KR102460189B1 - 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법이 제공된다. 상기 방법은 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 단계; 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계; 상기 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계; 및 상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING SAFE OPERATION OF ELECTRIC MOTORS IN ELECTRIC MOBILITY}
본 발명은 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
기존 내연기관(가솔린, 디젤) 차량에는 제어기 오작동에 의한 급격한 엔진 출력을 방지하기 위한 기술이 적용되어 있다. 하지만, 전동 모빌리티(전기차, 전동 이륜차, 전동스쿠터 등)와 관련한 동력원인 모터 출력을 제한하는 방법인 개발이 미흡한 실정이다.
전동 모빌리티의 동력원인 모터 출력이 운전자의 의도와 다르게 과다한 경우 위험한 상황에 처할 수 있으므로, 비이상적인 상황을 감지하여 적절하게 제어하여 운전자를 안전한 상태로 유도할 수 있도록 하는 방안이 필요한 실정이다.
공개특허공보 제10-2011-0066228호 (2011.06.16)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 MCU 제어기가 내부 고장이나 비정상적인 제어 상태인 경우, VCU에서의 요구 토크와 달리 과다한 모터 출력을 발생하는 상황을 실시간으로 모니터링하여 운전자를 안전한 상태로 유도할 수 있도록 하는, 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템을 제공한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또다른 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법은 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 단계; 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계; 상기 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계; 및 상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 단계는, 상기 BMS에서 제공되는 전류 및 전압 정보에 기초하여 상기 제1 배터리 파워 정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는, 운전자의 페달 개도 상태가 OFF 상태이고, 회생 제동이 아닌 상태에서 영토크 제어를 위한 제2 배터리 파워 정보를 산출하고, 상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 배터리 파워 정보가 미리 설정된 임계 범위만큼 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 상기 모터의 이상으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는, 운전자의 페달 개도 상태가 OFF 상태에서 회생 제동인 상태에서 제2 배터리 파워 정보를 산출하고, 상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계는, 상기 제2 배터리 파워 정보가 0 미만이고, 상기 제1 배터리 파워 정보가 0을 초과하는 경우 상기 모터의 이상으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는, 배터리의 충전잔량, 퇴화정도, 최대출력 정보와, 배터리 셀 온도, 모터 온도 및 노면 경사도 중 적어도 하나에 상응하는 운전 상황별 제2 배터리 파워 정보를 측정할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는, 토크 미터, 속도 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나에 기반하여 차량의 주행 중 측정되는 제1 가속도 정보를 산출하는 단계; 운전 상황별 운전자의 페달 개도 변화량에 따른 제2 가속도 정보를 측정하여 상기 제1 가속도 정보와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 모터의 이상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는, MCU를 통해 모터 토크의 출력을 제한하는 1차 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는, 상기 1차 제어를 수행한 이후, 모터 토크가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 배터리 팩 전원을 차단하는 2차 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는, 상기 2차 제어를 수행한 이후, 차량 정차시 시동을 제한하는 3차 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 3차 제어를 수행하는 단계는, 상기 모터의 이상 상태에 대한 에러 카운팅 횟수를 추가하는 단계; 상기 차량의 정차 이후 MCU를 리셋하는 단계; 및 상기 MCU 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 MCU 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 단계는, 상기 에러 카운팅 횟수가 증가함에 따라 운전자의 페달 개도별 요구 토크가 상기 에러 카운팅 횟수에 대응하여 감소되도록 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 따른 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 시스템은 배터리 파워 정보에 기초하여 전동 모터의 이상 여부를 판단하고 이에 상응하는 모터 출력을 제한하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함한다. 이때, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하고, 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하고, 상기 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하여 모터의 이상 여부를 판단하고, 상기 모터 토크 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 상기 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전동 모빌리티에서 모터를 제어하는 MCU나 모터에서 모터 출력이 과다하게 발생하는 경우 단계별로 모터 출력을 제한하는 제어를 통해 배터리나 MCU의 파손을 최소화하면서 운전자의 안전을 유도할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법의 순서도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 시스템의 세부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서의 배터리 파워 정보와 RPM의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 시스템의 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명은 전동 모터 안전 운용 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전동 모빌리티는 일반적으로 배터리, 모터, 인버터, 제어기(VCU: vehicle control unit, MCU: motor control unit, BMS: battery management system)로 구성된다. 이러한 전동 모빌리티는 사용자의 출력 의지를 센서나 페달 개도를 통해 수신하고, VCU를 통해 원하는 출력값을 토크나 전류 제어 등과 같은 방식을 통해 MCU로 전달하며, MCU는 배터리에서 제공하는 전류, 전압 등을 사용하여 모터를 구동한다.
