KR101692635B1 - 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101692635B1
KR101692635B1 KR1020150122311A KR20150122311A KR101692635B1 KR 101692635 B1 KR101692635 B1 KR 101692635B1 KR 1020150122311 A KR1020150122311 A KR 1020150122311A KR 20150122311 A KR20150122311 A KR 20150122311A KR 101692635 B1 KR101692635 B1 KR 101692635B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
voltage battery
synchronous motor
inverter
battery
Prior art date
Application number
KR1020150122311A
Other languages
English (en)
Inventor
김청호
강동우
노윤주
Original Assignee
쌍용자동차 주식회사
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 쌍용자동차 주식회사 filed Critical 쌍용자동차 주식회사
Priority to KR1020150122311A priority Critical patent/KR101692635B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101692635B1 publication Critical patent/KR101692635B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B60L11/1851—
    • 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
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • H02J7/027—
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2230/30—
    • 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
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/10—Temporary overload
    • B60L2260/16—Temporary overload of electrical drive trains
    • B60L2260/167—Temporary overload of electrical drive trains of motors or generators
    • 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
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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
    • Y02T10/7216—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

DC-DC converter의 장애 발생 시 계자권선형 동기전동기(발전기)가 일반 차량의 발전기(alternator) 역할을 하도록 하고, 인버터(Inverter)가 직접 저전압 배터리(12V 배터리)를 충전할 수 있도록 한 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, DC-DC Converter의 장애 검출 시 저전압 배터리의 충전 경로를 제어하며, 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 제어하는 차량 제어 장치(VCU); 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 조절하고, 계자권선형 동기 전동기로부터 발생한 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 인버터; 및 인버터에서 발생한 DC 전력을 저전압 배터리에 공급해주는 충전경로 제어기로, 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치를 구현한다.

Description

계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법{Rights field with a linear synchronous motor in electric vehicle battery charge control apparatus and method}
본 발명은 계자권선형 동기전동기(발전기)를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어에 관한 것으로, 특히 전력변환장치인 DC-DC converter의 장애 발생 시 계자권선형 동기전동기(발전기)가 일반 차량의 발전기(alternator) 역할을 하도록 하고, 인버터(Inverter)가 직접 저전압 배터리(12V 배터리)를 충전할 수 있도록 한 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 주행거리 확장형 전기 자동차 혹은 하이브리드 전기 자동차, 순수 전기 자동차와 같은 전기 자동차는 엔진과 전기계통을 동시에 두고, 다른 2종류 이상의 구동 원을 조합하여 동작시키는 자동차이다. 차량의 성능을 향상시키고, 현재의 내연 기관에 비해 배기가스가 현저히 줄어들어 대기오염을 줄이는 장점이 있다.
이러한 전기 자동차(하이브리드 전기 자동차, 순수 전기자동차)는 연료소비율을 향상시키기 위하여, 엔진에서 발생하는 구동 토크를 어시스트(Assist)하고 감속 시에는 회생발전을 하기 위한 계자권선형 동기 전동기(발전기)와 이것을 제어하기 위한 인버터(Inverter)가 장착된다.
이 인버터를 통해 배터리 DC 전력이 AC로 전력 변환되어 인버터에 공급되면, 계자권선형 동기 전동기가 구동력을 발생하고, 반대로 감속 시에는 회생발전으로 발생하는 AC 전력을 인버터가 받아 DC 전력을 변환하여 고전압 배터리를 충전한다. 고전압 배터리에서 방전된 전압은 전력변환장치인 DC-DC 컨버터를 통해 소정 레벨의 직류 전압으로 변환되어 저전압 배터리인 12V 배터리를 충전한다.
하이브리드 전기 자동차에 대한 종래 기술이 하기의 <특허문헌 1 > 및 <특허문헌 2> 에 개시되었다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 회전력을 입력받아 추진력으로 전환하는 바퀴; 엔진; 전원에 의해 회전력을 발생시키는 모터; 회전자 권선과 고정자 권선을 구비하며 상기 엔진에서 발생하는 회전력에 의해 회동하여 특정 전원을 발생시켜 상기 고정자 권선에 유기되는 전원을 상기 모터에 공급하는 이중 권선형 발전기; 유입되는 전원을 충전하고 필요 시 방전하는 배터리; 상기 이중 권선형 발전기의 회전자 권선에 유기되는 전원을 상기 배터리에 제공하는 발전기용 인버터; 및 상기 바퀴와 엔진과 모터, 그리고 이중 권선형 발전기들을 기계적으로 연결하는 기어를 포함한다.
