KR101632699B1 - 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템 - Google Patents

전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템 Download PDF

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Abstract

전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템이 제공된다. 본 시스템은 배터리 팩의 접지 단자와 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결된 접지 컨택터를 포함한다. 본 시스템은 전기적으로 직렬 연결된 프리-차지 컨택터와 저항을 더 포함한다. 프리-차지 컨택터와 저항은 배터리 팩의 고압 단자와 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 연결된다. 마이크로프로세서는 저항에 공급된 에너지의 총량을 결정하고, 에너지의 총량이 에너지의 임계량 보다 크면 접지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자를 캐패시터의 제2단으로부터 전기적으로 분리시킨다.

Description

전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템 {PRE-CHARGING SYSTEM FOR A CAPACITOR IN A VOLTAGE INVERTER FOR AN ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 프리-차지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 모터용 전압 인버터 내의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 12월 2일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/910,497호 및 2013년 12월 13일자로 출원된 미국 정규출원 번호 제14/105,219호를 우선권 주장하며, 그에 대한 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 출원의 발명자는 저항의 열화를 방지하도록 저항에 공급되는 에너지의 량을 제한하면서 저항을 통해 전류를 공급하여 캐패시터를 충전하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템에 대한 필요성을 인식하였다.
인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치(공개특허공보 제10-2009-0075910호, 2009.07.13.공개)
본 발명은, 상기와 같은 필요성으로부터 창안된 것으로서, 캐패시터에 전기적으로 연결된 저항에 공급되는 에너지의 량을 제한하면서 캐패시터를 충전할 수 있는 프리-차지 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템이 공급된다. 프리-차지 시스템은 배터리 팩의 접지 단자와 전압 인버터 내의 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결된 접지 컨택터를 포함한다. 프리-차지 시스템은 서로 전기적으로 직렬 연결된 프리-차지 컨택터와 저항을 더 포함한다. 프리-차지 컨택터와 저항은 배터리 팩의 고압 단자와 전압 인버터 내의 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 연결된다. 프리-차지 시스템은 접지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 배터리 팩의 접지 단자를 캐패시터의 제1단에 전기적으로 연결시키는 제1 제어 신호를 생성하도록 프로그램된 마이크로프로세서를 더 포함한다. 마이크로프로세서는 프리-차지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자를 저항을 통해 캐패시터의 제2단에 전기적으로 연결시키는 제2 제어 신호를 생성하도록 더욱 프로그램된다. 프리-차지 시스템은 배터리 팩의 고압 단자와 접지 단자 사이의 제1 전압 레벨을 측정하도록 구성된 전압 측정 회로를 더 포함한다. 전압 측정 회로는 제1 전압 레벨을 나타내는 제1 전압값을 생성하도록 더욱 구성되며, 이는 마이크로프로세서에 의해 수신된다. 전압 측정 회로는 제1 전선과 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 제1, 제2, 및 제3 시간에 각각 측정하도록 더욱 구성된다. 제1 전선은 저항과 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 직렬 연결된다. 제3 시간은 제2 시간 이후이고, 제2 시간은 제1 시간 이후이다. 전압 측정 회로는 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 각각 나타내는 제2, 제3, 및 제4 전압값들을 생성하도록 더욱 구성되며, 이들은 마이크로프로세서에 의해 수신된다. 마이크로프로세서는 제1 시간과 제3 시간 사이에 저항에 공급된 에너지의 총량을 제1, 제2, 제3, 및 제4 전압값들 및 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 더욱 프로그램된다. 마이크로프로세서는, 에너지의 총량이 에너지의 임계량 보다 크면, 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자를 캐패시터의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록 제2 제어 신호의 생성을 중지하도록 더욱 프로그램된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 접지 컨택터, 프리-차지 컨택터, 저항, 전압 측정 회로, 및 마이크로프로세서를 구비한 프리-차지 회로를 제공하는 것을 포함한다. 