KR102164000B1 - 전동차용 전력변환 시스템 - Google Patents

전동차용 전력변환 시스템 Download PDF

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마사미 이시카와
요시나리 무라야마
타로 요시다
켄지 후루사와
미쯔토시 무라오카
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Abstract

본 발명은 인버터 회로가 정지한 상태에서 모터/제너레이터에 의한 브레이크 토크의 발생을 억제한다. 본 발명은 직류 전원에 접속되어서 직류전압을 승압하는 승압회로, 승압회로에 의해 승압된 승압전압을 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터에 출력하는 인버터 회로, 승압회로 및 인버터 회로를 제어하는 제어장치를 포함하고, 제어장치는 인버터 회로가 정지한 후승압회로를 제어하고, 승압회로에 의한 승압전압을 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압 이상으로 하는 승압 제어부를 포함한다.

Description

전동차용 전력변환 시스템{POWER CONVERSION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 전동차에 이용할 수 있는 전동차용 전력변환 시스템에 관한 것이다.
도 3 에 도시한 바와 같이, 엔진과 모터/제너레이터(motor/generator)가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)를 포함하는 전동차량(예를 들면, 하이브리드 자동차)에서는 모터/제너레이터의 과열 고장과 같은 고장 등에 의해 인버터(inverter)가 정지하여 모터 구동 시스템이 정지되는 경우가 발생한다.
이와 같이, 모터 구동 시스템이 정지한 상태에서 엔진 단독으로 차량운전을 계속하면, 모터/제너레이터가 엔진에 의해 회전하여 회전 수에 따른 유기 전압이 발생하고, 인버터 회로의 환류 다이오드에 의해 주 회로 전극의 양단에 정류된 유기 전압이 인가된다.
또, 도 4 및 도 5 에 도시한 바와 같이, 트랜스미션과 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)를 포함하는 전동차량(예를 들면 하이브리드 자동차나 전기 자동차)에 있어서도, 모터/제너레이터의 과열 고장과 같은 고장 등에 의해 인버터 회로가 정지하여 모터 구동 시스템이 정지되는 경우가 발생한다.
이와 같이, 모터 구동 시스템이 정지한 상태에서 견인 차량 등에 의해 전동 차량이 견인되면, 모터/제너레이터가 트랜스미션에 의해 회전되어 회전 수에 따른 유기 전압이 발생하고, 인버터 회로의 환류 다이오드에 의해 주 회로 전극의 양단에 정류된 유기 전압이 인가된다.
그러나, 이러한 경우에 직류 전원으로부터의 직류전압을 승압하는 승압 회로의 출력 단, 즉 인버터 회로의 출력 단의 전압 값이 상기 정류된 유기 전압보다도 작을 경우(예를 들면, 모터/제너레이터가 고속 회전하고 있는 경우)에는 그 전압 차이와 폐회로의 저항 성분에 의해 정해지는 회생 전류가 흐르고, 모터/제너레이터에 의해 브레이크 토크(breaking torque)가 걸린다.
한편, 특허문헌 1에 도시한 바와 같이, 모터 구동 시스템이 동작하고 있는 상태, 즉, 인버터 회로가 동작하고 있는 상태에서는 모터/제너레이터의 구동 전압(즉, 모터 필요 전압)보다도 승압 회로의 승압 전압이 크도록 제어하나, 인버터 회로가 정지한 상태에서 승압 전압을 제어하는 것은 아니다.
일본특허공개공보 특개2006-320039호
본 발명의 실시 예는 인버터 회로가 정지한 상태에서 모터/제너레이터에 의한 브레이크 토크의 발생을 억제한다.
본 발명에 따른 전동차용 전력변환 시스템은 직류 전원에 접속되고, 상기 직류 전원으로부터의 직류전압을 승압하는 승압 회로 상기 승압 회로에 의해 승압된 승압전압을 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터에 출력하는 인버터 회로 및 상기 승압 회로 및 상기 인버터 회로를 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 인버터 회로가 정지한 후에 상기 승압 회로를 제어하고, 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압 이상으로 하는 승압 제어부를 포함한다.
