KR101786308B1 - 상용환경차량의 초퍼 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상용환경차량에 설치되어 있는 히터레지스터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 초퍼의 이상을 감지하여 초퍼의 이상으로 인해 발생할 수 있는 문제를 사전 방지하기 위한 상용환경차량의 초퍼 제어 방법에 관한 것으로서, 초퍼의 비정상적인 작동이나 파손 등의 이상을 초퍼의 구동 전에 미리 감지하여 초퍼의 이상으로 인한 소손을 방지하고, 초퍼의 구동 중에도 초퍼의 이상 작동을 감지하여 이상 검출시 초퍼를 재부팅시키고, 지속적인 이상 발생 시 초퍼의 재부팅을 중단시켜 초퍼의 이상으로 인한 문제를 사전 제거할 수 있는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

상용환경차량의 초퍼 제어 방법 {Method for controlling chopper of commercial green car}

본 발명은 상용환경차량의 초퍼 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상용환경차량에 설치되어 있는 히터레지스터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 초퍼의 이상을 감지하여 초퍼의 이상으로 인해 발생할 수 있는 문제를 사전 방지하기 위한 상용환경차량의 초퍼 제어 방법에 관한 것이다.

상용 전기구동계 버스로는 EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등의 타입이 있으며, 이러한 전기구동계 버스(혹은 전기버스)는 모두 제동 시에 차륜에 장착된 모터(휠 모터)로부터 회수된 전기에너지가 남은 경우 이를 소모하기 위하여 히터레지스터(Heater Resistor)를 장착하고 있으며, 상기 히터레지스터에 흐르는 전기를 제어하는 초퍼(chopper)도 장착하고 있다.

그런데, 초퍼의 비정상적인 작동 혹은 파손으로 인해 히터레지스터에 흐르는 전류 제어를 정상적으로 수행하지 못할 경우, 히터레지스터에 지속적으로 과전류가 흐르게 되고, 이에 히터레지스터가 과열되어 과열에 의한 부품 및 차량 파손이 발생하는 문제를 초래할 수 있다.

본 발명은 초퍼의 비정상적인 작동이나 파손 등의 이상을 초퍼의 구동 전에 미리 감지하여 초퍼의 이상으로 인한 소손을 방지하고, 초퍼의 구동 중에도 초퍼의 이상 작동을 감지하여 이상 검출시 초퍼를 재부팅시키고, 지속적인 이상 발생 시 초퍼의 재부팅을 중단시켜 초퍼의 이상으로 인한 문제를 사전 제거할 수 있는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 차량에 설치되어 있는 히터레지스터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 초퍼의 제어 방법으로서, 차량 시동 시에 구동 전 상태의 초퍼 이상 여부를 체크하는 제1단계; 초퍼 상태가 정상이고, 초퍼 구동 시작을 위한 명령이 모두 수신되면 초퍼를 구동시키는 제2단계; 초퍼 출력을 검출하여 구동 중인 초퍼의 이상 작동 여부를 체크하는 제3단계; 구동 중인 초퍼의 이상 감지 시 초퍼를 셧다운시킨 뒤 재부팅시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 제1단계에서는, 초퍼의 출력 전압 및 전류 값이 '0'인 경우 초퍼가 정상 상태인 것으로 판단하고, '0'이 아닌 경우 초퍼가 비정상 상태인 것으로 판단한다.

또한, 상기 제2단계에서는, 초퍼가 정상 상태일 때 초퍼 구동 시작을 위한 런 커맨드와 파워 커맨드가 모두 수신되면 초퍼를 구동시킨다.

그리고, 상기 제3단계는, 초퍼의 출력 전압이나 전류가 각각 정해진 최대값을 초과하는지 여부를 체크하여 초퍼의 이상 작동 여부를 1차 판단하는 단계; 상기 1차 판단 시 초퍼가 정상 상태인 것으로 판단되면, 초퍼의 출력 전압이나 전류가 상기 최대값을 초과하는지 여부를 다시 체크하여 초퍼의 이상 작동 여부를 2차 판단하는 단계;로 이루어진다.

또한, 상기 제4단계에서는, 초퍼의 셧다운 시 카운트한 초퍼의 재부팅 횟수가 설정된 기준횟수 이상이면 초퍼의 재부팅을 중단한다.

본 발명에 따른 상용환경차량의 초퍼 제어 방법에 의하면, 초퍼의 구동 전에 초퍼의 이상 여부를 미리 체크하고, 초퍼의 구동 중에도 초퍼의 이상 작동 여부를 지속적으로 체크함으로써, 초퍼의 이상으로 인해 초래되는 문제를 사전 제거할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 상용환경차량의 초퍼 제어 방법을 나타낸 흐름도
도 2는 본 발명에 따른 초퍼 제어 방법의 검증을 위한 실차 시험 결과를 보여주는 그래프

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 차량의 히터레지스터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 초퍼의 제어 방법에 관한 것으로서, 초퍼의 이상 여부를 구동 전에 이어서 구동 중에 지속적으로 감지하여 체크함으로써 초퍼의 이상으로 인해 발생할 수 있는 문제를 사전 제거할 수 있도록 한다.

