KR101755793B1 - 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압, 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 차량의 제어부에서 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 도출한 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법.

Description

차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법 {METHOD OF ESTIMATING CONVERTER JUNCTION TEMPERATURE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 구비되는 컨버터 온도를 추정하는 방법에 있어서 컨버터의 부하 영역에 따라 듀티비를 달리 적용하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 친환경 자동차에서 컨버터는 고전압 배터리로부터 전압을 전달받아 저전압으로 변환시키는 역할을 한다. 따라서 컨버터에는 고전압이 인가되며 부하에는 다양한 장치가 연결되므로 많은 열이 발생하게 된다.
그러나 컨버터를 이루고 있는 다이오드 및 커패시터와 같은 전기소자들은 기본적으로 고온에 약한 성질을 가지고 있는바 컨버터의 온도는 컨버터의 내구성 및 효율성에 큰 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서 컨버터의 작동 효율성을 높이고 내구성을 향상시키기 위해서는 컨버터의 온도를 적절하게 유지시키는 것이 중요하다.
결국, 이를 위해서는 컨버터의 정확한 온도를 파악하는 것이 우선적으로 요구되며 파악된 온도를 바탕으로 컨버터의 온도를 낮추는 냉각방식이 필요할 것이다.
이와 관련하여 컨버터의 온도를 측정하고 이에 따라 컨버터를 냉각하는 다양한 제어기법들이 제시되었고 종래의 KR 10-1294064 B1 "친환경 차량의 파워모듈 냉각장치 및 방법"에서는 파워모듈에 유입되는 공기의 온도를 측정하는 것으로 컨버터의 온도를 산출하고 이를 바탕으로 냉각팬을 이용하여 컨버터의 온도를 제어하는 방식을 제시하고 있다.
하지만, 파워모듈로 유입되는 공기의 온도를 측정하여 컨버터의 온도를 산출하는 방식은 컨버터의 온도를 간접적으로 추정할 수 있는 것에 불과하여 정확한 컨버터 온도의 산출이 어렵다. 또한 냉각방식이 공냉식이 아닌 수냉식을 이용하는 경우에는 적용할 수 없는 제어기법인바 수냉식 냉각방식을 사용하는 경우에는 상기의 방법으로 컨버터의 온도를 추정할 수 없는 불편함이 존재하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1294064 B1
본 발명은 차량 컨버터의 과온 보호 및 고장진단 기능을 향상시키기 위하여 컨버터 정션의 정확한 온도를 추정할 수 있는 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법은 배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압, 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 차량의 제어부에서 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 산출된 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하는 방법으로 이루어질 수 있다.
입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향인 경우 컨버터의 듀티비를 제1듀티비로 고정하고 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향인 경우 컨버터의 듀티비를 제2듀티비로 고정할 수 있으며, 입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향 및 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향으로 번갈아가며 흐르는 경우에는 제3듀티비로 컨버터의 듀티비가 고정된다.
여기에서 제1듀티비는 제2듀티비보다 큰 값이고, 제2듀티비는 제3듀티비보다 큰 값으로 이루어진다.
컨버터 냉각수의 온도값은 컨버터 냉각 유로에 마련된 온도센서를 통하여 도출할 수 있으며, 변환계수값은 컨버터에 위치한 RC filter의 열시정수값과 컨버터 냉각 유로에 마련된 유량센서를 통하여 측정되는 컨버터 냉각 유로의 유량을 이용하여 산출된다.
차량의 컨버터 정션 온도 시스템은 배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압을 도출하는 입력값도출부; 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압을 도출하는 출력값도출부; 입력전류의 방향을 센싱하는 입력전류센서부; 컨버터 냉각수 온도를 센싱하는 온도센서부; 컨버터 냉각 유로의 유량을 센싱하는 유량센서부; 및 배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압, 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 산출된 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 제어부;로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하게 되면, 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 컨버터 정션의 온도를 정확하게 추정할 수 있게 되는바, 컨버터 정션의 추정 온도가 정확하지 않아 과온 보호 및 고장진단 기능이 불안정하게 되는 경우가 발생하지 않게 된다.