이때, 본 발명의 일 실시예는 MCU 제어기가 내부 고장이나 비정상적인 제어 상태인 경우, VCU에서 요청하는 토크 출력을 무시한 채 의도하지 않는 과다한 모터 출력을 발생하는 상황을 실시간으로 모니터링하여 운전자를 안전한 상태로 유도할 수 있는 것을 목적으로 한다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법의 순서도이다. 도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법의 순서도이다. 도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 시스템의 세부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 각 단계들은 전동 모터 안전 운용 제어 시스템(100)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있으며, 보다 바람직하게는 VCU에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 본 발명의 일 실시예는 기본적으로 배터리, 모터, 인버터, 제어기로 구성된 모든 모빌리티 제품에 적용 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 VCU와 MCU가 각각 구비되는 경우뿐만 아니라, VCU와 MCU가 통합된 통합형 제어기 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 VCU와 MCU는 각 기능이 다중 코어에 독립적으로 구현될 수 있다.
본 발명은 전동 모빌리티 시스템이 가질 수 있는 고장 상황에서 모터 토크의 이상을 감지하여 안전한 상태로 운전자를 유도할 수 있다. 이때, 고장 상황의 일 실시예로는, 1) MCU는 비정상 상태이나 출력값은 정상으로 전달되고 있는 경우, 2) VCU는 운전자의 의지를 반영한 요구 토크(쓰로틀 페달 개도에 설정된 요구 토크)를 정상적으로 요청하고 있으나, MCU가 요구 토크보다 과도한 토크를 출력하는 경우(MCU가 부분적으로 모터 제어 불능), 3) VCU와 MCU 정상이나 모터 토크가 과다하게 출력되는 경우, 모터 토크가 배터리 파워를 MCU 개입 없이 과도하게 끌어다 쓰는 경우일 수 있다.
이와 같은 고장 상황을 감지하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 MCU에서 제공하는 정보 대신, VCU 내부로 들어오는 센서 정보나 BMS에서 제공하는 정보를 기반으로 모터의 회전수, 토크의 이상 여부를 VCU에서 판단할 수 있다.
모터의 이상 여부를 감지하기 위한 방법으로, 본 발명에서는 배터리 파워 정보를 기반으로 모터의 이상 여부를 감지한다. 즉, 모터 회전수에 따른 모터 토크 제어를 위한 배터리 파워 정보를 미리 측정하여 확보한 후 이를 판단 기준으로 이용한다. 일반적으로 모터는 각 회전수마다 토크 출력 특성을 가지고 있으며, 이때 사용하는 배터리 파워 역시 운전 상황별로 일정한 특성값을 갖는다.
특히, 요구 토크가 없는 영토크 제어 상황에서 모터는 회전수 별 역기전력 제어를 위한 힘만 발생시키면 되는데, 이때 사용되는 배터리 파워는 모터별 특성이므로 고정된 값으로 사용 가능하다.
