KR101846709B1

KR101846709B1 - 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법 및 친환경 차량

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Publication number: KR101846709B1
Application number: KR1020160119901A
Authority: KR
Inventors: 임재상; 윤길영; 김진호; 임정빈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-04-06
Also published as: US9973136B2; CN107846174A; KR20180031366A; CN107846174B; US20180083566A1

Abstract

본 발명의 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어가 이루어지는 친환경 차량(1)은 모터(10)에 대한 토크지령이 인버터(20)에 입력되면, d축 전류 모터 인덕턴스의 d축 Kp 게인과 q축 전류 모터 인덕턴스의 q축 Kp 게인 및 모터 저항의 Ki 게인이 각각 온도함수로 표현된 가변제어 맵(30)과 상기 모터온도의 매칭으로 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인이 결정되고, d축 전류지령(id*)과 q축 전류지령(iq*) 및 상기 모터(10)에 인가된 3상 전류에 대한 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)으로 d축 전압지령(vd*)과 q축 전압지령(vq*)이 각각 생성되어 모터 인가 3상 전류로 출력된다. 그러므로 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어가 모터(10)의 인덕턴스와 저항을 모터 온도 변동에 맞춰 가변시키는 온도함수 전류인가모드방식으로 구현됨으로써 전류리플과 모터 진동을 줄이고 특히 모터(10)에 의한 친환경 차량(1)의 진동 현상을 크게 개선시키는 특징을 구현한다.

Description

가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법 및 친환경 차량{Method for Motor Control Based On Variable Current Controller Gain and Eco Vehicle thereof}

본 발명은 모터 제어에 관한 것으로, 특히 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법 및 친환경 차량에 관한 것이다.

일반적으로 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터는 모터제어기(또는 인버터)로 제어되고, 상기 모터제어기(또는 인버터)는 입력으로 받은 토크 지령으로 전류 맵에서 전류 지령을 발생하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어로 3상 전류를 IPM 모터에 인가한다.

이를 위해 상기 IPM 모터의 제어에는 인덕턴스와 저항값을 전류제어기(또는 PI 제어기) 게인으로 사용한다.

일례로, 상기 전류제어기(또는 PI(Proportional, Integral) 제어기) 게인은 모터의 상온을 기준으로 id/iq전류(모터 d/q축 센싱 전류)에 의해서 인덕턴스를 결정하고, 저항값을 상수로 사용하여 하기와 같이 적용한다.

d축 전류제어기(또는 PI 제어기) Kp = Ld(d축 인덕턴스)

q축 전류제어기(또는 PI 제어기) Kp = Lq(q축 인덕턴스)

전류제어기(또는 PI 제어기) Ki = Rs(모터 저항)

그러므로 IPM 모터는 상온의 모터 온도에서 적합한 전류 게인으로 전류리플(Current Ripple)을 작게 하면서 모터 진동도 낮춰질 수 있다.

일본특개 2014-87211(2014.5.12)

하지만 전류제어기(또는 PI 제어기)의 전류 함수에 따른 3상 전류 모터 인가 방식은 모터 온도 상승에 의한 인덕턴스와 저항의 변화를 반영하지 못함으로써 모터가 상온에서 고온으로 상승될수록 전류 게인 적합성이 저하될 수밖에 없다.