접지 컨택터는 배터리 팩의 접지 단자와 전압 인버터 내의 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결된다. 프리-차지 컨택터와 저항은 서로 전기적으로 직렬 연결된다. 프리-차지 컨택터와 저항은 배터리 팩의 고압 단자와 전압 인버터 내의 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 연결된다. 본 방법은, 마이크로프로세서를 이용하여, 접지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 배터리 팩의 접지 단자를 캐패시터의 제1단에 전기적으로 연결시키는 제1 제어 신호를 생성하는 것을 더 포함한다. 본 방법은, 마이크로프로세서를 이용하여, 프리-차지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자를 저항을 통해 캐패시터의 제2단에 전기적으로 연결시키는 제2 제어 신호를 생성하는 것을 더 포함한다. 본 방법은, 전압 측정 회로를 이용하여, 고압 단자와 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제1 전압 레벨을 측정하는 것을 더 포함한다. 본 방법은, 전압 측정 회로를 이용하여, 제1 전압 레벨을 나타내는 제1 전압값을 생성하는 것을 더 포함하며, 이는 마이크로프로세서에 의해 수신된다. 본 방법은, 전압 측정 회로를 이용하여, 제1 전선과 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 제1, 제2, 및 제3 시간에 각각 측정하는 것을 더 포함한다. 제1 전선은 저항과 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 직렬 연결된다. 제3 시간은 제2 시간 이후이고, 제2 시간은 제1 시간 이후이다. 본 방법은, 전압 측정 회로를 이용하여, 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 각각 나타내는 제2, 제3, 및 제4 전압값들을 생성하는 것을 더 포함하며, 이들은 마이크로프로세서에 의해 수신된다. 본 방법은, 마이크로프로세서를 이용하여, 제1 시간과 제3 시간 사이에 저항에 공급된 에너지의 총량을 제1, 제2, 제3, 및 제4 전압값들 및 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 것을 더 포함한다. 본 방법은, 마이크로프로세서를 이용하여, 에너지의 총량이 에너지의 임계량 보다 크면 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자를 캐패시터의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록 제2 제어 신호의 생성을 중지하는 것을 더 포함한다.
본 발명에 따른 프리-차지 시스템 및 방법은 다른 시스템들 및 방법들에 대해 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 프리-차지 시스템 및 방법은 캐패시터에 전기적으로 연결된 저항에 공급되는 에너지의 총량을 제한하면서 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하는 기술적인 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리-차지 시스템을 구비한 전기 자동차의 블록도이다.
도 2는 도 1의 프리-차지 시스템에 사용된 전압 측정 회로의 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 도 1의 프리-차지 시스템과 연관된 예시적인 배터리 팩 전압값들, 링크 전압값들, 평균 링크 전압값들, 평균 전류값들, 평균 전력값들, 및 총 에너지 값들의 테이블이다.
도 8은 도 7의 팩 전압값들과 링크 전압값들을 나타내는 그래프도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터(70)용 전압 인버터(60) 내의 캐패시터(62)를 예비 충전하기(pre-charging) 위한 프리-차지 시스템(pre-charging system, 30)을 구비한 전기 자동차(10)가 도시된다. 전기 자동차(10)는 배터리 팩(20), 마이크로프로세서(25), 프리-차지 시스템(30), 메인 컨택터(main contactor, 40), 전압 인버터(60), 전기 모터(70), 및 전선들(100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 130, 132, 140, 142, 150, 152, 160, 161)을 포함한다. 프리-차지 시스템(30)의 장점은 캐패시터(62)에 전기적으로 연결된 프리-차지 저항(pre-charging resistor, 214)을 통해 흐르는 에너지의 총량을 제한하면서 전압 인버터(60) 내의 캐패시터(62)를 충전한다는 것이다. 프리-차지 시스템(30)은, 그 뒤에 메인 컨택터(40)가 고전압(high voltage)을 배터리 팩(20)으로부터 캐패시터(62)로 공급할 때 순간적인 돌입 전류(inrush current)의 량이 감소하도록, 캐패시터(62)를 충전한다.
배터리 팩(20)은 전선들(112)을 통해 전기 모터(70)로 작동 전압을 출력하는 전압 인버터(60)로 작동 전압을 출력하도록 구성된다. 배터리 팩(20)은 서로 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈들(170, 172)을 포함한다. 배터리 팩(20)은 고압 단자(high voltage terminal, 174) 및 접지 단자(ground terminal, 176)를 더 포함한다.