또, 본 발명에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 제어장치는 직류 전원에 접속되고, 상기 직류 전원으로부터의 직류전압을 승압하는 승압 회로 및 상기 승압 회로에 의해 승압된 승압 전압을 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터에 출력하는 인버터 회로를 구비하는 전동차용 전력변환 시스템의 제어장치로서, 상기 인버터 회로가 정지한 후에 상기 승압 회로를 제어하고, 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압 이상으로 하는 승압 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 제어 프로그램은 직류 전원에 접속되고, 상기 직류 전원으로부터의 직류전압을 승압하는 승압 회로 및 상기 승압 회로에 의해 승압된 승압 전압을 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터에 출력하는 인버터 회로를 구비하는 전동차용 전력변환 시스템의 제어 프로그램으로서, 상기 인버터 회로가 정지한 후에 상기 승압 회로를 제어하고, 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압 이상으로 하는 승압 제어부의 기능을 컴퓨터에 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압은 모터/제너레이터에의해 생기는 교류 유기 전압이 인버터 회로의 환류 다이오드 브릿지를 통해 정류된 직류 유기 전압이다.
이와 같은 전동차용 전력변환 시스템, 그 제어장치 또는 그 제어 프로그램에 의하면, 인버터 회로의 정지 상태에서 승압 회로에 의한 승압 전압을 모터/제너레이터에 의해 생기는 유기 전압 이상으로 하므로, 모터/제너레이터로부터의 회생 전류를 제로로 할 수 있고, 모터/제너레이터에 의한 브레이크 토크의 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라, 엔진 단독으로 차량을 운전하는 경우나 견인 차에 의해 견인될 경우 모터/제너레이터에 의한 브레이크 토크를 제거하기 위한 불필요한 에너지 소비를 피할 수 있고, 차량 주행 성능 저하를 방지할 수 있다.
여기서, 상기 승압 제어부는 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 미리 측정된 상기 모터/제너레이터의 최대 회전수일 때 발생하는 유기 전압 이상으로 할수 있다.
특히, 상기 승압 제어부는 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 최대 회전수일 때 발생하는 유기 전압 이상의 일정 값으로 할 수 있다. 그러면, 비교적 쉽게 제어 장치에 장착할 수 있다.
또한, 승압 전압을 최대 회전수일 때 발생하는 유기 전압 이상의 일정 값으로 하는 경우 용이하게 제어할 수 있으나, 승압 회로를 구성하는 전력 반도체로 이루어지는 하부 암의 상대적으로 큰 온(ON) 듀티 값에 의한 스위칭이 상기 제어 적용 시간 중에 계속되어 하부 암에 손실이 발생할 수 있다.
상기한 바와 같이 승압 전압을 최대 회전수일 때 발생하는 유기 전압 이상의 일정 값으로 하는 경우 하부 암에 열 부담이 집중된다. 따라서, 상기 승압 제어부는 상기 승압 회로에 의한 승압 전압을 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 미리 측정된 상기 모터/제너레이터의 회전수 별로 발생하는 유도 전압 이상이 되도록 상기 모터/제너레이터의 회전수마다 설정할 수 있다.
이 경우 모터/제너레이터의 회전수마다 발생하는 유기 전압에 따라 승압 전압을 필요한 값으로 필요한 타이밍에서 승압하므로, 하부 암의 열 부담을 감소시킬 수 있다.
모터/제너레이터의 회전수마다 승압 전압을 제어하는 구체적인 실시의 형태로 상기 제어장치가 미리 측정된 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 상기 모터/제너레이터의 회전 수 별 유도 전압을 이용하고, 상기 모터/제너레이터의 회전수마다 설정된 설정 승압 전압을 나타내는 설정 승압 전압-회전수 데이터를 저장하는 설정용 전압 데이터 격납부를더 포함하고, 상기 승압 제어부는 상기 인버터 회로가 정지한 후의 상기 모터/제너레이터의 회전 수를 나타내는 회전수 데이터와 상기 설정용 전압 데이터 격납부에 저장된 설정 승압 전압-회전수 데이터로부터 구해진 설정 승압 전압이 되도록 상기 승압 회로를 제어할 수 있다.