그 결과 모터 특히 IPM 모터는 모터 온도 상승에 따라 전류 리플과 모터 진동이 심화되고, 이는 IPM 모터를 주 구동원으로 적용한 친환경 차량의 진동을 심화시키는 한 원인이 되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 전류제어기(또는 PI 제어기) 게인을 전류와 모터 온도의 함수로 사용함으로써 인덕턴스와 저항을 모터 온도 변동에 따라 가변되도록 하고, 특히 가변 인덕턴스와 가변 저항으로 전류리플과 모터 진동을 줄여줌으로써 모터에 의한 차량 진동이 크게 개선되는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법 및 친환경 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법은 (A) 모터에 대한 토크지령이 인버터에 의해 검출되면, 상기 토크지령이 상기 모터의 d축 전류지령과 q축 전류지령으로 각각 생성되는 단계, (B) 상기 모터에 인가된 3상 전류가 센싱된 후 벡터 제어를 위한 전류 변환으로 d축 센싱전류와 q축 센싱전류로 각각 생성되는 단계, (C) 상기 모터에서 모터 온도를 검출하고, 각각 온도함수로 표현된 d축 전류 모터 인덕턴스의 d축 Kp 게인과 q축 전류 모터 인덕턴스의 q축 Kp 게인 및 모터 저항의 Ki 게인에 상기 모터온도를 매칭시켜 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인이 결정되는 단계, (D) 상기 d/q축 전류지령, 상기 d/q축 센싱전류, 상기 d/q축 Kp 게인과 상기 Ki 게인으로 d축 전압지령과 q축 전압지령이 각각 생성되는 단계, (E) 상기 d/q축 전압지령이 모터 인가 3상 전류로 출력되고 동시에 센싱되어 새로운 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)로 각각 생성되는 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 d/q축 Kp 게인의 각각은 상기 모터의 온도 상승으로 커지고 온도 하락으로 작아지며, 상기 Ki 게인은 상기 모터의 온도 상승으로 작아지고 온도 하락으로 커진다.

바람직한 실시예로서, 상기 d축 Kp 게인은 d축 인덕턴스반영온도와 전류가 매칭된 가변 Ld 테이블로 생성되고, 상기 q축 Kp 게인은 q축 인덕턴스반영온도와 전류가 매칭된 가변 Lq 테이블로 생성되며, 상기 Ki 게인은 저항반영온도와 저항이 매칭된 가변 Rs 테이블로 생성되고, 상기 가변 Ld 테이블과 상기 가변 Lq 테이블 및 상기 가변 Rs 테이블은 가변제어 맵으로 구축된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변제어 맵의 구축은, (a) 상기 모터의 동작온도에서 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 인덕턴스반영온도 및 상기 저항반영온도가 각각 설정되는 단계, (b) 상기 d축 인덕턴스반영온도가 저온/상온/고온으로 구간 분할되어 d축 전류 값과 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Ld 테이블이 생성되는 단계, (c) 상기 q축 인덕턴스반영온도가 저온/상온/고온으로 구간 분할되어 q축 전류 값과 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Lq 테이블이 생성되는 단계, (d) 상기 저항반영온도와 저항 값의 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Rs테이블이 생성되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 d축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어진다. 상기 q축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어진다. 상기 저항반영온도와 상기 저항의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 1mΩ의 증가분으로 이루어진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 친환경 차량은 모터에 대한 토크지령이 인버터에 입력되면, d축 전류 모터 인덕턴스의 d축 Kp 게인과 q축 전류 모터 인덕턴스의 q축 Kp 게인 및 모터 저항의 Ki 게인이 각각 온도함수로 표현된 가변제어 맵과 상기 모터온도의 매칭으로 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인이 결정되고, d/q축 전류지령과 상기 모터에 인가된 3상 전류에 대한 d/q축 센싱전류로 d/q축 전압지령이 각각 생성되어 모터 인가 3상 전류로 출력되는 모터 제어 시스템; 이 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변제어 맵은 상기 d축 Kp 게인을 d축 인덕턴스반영온도와 전류로 일대일 매칭한 가변 Ld 테이블, 상기 q축 Kp 게인을 q축 인덕턴스반영온도와 전류로 일대일 매칭한 가변 Lq 테이블, 상기 Ki 게인을 저항반영온도와 저항을 일대일 매칭한 가변 Rs 테이블로 구성된다. 상기 모터 제어 시스템은 IPM(Interior Permanent Magnet)타입 모터와 PI(Proportional,Integral)타입 전류제어기가 구비된 인버터를 포함한다.

바람직한 실시예로서, 상기 모터 제어 시스템과 상기 가변제어 맵은 HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)에 각각 적용된다.

이러한 본 발명의 친환경 차량은 가변 전류제어기(또는 PI 제어기)으로 제어되는 IPM 모터를 주 구동원으로 적용함으로써 하기와 같은 장점 및 효과를 구현한다.