VCU는 이와 같은 기준 배터리 파워 정보를 획득한 후, 차량의 주행 중 BMS에서 전달되는 배터리 전류 및 전압을 기준으로 배터리 파워 정보를 실시간으로 산출하고, 기준값과의 비교 결과에 기초하여 최종적으로 모터 토크가 운전자의 의지와는 달리 과다하게 출력되고 있는지를 판단하여, 모터의 이상 여부를 모니터링하고, Fault Reaction을 통해 운전자를 안전한 상태로 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 모터의 이상 여부를 감지하기 위한 방법으로, 배터리 파워 정보뿐만 아니라 가속도 정보를 추가적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 운전자 의지 반영 센서(페달 센서 및 개도) 이중화 설계 및 정상 동작 유무, 페달 개도 상태, 토크 미터 센서 또는 G센서에서 추출한 가속도량 또는 변화량, 속도 센서에 기반한 순간 가속도 등의 속도 변화량, 또는 GPS 정보가 유효한 경우 GPS 속도를 변환하여 모터 토크와 비교한 정보 등을 이용하여 모터의 이상 여부를 감지할 수 있다. 이러한 각 정보를 이용하여 모터의 이상 여부를 감지하는 것은 본 발명의 제2 실시예에서 구체적으로 설명하도록 한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예는 저가형으로 제공되는 전동 모빌리티의 경우로, 외부 속도 변화를 감지할 수 없는 경우에는 운전 상황별 배터리 파워 정보만을 이용하여 모터의 이상 여부를 감지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법은, 먼저 전동 모빌리티의 모터 토크를 감지하기 위한 진입 조건을 확인한다(S105).
일 실시예로, 상기 진입 조건으로는 페달 전압 SRC(Series Resonant Converter) 상태가 정상이고, 차량 시동이 Start 상태이고, System Safety Monitoring 관련 고장 상태가 없으며, VCU, BMS 관련 통신 에러가 없는 각 조건을 만족해야 한다.
다음으로, 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출한다(S110). 이때, 제1 배터리 파워 정보는 BMS에서 실시간으로 제공되는 전류 및 전압을 기반으로 배터리 파워 정보를 산출할 수 있다.
본 발명에서는 차량의 주행 중 페달 개도 상태가 ON 및 OFF 상황에서 모터의 특성에 따른 데이터를 설정하는 방법을 제안한다.
일 실시예로, 페달 개도 상태가 OFF 상태이고(S115-Y), 전동 모빌리티의 회생 제동이 아닌 상태를 만족하는 경우(S120-Y), 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정한다(S125).
페달 OFF 상황에서는 페달을 떼는 순간 모터는 영토크 제어를 위한 배터리 파워 수준으로 떨어진다. 이때, 모터의 회전수 별 영토크 제어를 위한 배터리 파워로 떨어지는 시간을 측정한다. 그리고 측정된 시간을 이용하여 주행 중 페달을 떼는 순간 측정을 통해, 임의의 설정된 시간 이내 영토크 제어를 위한 배터리 파워로 돌아오는지를 실시간으로 확인하면 모터 토크가 방전하는 상황을 감지할 수 있다.
전동 모빌리티가 회생 제동으로 진입하는 경우 배터리가 방전하는 방향으로 힘을 내고 있으면 모터 토크가 발진하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 VCU가 MCU를 거쳐 모터로 발진 또는 회생 제동을 요청하는 상황에서 배터리 방전 또는 충전 상황 별로 실시간 배터리 방향과 파워를 이용하여 모터 토크를 모니터링할 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하고(S130), 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단한다(S135).
일 실시예로, 제1 배터리 파워 정보가 미리 설정된 임계 범위 만큼 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 모터의 이상으로 판단할 수 있다. 즉, 실시간 전달되는 제1 배터리 파워 정보가 기준값으로 사용되는 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 모터에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 모터에 이상이 있는 것으로 판단한 경우(S135), 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행한다(S140).
본 발명은 모터에 이상이 있는 것으로 판단한 경우 전동 모빌리티를 안전한 상태로 유도하기 위한 모터 출력 제한 제어를 수행한다. 만약 고장 감지시 처음부터 배터리 전원을 차단한다면 모터나 MCU 제어기 내부 소자에 파손을 야기할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예는 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행한다.
