KR102011513B1 - Safety operation method of power converter for hybrid construction equipment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 건설기계의 전력 변환 장치(엔진 보조 모터용 DC/AC 인버터, 선회 모터용 DC/AC 인버터 및 울트라 커패시터용 DC/DC 컨버터)에 있어서, 시스템의 동작 시작 시에 IGBT 와 같은 파워 반도체 소자의 Short/Open 에 대한 감지방법을 제안하여 시스템의 이상 발생 시 고장으로 연결이 되지 않도록 하거나 더 큰 사고로 확산되지 않도록 하여 시스템 및 운전자의 안전성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a power semiconductor device of a hybrid construction machine (DC / AC inverter for an engine auxiliary motor, DC / AC inverter for a swing motor, and DC / DC converter for an ultra capacitor) in a power semiconductor device such as an IGBT at the start of operation of a system. By suggesting the detection method of device short / open, it is possible to improve the safety of the system and the driver by preventing the connection to a failure or spreading to a larger accident when a system error occurs.
Description
본 발명은 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 하이브리스 건설기계에 포함된 상측 또는 하측 반도체 소자로 이루어진 인버터 또는 컨버터 등과 같은 전력 변환 장치의 이상 판단 방법과 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for safely driving a power conversion device for a hybrid construction machine, and more particularly, a method for determining an abnormality of a power conversion device such as an inverter or a converter composed of upper or lower semiconductor elements included in a hybrid construction machine and a hybrid. It relates to a safe driving method of a power conversion device for construction machinery.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 배터리에 저장하고 엔진의 부족한 동력을 배터리로부터 공급하여 연비를 개선한 하이브리드 형태의 건설기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In recent years, with the rapid increase in oil prices, research on hybrid construction machinery that improves fuel efficiency by storing surplus power of the engine in the battery and supplying the insufficient power of the engine from the battery has been actively conducted.
이와 같이, 엔진과 전기 모터를 공통 동력원으로 사용하고 전기에너지 저장 장치가 있는 시스템을 하이브리드 시스템이라 한다. 예를 들어, 하이브리드 시스템에는 하이브리드 자동차 및 굴삭기와 같은 중장비용 하이브리드 시스템이 있다. As such, a system using an engine and an electric motor as a common power source and having an electrical energy storage device is called a hybrid system. For example, hybrid systems include hybrid systems for heavy equipment such as hybrid cars and excavators.
한편, 일반적인 굴삭기 시스템은 엔진을 동력원으로 하여 유압이라는 매개체를 통해서 최종 부하인 붐, 암 및 버켓을 선회시키거나 주행시키는 동작을 수행한다. 이와 달리, 하이브리드 굴삭기 시스템은 일반적인 굴삭기에 2개의 모터와 전기저장 장치를 추가로 설치함으로써, 굴삭기 시스템의 전체효율을 향상시킬 수 있다. 하이브리드 굴삭기 시스템에 추가되는 주요부품은 모터, 전기 저장 장치, 인버터 및 컨버터를 포함한다. 여기서, 전기 저장 장치는 배터리(Battery) 및 울트라 커패시터(Ultra-Capacitor, UC)를 포함한다. Meanwhile, a general excavator system uses an engine as a power source to perform an operation of turning or driving a boom, an arm, and a bucket, which are final loads, through a medium called hydraulic pressure. In contrast, the hybrid excavator system can improve the overall efficiency of the excavator system by installing two motors and an electric storage device in the general excavator. Major components added to the hybrid excavator system include motors, electrical storage devices, inverters and converters. Here, the electrical storage device includes a battery and an ultra-capacitor (UC).
도 1은 통상적인 하이브리드 굴삭기 전기 시스템의 구성을 도시하고 있다.1 shows the configuration of a conventional hybrid excavator electrical system.
도 1에 도시된 것과 같이, 하이브리드 굴삭기 시스템의 전력 공급 장치(100)는 스위칭 모드 전원 공급부(110), 로직 제어 보드(120), 엔진 보조 모터 인버터(130), 선회 모터 인버터(140), DC 링크 커패시터(150) 및 DC-DC 컨버터인 울트라 커패시터 컨버터(160)를 포함한다. 여기서, 스위칭 모드 전원공급부(110), 로직 제어 보드(120), 엔진 보조 모터 인버터(130), 선회 모터 인버터(140) 및 울트라 커패시터 컨버터(160)는 각각 제어 보드용 배터리(101), 굴삭기 전기 장치(102), 엔진 보조 모터(103), 선회 모터(104) 및 울트라 커패시터(105)와 연결되어 있다. As shown in FIG. 1, the
스위칭 모드 전원공급부(SMPS: Switched-Mode Power Supply)(110)는 제어 보드용 배터리(101)와 연결되어 로직 제어 보드(120)에 전원을 공급한다. The switched-mode power supply (SMPS) 110 is connected to the
로직 제어 보드(120)는 울트라 커패시터(105)의 전압 및 DC 링크 커패시터(150)의 전압을 센싱하고 초기 구동 로직을 제어하는 기능을 수행한다. The
엔진 보조 모터 인버터(130)는 DC/AC 인버터로서, AC 전압에 의해 구동되는 엔진 보조 모터(103)에 의해 DC 링크 커패시터(150)를 충전시키는 기능을 수행한다. 여기서, 엔진 보조 모터(103)는 AC 전압에 의해 구동되며, 엔진과 직접적으로 연결되어 있으며, 엔진 구동시 엔진과 같은 회전수(rpm)로 회전한다.The engine
선회 모터 인버터(140)는 DC/AC 인버터로서, DC 전압인 울트라 커패시터(105)의 전력 컨텍터가 온(ON) 상태가 되면, 충전된 전압에 따라 AC 전압에 의해 구동되는 선회 모터(104)를 구동시키는 기능을 수행한다. 여기서, 선회 모터(104)는 굴삭기의 선회 동작에 필요한 동력을 발생시킨다. The
DC 링크 커패시터(150)는 엔진 보조 모터 인버터(130)에 의해 변환된 DC 전압을 충전한다. DC 링크 커패시터(150)는 울트라 커패시터 컨버터(160)와 연결되어 있다. The
울트라 커패시터 컨버터(160)는 DC 링크 커패시터(150)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 UC 링크 커패시터(170)을 통해 울트라 커패시터(105)를 충전시키는 기능을 수행한다. 울트라 커패시터 컨버터(160)는 DC 링크 커패시터(150)와 UC 링크 커패시터(170) 사이에 연결되어 있고, UC 링크 커패시터(170)는 울트라 커패시터(105)에 연결되어 있다. 여기서, 울트라 커패시터 컨버터(160)는 DC/DC 컨버터로서, 울트라 커패시터(105)는 울트라 커패시터 컨버터(160)에 의해 변환된 전압으로 충전된다. The