첫째, 전류리플과 모터 진동 및 차량 진동의 개선에 별도의 하드웨어적인 추가가 요구되지 않는다. 둘째, 전류리플과 모터 진동 및 차량 진동 개선으로 모터 내구성 증대와 함께 운전성 개선이 이루어진다. 셋째, 모터의 전류리플 저감으로 배터리의 전력 소모가 줄어들어 연비 개선 효과를 가져 온다. 넷째, 기존 대비 모터 시스템 효율 상승으로 주행 모드 연비와 실 도로 연비 개선 효과를 가져 온다. 다섯째, 친환경 차량의 연비 개선에 의한 연료 소모량 감소로 원가 절감 효과를 가져 온다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가변 전류제어기 게인 방식으로 모터제어가 이루어지는 친환경 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 가변 전류제어기 게인으로 모터를 구동하는 인버터의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변 전류제어기 게인용 가변게인 맵 구축방법의 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 모터의 d축 가변 전류제어기(또는 PI 제어기) 게인의 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 모터의 q축 가변 전류제어기(또는 PI 제어기) 게인의 예이며, 도 7은 본 발명에 따른 모터의 저항 가변 전류제어기(또는 PI 제어기) 게인의 예이이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법은 모터 동작에 따른 모터온도가 검출되며, 검출된 모터온도가 모터온도 함수로 d축 Kp 게인/q축 Kp 게인/Ki 게인이 정의된 가변게인 맵과 매칭된 후 인버터로 인가된 토크지령에 따른 3상 전류가 모터에 모터 인가 3상 전류로 출력됨에 그 특징이 있다. 여기서 d축 Kp 게인은 d축 전류에 대한 모터 인덕턴스를 q축 Kp 게인은 q축 전류에 대한 모터 인덕턴스를 Ki 게인은 모터 저항을 각각 의미한다. 또한 상기 모터온도는 모터 과온 보호 로직에도 함께 사용되고, 상기 모터 과온 보호 로직은 모터제어에 적용된 통상적인 기술이다.

그 결과 전류제어기(또는 PI 제어기)는 모터의 3상 전류 인가 시 모터 온도 상승으로 인한 인덕턴스와 저항의 변화를 전혀 고려하지 못하던 기존 전류 함수 방식과 달리 전류 게인 적합성이 모터 온도 상승으로 저하되지 않는다. 그러므로 상기 전류제어기(또는 PI 제어기)가 모터 온도 상승으로 인한 인덕턴스와 저항의 변화를 고려하여 전류 게인 적합성 저하가 방지되는 방식을 온도함수 전류인가모드로 정의한다.

도 2를 참조하면, 친환경 차량(1)은 모터 제어 시스템(1-1)을 포함하고, 상기 모터 제어 시스템(1-1)은 IPM타입 모터(10)와 인버터(20) 및 전류 맵(21)으로 구성된다. 또한, 상기 모터 제어 시스템(1-1)은 도시되지 않았으나 MCU(Motor Control Unit)으로부터 토크 지령을 전송받고, 상기 MCU는 친환경 차량(1)의 통상적인 구성요소이며, 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 또는 HCU(Hybrid Control Unit)과 상호 통신한다. 더불어 상기 모터 제어 시스템(1-1)에는 도시되지 않았으나 모터온도 센서가 구비되고, 상기 모터온도 센서가 검출한 모터(10)의 온도는 인버터(20)(또는 전류 맵(21))으로 제공된다.

특히 상기 친환경 차량(1)에는 HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)가 포함된다.

구체적으로 상기 인버터(20)의 세부 구성은 도 3을 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 상기 인버터(20)는 모터(10)의 d/q축 전류지령 생성 테이블을 갖춘 전류 맵(21), P(Proportional)/I(Integral)제어가 구현되는 전류제어기(23), 출력기(25), 전류변환기(27)로 구성된다. 일례로, 상기 전류 맵(21)은 MCU(또는 엔진 ECU나 HCU)의 토크 지령을 입력받아 전류제어기(23)로 전류지령을 출력한다. 상기 전류제어기(23)는 전류 맵(21)과 전류변환기(27) 및 가변제어 맵(30)과 연계되어 출력기(25)로 전압지령을 출력한다. 상기 출력기(25)는 모터(10)에 3상 전류를 인가한다. 상기 전류변환기(27)는 모터(10)에 인가된 3상 전류를 센싱하여 벡터링 제어를 위한 전류변환 후 전류제어기(23)로 출력한다.