마이크로프로세서(25)는 메인 컨택터(main contactor, 40), 접지 컨택터(grounding contactor, 200), 및 프리-차지 컨택터(pre-charging contactor, 210)의 작동을 제어하는 제어 신호를 생성하도록 프로그램된다. 특히, 마이크로프로세서(25)는 접지 컨택터(200)가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하는 제어 신호를 생성하고, 캐패시터(62)를 충전하기 위해 프리-차지 컨택터(210)가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하는 또 다른 제어 신호를 생성하도록 프로그램된다. 또한, 마이크로프로세서(25)는 캐패시터(62)의 충전이 완료되면 메인 컨택터(40)가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하는 제어 신호를 생성하도록 프로그램된다.
마이크로프로세서(25)는 전선들(140, 142)을 통해 접지 컨택터(200)에 전기적으로 연결된다. 접지 컨택터(200)는 접지 컨택터 코일(grounding contactor coil, 250) 및 접점(contact, 254)을 포함한다. 마이크로프로세서(25)는 전선들(140, 142) 상에 높은 로직 전압(high logic voltage)을 생성하여 접지 컨택터 코일(250)을 여기(energize)시킴으로써 접점(254)이 폐쇄 작동 위치로 이동하게끔 유도하도록 프로그램된다. 접점(254)이 폐쇄 작동 위치를 가질 때, 캐패시터(62)의 제1단이 배터리 팩(20)의 접지 단자(176)에 전기적으로 연결된다.
마이크로프로세서(25)는 전선들(150, 152)을 통해 프리-차지 컨택터(210)에 전기적으로 연결된다. 프리-차지 컨택터(210)는 프리-차지 컨택터 코일(pre-charging contactor coil, 260) 및 접점(contact, 264)을 포함한다. 마이크로프로세서(25)는 전선들(150, 152) 상에 높은 로직 전압(high logic voltage)을 생성하여 프리-차지 컨택터 코일(260)을 여기(energize)시킴으로써 접점(264)이 폐쇄 작동 위치로 이동하게끔 유도하도록 프로그램된다. 접점(264)이 폐쇄 작동 위치를 가질 때, 캐패시터(62)의 제2단이 저항(resistor, 214)을 통해 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)로 전기적으로 연결된다.
마이크로프로세서(25)는 전선들(130, 132)을 통해 메인 컨택터(40)에 전기적으로 연결된다. 메인 컨택터(40)는 메인 컨택터 코일(main contactor coil, 240) 및 접점(contact, 244)을 포함한다. 마이크로프로세서(25)는 전선들(130, 132) 상에 높은 로직 전압(high logic voltage)을 생성하여 메인 컨택터 코일(240)을 여기(energize)시킴으로써 접점(244)이 폐쇄 작동 위치로 이동하게끔 유도하도록 프로그램된다. 접점(244)이 폐쇄 작동 위치를 가질 때, 캐패시터(62)의 제2단이 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)에 전기적으로 연결된다. 접점들(244, 254) 모두가 폐쇄 작동 위치들을 가질 때, 전압 인버터(60)가 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)와 접지 단자(176) 사이에 전기적으로 연결되어 전기 모터(70)에 작동 전압을 공급한다.
프리-차지 시스템(30)은 프리-차지 저항(214)에 공급되는 에너지의 량을 제한하면서 전압 인버터(60) 내의 캐패시터(62)를 충전하도록 제공된다. 프리-차지 시스템(30)은 마이크로프로세서(25), 접지 컨택터(200), 프리-차지 컨택터(210), 저항(214), 및 전압 측정 회로(220)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 전압 측정 회로(220)는 멀티플렉서(multiplexer, 290) 및 멀티플렉서(290)에 동작가능하게 연결된 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter, 292)를 포함한다. 멀티플렉서는 전선들(102, 100, 108)에 각각 연결된 입력 단자들(A, B, C)을 갖는다. 또한, 멀티플렉서(290)는 전선(161)에 전기적으로 연결된 선택 단자(S)를 갖는다. 멀티플렉서(290)는 마이크로프로세서(25)로부터 선택 단자(S)로 향하는 선택 신호를 수신하고, 출력 단자(OUT)를 통해 아날로그-디지털 컨버터(292)로 전송할 단자들(A, B, C)의 전압들 중 하나를 선택한다. 따라서, 멀티플렉서(290)는 단자들(A, B, C)의 전압들을 출력 단자(OUT)를 통해 아날로그-디지털 컨버터(292)로 각각 전송할 선택 단자(S)에 대한 제1, 제2, 및 제3 선택 신호들을 마이크로프로세서(25)로부터 수신한다.