이상과 같이 DC/AC 인버터인 엔진 보조 모터 인버터(130) 및 선회 모터 인버터(140)와 DC/DC 컨버터인 울트라 커패시터 컨버터(160)와 같은 전력 변환 장치에는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)와 같은 다수의 파워 구동 반도체 소자가 포함되어 있다. IGBT는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)을 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터로서, 게이트-이미터간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해서 온/오프가 생기는 자기소호형이므로, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자이다.As described above, power conversion devices such as the engine
한편, IGBT 구동 전용 IC에서는 암쇼트(Arm-Short), 즉 상측 IGBT 소자와 하측 IGBT 소자가 동시에 단락(short)되어 (+) 단자와 (-) 단자가 직접 연결되어 소자의 파손을 일으킬 우려가 있으므로, 일반적인 IGBT 구동 전용 IC에는 암쇼트(Arm-Short) 검출 기능 또는 암쇼트(Arm-Short) 보호 기능을 가지고 있다. 일반적인 전력변환장치의 오-동작에 의한 보호 기능은 과열 감지 보호, 과전류 감지 보호, 과전압 감지 보호 등이 있는데 이러한 보호 기능은 IGBT 와 같은 파워 반도체 스위치의 Short/Open 과 같은 파손에 대해 100% 보호는 불가능한 실정이다. 즉 현재의 암쇼트(Arm-Short) 검출/보호 기능은 제한적인 보호 동작에 그치고 있어서, 보호가 불가능한 경우가 존재하며, 특히 IGBT 와 같은 파워 반도체 스위치의 Short/Open 과 같은 파손을 미리 감지하여 고장을 판별할 필요가 있다.On the other hand, in IGBT driving-only ICs, the arm short, that is, the upper IGBT element and the lower IGBT element are shorted at the same time, so that the (+) terminal and the (-) terminal are directly connected, which may cause damage to the device. Therefore, typical IGBT drive-only ICs have arm-short detection or arm-short protection. Common malfunctions of power converters include overheat detection protection, overcurrent detection protection, and overvoltage detection protection. These protection functions are 100% protection against damage such as short / open of power semiconductor switch such as IGBT. It is impossible. In other words, the current Arm-Short detection / protection function is limited protection operation, and there is a case that protection is not possible. In particular, failure such as short / open of a power semiconductor switch such as IGBT is detected in advance. Need to be determined.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 하이브리드 건설기계의 전력 변환 장치(엔진 보조 모터용 DC/AC 인버터, 선회 모터용 DC/AC 인버터 및 울트라 커패시터용 DC/DC 컨버터)에 있어서, 시스템의 동작 시작 시에 IGBT 와 같은 파워 반도체 소자의 Short/Open 에 대한 이상 판단 방법을 제안하여 시스템의 이상 발생 시 고장으로 연결이 되지 않도록 하거나 더 큰 사고로 확산되지 않도록 하여 시스템 및 운전자의 안전성을 향상시킬 수 있는, 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is derived to solve the above-mentioned problems, the present invention is a power conversion device of the hybrid construction machine (DC / AC inverter for engine auxiliary motor, DC / AC inverter for swing motor and DC / DC converter for ultra capacitor) In this paper, we propose an error determination method for short / open of a power semiconductor device such as IGBT at the start of system operation so that it is not connected to a failure or spread to a larger accident when a system error occurs. It is an object of the present invention to provide a safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine that can improve the safety.
이상의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 따르면, 시스템 시작(Key On) 전에 대전력 반도체 소자 IGBT의 게이트 신호가 인가되지 않은 상태에서, Short/Open과 같은 시스템의 고장 유무를 미리 체크하고, 정상상태를 확인한 후에 전기에너지 저장장치(UC, Ultra Capacitor)를 연결하고 게이트 신호를 인가하는 방식으로 고장이 사고로 확산되는 것을 방지하여 운전자의 안전성을 향상시키도록 하였다.In order to achieve the above object, the present invention proposes a safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine. According to a safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine according to the present invention, a system such as Short / Open is broken in a state in which a gate signal of a large power semiconductor device IGBT is not applied before system start. After checking in advance and confirming the normal state, by connecting the electric energy storage device (UC, Ultra Capacitor) and applying the gate signal, it prevents the failure from spreading by accident and improves the driver's safety.
보다 구체적으로, 본 발명은 엔진을 시동하기 위한 엔진 보조 모터와, 부하 모터와, 전기 시스템과, 하이브리드 건설 기계는 상기 엔진 보조 모터에서 발생된 전기 에너지를 축전하기 위한 DC 링크 커패시터와, 상기 DC 링크 커패시터에 축전된 전기 에너지와 상기 엔진 보조 모터로부터 발전된 전기 에너지 및 상기 부하 모터의 발전구동에 의해 발전된 전기 에너지를 축전하기 위한 UC 링크 커패시터를 포함한 하이브리드 건설기계에 적용된다.More specifically, the present invention relates to an engine auxiliary motor for starting an engine, a load motor, an electric system, and a hybrid construction machine to include a DC link capacitor for storing electric energy generated from the engine auxiliary motor, and the DC link. The present invention is applied to a hybrid construction machine including a UC link capacitor for storing electric energy stored in a capacitor, electric energy generated from the engine auxiliary motor, and electric energy generated by power generation driving of the load motor.