둘째, 컨버터의 냉각방식이 공냉식 냉각방식을 사용하지 않고 수냉식 냉각방식을 사용하는 경우라고 하더라도, 본 발명에 의하여 컨버터 정션의 정확한 온도를 산출할 수 있다.
셋째, 컨버터에 연결되어 있는 부하영역의 변화에 따라 컨버터의 듀티비를 달리 적용하여 컨버터 정션 온도를 추정하는바, 컨버터에 연결되어 있는 부하영역이 변경되더라도 이를 반영한 정확한 컨버터 정션 온도를 산출할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, 컨버터, 인버터간의 구성도
도2는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터의 부하영역 따른 입력전류 및 컨버터 PWM 그래프
도3은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터 정션 온도 추정 시스템
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 살펴본다.
본 발명 도1 및 도3에서 볼 수 있듯이, 배터리(100)에서 컨버터(130)로 입력되는 입력전류(110)와 입력전압(120), 컨버터(130)에서 인버터(150)로 출력되는 출력전압(140) 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 차량의 제어부(700)에서 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출한다. 단위는 [W]이다.
이후, 차량 제어부(700)에서 도출한 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하게 된다.
컨버터의 열저항계수값은 컨버터의 구조에 따라 다양한 값을 가질 수 있으나, 본 발명과 같이 수냉식 냉각방식을 이용하여 컨버터의 온도를 제어하는 경우에는, 컨버터의 냉각유로와 컨버터 IGBT 소자의 가장 뜨거운 부분(Hot spot)과의 거리를 이용하여 도출할 수 있으며 단위는 [℃/W]이다.
따라서 일반적으로 IGBT의 전력손실값과 컨버터의 열저항계수값을 곱할 경우 컨버터와 컨버터의 냉각수간의 온도차이 값을 도출해 낼 수 있다. 그러나 이 값에 바로 냉각수의 온도를 합산하여 컨버터 정션 온도를 도출하는 것은 부정확하다. 왜냐하면, 실제 컨버터 정션 온도의 변화는 step 단위로 변하는 값이 아니라 연속적으로 변하는 값이며, 컨버터 냉각 유로의 유량에 따라 열저항계수의 값이 변하기 때문이다.
그러므로 정확한 컨버터 정션 온도를 추정하기 위해서는 IGBT 전력손실값과 컨버터의 열저항계수값 외에 변환계수를 곱하여야 한다. 여기에서 변환계수는 컨버터 정션 온도의 연속적인 변화를 반영하기 위한 RC filter의 열시정수값과 컨버터 냉각유로의 유량값을 이용하여 산출할 수 있다.
이와 같은 방식으로 산출한 IGBT의 전력손실값에 열저항계수와 변환계수를 곱하면 정확한 컨버터 정션과 컨버터 냉각수 간의 온도차이값을 구할 수 있게 된다. 따라서, 컨버터 정션의 온도는 산출한 컨버터와 냉각수 간 온도차이값에 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 구할 수 있다.
컨버터 냉각수의 온도값을 도출하는 방법은 다양한 방법이 존재할 수 있다. 컨버터 냉각유로에 온도센서를 마련하여 냉각수의 온도를 직접적으로 측정할 수도 있을 것이며, 컨버터 냉각수의 온도값을 출력할 수 있는 다양한 맵데이터를 이용하여 도출할 수도 있을 것이다. 본 발명에서는 가장 정확한 컨버터 정션 온도의 추정을 위하여 컨버터 냉각 유로에 온도센서를 마련하여 직접적으로 온도를 도출하는 방식을 이용하였다.
결론적으로, 컨버터 정션 온도를 추정하는 방법은 배터리(100)에서 컨버터(130)로 입력되는 입력전류(110)와 입력전압(120), 컨버터(130)에서 인버터(150)로 출력되는 출력전압(140) 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하는 방법으로 이루어진다.
앞서 설명했듯이, 컨버터의 열저항계수, 변환계수 및 컨버터 냉각수의 온도값은 센서를 통해 직접적으로 도출하거나 소자의 고유값을 이용하여 도출하는 값에 해당하므로 컨버터 정션 온도를 추정함에 있어 오차가 발생할 확률이 적다.