이렇게 구성되는 종래기술은 발전기의 고정자 권선을 구동 모터의 고정자 권선에 연결하여 발전기 고정자 권선에 적당한 전압을 유기시킴으로써 모터용 인버터를 사용하지 않고도 모터 제어가 가능하도록 한다.
<특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 초전도 계자 코일을 발전기의 권선으로 사용한 발전기에 상전도 계자 코일을 이용하여 변동 부하에 따른 출력 전압을 일정하게 제어하는 구성을 부가하여, 초전도 계자 권선을 이용한 발전기의 높은 인덕턴스 및 무저항 특성에 의해 발생하는 일정 전압 제어의 속응성 저하 문제를 해결한다.
<특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 ISG의 발전전압을 제어할 수 있고, 별도의 컨버터를 사용하지 않고도 서로 다른 충전전압을 갖는 복수의 배터리를 선택적으로 충전할 수 있으며, 무게 및 부피를 줄이고 공간활용도를 높일 수 있는 전기 자동차 구동장치를 제공한다.
<특허문헌 4> 에 개시된 종래기술은 계자 권선이 마련된 로터 및 주 권선과 보조 권선이 각각 마련된 스테이터를 포함하는 모터; 상기 로터를 선택적으로 회전시키기 위한 엔진; 상기 주 권선과 연결된 제1 인버터와 상기 보조 권선과 연결된 제2 인버터 및 상기 계자 권선과 연결된 계자 전류 제어기를 포함하는 모터 제어부; 상기 제1 인버터와 연결되며, 상기 모터를 구동시키거나 상기 모터에 의하여 충전 가능한 제1 배터리; 및 상기 제2 인버터와 연결되며, 상기 모터에 의하여 충전 가능하고, 제1 배터리보다 낮은 충전전압을 갖는 제2 배터리를 포함하는 전기 자동차 구동장치가 제공된다.
대한민국 공개특허 10-2007-0078430호(2007.08.01. 공개) 대한민국 등록특허 10-1417509호(2014.07.01. 등록) 대한민국 공개특허 10-2015-0002093호(2015.01.07. 공개) 대한민국 공개특허 10-2015-0056368호(2015.05.26. 공개)
그러나 상기와 같은 종래기술은 전력변환장치인 DC-DC 컨버터 고장을 진단하거나 이를 검출하는 것은 가능하나, DC-DC Converter의 장애 발생 시 DC-DC Converter를 경유하지 않고 저전압 배터리인 12V 배터리를 충전할 수 있는 방법은 없었다. 이로 인해 DC-DC Converter의 장애 발생 시 저전압 배터리의 충전이 불가능하여, 12V 배터리의 충전 전원을 이용하는 시스템들의 동작 오류로 주행 중에 차량이 정지하거나 12V 시스템(예를 들어, 브레이크 시스템)이 작동을 멈추어, 사고를 유발하는 문제점을 발생하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 전력변환장치인 DC-DC converter의 장애 발생 시 계자권선형 동기 전동기(발전기)가 일반 차량의 발전기(alternator) 역할을 하도록 하고 인버터(Inverter)가 직접 저전압 배터리(12V 배터리)를 충전할 수 있도록 한 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 전력변환장치인 DC-DC converter의 장애 발생시에도 인버터(Inverter)가 직접 저전압 배터리(12V 배터리)를 충전할 수 있도록 하여, DC-DC Converter의 장애 시 주행 중에 차량이 정지하거나 12V 시스템이 작동을 하지 않아 발생하는 차량 사고를 방지할 수 있도록 한 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차(하이브리드 자동차, 주행거리 확장 전기 자동차, 순수 전기자동차)의 배터리 충전 제어장치는 전력변환장치인 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 DC-DC 컨버터의 장애 검출 시 저전압 배터리의 충전 경로를 제어하며, 동시에 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 제어하는 차량 제어 장치; 상기 차량 제어 장치의 계자 전류 제어에 따라 상기 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 조절하고, 상기 계자권선형 동기 전동기로부터 발생한 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 인버터; 상기 차량 제어 장치의 충전 경로 제어에 따라 상기 인버터에서 발생한 DC 전력을 저전압 배터리에 공급해주는 충전경로 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 충전경로 제어기는 상기 차량 제어 장치의 제어에 따라 상기 인버터와 상기 저전압 배터리의 충전 경로를 연결하거나 차단하는 릴레이로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법은 (a) 전력변환장치인 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터의 장애 검출 시 고전압 배터리에서 DC-DC 컨버터로 전달되는 전압 경로를 차단하는 단계; (b) 상기 DC-DC 컨버터의 장애 발생 시 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 조절하여 인버터의 출력 전압을 조정하는 단계; (c) 상기 인버터와 저전압 배터리의 충전 경로를 연결하는 단계; (d) 상기 인버터에서 직접 연결된 충전 경로를 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법은 (e) 전력변환장치인 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터가 정상적으로 동작하면 고전압 배터리에서 DC-DC 컨버터로 전달되는 전압 경로를 유지시키는 단계; (f) 상기 인버터와 저전압 배터리의 충전 경로를 해제하는 단계; (g) 상기 고전압 배터리를 충전하는 단계; (h) 상기 DC-DC 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리에서 출력되는 전압으로 상기 저전압 배터리를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전력변환장치인 DC-DC converter의 장애 발생 시 계자권선형 동기 전동기(발전기)가 일반 차량의 발전기(alternator) 역할을 하도록 하고, 인버터(Inverter)가 직접 저전압 배터리(12V 배터리)를 충전함으로써, DC-DC Converter의 장애 시 주행 중에 차량이 정지하거나 12V 시스템이 작동을 하지 않아 발생하는 차량 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치의 개략 구성도,
도 2는 도 1의 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치의 실시 예 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치의 개략 구성도이고, 도 2는 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치의 실시 예를 보인 회로도이다.
여기서 전기 자동차는 하이브리드 자동차, 주행거리 확장 전기 자동차, 순수 전기 자동차를 모두 포함한다.
본 발명이 적용되는 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치는 계자권선형 동기 전동기(10), 인버터(20), 고전압 배터리(30), 전력변환장치인 DC-DC Converter(40), 저전압 배터리(50), 차량 제어 유닛(60) 및 충전경로 제어기(70)를 포함한다.
여기서 차량 제어 유닛(60)은 차량의 종류에 따라 ECU(엔진 제어기) 또는 HCU(하이브리드 제어기) 또는 VCU(전기차 차량 제어기) 중 어느 하나를 의미한다.
계자권선형 동기 전동기(10)는 구동 토크를 발생하고 회생 발전을 하는 역할을 한다.
인버터(20)는 고전압 배터리(30)의 DC 전력을 AC로 전력 변환하여 계자권선형 동기 전동기(10)를 동작시키고, 감속 시에는 회생발전으로 발생하는 AC 전력을 상기 계자권선형 동기 전동기(10)로부터 받아 DC 전력을 변환하여 고전압 배터리(30)를 충전하는 역할을 한다. 아울러 DC-DC 컨버터(40)의 장애시에는 상기 계자권선형 동기 전동기(10)의 계자 전류를 조절하는 역할도 한다.
차량 제어 장치(60)는 상기 DC-DC 컨버터(40)의 동작 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 DC-DC 컨버터(40)의 장애 검출 시 저전압 배터리(12V 배터리)(50)의 충전 경로를 제어하며, 동시에 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 제어하는 역할을 한다. 아울러 차량 제어 장치(60)는 DC-DC Converter(40)의 장애 발생 시 고전압 배터리(30)에서 DC-DC Converter(40)로 공급되는 전원 라인을 차단하고, 인버터(20)의 출력 전압이 저전압 배터리(50)에 직접 공급되도록 충전 경로를 제어하는 역할을 한다.
DC-DC Converter(40)는 상기 고전압 배터리(30)로부터 발생하는 직류 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 만들어 상기 저전압 배터리(50)를 충전하는 역할을 한다.
저전압 배터리(50)는 12V 배터리로서, 다양한 배터리로 구현할 수 있다. 예컨대, 48V 배터리는 리튬-이온 배터리를 사용하고 있으며, 12V 배터리는 납축전지 또는 AGM 배터리를 주로 사용한다.