이러한 하이브리드 건설기계에 있어서, 본 발명은 복수개의 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와, 복수개의 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)를 구비하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법을 제안한다.In such a hybrid construction machine, the present invention provides a safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine comprising a plurality of upper semiconductor switches (Q1, Q2, Q3) and a plurality of lower semiconductor switches (Q4, Q5, Q6). Suggest.
본 발명에 따른 전력 변환 장치의 안전 구동 방법은, 엔진을 시동하기 위한 엔진 보조 모터와, 부하 모터와, 전기 시스템을 구비한 하이브리드 건설기계에서, 복수개의 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 복수개의 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)를 구비하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 있어서, 상기 전기 시스템 활성화 전에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3) 중 어느 하나 및 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 어느 하나에 순차적 또는 동시에 신호를 인가하는 신호 인가 단계; 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는지 여부를 체크하는 전류 체크 단계; 및 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는 경우에 정상으로 판단하여 상기 전기 시스템을 활성화시키고, 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르지 않는 경우에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 적어도 하나의 이상으로 판단하는 이상 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The safe driving method of the power converter according to the present invention includes a plurality of upper semiconductor switches (Q1, Q2, Q3) in a hybrid construction machine including an engine auxiliary motor, a load motor, and an electric system for starting an engine. In the safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine having a plurality of lower semiconductor switches (Q4, Q5, Q6), any one of the upper semiconductor switches (Q1, Q2, Q3) and the A signal applying step of applying a signal sequentially or simultaneously to any one of the lower semiconductor switches Q4, Q5, and Q6; A current checking step of checking whether current flows from one end of the power converter to the other end or from the other end of the power converter; And when the current flows from one end of the power converter to the other end or the other end, activates the electric system when it is normal, and when the current does not flow from one end of the power converter to the other end or the other end of the power converter. And an abnormality determination step of judging at least one of the upper semiconductor switches Q1, Q2, and Q3 and the lower semiconductor switches Q4, Q5, and Q6.
상기 안전 구동 방법은, 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 적어도 하나의 이상으로 판단되는 경우, 상기 전력 변환 장치와 울트라 커패시터(UC) 링크 커패시터와 연결하지 않거나, 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)에 게이트 구동 펄스 신호를 인가하지 않는 안전 구동 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the safe driving method, when it is determined that at least one or more of the upper semiconductor switches Q1, Q2 and Q3 and the lower semiconductor switches Q4, Q5 and Q6 are linked, the power converter and the ultracapacitor UC link. The method may further include a safe driving step of not connecting the capacitor or applying a gate driving pulse signal to the upper semiconductor switches Q1, Q2 and Q3 and the lower semiconductor switches Q4, Q5 and Q6.
한편, 전력 변환 장치는 2가지 형태, 즉 엔진 보조 모터용 인버터 및 선회 모터용 인버터와 같은 DC/AC 인버터와, 울트라 커패시터용 컨버터와 같은 DC/DC 컨버터가 존재하므로, 본 발명에서는 전력 변환 장치의 2가지 형태에 따라 구체적인 안전 구동 방법을 상이하게 채택하였다.On the other hand, there are two types of power converters, namely DC / AC inverters such as inverters for engine auxiliary motors and inverters for swing motors, and DC / DC converters such as converters for ultracapacitors. According to the two types, the specific safe driving method is differently adopted.
전력 변환 장치의 컨버터인 경우, 상기 신호 인가 단계는, 상기 전력 변환 장치의 일단이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 상기 전력 변환 장치의 타단이 UC 링크 커패시터에 연결된 컨버터인 경우, 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)에 각각 순차적으로 신호를 인가하는 상측 인가 단계; 및 상기 상측 인가 단계에 후속하여 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)에 각각 순차적으로 신호를 인가하는 하측 인가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the case of a converter of a power conversion device, the signal applying step may include the upper semiconductor switch Q1 when one end of the power conversion device is connected to a DC link capacitor and the other end of the power conversion device is a converter connected to a UC link capacitor. , An upper side applying step of sequentially applying a signal to each of Q2 and Q3); And a lower applying step of sequentially applying signals to the lower semiconductor switches Q4, Q5, and Q6 after the upper applying step, respectively.
상기 이상 판단 단계는, 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 UC 링크 커패시터의 충전 또는 방전 여부와 상기 DC 링크 커패시터 전압의 변동 여부를 확인하여 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3) 또는 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 어느 하나의 오픈(Open) 또는 쇼트(Short) 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the abnormality determining step, when no current flows from one end to the other end or the other end of the power converter, the upper semiconductor switch is checked by checking whether the UC link capacitor is charged or discharged and whether the DC link capacitor voltage is changed. It is characterized in that it is determined to be at least one of Open or Short of (Q1, Q2, Q3) or the lower semiconductor switches Q4, Q5, Q6.
전력 변환 장치의 컨버터인 경우, 상기 신호 인가 단계는, 상기 전력 변환 장치의 일단이 UC 링크 커패시터에 연결되고, 상기 전력 변환 장치의 타단이 상기 엔진 보조 모터 또는 상기 부하 모터에 연결된 인버터인 경우, 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중에서 각각 하나씩 선택한 후, 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치에 동시에 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.In the case of a converter of a power conversion device, the signal applying step may include: when one end of the power conversion device is connected to a UC link capacitor, and the other end of the power conversion device is an inverter connected to the engine auxiliary motor or the load motor. After selecting one of the upper semiconductor switch (Q1, Q2, Q3) and the lower semiconductor switch (Q4, Q5, Q6), respectively, characterized in that the signal is applied to the selected upper semiconductor switch and the selected lower semiconductor switch at the same time.
상기 이상 판단 단계는, 상기 엔진 보조 모터 또는 상기 부하 모터에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 DC 링크 커패시터 전압의 변동 여부를 확인하여 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치 또는 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치와 연결된 상측 반도체 스위치와 하측 반도체 스위치의 오픈(Open) 또는 쇼트(Short) 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The abnormality determining step may include determining whether the DC link capacitor voltage is changed when the current does not flow in the engine auxiliary motor or the load motor, thereby selecting the selected upper semiconductor switch, the selected lower semiconductor switch, or the selected upper semiconductor switch. The method may determine whether the upper semiconductor switch and the lower semiconductor switch connected to the selected lower semiconductor switch are open or short.