그러나 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출함에 있어서 컨버터의 입력전류(110), 입력전압(120), 출력전압(140)은 센서를 통하여 직접적으로 도출할 수 있다고 하더라도 컨버터의 듀티비에 따라 IGBT 전력손실값이 변할 수 있으므로 컨버터 정션 온도를 추정하는 방법에서 가장 오차가 발생할 확률이 높은 부분이라고 볼 수 있다. 따라서 IGBT 전력손실값을 정확하게 도출하는 것이 컨버터 정션 온도 추정 방법의 정확성을 높이는 요소 중 가장 중요한 요소가 될 것이다.
IGBT는 스위칭 소자를 의미한다. 일반적으로 IGBT는 BJT(Bipolar Juncion Transistor) 혹은 MOSFET 소자가 Diode와 결합되어 구성된다. 컨버터(130)에도 이와 같은 IGBT가 포함되어 있는데, 보통 인버터(150)와 연결되는 스위칭 소자로서 컨버터(130)와 인버터(150) 사이에 위치하여 스위칭 소자간 상보적으로 작용한다.
IGBT는 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 컨버터(130)와 인버터(150)간 연결되어 있는 스위칭 소자가 교차하여 온(on)/오프(off)를 반복하게 된다.
IGBT가 이상적이라면 컨버터(130)와 인버터(150)간 연결되어 있는 복수의 스위칭 소자가 중첩되어 온 되는 상황이 발생하지 않을 것이다. 그러나 실제로 이상적인 소자는 존재하지 않으므로 복수의 스위칭 소자가 동시에 온 되는 상황이 발생할 수 있다. 이 경우, 컨버터(130)와 인버터(150)간 전기적으로 단락(Short)이 되는바 단락전류에 의하여 컨버터(130)와 인버터(150) 모두 데미지를 받게 된다.
그래서 위와 같은 상황을 방지하기 위하여 IGBT에는 dead time을 두고 있다. IGBT를 구성하고 있는 스위칭 소자들이 동시에 온이 되는 것을 방지하기 위한 것으로 dead time의 값은 IGBT 종류에 따라 다양하게 존재 할 수 있다.
따라서 IGBT 전력손실값을 구하는 방법에 있어서 정확한 값을 도출하기 위해서는 위에서 설명한 IGBT의 dead time을 반영하는 것이 요구된다. dead time을 반영한다는 것은 컨버터의 듀티비값 문제로 연결되는바, 결국 정확한 컨버터의 듀티비를 도출하는 것이 정확한 컨버터 정션 온도의 추정 방법에 있어서 가장 핵심적인 요인이 될 것이다.
듀티비란 일반적인 PWM 신호에서
Figure 112015058236936-pat00001
을 의미한다.
Figure 112015058236936-pat00002
는 한주기동안중 오프시간을 뜻하며,
Figure 112015058236936-pat00003
는 한주기시간이다. 컨버터의 듀티비에 있어서는 보통
Figure 112015058236936-pat00004
가 컨버터의 듀티비가 된다. 본 발명에서 입력전압(120)은 배터리(100)에서 컨버터(130)로 인가되는 전압을 의미하고, 출력전압(140)은 컨버터(130)에서 인버터(150)로 인가되는 전압을 의미한다.
컨버터 듀티비를 구하기에 앞서, 차량의 상태에 따라 모드를 구분할 필요가 있다. 왜냐하면 dead time을 반영한 컨버터 듀티비의 값은 결국 컨버터(130)의 부하영역에 따라 다른 값을 갖기 때문이다.
따라서 본 발명에서는 입력전류(110)가 배터리(100)에서 컨버터(130)로 흐르는 순방향인 경우 컨버터의 듀티비를 제1듀티비로 고정하고 컨버터(130)에서 배터리(100)로 흐르는 역방향인 경우 컨버터의 듀티비를 제2듀티비로 고정하며, 입력전류(110)가 배터리(100)에서 컨버터(130)로 흐르는 순방향 및 컨버터(130)에서 배터리(100)로 흐르는 역방향으로 번갈아가며 흐르는 경우에는 제3듀티비로 컨버터의 듀티비를 고정하는 방법을 이용하였다.