아날로그-디지털 컨버터(292)는 멀티플렉서(290)의 출력 단자(OUT)로부터 전압을 수신하도록 구성된다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(292)는 수신된 전압의 진폭(amplitude)을 측정하고 수신된 전압의 진폭을 나타내는 이진 전압값(binary voltage value)을 생성하도록 구성된다. 아날로그-디지털 컨버터(292)는 이진 전압값을 전선(160)을 통해 마이크로프로세서(25)로 전송한다.
작동시, 전압 측정 회로(220)는 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)와 접지 단자(176) 사이의 전압 레벨(voltage level)을 측정하도록 구성된다. 또한, 전압 측정 회로(220)는 고압 단자(174)와 접지 단자(176) 사이의 전압 레벨을 나타내는 이진 전압값을 생성하도록 구성되며, 이는 마이크로프로세서(25)에 의해 수신된다.
또한, 전압 측정 회로(220)는 전선(102)과 배터리 팩(20)의 접지 단자(176) 사이의 전압 레벨을 측정하도록 구성된다. 전압 측정 회로(220)는 또한 전선(102)과 접지 단자(176) 사이의 전압 레벨을 나타내는 이진 전압값을 생성하도록 구성되며, 이는 마이크로프로세서(25)에 의해 수신된다.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 이하 일 실시예에 따른 전압 인버터(60) 내의 캐패시터(62)를 충전하기 위한 방법의 흐름도가 설명될 것이다. 흐름도는 DELTA_T로 표시된 시간 동안 실행될 수 있는 362 단계부터 406 단계까지의 일차 루프(primary loop)를 갖는다. 따라서, 일차 루프는, 예를 들어, 실질적으로 제1 시간에 초기 실행된 다음, 실질적으로 제2 시간에 다시 실행되고, 실질적으로 제3 시간에 다시 실행될 수 있다.
350 단계에서, 사용자는 접지 컨택터(200), 프리-차지 컨택터(210), 저항(214), 전압 측정 회로(220), 및 마이크로프로세서(25)를 구비한 프리-차지 시스템(30)을 제공한다. 접지 컨택터(200)는 배터리 팩(20)의 접지 단자(176)와 전압 인버터(60) 내의 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결된다. 프리-차지 컨택터(210)와 저항(214)은 서로 전기적으로 직렬 연결된다. 프리-차지 컨택터(210)와 저항(214)은 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)와 전압 인버터(60) 내의 캐패시터(62)의 제2단 사이에 전기적으로 연결된다.
352 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 접지 컨택터(200)가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 배터리 팩(20)의 접지 단자(176)를 캐패시터(62)의 제1 단에 전기적으로 연결시키는 제1 제어 신호를 생성한다. 352 단계 이후, 본 방법은 354 단계로 진행한다.
354 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 프리-차지 컨택터(210)가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자(174)를 저항(214)을 통해 캐패시터(62)의 제2단에 전기적으로 연결시키는 제2 제어 신호를 생성한다. 354 단계 이후, 본 방법은 356 단계로 진행한다.
356 단계에서, 전압 측정 회로(220)는 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)와 접지 단자(176) 사이의 제1 전압 레벨을 측정한다. 356 단계 이후, 본 방법은 358 단계로 진행한다.
358 단계에서, 전압 측정 회로(220)는 제1 전압 레벨을 나타내는 제1 전압값(예를 들면, 이진 전압값)을 생성하는데, 이는 마이크로프로세서(25)에 의해 수신되며, 마이크로프로세서(25)는 제1 전압값의 진폭을 소프트웨어 변수 PACK_VOLTAGE에 저장한다. 358 단계 이후, 본 방법은 360 단계로 진행한다.