본 발명에 따른 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 따르면, 차량 시동 시 전기시스템을 활성화(게이트 신호 인가) 시키기 전에 전기시스템의 정상상태를 판별하고 정상으로 확인된 후에 시스템동작을 시작할 수 있으므로, 전기 시스템의 Open/Short 여부를 간과한 채 시스템 동작을 수행할 경우에 발생할 우려가 있는 2차적 더 큰 고장으로의 확산을 방지하고 운전자의 안전을 확보할 수 있다.According to a safe driving method of a power conversion device for a hybrid construction machine according to the present invention, the system operation can be started after determining the normal state of the electric system and confirming that it is normal before the electric system is activated (gate signal applied) at the start of the vehicle. Therefore, it is possible to prevent the spread to secondary larger failures that may occur when the system operation is performed while overlooking whether the electric system is open or shorted, and the driver's safety can be secured.
즉, 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법에 따르면, 시스템 시작(Key On) 전에 대전력 반도체 소자 IGBT의 게이트 신호가 인가되지 않은 상태에서, Short/Open과 같은 시스템의 고장 유무를 미리 체크하고, 정상상태를 확인한 후에 전기에너지 저장장치(UC, Ultra Capacitor)를 연결하고 게이트 신호를 인가하는 방식으로 고장이 사고로 확산되는 것을 방지하여 운전자의 안전성을 향상시키도록 하였다.That is, according to the safe driving method of the power conversion device for a hybrid construction machine according to the present invention, in the state that the gate signal of the high-power semiconductor device IGBT is not applied before the system start (Key On), failure of a system such as Short / Open After checking the presence and confirming the normal state, connecting the electric energy storage device (UC, Ultra Capacitor) and applying the gate signal prevents the failure from spreading by accident to improve the driver's safety.
도 1은 통상적인 하이브리드 굴삭기 전기 시스템의 구성도.
도 2는 전력 변환 장치가 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터(160)인 경우의 상세도.
도 3a 내지 도 3f는 력 변환 장치가 DC/DC 컨버터인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 UC 링크 커패시터(170) 충방전 프로파일을 나타낸 도면.
도 5는 전력 변환 장치가 DC/DC 컨버터인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)인 경우의 상세도.
도 7a 내지 도 7c를 참조로, 전력 변환 장치가 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 전력 변환 장치가 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 상하측 반도체 소자(Q1, Q2, Q3/Q4, Q5, Q6)의 펄스 인가에 따른 3상 AC 모터 전류 파형을 나타낸 도면.1 is a block diagram of a conventional hybrid excavator electrical system.
2 is a detailed view when the power conversion device is a DC / DC converter, i.e.,
3A to 3F are diagrams for explaining a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the output converter is a DC / DC converter;
4 illustrates a
5 is a flowchart illustrating a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the power converter is a DC / DC converter.
6 is a detailed view when the power conversion device is a DC / AC inverter, that is, the engine
7A to 7C, a diagram for describing a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the power converter is a DC / AC inverter;
8 is a flowchart illustrating a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the power converter is a DC / AC inverter;
9 is a diagram showing a three-phase AC motor current waveform according to pulse application of upper and lower semiconductor elements Q1, Q2, Q3 / Q4, Q5, and Q6.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The construction of the present invention and the effects thereof will be clearly understood through the following detailed description. Prior to the detailed description of the present invention, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and a detailed description thereof will be omitted when it is determined that the subject matter of the present invention may obscure the gist of the present invention.
이하, 본 발명은 전력 변환 장치에 포함된 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터인 경우(실시예 1)와, DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터용 인버터 또는 선회 모터용 인버터인 경우(실시예 2)로 나누어 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention is a case of a DC / DC converter included in a power converter, that is, a converter for an ultracapacitor (Example 1), and a case of a DC / AC inverter, that is, an inverter for an engine auxiliary motor or an inverter for a turning motor (an embodiment). The description will be divided into Example 2).
DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터인 경우(실시예 1)부터 살펴보기로 한다.The DC / DC converter, that is, the converter for the ultracapacitor (Example 1) will be described.