이를 도2에서 구체적으로 확인할 수 있다. 도2를 살펴보면 차량 컨버터에 연결되는 부하영역에 따라 크게 3가지 모드로 나누어 구분을 하였다. 하나는 Boost mode로서 도2의 입력전류 그래프에서 볼 수 있듯이 입력전류(110)의 값이 양의 값에 해당하는 경우이다. 즉, 배터리(100)에서 컨버터(130)로 순방향 전류가 흐르는 경우이며, 차량이 운행중인 경우의 대부분이 Boost mode에 해당할 것이다.
다른 하나는 Buck mode로서 도2의 입력전류 그래프에서 입력전류(110)의 값이 음의 값이 되는 경우이다. 즉, 입력전류(110)가 컨버터(130)에서 배터리(100)로 전류가 흐르는 역방향인 경우에 해당할 것이며, 대표적으로 차량이 회생제동 상태에 있을 경우 발생할 수 있는 모드이다.
마지막으로 Boost & buck mode가 있으며 도2에서 볼 수 있듯이 입력전류(110)가 양의 값과 음의 값을 번갈아가며 가지는 경우이다. 이 경우에는 배터리(100)에서 컨버터(130)로 순방향 전류와 역방향 전류가 번갈아가며 흐르는 경우가 해당될 것이며, 앞서 설명한 Boost mode와 Buck mode가 혼재되어 있는 경우 발생할 수 있는 모드이다.
각각의 모드에 대한 듀티비는 도2의 컨버터의 Top 상과 Bottom 상의 변화에서 볼 수 있듯이 컨버터 입력전류(110)의 기울기가 양이 되는 값을 이용하여 도출할 수 있다. 앞서 말했듯이 컨버터(130)에는 쇼트현상을 방지하게 위해 dead time이 반영되므로 도2의 PWM 그래프와 같은 형태로 컨버터의 Top상과 Bottom 상이 나타난다. 따라서 입력전류(110)의 기울기가 양의 값을 갖는 시간도 각각의 모드에 따라 dead time이 반영되어 다른 값을 갖게 된다.
일반적으로 본 발명에서 제시하고 있는 제1듀티비는 제2듀티비보다 큰 값이고, 제2듀티비는 제3듀티비보다 큰 값이 될 것이다. 왜냐하면 컨버터의 부하영역에 따른 듀티비를 식으로 나타내면 아래와 같이 표현할 수 있기 때문이다.
Boost mode에서는 듀티비는
Figure 112015058236936-pat00005
가 되며,
Boost & Buck mode에서는
Figure 112015058236936-pat00006
이고,
Buck mode에서는
Figure 112015058236936-pat00007
이다.
따라서, 위의 공식에 의할 때 Boost mode일 때의 듀티비인 제1듀티비가 가장 큰 값이 될 것이며 다음은 Boost & Buck mode의 제2듀티비가 되고 마지막으로 Buck mode의 제3듀티비가 가장 작은 값이 될 것이다.
위의 식을 바탕으로 입력전압(120)이 360V, 출력전압(140)이 700V이고 dead time이 3us이며 스위칭 주파수가 10kHz인 경우 각 모드의 컨버터 듀티비를 계산해 보면 Boost mode 일 경우에는 0.486, Boost & Buck mode에서는 0.456 이고 Buck mode에서는 0.426 값을 가지게 된다. 상기의 값은 본 발명의 예시로서 도2의 PWM 그래프에서 확인 할 수 있다.
위의 예시를 바탕으로 비교해보면 컨버터의 부하영역 상태에 따라 컨버터의 듀티비가 크게는 6% 가량의 차이를 보일 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이 차이는 IGBT의 전력손실값의 도출에 그대로 반영될 수 있으며 결국 컨버터 정션 온도 추정에도 고스란히 영향을 미치게 된다. 대략적으로 6%의 차이는 컨버터 정션 온도 추정에 있어서 6℃ 정도의 오차를 발생시킨다.
