KR102045227B1 - 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터-인버터 구동시스템에 관한 것으로, 상기 발명은 3상 전류값을 이용하여 모터와 인버터 사이를 연결하는 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 고장검출 기능 처리부; 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보를 이용하여 상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단하기 위한 인버터 운전상태 판단부; 및 상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, 상기 인버터 운전상태 판단부에 의해 활성화되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하기 위한 예외조건 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 현재 시스템의 상태를 정확하게 진단하도록 함으로써 ISO26262(자동차 기능안전성 표준)에 대응하는 기능안전성을 확보할 수 있다.

Description

모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법{Motor-inverter driving system and its operating method}
본 발명은 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 모터와 인버터 사이에 연결되는 3상 전력케이블의 고장여부를 검출하기 위한 EV/HEV(Electric/Hybrid Electric Vehicle)용 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량과 전기자동차용 모터-인버터 구동시스템은 모터와 인버터 사이에 연결되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위해 다음과 같이 동작한다. 모터-인버터 구동시스템은 모터 상 전류인 지령전류의 벡터크기가 특정 값 이상일 때, 단선고장 검출 기능은 동작하고, 아닐 경우 단선고장 검출 기능을 초기화 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단선고장 검출은 지령전류의 벡터크기가 특정 값 이상의 크기이고, 상 전류의 크기가 고장검출 전류범위를 고장 검출 확정시간 동안 벗어나지 못하면 케이블 단선 고장으로 인지한다.
그러나 이러한 종래 모터-인버터 구동시스템의 단선고장 검출기능은 저속에서 단선고장의 검출이 용이하지 않은 어려움을 가지고 있고, 또한 인휠(in-wheel) 모터에 적용되는 경우 모터속도 급변 시 단선고장으로 인식하는 오 검출 발생 가능성을 가지고 있다.
1.KR 10-2010-0127592 A
본 발명의 목적은 모터-인버터 사이의 3상 전력케이블의 단선고장을 보다 정확하고 신뢰성 있게 검출할 수 있는 소프트웨어적 수단을 도입하여 현재 시스템의 상태를 정확하게 진단하도록 함으로써 ISO26262(자동차 기능안전성 표준)에 대응하는 기능안전성을 확보할 수 있는 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 모터-인버터 구동시스템은 3상 전류값을 이용하여 모터와 인버터 사이를 연결하는 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 고장검출 기능 처리부; 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보를 이용하여 상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단하기 위한 인버터 운전상태 판단부; 및 상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, 상기 인버터 운전상태 판단부에 의해 활성화되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하기 위한 예외조건 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인버터 운전상태 판단부는, 상기 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 상기 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보에 의해 상기 전류센서가 정상인 것으로 판단한 경우, 상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화할 수 있다.
상기 예외조건 판단부는, 상기 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 상기 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 활성화되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작을 유지할 수 있다.
상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능 및 상기 예외조건 판단부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부의 판단은, 각 상별로 수행될 수 있다.
상기 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태를 상기 인버터 운전상태 판단부로 제공하고, 상기 상 전류지령 정보를 상기 예외조건 판단부로 제공하며, 인버터의 전류제어기능을 수행하기 위한 전류제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 모터의 속도 정보를 상기 예외조건 판단부로 제공하고, 상기 3상 전류값을 상기 고장검출 기능 처리부로 제공하기 위한 센싱부를 더 포함할 수 있다.
상기 고장검출 기능 처리부에 의해 검출되는 3상 케이블의 단선고장의 검출결과에 대응하여 사전에 정해진 동작을 수행하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보를 상기 인버터 운전상태 판단부로 제공하기 위한 고장처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 모터-인버터 구동시스템의 운용방법은, 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보가 입력되는 경우, 그 입력되는 정보를 이용하여 인버터의 운전상태를 파악하고, 그 파악한 결과에 대응하여 3상 전류값을 이용한 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단하는 단계; 상기 입력되는 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 상기 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 파악하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보에 의해 전류센서가 정상인 것으로 파악한 경우, 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 하는 단계; 및 상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, 상기 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 모터-인버터 구동시스템의 운용방법은, 상기 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 상기 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 것으로 판단한 경우 상기 3상 전류값의 절대값이 사전에 정해진 단선고장검출 레벨 보다 작은지 판단 하는 단계; 및 상기 3상 전류값의 절대값이 상기 단선고장 검출 레벨 보다 작다고 판단한 경우 고장검출 카운터를 증가시키고, 그 증가되는 고장검출 카운터가 사전에 정해진 고장확정 카운터 설정값 보다 큰 경우 상기 3상 케이블의 고장의 검출을 확정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 하는 단계와, 상기 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하는 단계는 각 상별로 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 모터-인버터 사이의 3상 전력케이블의 단선고장을 보다 신뢰성 있게 검출할 수 있고, 고장진단 가능한 속도영역을 확대하도록 인버터 운전상태 판단부 및 예외조건 판단부와 같은 소프트웨어적 수단을 도입하여 현재 시스템의 상태를 정확하게 진단하도록 함으로써 ISO26262(자동차 기능안전성 표준)에 대응하는 기능안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 단선고장 검출을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템의 동작을 설명하기 위한 제어 절차도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템이다. 도 2를 참조하면 본 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템은 고장검출 기능 처리부(130), 인버터 운전상태 판단부(110), 예외조건 판단부(150), 전류제어부(210), 센싱부(230) 및 고장처리부(250)를 포함할 수 있다.