충전 경로 제어기(70)는 상기 차량 제어 장치(60)의 충전 경로 제어에 따라 상기 인버터(20)에서 발생한 DC 전력을 저전압 배터리(50)에 공급해주는 역할을 한다. 이러한 충전경로 제어기(70)는 상기 차량 제어 장치(60)의 제어에 따라 상기 인버터(20)와 상기 저전압 배터리(50)의 충전 경로를 연결하거나 차단하는 릴레이(relay)로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량이 정상적인 상태에서, 인버터(20)는 고전압 배터리(30)를 통해 공급되는 배터리 DC 전력을 AC로 전력 변환하여 모터인 계자권선형 동기 전동기(10)를 구동시킨다. 차량의 감속 시에는 상기 계자권선형 동기 전동기(10)에서 회생발전으로 발생하는 AC 전력을 상기 인버터(20)에서 입력받아, DC 전력으로 변환하여 고전압 배터리(30)를 충전한다.
아울러 차량이 정상적인 상태에서, 차량 제어 장치(60)는 고전압 배터리(30)에 구비된 제1릴레이(Relay1)를 온 상태로 동작시켜, 고전압 배터리(30)에서 방전된 전압이 전력변환장치인 DC-DC 컨버터(40)로 공급되도록 한다.
DC-DC 컨버터(40)는 공급되는 전압을 저전압 배터리(50)에 적합한 전압 레벨로 변환하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다.
한편, 차량의 시동이 걸리면 차량 제어 장치(60)는 지속적으로 고전압 배터리(30)와 저전압 배터리(50)의 전압 상태와 DC-DC 컨버터(40)의 장애 여부를 검출한다.
그 결과 DC-DC 컨버터(40)가 동작을 하지 않거나 그 출력이 발생하지 않거나 출력이 현저히 낮아지면, DC-DC 컨버터(40)에 장애가 발생한 것으로 판단을 한다.
DC-DC 컨버터(40)에 장애가 발생한 것으로 판단되면, 고전압 배터리(30)에 구비된 제1릴레이(Relay1)를 오프시켜, 고전압 배터리(30)에서 DC-DC 컨버터(40)로 공급되는 전원을 차단한다.
이어, 인버터(20)를 제어하여 계자권선형 동기 전동기(10)에 공급되는 계자 전류를 조절하도록 한다. 동시에 충전 경로 제어기(70)의 릴레이를 온 상태로 동작시켜, 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로가 연결되도록 한다. 여기서 DC-DC 컨버터(40)가 정상적인 상태에서는 충전 경로 제어기(70)의 릴레이는 오프 상태가 되어, 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로가 차단된다.
인버터(20)는 상기 차량 제어 유닛(60)의 제어에 따라 계자권선형 동기 전동기(10)에 공급되는 계자 전류를 조절한다. 여기서 계자 전류의 레벨은 미리 설정된 것으로 가정한다.
조절되는 계자 전류의 레벨에 따라 계자권선형 동기 전동기(10)는 구동을 하여 전력을 생산하게 된다. 이때 생산되는 전력은 DC-DC Converter(40)가 정상적으로 동작하는 상태에 비하여 낮다고 할 수 있다. 이 경우 계자권선형 동기 전동기(10)는 일반 차량에 장착된 발전기(alternator)와 동일한 역할을 한다.
인버터(10)는 상기 계자권선형 동기 전동기(10)로부터 출력되는 전력을 소정 레벨의 DC 전력(예를 들어, DC 14V)으로 변환하여, 상기 충전 경로 제어기(70)를 통해 저전압 배터리(50)에 직접적으로 공급하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다.
