥터 체결 불량을 검출하기 위한 종래의 인터락 회로는 삭제된다.
상기한 온도 센싱 신호, 전원 및 PWM 신호, 고장 정보 신호인 암숏 신호, 전압 센싱 신호, 그 밖의 각종 센싱 신호는 게이트 드라이버(12)와 모터 제어기(13) 사이를 연결하고 있는 하나의 커넥터를 통해 전달된다.
이하, 도 4에 나타낸 모터 제어기(13)의 신호처리부(14)를 통해 온도 센싱 모니터링 값을 이용하여 게이트 드라이브와 모터 제어기 간의 커넥터 체결 유무 및 불량(단선/단락)을 검출하는 과정에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
모터 제어기(13)는 온도센서(12a)에서 출력되는 온도 센싱 신호를 커넥터를 통해 게이트 드라이버(12)로부터 입력받아 모니터링하는데, 모터 제어기(13)로 입력되는 온도 센싱 신호(전압 신호)는 신호처리부(14)에서 전원입력단(VCC)에 연결된 풀업 저항(R11)에 의해 전압 분배되어 게인 및 보호 회로(14a)에 입력된다.
즉, 전원입력단(VCC) 및 풀업 저항(R11)을 통해 전원 전압, 즉 VCC 전압(예, 5V)이 인가되고, 이때 온도 센싱 신호, 즉 온도 센싱 전압이 커넥터를 통해 모터 제어기(13)의 신호처리부(14)로 인가되면, 풀업 저항(R11)에 의해 전압 분배된 전압값이 게인 및 보호 회로(14a)를 통해 신호처리부(14)에서 출력된다.
이에 모터 제어기(13)에서는 게인 및 보호 회로(14a)를 거친 전압값을 읽어 도 5에 예시된 온도 테이블에 따라 온도값을 취득하게 된다.
커넥터가 정상적으로 체결된 상태에서 정상적인 온도 모니터링 값, 즉 신호처리부(14)에서 출력되는 센싱 전압은 아래의 식과 같다.
- 커넥터 정상 체결 상태의 온도 센싱 전압 = [(온도센서 저항값 ×VCC 전압)/(온도센서 저항값 + 풀업 저항값)]×게인값
본 발명에서는 신호처리부(14)에서 출력되는 온도 센싱 모니터링 값으로 인터락(단선)을 검출하는데, 정상적인 모니터링 범위 이외의 값, 즉 신호처리부(14)로부터 풀업 저항(R11)을 통해 인가되는 VCC 전압(전원 전압)이 읽혀지면 인터락(단선) 고장인 것으로 판단하게 된다.
이와 같이 온도 센싱 신호를 기반으로 커넥터 체결 유무 및 불량을 검출하는 경우에서 모터 제어기(13)는 신호처리부(14)의 출력단을 통해 VCC 전압이 검출되면 커넥터 체결 불량(단선 등 오픈 상태)으로 판단하고, 정상적인 온도 센싱 모니터링 값이 검출되면 커넥터의 정상 체결 상태로 판단하게 된다.
상술한 실시예를 설명함에 있어서 온도 센싱 신호의 이용을 설명하였으나, 본 발명이 온도 센싱 신호를 이용하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 상기한 온도 센싱 신호 외에 전압 센싱 신호의 이용도 가능하다.
그 밖에 게이트 드라이버 회로(12)에서 커넥터를 통해 모터 제어기(13)로 입력되는 다른 센싱 신호를 이용하는 것이 가능하며, 동일한 신호처리부 및 검출 방식으로 커넥터 체결 유무 및 불량을 판단하는 것이 가능하다.
즉, 게이트 드라이버(12)로부터 커넥터를 통해 센싱 신호가 입력되는 상태에서, 정상 센싱 범위의 신호가 신호처리부를 통해 출력되어 모터 제어기(13)에서 검출된다면 커넥터의 정상 체결 상태로 판단할 수 있으며, 정상 센싱 범위 이외의 신호값이 검출된다면 커넥터 체결 불량 상태인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 신호처리부에 풀업 저항 대신 풀다운 저항이 적용된 경우에도 커넥터 체결 불량을 검출하는 것이 가능하다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 인버터
12 : 게이트 드라이버
12a : 온도센서
13 : 모터 제어기
14 : 신호처리부
14a : 게인 및 보호 회로

Claims (5)

  1. 모터 구동용 인버터에 연결된 게이트 드라이버와 모터 제어기 사이를 연결하는 커넥터의 체결 불량을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 모터 제어기 내에서 게이트 드라이버로부터 커넥터를 통해 센싱 신호가 입력되도록 구비된 신호처리부의 출력값이 미리 정해진 정상 센싱 범위를 벗어난 값으로 검출되는 경우 커넥터의 체결 불량으로 판단하고,
    상기 신호처리부는, 전원입력단에 연결된 풀업 저항을 포함하고, 상기 전원입력단 및 풀업 저항을 통해 전원 전압이 인가되고 상기 센싱 신호로 커넥터를 통해 전압 신호가 입력되면 풀업 저항에 의해 분배된 전압값을 출력하도록 되어 있으며,
    상기 센싱 신호는 인버터 내 파워 모듈의 정션 온도를 모니터링하기 위해 인버터의 파워 모듈 또는 게이트 드라이버에 설치된 온도센서로부터 출력되는 온도 센싱 신호인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호처리부로부터 전원 전압에 해당하는 출력값이 검출되면 커넥터의 체결 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호처리부로부터 상기 미리 정해진 정상 센싱 범위의 출력값이 검출되면 커넥터의 정상 체결 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 커넥터 체결 불량 검출 방법.
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