고장검출 기능 처리부(130)는 3상 전류값을 이용하여 모터와 인버터 사이를 연결하는 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 블록이다.
인버터 운전상태 판단부(110)는 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 상 전류의 감지를 위한 전류센서의 정상 동작여부를 파악하여, 고장검출 기능 처리부(130)에 의해 수행되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 활성화 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 인버터 운전상태 판단부(110)는, 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고 상기 전류센서의 고장상태 정보에 의해 상기 전류센서가 정상인 것으로 판단한 경우, 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 할 수 있다.
예외조건 판단부(150)는 상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여 인버터 운전상태 판단부(110)에 의해 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작 및 일시정지 여부를 제어한다.
전류제어부(210)는 모터의 구동을 위한 인버터의 전류제어기능을 수행하는 기능블록으로, 케이블 단선검출을 위해 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태를 인버터 운전상태 판단부(110)로 제공하고, 상 전류지령 정보를 예외조건 판단부(150)로 제공할 수 있다.
센싱부(230)는 인버터 동작을 위한 각종 정보를 센싱하는 기능블록으로, 모터의 속도 정보를 예외조건 판단부(150)로 제공하고, 3상 전류값을 고장검출 기능 처리부(130)로 제공한다.
고장처리부(250)는 인버터의 각종 고장정보를 처리하는 기능블록으로, 전류센서의 고장상태 정보를 인버터 운전상태 판단부(110)로 제공하고, 고장검출 기능 처리부(130)에 의해 검출되는 3상 케이블의 단선고장 검출결과에 대응하여 사전에 정해진 동작을 수행한다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템의 운용방법에 대해 설명한다.
전력케이블 단선검출의 기본원리는 케이블에 전류가 흐를 수 있는 조건이 주어졌을 때, 전류가 흐르지 않으면 단선으로 판단하는 것이다.
먼저, 모터-인버터 구동시스템은 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보가 입력되는 경우, 그 입력되는 정보를 이용하여 인버터의 운전상태를 파악하고, 그 파악한 결과에 대응하여 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단한다(S210).
즉, 인버터의 현재 동작 상황이 모터로 전류를 공급할 수 있는 상황인지의 여부를 판단하여 3상 전력케이블 단선검출기능의 동작여부를 결정할 수 있다.
S210단계에 의해, 모터-인버터 구동시스템은 입력되는 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 전류제어기 및 PWM모듈 중 적어도 하나가 정상적으로 동작하지 않은 것으로 파악하거나 전류센서의 고장상태 정보에 의해 전류센서가 고장난 것으로 파악한 경우, 3상 전류값을 이용한 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 비활성화 하는 것으로 판단한다.
이와 같이 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 비활성화 하는 것으로 판단한 경우, 모터-인버터 구동시스템은 고장검출 카운터를 초기화하고(S215) 본 제어절차를 종료한다.
S210단계에 의해, 모터-인버터 구동시스템은 입력되는 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 파악하고, 전류센서의 고장상태 정보에 의해 전류센서가 정상인 것으로 파악한 경우, 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화한다.
이와 같이 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 하는 것으로 판단한 경우, 모터-인버터 구동시스템은 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화시킨다.
인버터 운전상태가 정상으로 판단되면, 3상 케이블 단선고장 검출기능이 동작한다. 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능은 각 상별로 독립적으로 수행될 수 있다.
모터-인버터 구동시스템은 상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, S210단계의 판단결과에 의해 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단한다(S220).
3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능이 각 상별로 수행되는 것에 대응하여 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하는 것도 각 상별로 수행될 수 있다.
S220단계에서, 모터-인버터 구동시스템은 입력되는 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 입력된 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 지 판단하는 것에 의해, 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단할 수 있다.
S220단계에 의해, 입력되는 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 이하이거나, 입력된 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 이상인 것으로 판단된 경우, 모터-인버터 구동시스템은 본 실시예에 따른 제어절차를 종료함으로써, 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능을 일시 중단 시킬 수 있다.
S220단계에 의해, 입력되는 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 입력된 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 것으로 판단된 경우, 모터-인버터 구동시스템은 3상 전류값의 절대값이 사전에 정해진 단선고장검출 레벨 보다 작은지 판단한다(S230).
S230단계의 판단결과, 3상 전류값의 절대값이 사전에 정해진 단선고장검출 레벨 이상인 것으로 판단한 경우, S215단계에 의해 고장검출 카운터를 초기화시키고, 본 제어절차를 종료한다.