도 2는 전력 변환 장치에 포함된 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터(160)인 경우의 상세도를 도시한다.FIG. 2 shows a detailed view of the DC / DC converter included in the power converter, that is, the
도시된 것과 같이, 울트라 커패시터용 컨버터(160)는 DC 링크 커패시터(150)와 UC 링크 커패시터(170) 사이에 위치하며, 복수개의 IGBT와 같은 상측 파워 반도체 소자(Q1, Q2, Q3)와 복수개의 하측 파워 반도체 소자(Q4, Q5, Q6)로 구성되며, 상하측 반도체 소자(Q1, Q2, Q3/Q4, Q5, Q6)와 UC 링크 커패시터(170) 사이에는 인덕터 및 전류를 검출하는 변류기(CT, Current Transformer)가 배치되어 있다.As shown, the
전력 변환 장치가 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터(160)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크는 하기 표 1 및 표 2와 같이 수행된다.When the power converter is a DC / DC converter, that is, the
[UC 링크 커패시터(170) 방전 상태에서 수행][Performed in
[UC 링크 커패시터(170) 충전 상태에서 수행][Performed in
도 3a 내지 도 3c을 참조로, 전력 변환 장치에 포함된 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터(160)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명한다.3A to 3C, a process of checking whether a semiconductor device is open or short in the case of a DC / DC converter included in a power converter, that is, an
도 3a 내지 도 3c는 표 1의 상측 소자 Open Check/하측 소자 Short Check의 사례를 도시한 것이다. 표 1에 설명된 것과 같이, 상측 소자 Open Check/하측 소자 Short Check는 UC 링크 커패시터(170)가 방전된 상태에서 상측 소자(Q1, Q2, Q3)에 차례로 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가함으로써 수행된다.3A to 3C illustrate examples of the upper element open check / lower element short check of Table 1. As shown in Table 1, the upper element open check / lower element short check is applied to the upper element (Q1, Q2, Q3) in sequence with short (approximately several ON) pulses while the
도 3a는 정상 모드인 경우로서, 상측 소자(Q1)에 ON 펄스를 인가한 경우 DC 링크 커패시터(150)의 에너지는 ON 상태가 된 상측 소자(Q1)와 변류기(CT) 및 인덕터를 통해 UC 링크 커패시터(170)로 도통되어 전류가 흐르게 되며, DC 링크 커패시터(150)의 에너지가 UC 링크 커패시터(170)로 충전된다.FIG. 3A illustrates the normal mode. When the ON pulse is applied to the upper element Q1, the energy of the
그러나 하측 소자(Q4)가 Short 고장인 경우에는 도 3b에 도시된 것과 같이 상측 소자(Q1)에 ON 펄스를 인가로 상측 소자(Q1)가 ON됨과 동시에 Short 고장인 하측 소자(Q4)와 암쇼트(Arm Short)가 발생하여 상측 소자(Q1)에서 하측 소자(Q4)를 통해 대전류가 흐르면서 DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 있고, 변류기(CT)에서는 전류 검출이 안 되며, UC 링크 커패시터(170)도 충전이 되지 않는다.However, when the lower element Q4 has a short fault, the upper element Q1 is turned on by applying an ON pulse to the upper element Q1 as shown in FIG. (Arm Short) occurs and a large current flows from the upper element Q1 through the lower element Q4 to cause a voltage variation of the
그리고 상측 소자(Q1)가 Open 고장인 경우에는 도 3c에 도시된 것과 같이, 상측 소자(Q1)를 통해 흐르는 전류가 없고 UC 링크 커패시터(170)도 충전이 되지 않는다. When the upper element Q1 is an open fault, as shown in FIG. 3C, there is no current flowing through the upper element Q1 and the
도 3d 내지 도 3f는 표 2의 하측 소자 Open Check/상측 소자 Short Check의 사례를 도시한 것이다. 표 2에 설명된 것과 같이, 상측 소자 Open Check/하측 소자 Short Check는 UC 링크 커패시터(170)가 충전된 상태에서 하측 소자(Q1, Q2, Q3)에 차례로 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가함으로써 수행된다.3D to 3F illustrate examples of the lower device open check / upper device short check in Table 2. As described in Table 2, the upper element open check / lower element short check generates a short (about several milliseconds) ON pulses to the lower elements (Q1, Q2, Q3) in sequence with the
도 3d는 정상 모드인 경우로서, 하측 소자(Q4)에 ON 펄스를 인가한 경우 UC 링크 커패시터(170)의 에너지는 ON 상태가 된 하측 소자(Q4)를 통해 방전된다.3D illustrates the normal mode, when the ON pulse is applied to the lower element Q4, the energy of the
그러나 상측 소자(Q1)가 Short 고장인 경우에는 도 3e에 도시된 것과 같이 하측 소자(Q4)에 ON 펄스를 인가로 하측 소자(Q4)가 ON됨과 동시에 Short 고장인 상측 소자(Q1)와 암쇼트(Arm Short)가 발생하여 상측 소자(Q1)에서 하측 소자(Q4)를 통해 대전류가 흐르면서 DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 있고, 변류기(CT)에서는 전류 검출이 안 되며, UC 링크 커패시터(170)도 방전이 되지 않는다.However, when the upper element Q1 has a short fault, as shown in FIG. 3E, the lower element Q4 is turned on by applying an ON pulse to the lower element Q4, and at the same time, the upper element Q1 and the arm short fault are short. (Arm Short) occurs and a large current flows from the upper element Q1 through the lower element Q4 to cause a voltage variation of the
그리고 하측 소자(Q4)가 Open 고장인 경우에는 도 3f에 도시된 것과 같이, 하측 소자(Q4)를 통해 흐르는 전류가 없고 UC 링크 커패시터(170)도 방전이 되지 않는다. When the lower element Q4 has an Open fault, as shown in FIG. 3F, there is no current flowing through the lower element Q4, and the
도 4는 UC 링크 커패시터(170) 충방전 프로파일을 나타낸 도면이다.4 illustrates the
도시된 것과 같이, 울트라 커패시터용 컨버터(160)의 상측 IGBT(Q1, Q2, Q3)에 구동 펄스(T0 내지 T1)를 인가하면, UC 링크 커패시터(170)에 충전이 이루어지고, 하측 IGBT(Q4, Q4, Q6)에 구동 펄스(T2 내지 T4)를 인가하면, UC 링크 커패시터(170)가 방전됨을 확인할 수 있다.As shown, when the driving pulses T0 to T1 are applied to the upper IGBTs Q1, Q2 and Q3 of the
반면, 상측 IGBT(Q1, Q2, Q3) 또는 하측 IGBT(Q4, Q4, Q6)이 파손된 경우, 울트라 커패시터용 컨버터(160)의 상측 IGBT(Q1, Q2, Q3)에 구동 펄스(T4 내지 T5)를 인가하면, UC 링크 커패시터(170)에 충전이 이루어지지 않고, 하측 IGBT(Q4, Q4, Q6)에 구동 펄스(T6 내지 T7)를 인가하면, UC 링크 커패시터(170)가 방전되지 않음을 확인할 수 있다.On the other hand, when the upper IGBT (Q1, Q2, Q3) or the lower IGBT (Q4, Q4, Q6) is broken, the driving pulses T4 to T5 in the upper IGBT (Q1, Q2, Q3) of the
도 5는 전력 변환 장치에 포함된 DC/DC 컨버터, 즉 울트라 커패시터용 컨버터(160)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a process of checking whether a semiconductor device is open or short in the case of a DC / DC converter included in a power converter, that is, an
테스트가 시작되면(S1), 상측 소자 Open Check/하측 소자 Short Check를 위해 상측 소자(Q1, Q2, Q3)에 차례로 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가한다(S2).When the test is started (S1), a short (approximately several ON) ON pulses are sequentially applied to the upper elements Q1, Q2, and Q3 for the upper element open check / lower element short check (S2).