상기 초퍼의 이상 체크 및 구동 제어는 차량에 탑재되어 있는 VCU(Vehicle Control Unit)와 더불어 수행되어진다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 초퍼 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 차량 시동(엔진 이그니션 온) 시에 구동 전 상태인 초퍼의 이상 여부를 체크한다.

정상적인 오프 상태라면 초퍼의 출력 전압이나 출력 전류는 계측되지 않는 것이 정상이다.

따라서 구동 전 초퍼의 출력 전압과 전류를 검출하여, 전압 및 전류 값이 모두 '0'으로 계측되면 초퍼가 정상 상태인 것으로 판단하고, 전압 및 전류 값이 '0'이 아니라 일정 값으로서 존재할 시 초퍼가 이상이 있는 비정상 상태인 것으로 판단한다.

이렇게 초퍼의 부팅/구동 전에 초퍼 이상 여부를 체크함으로써 초퍼 구동 시에 발생할 수 있는 문제를 사전 방지한다.

다음, 구동 전 초퍼가 정상 상태이고, 초퍼 구동 시작을 위한 1차 명령과 2차 명령이 모두 수신되면 초퍼 구동이 시작된다.

VCU는 구동 전 초퍼 상태가 정상 상태인 것으로 판단되면, 초퍼의 구동 준비 상태 및 구동 파워 준비 상태를 확인하기 위한 1,2차 명령으로서 런 커맨드(RUN COMMAND) 및 파워 커맨드(POWER COMMAND)를 초퍼에 전송한다.

초퍼는 VCU의 런 커맨드 및 파워 커맨드의 값이 동시에 입력될 시, 초퍼의 하드웨어적인 이너블(Enable) 상태를 판단하고, 다시 말해 하드웨어적으로 이너블 상태인 것으로 판단하고, 하드웨어적으로 온 작동되어 소프트웨어적으로 출력 전압 전류에 해당하는 파워를 출력한다.

이때 초퍼가 출력하는 출력 전압 및 전류 값에 의해 히터레지스터의 전류 제어가 이루어진다.

상기 초퍼의 하드웨어적인 이너블 상태를 이중 체크를 통해 판단함으로써 온/오프 작동에 대한 단속이 강화되어진다.

상기 런 커맨드과 파워 커맨드는 초퍼의 하드웨어적인 이너블 상태를 확인하기 위한 명령으로서, 1차적으로 런 커맨드를 통해 초퍼의 구동 준비 상태를 체크한 뒤 2차적으로 파워 커맨드를 통해 초퍼의 구동 파워 준비 상태를 체크한다.

이렇게 초퍼가 구동된 뒤에는, 구동 중인 초퍼의 출력 과전압(Over Voltage)이나 출력 과전류(Over Current)에 의한 폴트(fault) 발생 여부를 판단한다.

구동 중인 초퍼의 출력에는 순간적인 과전압이나 과전류에 의한 과전압 보호(OVP, over voltage protection) 및 과전류 보호(OCP, over current protection) 폴트가 발생할 수 있으므로, 과전압이나 과전류에 의한 초퍼의 과출력 상황이 발생하는지 여부를 체크하여 판단한다.

일례로, 초퍼의 최대 출력으로서 최대 전압값과 최대 전류값을 전압 임계값과 전류 임계값으로서 설정하고, 상기 각 임계값을 초과하는 과전압이나 과전류가 발생한 것으로 판단되면, 다시 말해 출력 전압 및 전류가 정해진 임계값을 초과하게 되면 초퍼가 비정상 작동하는 것으로 판단한다.

이렇게 초퍼의 최대 출력을 제한함으로써 초퍼의 과전압 보호(OVP) 및 과전류 보호(OCP) 기능을 수행할 수 있게 된다.

그리고, 순간적인 초퍼 출력 전압 및 전류의 피크 상황을 검출하거나 판단하기 어려운 경우, 또는 초퍼 출력의 과전압이나 과전류 상황이 미발생한 것으로 오판단될 가능성을 감안하여, 초퍼의 과출력에 의한 폴트 상황(이상 작동 상황)이 미발생한 것으로 판단된 경우에는, 초퍼의 출력 전압 및 전류를 계측 검출하여 2차 체크함으로써 출력 전압 및 전류가 상기의 전압 임계값 및 전류 임계값을 초과하는 상황이 발생하는지 여부를 추가 판단한다.

이렇게 이중으로 초퍼의 출력을 체크하여 정상 작동 여부를 확인함으로써 초퍼의 이상 작동에 대한 안전조치를 강화할 수 있다.