구체적으로 상기 가변제어 맵(30)은 도 4 내지 도 7을 을 통해 예시된다.

도 4를 참조하면, 상기 가변제어 맵(30)의 모터온도함수 가변게인 구축 방법을 알 수 있다.

모터(10)에 대해 S100과 같이 모터 동작온도가 설정되고, 상기 모터 동작온도에 대해 S110과 같이 d축 인덕턴스반영온도가 설정되며, S120과 같이 q축 인덕턴스반영온도가 설정되고, S130과 같이 저항반영온도가 설정된다. 일례로, 모터 동작온도가 -50 ~ 600℃로 설정되면, 100~500℃를 d축 인덕턴스반영온도로 200~600℃를 q축 인덕턴스반영온도로 -50~200℃를 저항반영온도로 각각 적용된다.

그러면 가변 Ld 테이블, 가변 Lq 테이블, 가변 Rs 테이블은 다음과 같이 구축된다.

상기 가변 Ld 테이블의 경우, 설정된 d축 인덕턴스반영온도에 대해 S111과 같이 저온/상온/고온 구간온도가 적용되고, S112와 같이 저온/상온/고온 구간온도의 각각이 d축 전류값으로 매칭되며, S113과 같이 가변 Ld 테이블로 구축된다.

도 5는 가변 Ld 테이블을 예시한다. 도시된 바와 같이, 100~500℃의 d축 인덕턴스반영온도가 100~300℃를 저온구간온도로 200~400℃를 상온구간온도로 300~500℃를 고온구간온도로 구분되고, 100~300℃과 200~400℃ 및 300~500℃의 각각이 10℃를 온도 단위로 하여 최소온도에서 최고온도로 구분된다. 또한 10~300A의 d축 전류값이 10A를 전류단위로 하여 최소전류에서 최고전류로 구분된다. 이어, 저온구간온도의 100℃가 d축 전류값의 300A과 일대일(1:1) 매칭되고, 10℃와 10A 단위로 각각 일대일 매칭된다. 다만, 저온구간온도의 300℃는 d축 전류값의 20A와 10A에 동일하게 일대일 매칭된다. 이러한 일대일 매칭은 상온구간온도의 200℃와 400℃ 및 고온구간온도의 300℃와 500℃에도 각각 동일하게 적용된다. 즉, 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 d축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어진다.

그 결과 상기 가변 Ld 테이블은 d축 Kp 게인 = Ld(id, 모터온도의 함수)의 관계로부터 100~500℃와 10~300A의 일대일 매칭 관계로 표현되고, Ld-id 선도와 같이 모터 온도 상승과 모터 온도 하강에 맞춰 d축 Kp 게인이 가변 출력된다.

상기 가변 Lq 테이블의 경우, 설정된 q축 인덕턴스반영온도에 대해 S121과 같이 저온/상온/고온 구간온도가 적용되고, S122와 같이 저온/상온/고온 구간온도의 각각이 q축 전류값으로 매칭되며, S123과 같이 가변 Lq 테이블로 구축된다.

도 6은 가변 Lq 테이블을 예시한다. 도시된 바와 같이, 200~600℃의 q축 인덕턴스반영온도가 200~400℃를 저온구간온도로 300~500℃를 상온구간온도로 400~600℃를 고온구간온도로 구분되고, 200~400℃과 300~500℃ 및 400~600℃의 각각이 10℃를 온도 단위로 하여 최소온도에서 최고온도로 구분된다. 또한 10~300A의 q축 전류값이 10A를 전류단위로 하여 최소전류에서 최고전류로 구분된다. 이어, 저온구간온도의 200℃가 q축 전류값의 300A과 일대일(1:1) 매칭되고, 10℃와 10A 단위로 각각 일대일 매칭된다. 다만, 저온구간온도의 400℃는 q축 전류값의 20A와 10A에 동일하게 일대일 매칭된다. 이러한 일대일 매칭은 상온구간온도의 300℃와 500℃ 및 고온구간온도의 400℃와 600℃에도 각각 동일하게 적용된다. 즉, 상기 q축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어진다.

그 결과 상기 가변 Lq 테이블은 q축 Kp 게인 = Lq(iq, 모터온도의 함수)의 관계로부터 200~600℃와 10~300A의 일대일 매칭 관계로 표현되고, Lq-iq 선도와 같이 모터 온도 상승과 모터 온도 하강에 맞춰 q축 Kp 게인이 가변 출력된다.