먼저, 모터 이상 감지시 MCU를 통해 모터 토크의 출력을 제한하는 1차 제어를 수행한다(S141). 1차 제어에 따르면 MCU의 모터 제어 기능 부분이 정상일 경우 배터리 차단 전에 모터의 출력 제한이 가능하다. 모터의 출력 제한이 가능한 경우(S142-Y), 이후 차량이 정차하면 재시동이 가능하도록 허용하며, 재시동시 모터의 토크 제한은 해제된다(S143).
1차 제어를 수행한 이후에도, 모터가 기 설정된 임계치를 초과하는 것이 감지된 경우에는 배터리 팩 전원을 차단하는 2차 제어를 수행한다(S144). 즉, 1차 제어를 수행한 이후에도 모터 토크가 과다하게 출력되는 경우 MCU는 더 이상 역할 수행이 불가하다 판단하여, VCU 내부 제어 시퀀스를 통해 또는 BMS 제어기의 직접 명령을 통해 배터리 팩 전원을 차단한다.
2차 제어를 수행한 이후에는 차량 정차시 시동을 제한하는 3차 제어를 수행한다(S145). 3차 제어 수행시에는 모터의 이상 상태에 대한 에러 카운팅 횟수를 추가하고(S146), 차량의 정차 이후 사용자가 KEY ON/OFF를 통한 MCU를 리셋한 후에 전동 모빌리티를 운영하도록 유도한다(S147). 그리고 MCU의 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 다시 허가한다(S148).
이때, MCU의 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 경우, 모터의 출력 토크는 에러 카운팅 횟수에 기초하여 결정되도록 제어한다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 에러 카운팅 횟수가 증가함에 따라 운전자의 페달 개도별 요구 토크가 에러 카운팅 횟수에 대응하여 감소되도록 제한할 수 있다. 일 예로, 3차 제어까지 최초 1회 발생한 경우 다음 주행시 요구 토크의 70%만이 출력되도록 제한하고, 다음 2회 발생시 요구 토크의 50%만이 출력되도록 제한하며, 3회 발생시 시동 제한과 같은 단계별 제한 제어를 수행한다. 이때, 단계별 토크 정상화 유무는 안전을 위해 개발자나 고객 선택에 따른 설정이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 달리, 모터 토크의 이상 여부 감지를 보다 정확히 하기 위하여 제1 배터리 파워 정보뿐만 아니라 가속도 정보를 운전 상황별 페달 개도 변화량에 따라 측정하여 예측값으로 활용하고 실시간으로 변화하는 가속도 변화량과 비교하여 이상 여부를 감지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법은 먼저, 전동 모빌리티의 모터 토크를 감지하기 위한 진입 조건을 확인한다(S205).
일 실시예로, 상기 진입 조건은 제1 실시예와 마찬가지로 페달 전압 SRC(Series Resonant Converter) 상태가 정상이고, 차량 시동이 Start 상태이고, System Safety Monitoring 관련 고장 상태가 없으며, VCU, BMS 관련 통신 에러가 없는 각 조건을 만족해야 하며, 추가적으로 휠(Wheel) 센서 또는 GPS 센서의 상태가 정상 조건을 만족해야 한다.
다음으로, 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출한다(S210). 이때, 제1 배터리 파워 정보는 BMS에서 실시간으로 제공되는 전류 및 전압을 기반으로 산출된다.
또한, S210 단계에서는 주행 중 측정되는 가속도 정보를 산출한다. 즉, 토크 미터, 속도 센서, 가속도 센서 중 적어도 하나에 기반하여 차량의 주행 중 측정되는 제1 가속도 정보를 산출한다. 이때, 제1 가속도 정보는 일정 시간 동안의 가속도 변화량일 수 있다.
다음으로, 운전자의 페달 개도 상태를 확인하여 ON 상태인 경우(S215-Y), 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정한다(S220).
이때, 운전 상황별 제2 배터리 파워 정보는 배터리의 충전잔량, 퇴화정도, 최대출력 정보와, 배터리 셀 온도, 모터 온도 및 노면 경사도 중 적어도 하나에 상응하는 정보를 나타낸다.