이와 같은 오차는 결론적으로 컨버터의 과온보호 및 고장진단 기능에 있어서 치명적인 오류를 유발할 수 있으며 결국 컨버터의 효율성 및 내구성을 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다.
따라서 본 발명에서는 컨버터의 부하영역에 따른 각각의 모드마다 위에서 설명한 컨버터 듀티비를 산출하는 공식을 이용하여 컨버터 듀티비를 산출하여 컨버터 정션 온도를 추정하는 방법을 제안함으로써 위와 같은 오차를 줄일 수 있다. 그리고 이는 궁극적으로 컨버터 과온보호 및 고장진단 기능을 향상시킬 수 있게 되므로 차량 컨버터의 오진단 및 오조치 발생 가능성이 작아지게 되어 컨버터의 상품성이 향상될 수 있다.
본 발명에 의한 차량의 컨버터 정션 온도 추정 시스템은 도1 및 도3에서 보는바와 같이 배터리(100)에서 컨버터(130)로 입력되는 입력전류(110)와 입력전압(120)을 도출하는 입력값도출부(200); 컨버터(130)에서 인버터(150)로 출력되는 출력전압(140)을 도출하는 출력값도출부(300); 입력전류(110)의 방향을 센싱하는 입력전류센서부(400); 컨버터(130) 냉각수 온도를 센싱하는 온도센서부(500); 컨버터(130) 냉각 유로의 유량을 센싱하는 유량센서부(600); 및 배터리(100)에서 컨버터(130)로 입력되는 입력전류(110)와 입력전압(120), 컨버터(130)에서 인버터(150)로 출력되는 출력전압(140) 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 산출된 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 제어부(700);로 구성되어 있다.
입력값도출부(200)는 배터리(100)에서 컨버터(130)로 인가되는 입력전류(110)와 입력전압(120)의 값을 도출하여 제어부(700)에 전달하며 출력값도출부(300)는 컨버터(130)에서 인버터(150)로 인가되는 출력전압(140)의 값을 도출하여 제어부(700)에 전달한다.
입력전류센서부(400)는 도2에서 나타내고 있는 컨버터의 부하영역에 따른 3가지 모드를 구분하기 위하여 배터리(100)에서 컨버터(130)로 인가되는 입력전류(110)의 방향을 센싱하여 제어부(700)에 정보를 전달한다. 앞서 설명한바와 같이 입력전류센서부(400)는 입력전류(110)가 배터리(100)에서 컨버터(130)로 흐르는 순방향인지 컨버터(130)에서 배터리(100)로 흐르는 역방향인지 순방향과 역방향이 번갈아가며 흐르는지 센싱한다.
여기에서 순방향과 역방향이 번갈아가며 흐르는지의 판단기준은 컨버터 IGBT에 인가되는 PWM 신호의 한 주기를 기준으로 판단할 것이다. 예를 들어 컨버터 스위칭 주파수가 10kHz 경우를 생각해 보면, 100us가 한 주기가 되므로 100us 동안 입력전류(110)가 순방향과 역방향이 번갈아가며 흐르는지 센싱할 것이다.
온도센서부(500)는 컨버터의 냉각 유로에 흐르는 냉각수의 온도를 도출하여 제어부(700)에 그 값을 전달하며, 유량센서부(600)는 냉각 유로의 유량을 측정하여 제어부(700)에 그 값을 전달한다.
제어부(700)는 입력전류센서부(400)로부터 전달받은 정보를 바탕으로 컨버터의 듀티비를 도출하고 여기에 입력값도출부(200), 출력값도출부(300), 온도센서부(500) 및 유량센서부(600)를 통해 전달받은 값을 이용하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정할 수 있다.