본 발명은 인버터 회로가 정지한 상태에서 승압 회로에 의한 승압 전압을 모터/제너레이터에 의해 발생하는 유기 전압 이상으로 하고 있으므로, 모터/제너레이터로부터의 회생 전류를 제로로 할 수 있고, 모터/제너레이터에 의한 브레이크 토크 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 회로 구성을 도시한 도면.
도 2는 동실시예에 따른 설정 승압전압-회전수의 관계식을 나타내는 모식도.
도 3은 종래의 엔진 및 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)의 예를 도시한 도면.
도 4는 종래의 트랜스미션 및 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)의 예를 도시한 도면(하이브리드 자동차).
도 5는 종래의 트랜스미션 및 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)의 예를 도시한 도면(전기 자동차).
도 6은 변형 실시예에 따른 복수개의 승압 회로를 병렬 접속한 회로 구성을 도시한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에 본발명 에 따른 전동차용 전력변환 시스템의 일실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 전동차용 전력 변환 시스템(100)은 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 전동차에 탑재되고, 모터/제너레이터(motor/generator)(5)를 역행 운전 또는 회생 운전한다.
한편, 본 실시예의 전동차는 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 엔진과 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치(Power train)를 포함하는 전동차 또는 트랜스미션과 모터/제너레이터가 기계적으로 분리되지 않는 구성의 동력 전달 장치를 포함하는 전동차일 수 있다.
전동차용 전력 변환 시스템(100)은 도 1 에 도시한 바와 같이, 직류 주 전원(2)으로부터의 직류 전압을 승압 회로(3)에 의해 승압하여 인버터 회로(4)에 의해 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터(5)에 출력하는 역행 동작과, 모터/제너레이터(5)로부터의 회생 전력을 인버터 회로(4) 및 승압 회로(3)를 통해 직류 주 전원(2), 차량의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 공급하는 회생 동작을 수행한다.
구체적으로, 전동차용 전력 변환 시스템(100)은 직류 주 전원(2)(예를 들면, 48V의 리튬 이온 배터리), 상기 직류 주 전원(2)의 양 출력 단자에 각각 접속되어 전기회로의 개폐를 수행하는 전기 회로 스위치(DC contactor)(8), 상기 각 전기 회로 스위치(8) 사이에 설치된 제1 평활 콘덴서(직류 링크 콘덴서)(9), 상기 제1 평활 콘덴서(9)을 통해 접속되고, 차량의 각 보조기기(예를 들면, 전동 파워 스티어링, 에어컨(air conditioner), ECU 등)(6) 및 직류 보조 전원(예를 들면, 12V/24V 배터리)(7)에 전력을 공급하는 보조 기기류 전력계통(S1), 상기 제1 평활 콘덴서(9)를 통해 상기 보조 기기류 전력계통(S1)과 병렬로 접속되고, 모터/제너레이터(5)를 역행 운전 또는 회생 운전시키는 모터 구동 전력계통(S2)을 포함한다.
한편, 제1 평활 콘덴서(9)는 모터 구동 전력계통(S2)에 포함된다. 그리고, 보조 기기류 전력계통(S1)은 DC/DC 컨버터(10)를 더 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터(10)의 양 출력 단에는 차량의 각 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)이 병렬로 접속된다.
모터 구동 전력계통(S2)은 직류 주 전원(2)으로부터의 직류전압에 대한 전압변환을 수행하는 승압 회로(3), 상기 승압 회로(3)로부터 출력되는 직류전압을 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터(5)에 출력하는 인버터 회로(4)를 포함한다.