초퍼 출력을 검출한 결과, 초퍼 출력이 전압 임계값 및 전류 임계값을 초과하지 않는 정상 작동 상태인 것으로 판단되면 상기와 같이 초퍼의 폴트 발생 여부를 확인하는 과정을 반복함으로써 초퍼의 이상 작동이 판단되기 전까지 지속적으로 초퍼의 이상 작동 여부를 감지하도록 하고, 초퍼 출력이 전압 임계값 및 전류 임계값을 초과하는 비정상 작동 상태인 것으로 판단되면 초퍼를 셧다운(강제 구동 정지)함으로써 이후 재부팅에 의한 정상 상태로의 회복이 가능하도록 한다.

상기 초퍼의 폴트 발생 여부는 VCU에서 판단하게 되는데, 초퍼가 검출된 출력 전압 및 전류 값을 VCU에 전송하면, VCU에서는 입력받은 전압 및 전류 값을 임계값과 비교하여 초퍼의 폴트 발생 여부를 판단하여 초퍼에 판단 결과를 전송한다.

그럼 초퍼에서는 폴트 발생 시에는 VCU로 셧다운(초퍼의 셧다운)을 요청하게 되고, VCU에 의해 초퍼의 셧다운이 이루어지게 된다.

초퍼의 셧다운 후에는 다시 구동 전 초퍼의 이상 여부를 판단하는 과정을 반복하여 초퍼를 재부팅시킨다.

구동 전 초퍼의 이상 여부 역시 초퍼에서 전송하는 출력 정보에 기초하여 VCU에서 판단한다.

이렇게 재부팅된 초퍼의 이상 작동 여부를 다시 체크하여 셧다운 여부를 결정하고, 초퍼의 셧다운 시에 초퍼의 재부팅(리부팅) 횟수를 카운트한다.

최초 셧다운 시에는 초퍼가 재부팅되기 전 상태이므로 초퍼의 재부팅 횟수는 '0'이 된다.

초퍼의 재부팅 횟수는 누적 합산되며, 누적된 재부팅 횟수가 설정된 기준횟수 이상이 되면 초퍼의 소손 등으로 인한 비정상적인 상태가 지속적으로 발생되는 것으로 판단하여 초퍼의 재부팅을 중단한다.

초퍼의 재부팅을 중단할 때에는 차량 내 알람을 작동시켜 운전자에게 알릴 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 초퍼 제어 방법은 전기버스 등과 같이 차륜의 휠에 모터가 장착된 인휠 모터 차량에 적용 가능하며, 초퍼의 이상 감지 및 구동 제어를 통해, 차량 제동 시에 휠 모터(차륜 휠에 장착된 모터)로부터 회수된 전기에너지의 잔여분을 소모하는, 히터레지스터의 전류 제어를 정상적으로 수행할 수 있게 됨으로써 히터레지스터의 과열에 의한 소손 및 차량 화재 등을 방지할 수 있다.

한편, 첨부한 도 2는 본 발명에 따른 초퍼 제어 방법의 실차 시험 결과를 보여주는 그래프이다.

도 2는 초퍼의 출력 과전압 상황을 모사하여 초퍼의 OPP(과전력 보호) 폴트로 인한 셧다운이 발생하는지 확인한 결과를 나타낸 그래프로서, 도 2에 보듯이, 구동 중 초퍼 출력에 전압을 인가하여 출력 과전압 상황을 모사함에 따라 출력 전압 330V 이상의 과전압 발생시에 초퍼 작동이 셧다운됨을 확인하였다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 차량에 설치되어 있는 히터레지스터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 초퍼의 제어 방법으로서,
   차량 시동 시에 구동 전 상태의 초퍼 이상 여부를 체크하는 제1단계;
   초퍼 상태가 정상이고, 초퍼 구동 시작을 위한 명령이 모두 수신되면 초퍼를 구동시키는 제2단계;
   초퍼 출력을 검출하여 구동 중인 초퍼의 이상 작동 여부를 체크하는 제3단계;
   구동 중인 초퍼의 이상 감지 시 초퍼를 셧다운시킨 뒤 재부팅시키는 제4단계;를 포함하고,
   상기 제2단계에서는 초퍼가 정상 상태일 때 초퍼 구동 시작을 위한 런 커맨드와 파워 커맨드가 모두 수신되면 초퍼를 구동시키는 것을 특징으로 하는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1단계에서는, 초퍼의 출력 전압 및 전류 값이 '0'인 경우 초퍼가 정상 상태인 것으로 판단하고, '0'이 아닌 경우 초퍼가 비정상 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3단계는,
   초퍼의 출력 전압이나 전류가 각각 정해진 최대값을 초과하는지 여부를 체크하여 초퍼의 이상 작동 여부를 1차 판단하는 단계;
   상기 1차 판단 시 초퍼가 정상 상태인 것으로 판단되면, 초퍼의 출력 전압이나 전류가 상기 최대값을 초과하는지 여부를 다시 체크하여 초퍼의 이상 작동 여부를 2차 판단하는 단계;
   로 이루어진 것을 특징으로 하는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제4단계에서는, 초퍼의 셧다운 시 카운트한 초퍼의 재부팅 횟수가 설정된 기준횟수 이상이면 초퍼의 재부팅을 중단하는 것을 특징으로 하는 상용환경차량의 초퍼 제어 방법.

Images