예컨대, DC-DC Converter(40)에 장애가 발생하여 DC-DC Converter(40)를 이용하여 저전압 배터리(50)를 충전할 수 없는 상태가 되면, 즉시 고전압 배터리(30)에서 DC-DC Converter(40)로 공급되는 전력을 차단하고, 인버터(20)를 통해 계자권선형 동기 전동기(10)의 계자 전류를 조절하여, 인버터(20)에서 출력되는 DC 전력을 소정 레벨로 낮춘다. 그리고 인버터(20)에서 레벨이 조절된 DC 전력을 그대로 저전압 배터리(50)에 공급하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다. 이로써 DC-DC Converter(40)에 장애가 발생한 상태에서도, 정상적으로 저전압 배터리(50)를 충전할 수 있다. 이로 인해 저전압 배터리(50)로부터 구동 전원을 공급받는 12V 전력 시스템이 정상적으로 동작함으로써, 기존과 같이 차량이 주행 중 정지하거나 브레이크 시스템의 동작하지 않는 등의 문제를 개선하여, 차량 사고를 방지하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법을 보인 흐름도로서, S는 단계(step)를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법은 (a) 전력변환장치인 DC-DC 컨버터(40)의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터(40)의 장애 검출 시 고전압 배터리(30)에서 DC-DC 컨버터(40)로 전달되는 전압 경로를 차단하는 단계(S101 ~ S102); (b) 상기 DC-DC 컨버터(40)의 장애 발생 시 계자권선형 동기 전동기(10)의 계자 전류를 조절하여 인버터(20)의 출력 전압을 조정하는 단계(S103); (c) 상기 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로를 연결하는 단계(S104); (d) 상기 인버터(20)에서 직접 연결된 충전 경로를 통해 상기 저전압 배터리(50)를 충전하는 단계(S105); (e) DC-DC 컨버터(40)의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터(40)가 정상적으로 동작하면 고전압 배터리(30)에서 DC-DC 컨버터(40)로 전달되는 전압 경로를 유지시키는 단계(S106); (f) 상기 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로를 해제하는 단계(S107); (g) 상기 고전압 배터리(30)를 충전하는 단계(S108); (h) 상기 DC-DC 컨버터(40)를 통해 상기 고전압 배터리(30)에서 출력되는 전압으로 상기 저전압 배터리(50)를 충전하는 단계(S109); (i) 차량이 정상적으로 동작하는 단계(S110)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량이 정상적인 상태에서, 인버터(20)는 고전압 배터리(30)를 통해 공급되는 배터리 DC 전력을 AC로 전력 변환하여 모터인 계자권선형 동기 전동기(10)를 구동시킨다. 차량의 감속 시에는 상기 계자권선형 동기 전동기(10)에서 회생발전으로 발생하는 AC 전력을 상기 인버터(20)에서 입력받아, DC 전력으로 변환하여 고전압 배터리(30)를 충전한다.
아울러 차량이 정상적인 상태에서, 단계 S106 내지 단계 S109와 같이, 차량 제어 장치(60)는 고전압 배터리(30)에 구비된 제1릴레이(Relay1)를 온 상태로 동작시켜, 고전압 배터리(30)에서 방전된 전압이 전력변환장치인 DC-DC 컨버터(40)로 공급되도록 한다. DC-DC 컨버터(40)는 공급되는 전압을 저전압 배터리(50)에 적합한 전압 레벨로 변환하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다.
한편, 차량의 시동이 걸리면 차량 제어 장치(60)는 단계 S101에서 지속적으로 고전압 배터리(30)와 저전압 배터리(50)의 전압 상태와 DC-DC 컨버터(40)의 장애 여부를 검출한다.
그 결과 DC-DC 컨버터(40)가 동작을 하지 않거나 그 출력이 발생하지 않거나 출력이 현저히 낮아지면, DC-DC 컨버터(40)에 장애가 발생한 것으로 판단을 한다.
DC-DC 컨버터(40)에 장애가 발생한 것으로 판단되면, 단계 S102로 이동하여 고전압 배터리(30)에 구비된 제1릴레이(Relay1)를 오프시켜, 고전압 배터리(30)에서 DC-DC 컨버터(40)로 공급되는 전원을 차단한다.
이어, 단계 S103에서 인버터(20)를 제어하여 계자권선형 동기 전동기(10)에 공급되는 계자 전류를 조절하도록 한다. 동시에 단계 S104와 같이 충전 경로 제어기(70)의 릴레이를 온 상태로 동작시켜, 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로가 연결되도록 한다. 여기서 DC-DC 컨버터(40)가 정상적인 상태에서는 충전 경로 제어기(70)의 릴레이는 오프 상태가 되어, 인버터(20)와 저전압 배터리(50)의 충전 경로가 차단된다.
인버터(20)는 상기 차량 제어 유닛(60)의 제어에 따라 계자권선형 동기 전동기(10)에 공급되는 계자 전류를 조절한다. 여기서 계자 전류의 레벨은 미리 설정된 것으로 가정한다.