S230단계의 판단결과, 3상 전류값의 절대값이 사전에 정해진 단선고장검출 레벨 보다 작다고 판단한 경우 고장검출 카운터를 증가시키고(S240), 증가되는 고장검출 카운터가 사전에 정해진 고장확정 카운터 설정값 보다 큰 경우(S250), 3상 케이블의 고장의 검출을 확정하여(S260), 본 제어절차를 종료한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법은 모터-인버터 사이의 3상 전력케이블의 단선고장을 보다 신뢰성 있게 검출할 수 있고, 고장진단 가능한 속도영역을 확대하도록 인버터 운전상태 판단부 및 예외조건 판단부와 같은 소프트웨어적 수단을 도입하여 현재 시스템의 상태를 정확하게 진단하도록 함으로써 ISO26262(자동차 기능안전성 표준)에 대응하는 기능안전성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터-인버터 구동시스템 및 그 운용방법은 위에서 설명한 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 실시예의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
110: 인버터 운전상태 판단부
130: 고장검출 기능 처리부
150: 예외조건 판단부
210: 전류제어부
230: 센싱부
250: 고장처리부

Claims (10)

  1. 모터-인버터 구동시스템으로서,
    3상 전류값을 이용하여 모터와 인버터 사이를 연결하는 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 고장검출 기능 처리부;
    모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보를 이용하여 상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단하기 위한 인버터 운전상태 판단부; 및
    상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, 상기 인버터 운전상태 판단부에 의해 활성화되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하기 위한 예외조건 판단부를 포함하며,
    상기 인버터 운전상태 판단부는, 상기 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 상기 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보에 의해 상기 전류센서가 정상인 것으로 판단한 경우, 상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화하며,
    상기 예외조건 판단부는, 상기 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 상기 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 활성화되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작을 유지하며,
    상기 모터-인버터 구동시스템은, 상기 3상 전류값의 절대값이 상기 단선고장 검출 레벨 보다 작다고 판단한 경우 고장검출 카운터를 증가시키고, 그 증가되는 고장검출 카운터가 사전에 정해진 고장확정 카운터 설정값 보다 큰 경우 상기 3상 케이블의 고장의 검출을 확정하는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고장검출 기능 처리부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능 및 상기 예외조건 판단부에 의해 수행되는 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부의 판단은, 각 상별로 수행되는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태를 상기 인버터 운전상태 판단부로 제공하고, 상기 상 전류지령 정보를 상기 예외조건 판단부로 제공하며, 인버터의 전류제어기능을 수행하기 위한 전류제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모터의 속도 정보를 상기 예외조건 판단부로 제공하고, 상기 3상 전류값을 상기 고장검출 기능 처리부로 제공하기 위한 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고장검출 기능 처리부에 의해 검출되는 3상 케이블의 단선고장의 검출결과에 대응하여 사전에 정해진 동작을 수행하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보를 상기 인버터 운전상태 판단부로 제공하기 위한 고장처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템.
  8. 모터의 구동을 위한 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태와 전류센서의 고장상태 정보가 입력되는 경우, 그 입력되는 정보를 이용하여 인버터의 운전상태를 파악하고, 그 파악한 결과에 대응하여 3상 전류값을 이용한 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능의 활성화 여부를 판단하는 단계;
    상기 입력되는 전류제어기 및 PWM모듈의 동작상태에 의해 상기 전류제어기 및 PWM모듈이 정상적으로 동작하는 것으로 파악하고, 상기 전류센서의 고장상태 정보에 의해 전류센서가 정상인 것으로 파악한 경우, 상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 하는 단계; 및
    상 전류의 지령 정보 및 모터의 속도 정보를 이용하여, 상기 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 상 전류의 지령정보의 절대값이 사전에 정해진 유효 전류지령레벨 보다 크면서, 상기 모터의 속도 정보에 의해 계산되는 모터의 가속도의 절대값이 사전에 정해진 유효 가속도레벨 보다 작은 것으로 판단한 경우 상기 3상 전류값의 절대값이 사전에 정해진 단선고장검출 레벨 보다 작은지 판단 하는 단계; 및
    상기 3상 전류값의 절대값이 상기 단선고장 검출 레벨 보다 작다고 판단한 경우 고장검출 카운터를 증가시키고, 그 증가되는 고장검출 카운터가 사전에 정해진 고장확정 카운터 설정값 보다 큰 경우 상기 3상 케이블의 고장의 검출을 확정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템의 운용방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 3상 케이블의 단선고장을 검출하기 위한 기능을 활성화 하는 단계와, 상기 활성화되는 3상 케이블의 단선고장을 검출하는 기능의 동작의 유지 여부를 판단하는 단계는 각 상별로 수행되는 것을 특징으로 하는 모터-인버터 구동시스템의 운용방법.
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