상기 가변 Rs 테이블의 경우, 설정된 저항반영온도에 대해 S131과 같이 저항구간온도가 적용되고, S132와 같이 저항구간온도의 각각이 저항값으로 매칭되며, S133과 같이 가변 Rs 테이블로 구축된다.

도 7은 가변 Rs 테이블을 예시한다. 도시된 바와 같이, -50~200℃의 저항반영온도가 10℃를 온도 단위로 하여 최소온도에서 최고온도로 구분된다. 또한 76~100mΩ 저항값이 1mΩ를 저항단위로 하여 최소저항에서 최고저항으로 구분된다. 이어, 저항반영온도의 -50℃가 저항값의 100A과 일대일 매칭되고, 10℃와 1mΩ 단위로 각각 일대일 매칭된다. 즉, 상기 저항반영온도와 상기 저항의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 1mΩ의 증가분으로 이루어진다.

그 결과 상기 가변 Rs 테이블은 Ki 게인 = Rs(모터온도의 함수)의 관계로부터 -50~200℃와 76~100mΩ의 일대일 매칭 관계로 표현되고, Rs-모터온도 선도와 같이 모터 온도 상승과 모터 온도 하강에 맞춰 Ki 게인이 가변 출력된다.

이하 도 1의 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법을 도 3 내지 도 7을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 전류제어기(23)를 구비한 인버터(20)이고, 제어 대상은 인버터(20)의 3상 전류로 구동되는 모터(10)이다.

인버터(20)에서는 S10과 같이 토크지령 입력이 이루어지고, S20과 같이 전류지령생성이 이루어지며, S30과 같이 모터(10)로 인가된 3상 전류 센싱이 이루어지고, S40과 같이 센싱된 3상 전류가 벡터제어를 위해 전류변환이 이루어진다.

도 3을 참조하면, 전류 맵(21)은 MCU(또는 엔진 ECU나 HCU)의 토크 지령을 구축된 테이블과 매칭한 후 d축 전류지령(id*)과 q축 전류지령(iq*)을 각각 생성하여 출력한다. 또한 전류변환기(27)는 모터(10)로 인가된 3상 전류를 센싱한 후 벡터 제어를 위해 전류 변환된 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)를 각각 생성하여 출력한다. 이 경우 센싱된 3상 전류를 la,lb,lc로 각각 정의할 때 전류 변환된 d축 센싱전류는 id로 전류 변환된 q축 센싱전류는 iq로 정의된다. 그러면 전류제어기(23)는 전류 맵(21)의 d/q축 전류지령(id*,iq*)과 전류변환기(27)의 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)를 함께 입력받는다.

이어 인버터(20)에서는 S50과 같이 모터(10)에서 검출된 모터온도매칭이 이루어지고, S60과 같이 가면 게인 맵을 읽어 전류제어기 게인 선정이 이루어지며, S70과 같이 전압지령이 출력된다.

도 3을 참조하면, 상기 전류제어기(23)는 d/q축 전류지령(id*,iq*)과 비교된 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)를 모터검출온도와 매칭하고, 가변제어 맵(30)에서 모터검출온도와 매칭되는 d축 Kp 게인/q축 Kp 게인/Ki 게인을 각각 구하여 준다. 이는 d축 Kp 게인 = Ld(id, 모터온도의 함수), q축 Kp 게인 = Lq(iq, 모터온도의 함수), Ki 게인 = Rs(모터온도의 함수)의 관계로부터 확인된다. 그 결과 상기 전류제어기(23)는 d/q축 전류지령(id*,iq*)과 d/q축 센싱전류(id,iq) 및 모터온도가 함께 고려된 d축 Kp 게인, q축 Kp 게인, Ki 게인을 적용하여 d축 전압지령(vd*)과 q축 전압지령(vq*)을 각각 생성한 후 출력기(25)로 출력한다.