승압 회로(3)는 IGBT나 MOSFET 등의 전력반도체(31a, 3lb), 리액터(32) 및 제2 평활 콘덴서(33)를 포함한다. 구체적으로, 승압 회로(3)는 직접 접속된 전력반도체로 이루어지는 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)을 포함하고, 상부 암(31a)의 반도체 단자(예를 들면, 콜렉터 단자 또는 드레인 단자)에 인버터 회로(4)의 양극 입력단자가 접속되고, 하부 암(3lb)의 반도체 단자(예를 들면, 이미터 단자 또는 소스 단자)에 직류 주 전원(2)의 음극단자가 접속되어 있다.
또, 상부 암(31a)의 반도체 단자와 하부 암(3lb)의 반도체 단자 사이, 즉 승압 회로(3)의 출력 단에는 제2 평활 콘덴서(33)가 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)에 대해 병렬로 접속되어 있다.
또한, 상부 암(31a)의 다른 쪽의 단자(이미터 단자 또는 소스 단자)와 하부 암(3lb)의 다른 쪽의 단자(콜렉터 단자 또는 드레인 단자) 사이(직렬접속 점)에 리액터(32)의 일측 단자가 접속되는 동시에, 상기 리액터(32)의 타측 단자가 직류 주전원(2)의 양극단자에 접속되어 있다.
한편, 상기 승압 회로(3)의 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)은 환류 다이오드를 반대방향으로 병렬 접속하여 구성할 수도 있다.
이와 같은 승압 회로(3)에는 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)을 구동하기 위한 구동 회로(34)가 배치된다. 구동 회로(34)에 의해 상부 암(31a) 및 하부 암(3lb)을 일정 듀티 비로 교대로 스위칭시킴으로써 리액터(32)를 충방전하여 역행 방향(승압) 및 회생 방향(강압)으로 전력을 전달한다.
한편, 구동 회로(34)는 후술하는 제어장치(11)의 승압 회로 제어부(111)로부터 구동 명령신호(제어신호)를 입력받는다.
또, 승압 회로(3)에 배치된 제2 평활 콘덴서(33)는 인버터 회로(4)의 입력단에 대한 평활 콘덴서로 기능한다. 즉, 승압회로(3)와 인버터 회로(4)는 제2 평활 콘덴서(33)를 공용으로 한다.
인버터 회로(4)는 IGBT나 MOSFET 등의 전력반도체로 이루어지는 3개의 스위칭 회로를 병렬 접속하여 구성된 3상의 브리지 회로(도시하지 않음) 및 이들 각 스위칭 회로의 전력반도체(상부 암 및 하부 암)을 구동 하기 위한 구동 회로(도시하지 않음)를 포함한다. 한편, 구동 회로는 후술하는 제어장치(11)의 인버터 회로 제어부(112)로부터 구동 명령신호(제어신호)를 입력받는다.
상기와 같이 구성된 보조기기류 전력계통(S1) 및 모터 구동 전력계통(S2)은 제어장치(11)에 의해 제어된다. 제어장치(11)는 전동차의 운전에 필요한 역행ㅇ회생 전력제어를 하기 위해 통괄 컨트롤러(예를 들면 상위 ECU)로부터 요구되는 운전 명령에 따라 승압회로(3)와 인버터 회로(4)와의 최적의 전력연계를 취하면서 각 전력반도체 구동 명령신호를 생성하고, 해당 전력반도체 구동 명령신호를 스위칭 명령으로 하여 각 구동 회로에 전달한다.
이에 따라, 전동차용 전력변환 시스템(100)은 직류 주전원(2)으로부터의 직류전압을 승압회로(3)에 의해 승압하여 인버터 회로(4)에 의해 교류 전압으로 변환하고, 모터/제너레이터(5)에 출력하는 역행 동작과, 모터/제너레이터(5)로부터의 회생 전력을 인버터 회로(4) 및 승압회로(3)를 통해 직류 주전원(2), 차량의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 공급하는 회생 동작을 수행한다.