조절되는 계자 전류의 레벨에 따라 계자권선형 동기 전동기(10)는 구동을 하여 전력을 생산하게 된다. 이때 생산되는 전력은 DC-DC Converter(40)가 정상적으로 동작하는 상태에 비하여 낮다고 할 수 있다. 이 경우 계자권선형 동기 전동기(10)는 일반 차량에 장착된 발전기(alternator)와 동일한 역할을 한다.
단계 S105에서 인버터(10)는 상기 계자권선형 동기 전동기(10)로부터 출력되는 전력을 소정 레벨의 DC 전력(예를 들어, DC 14V)으로 변환하여, 상기 충전 경로 제어기(70)를 통해 저전압 배터리(50)에 직접적으로 공급하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다.
예컨대, DC-DC Converter(40)에 장애가 발생하여 DC-DC Converter(40)를 이용하여 저전압 배터리(50)를 충전할 수 없는 상태가 되면, 즉시 고전압 배터리(30)에서 DC-DC Converter(40)로 공급되는 전력을 차단하고, 인버터(20)를 통해 계자권선형 동기 전동기(10)의 계자 전류를 조절하여, 인버터(20)에서 출력되는 DC 전력을 소정 레벨로 낮춘다. 그리고 인버터(20)에서 레벨이 조절된 DC 전력을 그대로 저전압 배터리(50)에 공급하여, 저전압 배터리(50)를 충전한다. 이로써 DC-DC Converter(40)에 장애가 발생한 상태에서도, 정상적으로 저전압 배터리(50)를 충전할 수 있다. 이로 인해 저전압 배터리(50)로부터 구동 전원을 공급받는 12V 전력 시스템이 정상적으로 동작함으로써, 기존과 같이 차량이 주행 중 정지하거나 브레이크 시스템의 동작하지 않는 등의 문제를 개선하여, 차량 사고를 방지하게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 계자권선형 동기 전동기 20 : 인버터
30 : 고전압 배터리 40 : DC-DC Converter
50 : 저전압 배터리 60 : 차량 제어 유닛(VCU)
70 : 충전 경로 제어기

Claims (4)

  1. 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 하이브리드 자동차, 주행거리 확장 전기 자동차 및 순수 전기 자동차와 같은 전기 자동차에서 배터리 충전을 제어하는 장치로서,
    전력변환장치인 DC-DC Converter의 동작 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 DC-DC Converter의 장애 검출 시 저전압 배터리의 충전 경로를 제어하며, 동시에 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 제어하는 차량 제어 장치;
    상기 차량 제어 장치의 계자 전류 제어에 따라 상기 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 조절하고, 상기 계자권선형 동기 전동기로부터 발생한 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 차량 제어 장치의 충전 경로 제어에 따라 상기 인버터에서 발생한 DC 전력을 저전압 배터리에 공급해주는 충전경로 제어기를 포함하고,
    상기 충전경로 제어기는 상기 차량 제어 장치의 제어에 따라 상기 인버터와 상기 저전압 배터리의 충전 경로를 연결하거나 차단하는 릴레이로 구성된 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치.
  2. 삭제
  3. 계자권선형 동기 전동기를 탑재한 하이브리드 자동차, 주행거리 확장 전기 자동차 및 순수 전기 자동차와 같은 전기 자동차에서 배터리 충전을 제어하는 방법으로서,
    (a) 전력변환장치인 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터의 장애 검출 시 고전압 배터리에서 DC-DC 컨버터로 전달되는 전압 경로를 차단하는 단계;
    (b) 상기 DC-DC 컨버터의 장애 발생 시 계자권선형 동기 전동기의 계자 전류를 조절하여 인버터의 출력 전압을 조정하는 단계;
    (c) 상기 인버터와 저전압 배터리의 충전 경로를 연결하는 단계;
    (d) 상기 인버터에서 직접 연결된 충전 경로를 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 단계;
    (e) 전력변환장치인 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 실시간으로 감시하여, 상기 DC-DC 컨버터가 정상적으로 동작하면 고전압 배터리에서 DC-DC 컨버터로 전달되는 전압 경로를 유지시키는 단계;
    (f) 상기 인버터와 저전압 배터리의 충전 경로를 해제하는 단계;
    (g) 상기 고전압 배터리를 충전하는 단계;
    (h) 상기 DC-DC 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리에서 출력되는 전압으로 상기 저전압 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법.