그리고 인덕터 전류가 확인되고 UC 링크 커패시터(170)의 충전 여부를 확인한다(S3). 확인 결과 인덕터 전류가 확인되고 UC 링크 커패시터(170)의 충전이 확인되는 경우에는(도 3a), 상측 소자(Q1, Q2, Q3)는 정상이라는 의미이다. Then, the inductor current is confirmed and whether the
그 다음, 하측 소자 Open Check/상측 소자 Short Check를 위해 하측 소자(Q4, Q5, Q6)에 차례로 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가하고(S4), 인덕터 전류가 확인되고 UC 링크 커패시터(170)의 방전 여부를 확인한다(S5).Next, a short (approximately several ON) ON pulses are sequentially applied to the lower elements Q4, Q5, and Q6 for the lower element open check / upper element short check (S4), and the inductor current is checked and the UC link capacitor ( 170, it is checked whether or not the discharge (S5).
체크 결과 인덕터 전류가 확인되고 UC 링크 커패시터(170)의 방전이 확인되는 경우에는(도 3d), 하측 소자(Q4, Q5, Q6) 역시 정상이라는 의미이므로 상하측 IGBT 소자 모두 정상임을 확정한다(S6, 도 3a, 도 3d).When the inductor current is checked and the discharge of the
한편, 앞서 S3 단계의 체크 결과, 인덕터 전류와 UC 링크 커패시터(170)의 충전이 확인되지 않는 경우는 DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동 여부를 확인한다(S7).On the other hand, when the check result of step S3, when the inductor current and the charge of the
상기 확인 결과, DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 없으면 상측 소자(Q1, Q2, Q3)가 Open 파손인 것으로 판단하고(S8, 도 3c), DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 있으면 하측 소자(Q4, Q5, Q6)가 Short 파손으로 판단한다(S9, 도 3b).As a result of the check, if there is no voltage change of the
그리고 앞서 S5 단계의 확인 결과, 인덕터 전류와 UC 링크 커패시터(170)의 방전이 확인되지 않는 경우는 DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동 여부를 확인한다(S10).When the inductor current and the discharge of the
상기 확인 결과(S10), DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 없으면, 하측 소자(Q4, Q5, Q6)가 Open 파손인 것으로 판단하고(S11, 도 3f), DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 있으면, 상측 소자(Q1, Q2, Q3)가 Short 파손으로 판단한다(S12, 도 3f).As a result of the check (S10), if there is no voltage variation of the
한편, DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터용 인버터(130) 또는 선회 모터용 인버터(140)인 경우(실시예 2)를 살펴보기로 한다.Meanwhile, the case of the DC / AC inverter, that is, the engine
도 6은 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)인 경우의 상세도를 도시한다.FIG. 6 shows a detailed view when the power converter is a DC / AC inverter, that is, the engine
도시된 것과 같이, 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)는 DC 링크 커패시터(150)와 엔진 보조 모터 또는 선회 모터와 같은 3상 AC 모터 사이에 위치하며, 복수개의 IGBT와 같은 상측 파워 반도체 소자(Q1, Q2, Q3)와 복수개의 하측 파워 반도체 소자(Q4, Q5, Q6)로 구성된다. 상하측 반도체 소자(Q1, Q2, Q3/Q4, Q5, Q6)와 3상 AC 모터 사이에는 변류기(CT1, CT2, CT3), Current Transformer)가 배치되어 있고 3상 AC 모터에는 3개의 인덕터(I1, I2, I3)가 있다.As shown, the engine
전력 변환 장치가 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크는 하기 표 3 및 표 4와 같이 수행된다.When the power converter is a DC / AC inverter, ie, the engine
[소자 구동 순서: Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4][Device driving sequence: Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4]
[소자 구동 순서: Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4][Device driving sequence: Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4]
이때, 3상 모터의 구조와 대응되도록, 상하측 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)의 펄스 인가 순서는 상하측 반도체 소자 중에서 각각 하나씩 Q1 및 Q5, Q2 및 Q6, Q3 및 Q4와 같은 쌍으로 선택한 후, 펄스를 인가하게 된다.At this time, in order to correspond to the structure of the three-phase motor, the pulse application order of the upper and lower semiconductor elements (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) is one of the upper and lower semiconductor elements, respectively, Q1 and Q5, Q2 and Q6, Q3 and After selecting in the same pair as Q4, the pulse is applied.
이하, 도 7a 내지 도 7c를 참조로, 전력 변환 장치가 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 체크 과정을 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 7A to 7C, a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the power converter is a DC / AC inverter, that is, the engine
도 7a 내지 도 7c는 표 3 및 표 4의 Open Check/Short Check의 사례를 도시한 것이다. 표 3 및 표 4의 설명된 것과 같이, Open Check/Short Check는 Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4 순서로 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가함으로써 수행된다.7A to 7C illustrate examples of the Open Check / Short Check of Tables 3 and 4. As described in Table 3 and Table 4, Open Check / Short Check is performed by applying a short (about a few orders of magnitude) ON pulses in the order Q1 & Q5, Q2 & Q6, Q3 & Q4.