한편, 제어장치(11)는 승압회로(3) 및 인버터 회로(4) 각각에 대응하여 물리적으로 분리시키거나, 부품수 삭감의 비용 삭감을 위해 공용화 및일체화할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 제어장치(11)는 모터 구동 시스템의 고장 검출에 수반되는 인버터 회로(4)의 정지 직후에 승압회로(3)를 제어하고, 승압회로(3)에 의한 승압전압(Vboost)을 모터/제너레이터(5)가 외력을 받아 회전함으로써 발생하는 유기 전압(Vinduced) 이상으로 하는 승압 제어 기능을 가진다. 여기서, 유기 전압(Vinduced)은 인버터 회로(4)의 환류 다이오드 브릿지를 통해 정류되어 생성되는 직류 유기 전압이다.
구체적으로, 제어장치(11)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 변환기 등을 구비한 전용 내지 범용의 컴퓨터 회로이며, 메모리에 저장된 제어 프로그램에 따라 상술한 승압회로 제어부(111) 및 인버터 회로 제어부(112) 이외에 승압 제어부(113), 설정용 전압 데이터 격납부(114), 회전수 검출부(115) 등의 기능을 수행한다.
승압 제어부(113)는 인버터 회로(4)가 정지한 직후에 승압회로(3)를 제어하고, 승압회로(3)에 의한 승압전압(Vboost)을 모터/제너레이터(5)가 외력을 받아 회전함으로써 발생하는 유기 전압(Vinduced) 이상으로 한다.
승압 제어부(113)는 인버터 회로 제어부(112)를 구성하는 시스템 고장 검출 회로로부터 시스템 고장 검출 신호를 취득하고, 승압회로(3)로부터 출력되는 설정 승압전압(Vboost_set)을 설정하고, 상기 설정 승압전압(Vboost_set)을 출력하도록 승압회로(3)를 제어한다.
여기서, 승압제어부(113)는 승압회로(3) 및 인버터 회로(4) 사이에 설치되고, 평활 콘덴서(33)의 단자간 전압(즉, 승압전압(Vboost))을 검출하는 전압 검출부(12)로부터 전압 검출 신호를 전달받고, 검출된 단자간 전압(즉, 승압전압(Vboost))이 설정 승압 전압(Vboost_set)이 되도록 제어한다. 한편, 구체적인 제어 내용은 후술한다.
설정용 전압 데이터 격납부(114)는 설정 승압전압(Vboost_set)을 설정하기 위한 설정용 전압 데이터를 저장한다. 본 실시예의 설정용 전압 데이터는 인버터 회로(4)의 정지 상태에서 미리 측정 된 동회전 상태의 모터/제너레이터(5)에 발생하는 회전수 별 유기 전압(Vboost)에 근거하여 설정된 설정 승압전압(Vboost_set)을 나타내는 데이터이다.
보다 상세하게는, 설정 승압전압(Vboost_set)은 모터/제너레이터(5)의 각 회전수에 대해 실측된 유기 전압(Vboost)보다도 큰 값으로 설정되며, 설정용 전압 데이터는 모터/제너레이터(5)의 회전수와 설정 승압전압(Vboost_set)과의 관계를 나타내는 설정 승압전압-회전수 데이터이다(도 2 참조).
회전수 검출부(115)는 모터/제너레이터(5)로부터 취득되는 로터(rotor) 위치 검출 신호로부터 회전수를 연산한다.
그리고, 설정용 전압 데이터 및 회전수 데이터를 이용하여 승압 제어부(113)는 다음과 같이 승압 회로(3)를 제어한다.
먼저, 인버터 회로 제어부(112)의 시스템 고장 검출 회로는 모터/제너레이터(5)의 과열 고장과 같은 고장 등을 시스템 고장으로 검출한다. 그러면, 인버터 회로 제어부(112)는 인버터 회로(4)에 3상 전체의 상하부 암을 오프(OFF) 시키는 인버터 정지 명령(OFF신호)을 출력한다. 이때, 승압제어부(113)는 인버터 회로 제어부(112)의 시스템 고장 검출 회로로부터 시스템 고장 검출 신호를 전달받는다.
그리고, 시스템 고장 검출 신호를 전달받은 승압 제어부(113)는 회전수 검출부(115)로부터 모터/제너레이터(5)의 회전수 데이터를 취득하는 동시에, 설정용 전압 데이터 격납부(114)로부터 설정 승압전압-회전수 데이터를 취득하고, 이들 데이터로부터 모터/제너레이터(5)의 실제 회전수에 대응하는 설정 승압전압(Vboost_set)을 설정한다.