360 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식들을 이용하여 아래의 소프트웨어 변수들을 초기화한다:
LINK_TARGET_VOLTAGE = PACK_VOLTAGE * 0.95
E_TOTAL = 0
E_THRESHOLD = 1200
OLD_LINK_VOLTAGE = LINK_VOLTAGE
LOOP_COUNT = 0
LOOP_COUNT_THRESHOLD = 30
DELTA_T = 0.1
RESISTANCE = 25 "저항(214)의 저항 레벨(resistance level, 단위: ohms)"
360 단계 이후, 본 방법은 362 단계로 진행한다.
362 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 10 밀리초(milliseconds) 동안 지연된다. 362 단계 이후, 본 방법은 364 단계로 진행한다.
364 단계에서, 전압 측정 회로(220)는 제1 전선(102)과 배터리 팩(20)의 접지 단자(176) 사이의 전압 레벨을 측정한다. 제1 전선(102)은 저항(214)과 캐패시터(62)의 제2단 사이에 전기적으로 직렬 연결된다. 364 단계 이후, 본 방법은 366 단계로 진행한다.
366 단계에서, 전압 측정 회로(220)는 (364 단계의) 전압 레벨의 진폭을 나타내는 전압값(예를 들면, 이진 전압값)을 생성하는데, 이는 마이크로프로세서(25)에 의해 수신되며, 마이크로프로세서(25)는 전압값을 소프트웨어 변수 LINK_VOLTAGE에 저장한다. 366 단계 이후, 본 방법은 368 단계로 진행한다.
368 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 LINK_VOLTAGE이 LINK_TARGET_VOLTAGE 보다 큰지 결정한다. 368 단계의 값이 "예"라면, 본 방법은 410 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 본 방법은 370 단계로 진행한다.
370 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 소프트웨어 변수 NEW_LINK_VOLTAGE의 값을 설정한다: NEW_LINK_VOLTAGE = LINK_VOLTAGE. 370 단계 이후, 본 방법은 380 단계로 진행한다.
380 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 제1 전선(102)과 배터리 팩(20)의 접지 단자(176) 사이의 평균 전압 레벨을 나타내는 평균 전압값(AVERAGE_LINK_VOLTAGE)을 결정한다: AVERAGE_LINK_VOLTAGE = ((NEW_LINK_VOLTAGE + OLD_LINK_VOLTAGE) / 2). 380 단계 이후, 본 방법은 382 단계로 진행한다.
382 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 LOOP_COUNT와 이전 LOOP_COUNT 사이의 실질적인 시간에 해당하는 시간 간격(DELTA_T) 동안 저항(214)을 통해 흐르는 전류의 평균량(I_AVERAGE)을 결정한다: I_AVERAGE = ((PACK_VOLTAGE - AVERAGE_LINK_VOLTAGE) / RESISTANCE). 382 단계 이후, 본 방법은 384 단계로 진행한다.
384 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 시간 간격(DELTA_T) 동안 저항(214)에 의해 소모된(dissipated) 전력의 평균량(P_AVERAGE)을 결정한다: P_AVERAGE = I_AVERAGE * I_AVERAGE * RESISTANCE. 384 단계 이후, 본 방법은 386 단계로 진행한다.
386 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 저항(214)에 공급된 에너지의 평균량(E_AVERAGE)을 결정한다: E_AVERAGE = P_AVERAGE * DELTA_T. 386 단계 이후, 본 방법은 388 단계로 진행한다.
388 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 저항(214)에 공급된 에너지의 총량(E_TOTAL)을 결정한다: E_TOTAL = E_TOTAL + E_AVERAGE. 388 단계 이후, 본 방법은 400 단계로 진행한다.
400 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 E_TOTAL이 에너지의 임계량(E_THRESHOLD) 보다 큰지 결정한다. 400 단계의 값이 "예"라면 본 방법은 402 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 본 방법은 404 단계로 진행한다.