도 7a는 정상 모드인 경우로서, 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)에 ON 펄스를 인가하면, DC 링크 커패시터(150)로부터 ON 상태가 된 상측 소자(Q1)와 변류기(CT3)를 거쳐 AC 모터의 인덕터(코일)I2를 통해 전류가 흐른 다음, 변류기(CT2) 및 하측 소자(Q5)로 전류가 흐르며, 그 결과 DC 링크 커패시터(150) 전압의 변동이 발생한다.FIG. 7A illustrates the normal mode. When the ON pulse is applied to the upper element Q1 and the lower element Q5, the upper element Q1 and the current transformer CT3 are turned on from the
그러나 도 7b에 도시된 것과 같이 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)에 ON 펄스를 인가할 때, 상측 소자(Q2) 또는 하측 소자(Q4)가 Short 고장인 경우에는 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q4) 사이, 또는 상측 소자(Q2)와 하측 소자(Q5) 사이에 암쇼트(Arm Short)가 발생하여 대전류가 흐르면서 DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동이 있고, 변류기(CT1, CT2, CT3)에서는 전류 검출이 안 되며, AC 모터의 인덕터(코일)를 통해 전류가 흐르지 않는다.However, when the ON pulse is applied to the upper element Q1 and the lower element Q5 as shown in FIG. 7B, when the upper element Q2 or the lower element Q4 has a short failure, the upper element Q1 and the lower element Q1 are not. An arm short occurs between the lower element Q4 or between the upper element Q2 and the lower element Q5, and a large current flows, causing a voltage variation of the
그리고 도 7c에 도시된 것과 같이, 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)에 ON 펄스를 인가할 때, 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)가 Open 고장인 경우에는 상하측 소자(Q1, Q2, Q3/Q4, Q5, Q6) 통해 흐르는 전류가 없고, DC 링크 커패시터(150)의 전압 변동도 없다. As shown in FIG. 7C, when the ON pulse is applied to the upper element Q1 and the lower element Q5, the upper and lower elements Q1 when the upper element Q1 and the lower element Q5 have an Open failure. , Q2, Q3 / Q4, Q5, and Q6), and there is no voltage fluctuation of the
도 8은 전력 변환 장치가 전력 변환 장치가 DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)인 경우의 반도체 소자 Open/Short 여부 확인 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a process of checking whether a semiconductor device is open or short when the power converter is a DC / AC inverter, that is, the engine
테스트가 시작되면(S100), 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)에 동시에 ON 펄스를 인가하면 짧은(약 수㎲)의 ON 펄스를 인가한다(S200). 그리고 변류기(CT2, CT3)의 전류 여부를 체크하여 AC 모터로의 통전여부를 확인한다(S300). 확인 결과 변류기(CT2, CT3)의 전류가 확인되면, 상측 소자(Q1)와 하측 소자(Q5)는 정상이라고 판단한다(S400). When the test is started (S100), when the ON pulse is applied to the upper element Q1 and the lower element Q5 at the same time, a short ON pulse is applied (S200). Then, by checking the current of the current transformers CT2 and CT3, it is checked whether the AC motor is energized (S300). As a result of the check, when the currents of the current transformers CT2 and CT3 are confirmed, it is determined that the upper element Q1 and the lower element Q5 are normal (S400).
한편, S300 단계의 체크 결과, 변류기(CT2, CT3)의 전류가 확인되지 않는 경우에는 UC 링크 커패시터(170)의 전압 변동 여부를 확인한다(S500). 확인 결과, UC 링크 커패시터(170)의 전압 변동이 없는 경우에는 상측 소자(Q1) 또는 하측 소자(Q5)가 Open 파손이 있다고 판단하고(S600), UC 링크 커패시터(170)의 전압 변동이 있는 경우에는 상측 소자(Q1) 또는 하측 소자(Q5)가 Short 파손이 있다고 판단한다(S700).On the other hand, when the check result of step S300, if the current of the current transformer (CT2, CT3) is not confirmed, it is checked whether the voltage of the
도 9는 상하측 반도체 소자(Q1, Q2, Q3/Q4, Q5, Q6)의 ON 펄스 인가에 따른 3상 AC 모터 전류 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a three-phase AC motor current waveform according to application of ON pulses of upper and lower semiconductor elements Q1, Q2, Q3 / Q4, Q5, and Q6.
도시된 것과 같이, DC/AC 인버터, 즉 엔진 보조 모터 인버터(130) 또는 선회 모터 인버터(140)의 상측 IGBT(Q1) 및 하측 IGBT(Q5)에 동시에 구동 펄스를 인가하면, A상 전류, 즉 변류기(CT3)에는 AC 모터에 진입하는 방향(+)으로 전류가 흐르고, B상 전류, 즉 변류기(CT2)에는 AC 모터로부터 진출하는 방향(-)으로 전류가 흐 른다(도 7c 참조).As shown, when a driving pulse is simultaneously applied to the upper IGBT Q1 and the lower IGBT Q5 of the DC / AC inverter, that is, the engine
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. The above description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed by the claims below, and all techniques within the scope equivalent thereto will be construed as being included in the scope of the present invention.
101: 배터리 102: 굴삭기 전기 장치
103: 엔진 보조 모터 104: 선회 모터
105: 울트라 커패시터 100: 전력 변환 장치
120: 로직 제어 보드 130: 엔진 보조 모터 인버터
140: 선회 모터 인버터 150: DC 링크 커패시터
160: 울트라 커패시터 컨버터 170: UC 링크 커패시터
Q1, Q2, Q3: 상측 반도체 소자(IGBT)
Q4, Q5, Q6: 하측 반도체 소자(IGBT)
CT, CT1, CT2, CT3: 변류기101: battery 102: excavator electric device
103: engine auxiliary motor 104: swing motor
105: ultracapacitor 100: power converter
120: logic control board 130: engine auxiliary motor inverter
140: swing motor inverter 150: DC link capacitor
160: ultracapacitor converter 170: UC link capacitor
Q1, Q2, Q3: upper semiconductor element (IGBT)
Q4, Q5, Q6: lower semiconductor element (IGBT)
CT, CT1, CT2, CT3: Current Transformers
Claims (6)
상기 전기 시스템 활성화 전에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3) 중 어느 하나 및 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 어느 하나에 순차적 또는 동시에 신호를 인가하는 신호 인가 단계;
상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는지 여부를 체크하는 전류 체크 단계; 및
상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는 경우에 정상으로 판단하여 상기 전기 시스템을 활성화시키고, 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르지 않는 경우에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 적어도 하나의 이상으로 판단하는 이상 판단 단계;
를 포함하고,
상기 신호 인가 단계는,
상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)에 각각 순차적으로 신호를 인가하는 상측 인가 단계; 및
상기 상측 인가 단계에 후속하여 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)에 각각 순차적으로 신호를 인가하는 하측 인가 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법.In a hybrid construction machine having an engine auxiliary motor, a load motor, and an electric system for starting the engine, the plurality of upper semiconductor switches Q1, Q2, Q3 and the plurality of lower semiconductor switches Q4, Q5, Q6 are connected. In the safe driving method of the power conversion device for a hybrid construction machine provided,
Applying a signal sequentially or simultaneously to any one of the upper semiconductor switches (Q1, Q2, Q3) and any one of the lower semiconductor switches (Q4, Q5, Q6) before activation of the electrical system;
A current checking step of checking whether current flows from one end of the power converter to the other end or from the other end of the power converter; And
When the current flows from one end of the power conversion device to the other end or the other end, it is determined to be normal to activate the electrical system, and when the current does not flow from one end of the power conversion device to the other end or the other end, An abnormality determination step of judging at least one or more of the semiconductor switches Q1, Q2 and Q3 and the lower semiconductor switches Q4, Q5 and Q6;
Including,
The signal applying step,
An upper applying step of sequentially applying signals to the upper semiconductor switches Q1, Q2, and Q3, respectively; And
A lower applying step of sequentially applying signals to the lower semiconductor switches Q4, Q5, and Q6 after the upper applying step, respectively.