그리고, 승압제어부(113)는 산출된 설정 승압전압(Vboost_set) 및 전압 검출부(12)로부터 취득한단자간 전압(즉, 승압전압(Vboost))에 따라 승압회로 제어부(111)를 통해 승압회로(3)가 상기 설정 승압전압(Vboost_set)을 출력하도록 제어한다.
이러한 전동차용 전력변환 시스템(100)은 인버터 회로(4)의 정지 상태에서 승압회로(3)에 의한 승압전압(Vboost)을모터/제너레이터(5)에 의해 발생하는 유기 전압(Vinduced) 이상으로 하고 있으므로, 모터/제너레이터(5)로부터의 회생 전류를 제로로 할 수 있고, 모터/제너레이터(5)에 의한 브레이크 토크 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라, 엔진 단독으로 차량을 운전하는 경우나 견인 차에 의해 견인될 경우 모터/제너레이터(5)에 의한 브레이크 토크를 제거하기 위한 불필요한 에너지 소비를 방지할 수 있고, 차량의 주행 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 상기 실시예의 승압 제어부(113)는 설정 승압전압-회전수 데이터를 이용하여 모터/제너레이터(5)의 회전수에 따라 설정 승압전압(Vboost_set)을 설정하나, 설정 승압전압(Vboost_set)을 인버터 회로(4)의 정지 상태에서 미리 측정된 모터/제너레이터(5)의 최대 회전수일 때의 유기 전압(Vinduced_max) 이상으로 할 수도 있다.
구체적으로는, 승압 제어부(113)는 설정 승압전압(Vboost_set)을 최대 회전수일 때의 유기 전압(Vinduced_max) 이상의 일정 값으로 할 수 있다. 이 경우, 설정용 전압 데이터 격납부(114)에는 최대 회전수일 때의 유기 전압(Vinduced_max) 이상의 일정 값을 나타내는 전압 데이터가 저장된다.
또, 설정용 전압 데이터 격납부(114)에 저장되는 설정용 전압 데이터는 실측된 회전수별 유기 전압(Vinduced)을 나타내는 전압 데이터 또는 실측된 최대 회전수일 때의 유기 전압(Vinduced_max)을 나타내는 전압 데이터이며, 승압 제어부(113)가 이들 전압 데이터에 소정의 연산을 하여 설정 승압전압(Vboost_set)을 설정할 수도 있다.
또한, 도 6 에 도시한 바와 같이, 승압회로(3)가 직류 주전원(2)에 대해 복수개로 병렬 접속되는 동시에, 병렬 접속된 승압회로(3) 각각에 독립적으로 구동 회로(34)가 형성될 수 있다. 그리고, 구동 회로(34)에 제어신호를 출력하는 제어 회로(11)가 적어도 1개의 승압회로(3)가 고장났을 경우 고장난 승압회로(3)의 동작을 정지시키고, 남은 정상 승압 회로 수에 따른 전력제어 값을 설정하고, 전력 제어 값에 따라 남은 정상 승압회로(3) 및 인버터 회로(4)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 승압회로(3)를 복수개로 병렬 설치하고 있으므로, 전력변환 시스템(100)의 리던던시(redundancy)를 향상시킬 수 있다. 이때, 발전기(alternator)를 생략한 구성인 경우 승압회로(3)를 복수개로 병렬 설치함에 따라 직류 주전원(2), 차량의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)에 전력공급을 확실하게 할 수 있다.
또, 승압회로(3)를 복수개로 병렬 설치함에 따라 전류를 각 승압회로(3)에 분산시킬 수 있고, 승압회로(3)의 고효율화, 부품의 소형화 및 긴 수명화 등의 성능향상을 도모할 수 있다.