402 단계에서, 마이크로프로세서(25)는, 프리-차지 컨택터(210)가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자(174)를 캐패시터(62)의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 제2 제어 신호의 생성을 중지하고, BUS_SHORT_FAULT_FLAG를 '참(TRUE)'으로 설정한다. 402 단계 이후, 본 방법은 종료된다.
다시 400 단계를 참조하면, 400 단계의 값이 "아니오"라면 본 방법은 404 단계로 진행한다. 404 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 아래의 식을 이용하여 소프트웨어 변수 OLD_LINK_VOLTAGE 및 소프트웨어 변수 LOOP_COUNT를 업데이트한다: OLD_LINK_VOLTAGE = NEW_LINK_VOLTAGE; 및 LOOP_COUNT = LOOP_COUNT + 1. 404 단계 이후, 본 방법은 406 단계로 진행한다.
406 단계에서, 마이크로프로세서(25)는 LOOP_COUNT가 LOOP_COUNT_THRESHOLD 보다 큰지 결정한다. 406 단계의 값이 "예"라면 본 방법은 408 단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 본 방법은 362 단계로 진행한다.
408 단계에서, 마이크로프로세서(25)는, 프리-차지 컨택터(210)가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자(174)를 캐패시터(62)의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 제2 제어 신호의 생성을 중지하고, PRE-CHARGE_TIME_OUT_FLAG를 '참(TRUE)'으로 설정한다. 408 단계 이후, 본 방법은 종료된다.
다시 368 단계를 참조하면, 368 단계의 값이 "예"라면 본 방법은 410 단계로 진행한다. 410 단계에서, 마이크로프로세서(25)는, 프리-차지 컨택터(210)가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 고압 단자(174)를 캐패시터(62)의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 제2 제어 신호의 생성을 중지하고, PRE-CHARGE_COMPLETE_FLAG를 '참(TRUE)'으로 설정한다. 410 단계 이후, 본 방법은 종료된다.
도 7을 참조하면, 프리-차지 시스템(30)이 캐패시터(62)를 충전하는 동안 시간에 따라 결정된 예시적인 PACK_VOLTAGE 값들, LINK_VOLTAGE 값들, AVERAGE_LINK_VOLTAGE 값들, I_AVERAGE 값들, P_AVERAGE 값들, 및 E_TOTAL 값들의 테이블(450)이 도시된다. PACK_VOLTAGE 값들은 배터리 팩(20)의 고압 단자(174)와 접지 단자(176) 사이에 전압 측정 회로(220)에 의해 측정된 전압 레벨들을 나타내는 값들에 해당한다. LINK_VOLTAGE 값들은 전선(102)과 접지 단자(176) 사이에 전압 측정 회로(220)에 의해 측정된 전압 레벨들을 나타내는 값들에 해당한다. 또한, LINK_VOLTAGE 값들은 캐패시터(62)의 전압 레벨들에 해당한다. AVERAGE_LINK_VOLTAGE 값들은 상기 흐름도에서 설명된 관련식에 근거하여 결정된다. 또한, I_AVERAGE 값들은 상기 흐름도에서 설명된 관련식에 근거하여 결정된다. 또한, P_AVERAGE 값들은 상기 흐름도에서 설명된 관련식에 근거하여 결정된다. 마지막으로, E_TOTAL 값들은 상기 흐름도에서 설명된 관련식에 근거하여 결정된다.
도 8을 참조하면, 그래프(460)는 도 7의 테이블(450)의 PACK_VOLTAGE 값들, LINK_VOLTAGE 값들, 및 E_TOTAL 값들을 도해적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, E_TOTAL 값들은 시간에 따라 저항(214)에 공급된 에너지의 총량을 나타내며, 그것은 곡선(462)과 곡선(464) 사이의 영역으로 표시된다.
프리-차지 시스템 및 방법은 다른 시스템들 및 방법들에 대해 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 프리-차지 시스템 및 방법은 캐패시터에 전기적으로 연결된 저항에 공급되는 에너지의 총량을 제한하면서 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하는 기술적인 효과를 제공한다.
