KR20060034918A - 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치 및 방지방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치 및 방지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시동시 배터리 전원에 의해 동작하는 엔진에 연동하는 모터 발전기와, 상기 엔진 및 모터를 제어하는 모터 제어기를 구비한 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치 및 소손 방지 방법에 관한 것이다. 본 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치는, 상기 모터의 3상 단락을 검출하는 단락 검출부와, 상기 엔진 및 모터의 구동을 정지시키는 전자브레이크 장치와, 상기 단락 검출부에서 3상 단락이 검출되면 상기 전자브레이크 장치를 자동으로 구동시키는 상위 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 하이브리드 차량에서 3상 단락시, 차량 운행 중에 모터에서 발생되는 단락전류를 전자브레이크 장치에 의해 제한하여 모터가 열에 의해 소손되는 것을 방지할 수 있다.
하이브리드, 모터소손, 방지

Description

하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치 및 방지방법{apparatus and method for preventing damaging of motor in hybrid vehicle}
도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 동력 전달 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 차량의 모터 소손 방지 장치 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 소손 방지방법의 순서도,
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 배터리 3 : 엔진
4 : 모터 5 : MCU
8 : 휠 10 : 모터소손방지 장치
11 : 단락검출부 12 : 가속페달 검출부
13 : HCU 14 : 경고등
15 : 전자브레이크장치
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량에서 모터의 3상 단락 발생시 모터가 손상되는 것을 방지하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치 및 소손 방지 방법에 관한 것이다.
일반적인 차량에서 모터의 최대 출력조건으로 기준치 이상의 시간으로 사용하게 되면 모터 제어기(이하 MCU라 칭함)는 급격하게 온도가 상승하게 된다. 이를 막기 위해 기준치 이상의 온도에서는 모터의 출력을 제한하는 기능이 구현되어 있어 모터의 열에 의한 소손을 방지하고 제어기 안에 있는 내부 소자들을 보호한다. 또한, 물리적인 충격이나 케이블 단선에 의해서 모터 3상이 단락 되었을 경우에는 MCU 측에서 Fault를 발생시켜 모터는 배터리로부터 더 이상 전원을 공급받을 수 없게 되어 엔진으로만 구동하게 된다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 전기차의 동력 전달 시스템에서 모터(4)는 배터리(1)로부터 전원공급 없이 엔진(3)과 함께 회전하여 발전기로 동작한다.
이에 따라, 모터(4)의 3상 단락 시에 엔진(3)에 의해 모터(4)가 발전기로 동작하여 역기전력이 발생될 경우에는 모터 코일에 단락전류가 흐르게 되며 그에 따라 모터(4) 온도가 급격히 상승하게 된다. 여기서, 모터 제어기인 MCU(5)는 모터(4)의 3상 단락시에 아이솔레이션 폴트(Isolation Fault)신호를 발생하여 MCU(5)자체적으로 내부의 회로를 보호하는 Fault 기능을 가지지만, MCU(5)는 Fault 상태이므로 모터의 온도가 기준치 이상으로 올라가도 아무 조치를 할 수 없게 된다.
위와 같이 단락 시에 단락전류가 차단되지 않고 모터에 계속해서 흐르게 되면 모터 코일의 온도가 절연등급을 초과하게 되어 열에 의해 소손된다. 소손된 모터는 직결되어 있는 엔진, 클러치, CVT(Continuously Variable Transmission)등 에 도 심각한 영향을 주기 때문에 이에 대한 보호 기능이 추가되어야 한다.
한편, 일반 차량에서 모터 제어기인 MCU의 보호기능은 메인 배터리로부터 오는 전원을 차단하여 MCU에 인가되는 전원을 제한하는 방식으로 구현되어 있다. 엔진과 모터가 분리되어 있는 단품으로만 고려하면 위와 같은 방식으로도 여러 가지 위험 상황에 대해서 하이브리드용 MCU를 보호할 수 있다. 그러나 하이브리드 차량 시스템에서는 차량 운행 중에 엔진과 모터를 작동중간에 분리 할 수가 없기 때문에 위와 같은 조건 하에서 MCU를 보호하는데는 한계가 있다.
이에 대한 대안으로, 모터(4)의 3상 단락시 단락전류는 Ia=(-Ke)/jLa의 식(Ke는 상수값, La는 모터 권선의 등가 인덕턴스)에 의한 값으로 정해지는데, 모터 설계시 상수 값(Ke)을 작게 하거나 직결형 하이브리드 차량에서 모터를 엔진과 분리시켜 모터만 정지되도록 시스템을 변경하면 단락전류가 줄어들어 모터가 소손되지 않게 할 수 있다. 그러나, 모터 설계를 변경하면 모터 출력특성이 떨어지고, 직결형 하이브리드 차량에서는 모터만 분리하는 것이 불가능하다.