또한, 적어도 1개의 승압회로(3) 고장났을 경우 남은 정상 승압 회로 수에 의해 처리 가능한 전력제한 값을 설정하고, 상기 전력제한 값에 의해 남은 정상 승압회로(3) 및 인버터 회로(4)를 제어하고 있으므로, 일부의 승압회로(3)가 고장난 후에도 계속해서 전력제한적으로 모터/제너레이터(5)를 동작하게 하여 직류 주전원(2), 차량의 보조기기(6) 및 직류 보조 전원(7)으로의 회생 전력의 충전이 가능하다.
이에 따라, 림프 홈 모드 시스템을 구축 할 수 있고, 차량승무원을 운전에 의해 안전하게 대피시키거나, 수리 공장으로 차량을 이동시킬 수 있다.
그리고, 병렬 접속된 승압회로(3) 각각의 출력 단에 평활 콘덴서(33)를 설치하고, 상기 각 평활 콘덴서(33)가 인버터 회로(4)의 입력단에 대한 평활 콘덴서로 기능하도록 구성할 수 있다.
이 경우 병렬 접속된 승압회로(3) 각각의 출력 단에 평활 콘덴서(33)가 설치되어 있으므로, 전류분산에 의해 인버터 회로(4)와 전력을 주고받을 때의 평활 콘덴서(33)의 충방전에 의한 리플 전류를 줄일 수 있고, 종래와 비교해서 평활 콘덴서(33)의 소형화나 손실감소를 도모할 수 있고, 성능을 향상시킬 수있다.
또, 복수개의 승압회로(3)를 병렬 접속함으로써 승압전압(Vboost)의 리플을 작게 할 수 있고, 승압전압(Vboost)을 유기 전압(Vinduced) 이상으로 하는 승압 제어를 용이하게 할 수 있다.
그 이외에, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
100: 전동차용 전력변환 시스템
2: 직류 주전원(직류 전원)
3: 승압회로
4: 인버터 회로
5: 모터/제너레이터
11: 제어 회로
113: 승압제어부
114: 설정용 전압 데이터 격납부
115: 회전수 검출부

Claims (5)

  1. 직류 전원에 접속되고, 상기 직류 전원으로부터의 직류전압을 승압하는 승압회로,
    상기 승압회로에 의해 승압된 승압전압을 교류 전압으로 변환하여 모터/제너레이터에 출력하는 인버터 회로, 및
    상기 승압회로 및 상기 인버터 회로를 제어하는 제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 인버터 회로가 정지한 후에 상기 승압 회로를 제어하여 상기 승압회로에 의한 승압전압을 상기 모터/제너레이터가 외부 힘을 받아 회전하여 발생하는 유기 전압 이상으로 하는 승압 제어부를 포함하는 전동차용 전력변환 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 승압제어부는 상기 승압회로에 의한 승압전압을 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 미리 측정된 상기 모터/제너레이터의 회전수 별 전압 이상이 되도록 상기 모터/제너레이터의 회전수마다 설정하는 전동차용 전력변환 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 미리 측정된 상기 모터/제너레이터의 회전수 별 전압을 이용하여 상기 모터/제너레이터의 회전수마다 설정된 설정 승압 전압을 나타내는 설정 승압전압-회전수 데이터를 저장하는 설정용 전압 데이터 격납부를 더 포함하고,
    상기 승압 제어부는 상기 인버터 회로가 정지한 후의 상기 모터/제너레이터의 회전수를 나타내는 회전수 데이터 및 상기 설정용 전압 데이터 격납부에저장된 설정 승압전압-회전수 데이터로부터 구해지는 설정 승압전압을 출력하도록 상기 승압 회로를 제어하는 전동차용 전력변환 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 승압제어부는 상기 승압회로에 의한 승압전압을 상기 인버터 회로의 정지 상태에서 미리 측정된 상기 모터/제너레이터의 최대 회전수일 때의 유기 전압 이상으로 하는 전동차용 전력변환 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 승압제어부는 상기 승압회로에 의한 승압전압을 상기 최대 회전수일 때의 유기 전압 이상의 일정 값으로 하는 전동차용 전력변환 시스템.
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