일례로, 모터(10)의 온도가 상온에서 고온으로 상승된 경우 d축 Kp 게인은 도 5의 Ld-id 선도에서 고온 Ld 선을 반영하고, q축 Kp 게인은 도 6의 Lq-iq 선도에서 고온 Lq 선을 반영하며, Ki 게인은 도 7의 Rs-모터온도 선도의 비례 관계를 반영한다. 그 결과 전류제어기(23)의 d/q축 전압지령(vd*,vq*)은 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인이 고려되어 생성된다.

이후 인버터(20)에서는 S80과 같이 3상 전류 모터 인가가 이루어지고, 그 결과 S90과 같이 모터(10)가 구동된다.

도 3을 참조하면, 출력기(25)는 전류제어기(23)의 d/q축 전압지령(vd*,vq*)을 이용하여 3상 전류를 생성하고, 이를 모터(10)에 3상 전류로 인가하여 준다. 그러면 전류변환기(27)는 모터(10)로 인가된 3상 전류를 센싱한 후 벡터제어를 위해 전류 변환된 d축 센싱전류(id)와 q축 센싱전류(iq)를 각각 생성하여 전류제어기(23)로 출력한다. 통상 모터(10)의 구동은 이를 모니터링하는 MCU(또는 엔진 ECU 나 HCU)에서 새로운 토크지령을 생성하여 인버터(20)로 제공된다. 그러므로 인버터(20)는 모터 정지(예, 차량 시동 OFF)가 이루어지기전 까지 모터(10)의 구동을 제어한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어가 이루어지는 친환경 차량(1)은 모터(10)에 대한 토크지령이 인버터(20)에 입력되면, 상기 모터(10)의 모터온도를 함수로 하여 3상 전류가 상기 모터(10)로 인가되는 온도함수 전류인가모드를 포함하여, 모터(10)의 인덕턴스와 저항이 모터 온도 변동에 따라 가변됨으로써 전류리플과 모터 진동을 줄이고 특히 모터(10)에 의한 친환경 차량(1)의 진동 현상도 크게 개선된다.

1 : 친환경 차량 1-1 : 모터 제어 시스템
10 : 모터 20 : 인버터
21 : 전류 맵 23 : 전류제어기
25 : 출력기 27 : 전류변환기
30 : 가변제어 맵