Safe drive method of a power conversion device for a hybrid construction machine comprising a.
상기 전력 변환 장치는 일단이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타단이 상기 전력 변환 장치의 타단이 울트라 커패시터(UC) 링크 커패시터에 연결되고,
상기 이상 판단 단계는,
상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 UC 링크 커패시터의 충전 또는 방전 여부와 상기 DC 링크 커패시터 전압의 변동 여부를 확인하여 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3) 또는 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 어느 하나의 오픈(Open) 또는 쇼트(Short) 이상으로 판단하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법.The method of claim 1,
One end of the power converter is connected to a DC link capacitor, the other end of the power converter is connected to an ultracapacitor (UC) link capacitor,
The abnormality determination step,
When no current flows from one end to the other end or the other end of the power converter, the upper semiconductor switch Q1, Q2, and Q3 is checked by checking whether the UC link capacitor is charged or discharged and whether the DC link capacitor voltage is changed. Or a lower one or more of the lower semiconductor switches (Q4, Q5, Q6) of the open or short.
상기 전기 시스템 활성화 전에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3) 중 어느 하나 및 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 어느 하나에 순차적 또는 동시에 신호를 인가하는 신호 인가 단계;
상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는지 여부를 체크하는 전류 체크 단계; 및
상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르는 경우에 정상으로 판단하여 상기 전기 시스템을 활성화시키고, 상기 전력 변환 장치의 일단에서 타단 또는 타단에서 일단으로 전류가 흐르지 않는 경우에 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 적어도 하나의 이상으로 판단하는 이상 판단 단계;
를 포함하고,
상기 신호 인가 단계는,
상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중에서 각각 하나씩 선택한 후, 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치에 동시에 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법.In a hybrid construction machine having an engine auxiliary motor, a load motor, and an electric system for starting the engine, the plurality of upper semiconductor switches Q1, Q2, Q3 and the plurality of lower semiconductor switches Q4, Q5, Q6 are connected. In the safe driving method of the power conversion device for a hybrid construction machine provided,
Applying a signal sequentially or simultaneously to any one of the upper semiconductor switches (Q1, Q2, Q3) and any one of the lower semiconductor switches (Q4, Q5, Q6) before activation of the electrical system;
A current checking step of checking whether current flows from one end of the power converter to the other end or from the other end of the power converter; And
When the current flows from one end of the power conversion device to the other end or the other end, it is determined to be normal to activate the electrical system, and when the current does not flow from one end of the power conversion device to the other end or the other end, An abnormality determination step of judging at least one or more of the semiconductor switches Q1, Q2 and Q3 and the lower semiconductor switches Q4, Q5 and Q6;
Including,
The signal applying step,
After selecting each one of the upper semiconductor switch (Q1, Q2, Q3) and the lower semiconductor switch (Q4, Q5, Q6), the signal is applied to the selected upper semiconductor switch and the selected lower semiconductor switch simultaneously. Safe driving method of power converter for hybrid construction machinery.
상기 전력 변환 장치는 일단이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타단이 상기 엔진 보조 모터 또는 상기 부하 모터에 연결되고,
상기 이상 판단 단계는,
상기 엔진 보조 모터 또는 상기 부하 모터에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 DC 링크 커패시터 전압의 변동 여부를 확인하여 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치 또는 상기 선택된 상측 반도체 스위치와 상기 선택된 하측 반도체 스위치와 연결된 상측 반도체 스위치와 하측 반도체 스위치의 오픈(Open) 또는 쇼트(Short) 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법.The method of claim 3,
The power conversion device is connected at one end to the DC link capacitor and at the other end to the engine auxiliary motor or the load motor;
The abnormality determination step,
When the current does not flow in the engine auxiliary motor or the load motor, the DC link capacitor voltage is checked to determine whether the selected upper semiconductor switch and the selected lower semiconductor switch or the selected upper semiconductor switch and the selected lower semiconductor switch A method for safely driving a power conversion device for a hybrid construction machine, characterized in that it is determined as more than an open or a short of the connected upper semiconductor switch and the lower semiconductor switch.
상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6) 중 적어도 하나의 이상으로 판단되는 경우, 상기 전력 변환 장치와 울트라 커패시터(UC) 링크 커패시터와 연결하지 않거나, 상기 상측 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3)와 상기 하측 반도체 스위치(Q4, Q5, Q6)에 게이트 구동 펄스 신호를 인가하지 않는 안전 구동 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계용 전력 변환 장치의 안전 구동 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
If it is determined that at least one or more of the upper semiconductor switch (Q1, Q2, Q3) and the lower semiconductor switch (Q4, Q5, Q6) is not connected to the power converter and the ultra capacitor (UC) link capacitor, Safe driving step of not applying a gate driving pulse signal to the upper semiconductor switch (Q1, Q2, Q3) and the lower semiconductor switch (Q4, Q5, Q6)
Safe drive method of the power conversion device for a hybrid construction machine further comprising.
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