또한, S220 단계에서는 운전 상황별 운전자의 페달 개도 변화량에 따른 제2 가속도 정보를 측정한다.
다음으로, 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하고(S225), 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단한다(S235). 또한, S225 단계에서는 제1 및 제2 가속도 정보를 비교하여 모터의 이상 여부를 판단할 수 있다(S230).
일 실시예로, 제1 배터리 파워 정보가 미리 설정된 임계 범위 만큼 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 모터의 이상으로 판단할 수 있다. 즉, 실시간 전달되는 제1 배터리 파워 정보가 기준값으로 사용되는 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 모터에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 가속도 정보의 비교를 통해 페달 변화량에 따른 가속도 변화 수준을 확인하여, RPM에 이상이 있는지를 통해 모터의 이상 여부를 확인할 수 있다.
한편, S215 단계에서 운전자의 페달 개도 상태가 OFF이고(S215-N), 전동 모빌리티의 회생 제동이 아닌 상태를 만족하는 경우에는(S240-Y), 방전하는 방향으로 제어되는지 여부를 확인한다(S225). 이때, 배터리 방전 정도에 이상이 있어, 실시간 전달되는 제1 배터리 파워 정보가 기준값으로 사용되는 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 모터에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, S215 단계에서 운전자의 페달 개도 상태가 OFF이고(S215-N), 전동 모빌리티의 회생 제동인 상태를 만족하는 경우에는(S240-N), 방전 방향으로 배터리 파워가 발생하면 안된다. 따라서, 제2 배터리 파워 정보가 0 미만이고, 제1 배터리 파워 정보가 0을 초과하는 경우에는 모터에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다(S245).
다음으로, 모터에 이상이 있는 것으로 판단한 경우(S235), 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행한다(S250).
먼저, 모터 이상 감지시 MCU를 통해 모터 토크의 출력을 제한하는 1차 제어를 수행한다(S251). 1차 제어에 따르면 MCU의 모터 제어 기능 부분이 정상일 경우 배터리 차단 전에 모터의 출력 제한이 가능하다. 모터의 출력 제한이 가능한 경우(S252-Y), 이후 차량이 정차하면 재시동이 가능하도록 허용하며, 재시동시 모터의 토크 제한은 해제된다(S253).
1차 제어를 수행한 이후에도, 모터가 기 설정된 임계치를 초과하는 것이 감지된 경우에는 배터리 팩 전원을 차단하는 2차 제어를 수행한다(S254). 즉, 1차 제어를 수행한 이후에도 모터 토크가 과다하게 출력되는 경우 MCU는 더 이상 역할 수행이 불가하다 판단하여, VCU 내부 제어 시퀀스를 통해 또는 BMS 제어기의 직접 명령을 통해 배터리 팩 전원을 차단한다.
2차 제어를 수행한 이후에는 차량 정차시 시동을 제한하는 3차 제어를 수행한다(S255). 3차 제어 수행시에는 모터의 이상 상태에 대한 에러 카운팅 횟수를 추가하고(S256), 차량의 정차 이후 사용자가 KEY ON/OFF를 통한 MCU를 리셋한 후에 전동 모빌리티를 운영하도록 유도한다(S257). 그리고 MCU의 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 다시 허가한다(S258).
이때, MCU의 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 경우, 모터의 출력 토크는 에러 카운팅 횟수에 기초하여 결정되도록 제어한다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 에러 카운팅 횟수가 증가함에 따라 운전자의 페달 개도별 요구 토크가 에러 카운팅 횟수에 대응하여 감소되도록 제한할 수 있다. 일 예로, 3차 제어까지 최초 1회 발생한 경우 다음 주행시 요구 토크의 70%만이 출력되도록 제한하고, 다음 2회 발생시 요구 토크의 50%만이 출력되도록 제한하며, 3회 발생시 시동 제한과 같은 단계별 제한 제어를 수행한다. 이때, 단계별 토크 정상화 유무는 안전을 위해 개발자나 고객 선택에 따른 설정이 가능하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서의 배터리 파워 정보와 RPM의 관계를 나타낸 도면이다.