Claims

모터에 대한 토크지령이 인버터에 의해 검출되면, 상기 모터의 모터온도를 함수로 하여 모터 인가 3상 전류가 상기 모터로 출력되는 온도함수 전류인가모드;가 포함되고,
상기 온도함수 전류인가모드는, (A) 상기 토크지령이 상기 모터의 d축 전류지령과 q축 전류지령으로 각각 생성되는 단계, (B) 상기 모터에 인가된 3상 전류가 d축 센싱전류와 q축 센싱전류로 각각 생성되는 단계, (C) 상기 모터에서 모터 온도를 검출하고, 각각 온도함수로 표현된 d축 전류 모터 인덕턴스의 d축 Kp 게인과 q축 전류 모터 인덕턴스의 q축 Kp 게인 및 모터 저항의 Ki 게인에 상기 모터온도를 매칭시켜 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인이 결정되는 단계, (D) 상기 d/q축 전류지령, 상기 d/q축 센싱전류, 상기 d/q축 Kp 게인과 상기 Ki 게인으로 d축 전압지령과 q축 전압지령이 각각 생성되는 단계, (E) 상기 d/q축 전압지령이 상기 모터 인가 3상 전류로 출력되는 단계로 수행되며;
상기 d/q축 Kp 게인의 각각은 상기 모터의 온도 상승으로 커지고 온도 하락으로 작아지며, 상기 Ki 게인은 상기 모터의 온도 상승으로 작아지고 온도 하락으로 커지는
것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
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청구항 1에 있어서, 상기 d축 센싱전류와 상기 q축 센싱전류의 각각은 센싱된 후 벡터 제어를 위한 전류 변환으로 생성되는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 모터 인가 3상 전류는 센싱되어 상기 d축 센싱전류와 상기 q축 센싱전류로 각각 생성되는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
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청구항 1에 있어서, 상기 d축 Kp 게인은 d축 인덕턴스반영온도와 전류가 매칭된 가변 Ld 테이블로 생성되고, 상기 q축 Kp 게인은 q축 인덕턴스반영온도와 전류가 매칭된 가변 Lq 테이블로 생성되며, 상기 Ki 게인은 저항반영온도와 저항이 매칭된 가변 Rs 테이블로 생성되고, 상기 가변 Ld 테이블과 상기 가변 Lq 테이블 및 상기 가변 Rs 테이블은 가변제어 맵으로 구축되는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 가변제어 맵의 구축은, (a) 상기 모터의 동작온도에서 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 인덕턴스반영온도 및 상기 저항반영온도가 각각 설정되는 단계, (b) 상기 d축 인덕턴스반영온도가 구간 분할되어 d축 전류 값과 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Ld 테이블이 생성되는 단계, (c) 상기 q축 인덕턴스반영온도가 구간 분할되어 q축 전류 값과 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Lq 테이블이 생성되는 단계, (d) 상기 저항반영온도와 저항 값의 일대일(1:1) 매칭으로 상기 가변 Rs테이블이 생성되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 인덕턴스반영온도의 상기 구간 분할은 각각 저온/상온/고온으로 구분되는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 d축 인덕턴스반영온도와 상기 d축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 q축 인덕턴스반영온도와 상기 q축 전류 값의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 저항반영온도와 상기 저항의 일대일 매칭은 10℃의 증가분에 대해 1mΩ의 증가분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어방법.
청구항 1과 청구항 3, 청구항 4 및 청구항 6 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 의한 가변 전류제어기 게인 방식 모터 제어를 구현하는 모터 제어 시스템;
모터 인덕턴스의 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 모터 저항의 Ki 게인이 모터온도 함수로 표현되고, 검출된 모터온도와 매칭된 d축 Kp 게인과 q축 Kp 게인 및 Ki 게인을 상기 모터 제어 시스템에 제공하는 가변제어 맵;
이 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 모터 제어 시스템은 모터와 인버터를 포함하며;
상기 모터는 IPM(Interior Permanent Magnet)모터이고;
상기 인버터는 상기 모터의 d/q축 전류지령을 각각 생성하는 전류 맵, 상기 모터에 인가된 3상 전류 센싱 후 전류 변환하여 d/q축 센싱전류를 각각 생성하는 전류변환기, 상기 d/q축 전류지령과 상기 d/q축 센싱전류 및 상기 모터에서 검출된 모터온도를 가변제어 맵과 매칭시켜 모터 인덕턴스의 d/q축 Kp 게인과 모터 저항의 Ki 게인의 결정과 함께 상기 d/q축 전류지령, 상기 d/q축 센싱전류, 상기 d/q축 Kp 게인과 상기 Ki 게인으로 d축 전압지령과 q축 전압지령을 각각 생성하는 전류제어기, 상기 d/q축 전압지령을 상기 모터에 모터인가 3상 전류로 출력하는 출력기로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 13에 있어서, 상기 전류제어기는 PI(Proportional,Integral)제어기인 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 가변제어 맵은 상기 d축 Kp 게인을 d축 인덕턴스반영온도와 전류로 일대일 매칭한 가변 Ld 테이블, 상기 q축 Kp 게인을 q축 인덕턴스반영온도와 전류로 일대일 매칭한 가변 Lq 테이블, 상기 Ki 게인을 저항반영온도와 저항을 일대일 매칭한 가변 Rs 테이블로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 가변 Ld 테이블은 100~500℃를 d축 인덕턴스반영온도로 하여 100~300℃의 저온 온도구간, 200~400℃의 상온 온도구간, 300~500℃의 고온 온도구간으로 분할되고, 상기 저온/상온/고온 온도구간의 각각이 10~300A의 모터 전류와 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 일대일 매칭되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 가변 Lq 테이블은 200~600℃를 q축 인덕턴스반영온도로 하여 200~400℃의 저온 온도구간, 300~500℃의 상온 온도구간, 400~600℃의 고온 온도구간으로 분할되고, 상기 저온/상온/고온 온도구간의 각각이 10~300A의 모터 전류와 10℃의 증가분에 대해 10A의 증가분으로 일대일 매칭되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 가변 Rs 테이블은 -50~200℃를 저항반영온도로 하여 76~100mΩ의 모터 저항과 10℃의 증가분에 대해 1mΩ의 증가분으로 일대일 매칭되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 모터 제어 시스템과 상기 가변제어 맵은 HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)에 각각 적용되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량.