발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 배터리 130: 컨버터
150: 인버터 200: 입력값도출부
300: 출력값도출부 400: 입력전류센서부
500: 온도센서부 600: 유량센서부
700: 제어부

Claims (8)

  1. 배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압, 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 차량의 제어부에서 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하는 단계; 및
    차량 제어부에서 도출한 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 단계;를 포함하며,
    변환계수값은 컨버터에 위치한 RC filter의 열시정수값과 컨버터 냉각 유로에 마련된 유량센서를 통하여 측정되는 컨버터 냉각 유로의 유량을 이용하여 산출되고,
    입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향인 경우 차량 제어부는 IGBT 전력손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-(입력전압/출력전압)”으로 결정하고, 입력전류가 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향인 경우 차량 제어부는 컨버터의 IGBT 전력 손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-{(입력전압/출력전압)+2*데드타임*스위칭주파수}”로 결정하고, 입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향 및 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향으로 번갈아가며 흐르는 경우 차량 제어부는 컨버터의 IGBT 전력 손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-{(입력전압/출력전압)+데드타임*스위칭주파수}”로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    컨버터 냉각수의 온도값은 컨버터 냉각 유로에 마련된 온도센서를 통하여 도출하는 것을 특징으로 하는 차량의 컨버터 정션 온도 추정 방법.
  7. 삭제
  8. 배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압을 도출하는 입력값도출부;
    컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압을 도출하는 출력값도출부;
    입력전류의 방향을 센싱하는 입력전류센서부;
    컨버터 냉각수 온도를 센싱하는 온도센서부;
    컨버터 냉각 유로의 유량을 센싱하는 유량센서부; 및
    배터리에서 컨버터로 입력되는 입력전류와 입력전압, 컨버터에서 인버터로 출력되는 출력전압 및 컨버터의 듀티비와 IGBT 특성값을 이용하여 컨버터의 IGBT 전력손실값을 산출하고 산출된 IGBT 전력손실값에 컨버터의 열저항계수와 변환계수를 곱한 후 컨버터 냉각수의 온도값을 합산하여 차량의 컨버터 정션 온도를 추정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 컨버터에 위치한 RC filter의 열시정수값과 컨버터 냉각 유로에 마련된 유량센서를 통하여 측정되는 컨버터 냉각 유로의 유량을 이용하여 변환계수값을 산출하며,
    상기 제어부는, 입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향인 경우 차량 제어부는 IGBT 전력손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-(입력전압/출력전압)”으로 결정하고, 입력전류가 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향인 경우 차량 제어부는 컨버터의 IGBT 전력 손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-{(입력전압/출력전압)+2*데드타임*스위칭주파수}”로 결정하고, 입력전류가 배터리에서 컨버터로 흐르는 순방향 및 컨버터에서 배터리로 흐르는 역방향으로 번갈아가며 흐르는 경우 차량 제어부는 컨버터의 IGBT 전력 손실값 산출에 적용되는 컨버터의 듀티비를 “1-{(입력전압/출력전압)+데드타임*스위칭주파수}”로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 컨버터 정션 온도 추정 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180069954A (ko) * 2016-12-15 2018-06-26 현대자동차주식회사 파워모듈의 정션온도 측정 방법
KR102381753B1 (ko) * 2017-06-02 2022-04-05 현대자동차주식회사 전력 공급 장치 및 그 제어 방법, 전기 자동차 및 그 제어 방법
CN110525264B (zh) * 2019-09-22 2023-02-28 国网山东省电力公司莱芜供电公司 一种提升并联充电桩运行可靠性的控制系统及控制方法
CN112765786B (zh) * 2020-12-31 2024-04-26 联合汽车电子有限公司 功率器件的结温估算方法、功率器件、电机控制器及计算机可读存储介质
CN114490234B (zh) * 2021-07-30 2023-03-28 荣耀终端有限公司 导致终端设备过热的热源识别方法及终端设备
CN113776693A (zh) * 2021-09-16 2021-12-10 浙江吉利控股集团有限公司 一种车辆电机的控制器温度估算方法、系统及汽车
US20230400991A1 (en) * 2022-06-14 2023-12-14 Western Digital Technologies, Inc. Data Storage Device and Method for Prediction-Based Improved Power-Loss Handling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070073510A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Kerkman Russel J Junction temperature prediction method and apparatus for use in a power conversion module
US20090058350A1 (en) 2007-08-28 2009-03-05 Rockwell Automation Technologies, Inc. Junction temperature reduction for three phase inverters modules