한편, 상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S170은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 4의 내용은 도 5의 내용에도 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 시스템(100)의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 시스템(100)은 메모리(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
메모리(110)에는 배터리 파워 정보에 기초하여 전동 모터의 이상 여부를 판단하고 이에 상응하는 모터 출력을 제한하기 위한 프로그램이 저장된다.
프로세서(120)는 메모리(110)에 저장된 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하고, 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정한다. 그리고 프로세서(120)는 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하여 모터의 이상 여부를 판단하고, 모터 토크 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행한다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 모터 안전 운용 제어 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전동 모터 안전 운용 제어 시스템
110: 메모리
120: 프로세서

Claims (12)

  1. 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 방법에 있어서,
    차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 단계;
    운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계;
    상기 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 단계는,
    상기 BMS에서 제공되는 전류 및 전압 정보에 기초하여 상기 제1 배터리 파워 정보를 산출하는 것인,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는,
    운전자의 페달 개도 상태가 OFF 상태이고, 회생 제동이 아닌 상태에서 영토크 제어를 위한 제2 배터리 파워 정보를 산출하고,
    상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 배터리 파워 정보가 미리 설정된 임계 범위만큼 제2 배터리 파워 정보를 초과하는 경우 상기 모터의 이상으로 판단하는 것인,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는,
    운전자의 페달 개도 상태가 OFF 상태에서 회생 제동인 상태에서 제2 배터리 파워 정보를 산출하고,
    상기 비교 결과에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제2 배터리 파워 정보가 0 미만이고, 상기 제1 배터리 파워 정보가 0을 초과하는 경우 상기 모터의 이상으로 판단하는 것인,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 단계는,
    배터리의 충전잔량, 퇴화정도, 최대출력 정보와, 배터리 셀 온도, 모터 온도 및 노면 경사도 중 적어도 하나에 상응하는 운전 상황별 제2 배터리 파워 정보를 측정하는 것인,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    토크 미터, 속도 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나에 기반하여 차량의 주행 중 측정되는 제1 가속도 정보를 산출하는 단계;
    운전 상황별 운전자의 페달 개도 변화량에 따른 제2 가속도 정보를 측정하여 상기 제1 가속도 정보와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여 상기 모터의 이상 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는,
    MCU를 통해 모터 토크의 출력을 제한하는 1차 제어를 수행하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는,
    상기 1차 제어를 수행한 이후, 모터 토크가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 배터리 팩 전원을 차단하는 2차 제어를 수행하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모터의 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 단계는,
    상기 2차 제어를 수행한 이후, 차량 정차시 시동을 제한하는 3차 제어를 수행하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 3차 제어를 수행하는 단계는,
    상기 모터의 이상 상태에 대한 에러 카운팅 횟수를 추가하는 단계;
    상기 차량의 정차 이후 MCU를 리셋하는 단계; 및
    상기 MCU 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 MCU 리셋이 완료됨에 따라 차량의 재시동을 허가하는 단계는,
    상기 에러 카운팅 횟수가 증가함에 따라 운전자의 페달 개도별 요구 토크가 상기 에러 카운팅 횟수에 대응하여 감소되도록 제한하는 단계를 포함하는,
    전동 모터 안전 운용 제어 방법.
  12. 전동 모빌리티에서의 전동 모터 안전 운용 제어 시스템에 있어서,
    배터리 파워 정보에 기초하여 전동 모터의 이상 여부를 판단하고 이에 상응하는 모터 출력을 제한하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 주행 중 BMS에서 제공되는 제1 배터리 파워 정보를 산출하고, 운전 상황별 운전자의 페달 개도별 모터 토크에 따른 제2 배터리 파워 정보를 측정하고, 상기 제1 및 제2 배터리 파워 정보를 비교하여 모터의 이상 여부를 판단하고, 상기 모터 토크 이상인 것으로 판단시 단계적으로 모터 출력을 제한하는 제어를 수행하는 것인,
    전동 모터 안전 운용 제어 시스템.
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