전술한 방법은 상기의 방법들을 실시하기 위한 컴퓨터 실행가능한 명령어들을 구비한 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 판독가능한 매체의 형태로 적어도 부분적으로 실시될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 아래 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다: 하드 드라이브, RAM 메모리, 플래시 메모리, 및 당업자에게 알려진 기타 컴퓨터 판독가능한 매체; 이때, 컴퓨터 실행가능한 명령어가 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서에 로딩되어 실행될 때, 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서는 상기 방법들 중 적어도 일부를 실시하기 위해 프로그램된다.
본 청구된 발명이 비록 제한된 실시예들과 관련하여 상세하게 설명되었으나, 본 발명은 이러한 개시된 실시예들로 제한되지 않음을 손쉽게 이해하여야 한다. 다만, 본 청구된 발명은 이전까지 설명되지 않았으나 본 발명의 사상과 범위에 부합하는 어떠한 수의 변이, 변화, 대체 또는 이에 상응하는 변동을 포함한 변형이 이루어질 수 있다. 덧붙여, 본 청구된 발명의 다양한 실시예들이 설명되었으나, 본 발명의 양상들은 전술된 실시예들의 일부만을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 청구된 발명은 전술한 설명에 의해 제한되지 않는다.
10: 전기 자동차
20: 배터리 팩
25: 마이크로프로세서
30: 프리-차지 시스템
40: 메인 컨택터
60: 전압 인버터
62: 캐패시터
70: 전기 모터
200: 접지 컨택터
210: 프리-차지 컨택터
220: 전압 측정 회로
290: 멀티플렉서
292: 아날로그-디지털 컨버터

Claims (14)

  1. 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 위한 프리-차지 시스템에 있어서,
    배터리 팩의 접지 단자와 상기 전압 인버터 내의 상기 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결된 접지 컨택터;
    서로 전기적으로 직렬 연결되며, 상기 배터리 팩의 고압 단자와 상기 전압 인버터 내의 상기 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 연결된 프리-차지 컨택터 및 저항;
    상기 접지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 접지 단자를 상기 캐패시터의 제1단에 전기적으로 연결시키는 제1 제어 신호를 생성하도록 프로그램되고, 상기 프리-차지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 고압 단자를 상기 저항을 통해 상기 캐패시터의 제2단에 전기적으로 연결시키는 제2 제어 신호를 생성하도록 프로그램된 마이크로프로세서; 및
    상기 배터리 팩의 고압 단자와 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제1 전압 레벨을 측정하도록 구성된 전압 측정 회로;를 포함하고,
    상기 전압 측정 회로는 상기 제1 전압 레벨을 나타내는 제1 전압값을 생성하도록 구성되고, 상기 제1 전압값은 상기 마이크로프로세서에 의해 수신되며,
    상기 전압 측정 회로는 제1 전선과 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 제1, 제2, 및 제3 시간에 각각 측정하도록 구성되며, 상기 제1 전선은 상기 저항과 상기 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제3 시간은 상기 제2 시간 이후이고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 이후이며,
    상기 전압 측정 회로는 상기 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 각각 나타내는 제2, 제3, 및 제4 전압값들을 생성하도록 구성되고, 상기 전압값들은 상기 마이크로프로세서에 의해 수신되며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 시간과 상기 제3 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 총량을 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 프로그램되며,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 에너지의 총량이 에너지의 임계량 보다 크면, 상기 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 고압 단자를 상기 캐패시터의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 제2 제어 신호의 생성을 중지하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서가 상기 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 고압 단자를 상기 캐패시터의 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 제2 제어 신호의 생성을 중지하도록 프로그램되는 것은, 상기 에너지의 총량이 상기 에너지의 임계량 보다 크거나, 상기 제1 시간과 상기 제3 시간 사이의 시간이 시간의 임계량 보다 크거나, 또는 상기 제4 전압이 임계전압값 보다 크거나 같은 경우인 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 제1 평균량을 상기 제1, 제2, 및 제3 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 프로그램되고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제2 시간과 상기 제3 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 제2 평균량을 상기 제1, 제3, 및 제4 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 프로그램되고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 저항에 공급된 상기 에너지의 총량을 상기 에너지의 제1 평균량 및 상기 에너지의 제2 평균량에 근거하여 결정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 제1 전선과 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 평균 전압 레벨을 나타내는 평균전압값을 상기 제2 전압값 및 상기 제3 전압값에 근거하여 결정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항을 통해 흐르는 전류의 평균량을 상기 제1 전압값, 상기 평균전압값, 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항에 의해 소모된 전력의 평균량을 상기 전류의 평균량과 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 저항에 공급된 상기 에너지의 제1 평균량을 상기 전력의 평균량 및 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 시간에 근거하여 결정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 프리-차지 시스템.