JP2013084666A (ja) 2011-10-06 2013-05-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の接合温度の推定方法、推定システムおよび推定プログラム
KR101443854B1 (ko) 2014-02-27 2014-09-23 연세대학교 산학협력단 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 emtp 시뮬레이션 방법
JP2015029395A (ja) 2013-07-31 2015-02-12 日立アプライアンス株式会社 空気調和機

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1174086A (en) * 1967-02-17 1969-12-10 Westinghouse Brske And Signal Improvements to Capacitor-Commutated Circuits
JP3651193B2 (ja) 1997-07-29 2005-05-25 日産自動車株式会社 電気車の過負荷防止装置
JPH11122703A (ja) 1997-10-07 1999-04-30 Hitachi Ltd 電気自動車の過負荷防止装置
US6888469B2 (en) * 2003-01-02 2005-05-03 Copley Controls Corporation Method and apparatus for estimating semiconductor junction temperature
JP4678350B2 (ja) * 2006-08-31 2011-04-27 トヨタ自動車株式会社 可変バルブタイミング装置
JP4457319B2 (ja) * 2007-12-25 2010-04-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5601770B2 (ja) * 2008-12-09 2014-10-08 三菱重工業株式会社 電圧均等化装置、方法、プログラム、及び電力貯蔵システム
JP5632191B2 (ja) * 2010-04-28 2014-11-26 パナソニック株式会社 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN102636291B (zh) * 2011-02-15 2013-12-25 三一电气有限责任公司 一种igbt结温检测装置及其方法
US20120221288A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 General Electric Company, A New York Corporation System and Methods for Improving Power Handling of an Electronic Device
US20120221287A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 General Electric Company, A New York Corporation System and Methods for Improving Power Handling of an Electronic Device
JP2013048513A (ja) 2011-08-29 2013-03-07 Toyota Motor Corp 電気自動車
KR101294064B1 (ko) 2011-09-01 2013-08-07 현대자동차주식회사 친환경 차량의 파워모듈 냉각장치 및 방법
EP2568268A1 (en) * 2011-09-07 2013-03-13 kk-electronic a/s Method for estimating the temperature of a semiconductor chip
JP2014023263A (ja) 2012-07-18 2014-02-03 Toyota Motor Corp 電気自動車
WO2014091852A1 (ja) * 2012-12-12 2014-06-19 富士電機株式会社 半導体チップ温度推定装置及び過熱保護装置
KR101417465B1 (ko) 2012-12-12 2014-07-08 현대자동차주식회사 환경차량의 냉각계통 고장진단방법
US9182293B2 (en) * 2013-03-15 2015-11-10 Atieva, Inc. Power device temperature monitor
JP6022711B2 (ja) * 2013-04-05 2016-11-09 株式会社日立製作所 ガスタービン発電システム
US9859803B2 (en) * 2013-04-23 2018-01-02 Analog Devices Global Transformer-based isolated bi-directional DC-DC power converter, and method and controller for using same
KR101655533B1 (ko) * 2014-09-22 2016-09-07 현대자동차주식회사 스위칭 소자의 온도 센싱 장치
US9768284B2 (en) * 2015-03-05 2017-09-19 Infineon Technologies Americas Corp. Bipolar semiconductor device having a charge-balanced inter-trench structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070073510A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Kerkman Russel J Junction temperature prediction method and apparatus for use in a power conversion module
US20090058350A1 (en) 2007-08-28 2009-03-05 Rockwell Automation Technologies, Inc. Junction temperature reduction for three phase inverters modules
JP2013084666A (ja) 2011-10-06 2013-05-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の接合温度の推定方法、推定システムおよび推定プログラム
JP2015029395A (ja) 2013-07-31 2015-02-12 日立アプライアンス株式会社 空気調和機
KR101443854B1 (ko) 2014-02-27 2014-09-23 연세대학교 산학협력단 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 emtp 시뮬레이션 방법

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