  4. 삭제
KR1020150122311A 2015-08-31 2015-08-31 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법 KR101692635B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150122311A KR101692635B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150122311A KR101692635B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101692635B1 true KR101692635B1 (ko) 2017-01-03

Family

ID=57797068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150122311A KR101692635B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101692635B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106608192A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 电动汽车用控制总成及电动汽车
CN113595205A (zh) * 2021-08-14 2021-11-02 晟曼电力科技有限公司 一种直流v2v电动汽车充放电装置及其方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006230071A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Toyota Motor Corp 車両用電力供給装置及び車両
KR20070078430A (ko) 2006-01-27 2007-08-01 현대자동차주식회사 하이브리드 자동차의 전기 동력 장치
KR20090062339A (ko) * 2007-12-13 2009-06-17 현대자동차주식회사 전기자동차의 디씨-디씨 컨버터 고장 진단 방법
KR101417509B1 (ko) 2012-12-26 2014-07-21 두산엔진주식회사 이중 회전자를 갖는 동기 발전기 시스템
KR20150002093A (ko) 2013-06-28 2015-01-07 엘지전자 주식회사 전기자동차 구동장치
KR20150056368A (ko) 2013-11-15 2015-05-26 엘지전자 주식회사 전기자동차 구동장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006230071A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Toyota Motor Corp 車両用電力供給装置及び車両
KR20070078430A (ko) 2006-01-27 2007-08-01 현대자동차주식회사 하이브리드 자동차의 전기 동력 장치
KR20090062339A (ko) * 2007-12-13 2009-06-17 현대자동차주식회사 전기자동차의 디씨-디씨 컨버터 고장 진단 방법
KR101417509B1 (ko) 2012-12-26 2014-07-21 두산엔진주식회사 이중 회전자를 갖는 동기 발전기 시스템
KR20150002093A (ko) 2013-06-28 2015-01-07 엘지전자 주식회사 전기자동차 구동장치
KR20150056368A (ko) 2013-11-15 2015-05-26 엘지전자 주식회사 전기자동차 구동장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106608192A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 电动汽车用控制总成及电动汽车
CN113595205A (zh) * 2021-08-14 2021-11-02 晟曼电力科技有限公司 一种直流v2v电动汽车充放电装置及其方法
CN113595205B (zh) * 2021-08-14 2024-05-03 晟曼电力科技有限公司 一种直流v2v电动汽车充放电装置及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101743855B1 (ko) 차량 탑재 태양 전지를 이용하는 충전 제어 장치
EP2284037B1 (en) System for multiple energy storage and management and method of making same
EP1976721B1 (en) Vehicle propulsion system
KR101628592B1 (ko) 전기차의 추진 제어 장치 및 그 제어 방법
CN101841185B (zh) 高电压电池故障状态期间的起动机-交流发电机控制
US8154149B2 (en) Method and apparatus for charging a vehicle energy storage system
CN102130626B (zh) 改进的具有集成电池充电器的可变电压转换器
US7923866B2 (en) Power supply system and vehicle including the same, and method of controlling the same
US8773065B2 (en) Power supply system for electric powered vehicle, control method thereof, and electric powered vehicle
US9821666B2 (en) Charge control device using an in-vehicle solar cell
RU2667019C1 (ru) Транспортное средство
JP4274772B2 (ja) 高電圧エネルギー調整型変換回路
KR101372282B1 (ko) 하이브리드 차량용 출력 가변형 저전압 컨버터 제어시스템 및 그 제어방법
US20090229898A1 (en) Controller for Electric Storage Device and Vehicle with Controller for Electric Storage Device
JP2014027864A (ja) 電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム
US20190193757A1 (en) Diesel multiple unit, and electricity supply system and traction control method therefor
US20110133549A1 (en) Motor drive system for hybrid vehicle and method for controlling the same
CN105228851A (zh) 车用电源系统
EP2481626B1 (en) Electric vehicle
JP6907175B2 (ja) 電源システム
US11884221B2 (en) On-board electrical network of a motor vehicle
JP2013051831A (ja) 電動車両の電源制御装置
CN101947922B (zh) 多动力源汽车电动推进系统及其控制方法
KR101692635B1 (ko) 계자권선형 동기전동기를 탑재한 전기 자동차의 배터리 충전 제어장치 및 그 방법
KR101684501B1 (ko) 친환경 차량의 림프 홈 제어장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 6