  8. 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법에 있어서,
    배터리 팩의 접지 단자와 상기 전압 인버터 내의 상기 캐패시터의 제1단 사이에 전기적으로 연결되는 접지 컨택터, 서로 전기적으로 직렬 연결되고 상기 배터리 팩의 고압 단자와 상기 전압 인버터 내의 상기 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 연결되는 프리-차지 컨택터 및 저항, 전압 측정 회로, 및 마이크로프로세서를 구비한 프리-차지 회로를 제공하는 단계,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 접지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 접지 단자를 상기 캐패시터의 제1단에 전기적으로 연결시키는 제1 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 프리-차지 컨택터가 폐쇄 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 배터리 팩의 고압 단자를 상기 저항을 통해 상기 캐패시터의 제2단에 전기적으로 연결시키는 제2 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 전압 측정 회로를 이용하여, 상기 배터리 팩의 고압 단자와 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제1 전압 레벨을 측정하는 단계;
    상기 전압 측정 회로를 이용하여, 상기 제1 전압 레벨을 나타내는 제1 전압값을 생성하는 단계;
    상기 전압 측정 회로를 이용하여, 제1 전선과 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 제1, 제2, 및 제3 시간에 각각 측정하는 단계;
    상기 전압 측정 회로를 이용하여, 상기 제2, 제3, 및 제4 전압 레벨들을 각각 나타내는 제2, 제3, 및 제4 전압값들을 생성하는 단계;
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 시간과 상기 제3 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 총량을 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 단계; 및
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 에너지의 총량이 에너지의 임계량 보다 크면, 상기 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 고압 단자를 상기 캐패시터의 상기 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 제2 제어 신호의 생성을 중지하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 전압값은 상기 마이크로프로세서에 의해 수신되며, 상기 제1 전선은 상기 저항과 상기 캐패시터의 제2단 사이에 전기적으로 직렬 연결되며, 상기 제3 시간은 상기 제2 시간 이후이고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 이후인 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 프리-차지 컨택터가 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 고압 단자를 상기 캐패시터의 상기 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록, 제2 제어 신호의 생성을 중지하는 단계는, 상기 에너지의 총량이 상기 에너지의 임계량 보다 크거나, 상기 제1 시간과 상기 제3 시간 사이의 시간이 시간의 임계량 보다 크거나, 또는 상기 제4 전압값이 임계전압값 보다 크거나 같으면, 상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 프리-차지 컨택터가 상기 개방 작동 위치를 갖도록 유도하여 상기 고압 단자를 상기 캐패시터의 상기 제2단으로부터 전기적으로 분리하도록 상기 제2 제어 신호의 생성을 중지하는 단계인 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 제1 평균량을 상기 제1, 제2, 및 제3 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 단계;
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제2 시간과 상기 제3 시간 사이에 상기 저항에 공급된 에너지의 제2 평균량을 상기 제1, 제3, 및 제4 전압값들 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 단계; 및
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 저항에 공급된 상기 에너지의 총량을 상기 에너지의 제1 평균량 및 상기 에너지의 제2 평균량에 근거하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 제1 전선과 상기 배터리 팩의 접지 단자 사이의 평균 전압 레벨을 나타내는 평균전압값을 상기 제2 전압값 및 상기 제3 전압값에 근거하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항을 통해 흐르는 전류의 평균량을 상기 제1 전압값, 상기 평균전압값, 및 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 상기 저항에 의해 소모된 전력의 평균량을 상기 전류의 평균량과 상기 저항의 저항 레벨에 근거하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 저항에 공급된 상기 에너지의 제1 평균량을 상기 전력의 평균량 및 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 시간에 근거하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터용 전압 인버터의 캐패시터를 충전하기 위한 방법.

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