따라서, 직결형 하이브리드 차량에서 모터의 3상 단락으로 인한 모터의 소손을 방지하기 위한 다른 방안이 필요하다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 하이브리드 차량에서 3상 단락 발생 시에 모터의 소손을 방지하는 하이브리드 차량의 모터 소손방지 장치 및 소손방지 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시동시 배터리 전원에 의해 동작하는 엔진에 연동하는 모터 발전기와, 상기 엔진 및 모터를 제어하는 모터 제어기를 구비한 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치에 있어서, 상기 모터의 3상 단락을 검출하는 단락 검출부와, 상기 엔진 및 모터의 구동을 정지시키는 전자브레이크 장치와, 상기 단락 검출부에서 3상 단락이 검출되면 상기 전자브레이크 장치를 자동으로 구동시키는 상위 제어기를 구비하는 것에 의해 달성된다.
상기 단락 검출부는 상기 모터 제어기에서 배터리 전원 오프신호 내지는 폴트(Fault) 신호가 발생하는지, 상기 모터의 온도가 미리 설정된 과열온도 이상인지, 상기 배터리로부터 상기 모터로 상전류가 지속적으로 인가되는지를 판단하여 상기 모터의 3상 단락여부를 검출하여 상기 모터의 3상 단락을 검출할 수 있다.
상기 상위 제어기는 상기 단락 검출부에서 상기 모터의 3상 단락이 검출되면 검출결과를 경고등을 통해 표시하여 운전자가 상기 모터의 이상을 인식하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 견지에 따르면, 상기 목적은, 시동시 배터리 전원에 의해 동작하는 엔진에 연동하는 모터 발전기와, 상기 엔진 및 모터를 제어하는 모터 제어기를 구비한 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 방법에 있어서, 상기 모터 제어기에서 폴트(Fault) 신호가 발생하는지를 판단하여 상기 모터의 3상 단락을 검출하는 과정과; 상기 모터가 3상 단락으로 판단되면 미리 마련된 전자브레이크 장 치를 구동시켜 상기 엔진 및 모터의 동작을 정지시키는 과정을 포함하는 것에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 모터의 3상 단락을 검출하는 과정은 상기 모터 제어기에서 배터리 전원 오프신호를 출력하는지, 상기 모터의 온도가 미리 설정된 과열 온도 이상인지, 상기 배터리로부터 상기 모터로 상전류가 지속적으로 인가되는지를 판단하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 동력 전달 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(1)의 전원에 의해 구동되어 동력을 발생시키는 엔진(3) 및 모터(4)와, 동력을 양측 휠(8)에 전달하는 CVT(Continuously Variable Transmission)와, 차량의 동작상태에 따라 엔진(3)과 모터(4)의 구동을 제어하는 MCU(Micro Control Unit)(5)를 구비한다. 그리고, 본 발명에 따라 모터(4)의 3상 단락을 감지하여 모터(4)의 소손을 방지하는 모터 소손방지 장치(10)가 더 마련된다.
도 2는 도 1의 하이브리드 차량의 모터 소손방지 장치(10)의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모터의 3상 단락을 감지하는 모터 단락 검출부(11)와, 경고등(14)과, 가속페달 검출부(12)와, 단락 검출부(11)에서 모터(4)의 3상 단락이 검출되면 경고등(14)을 턴온시키고, 가속페달 검출부(12)의 검출결과 가속페달이 온된 것으로 판단되면, 전자브레이크 장치(15)를 자동으로 구동시키는 상위 제어기(이하 HCU(13)라 칭함)를 더 구비한다.
MCU(5)는 모터(4)의 3상 단락시에 아이솔레이션 폴트(Isolation Fault)신호를 발생하여 MCU(5)자체적으로 내부의 회로를 보호하는 Fault 기능을 가진다. 따라서, 3상 단락 시에는 MCU(5)가 Fault상태이므로, 본 발명에 따라 상위 제어기인 HCU(13)가 단락검출부(11)를 통해 MCU(5)의 Fault상태를 감지하여 모터(4)의 3상 단락을 검출한다.
단락 검출부(11)는 MCU(5)의 배터리 전압 오프신호(메인 릴레이 오프신호), MCU(5)의 Fault 신호, 모터 온도, 모터 상전류를 감지하여 모터(4)가 단락 되었는지 여부를 검출한다. 여기서, 모터의 온도를 검출하는 것은, 3상 단락 시에 차량을 계속 운전하면 모터(4)에 단락전류가 인가되어 모터의 온도가 급격히 상승하게 된다는 것에 기초한다. 그리고, 모터 상전류를 검출하는 것은 모터(4)의 3상 단락 시에 모터(4)에 상전류가 지속적으로 인가되는 것에 기초한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 모터(4)의 온도를 검출하기 위한 온도센서와, 모터(4)의 상전류를 검출하기 위한 전류센서를 구비하는 것이 바람직하다.
HCU(13)는 MCU(5)의 Fault 상태를 감지하는 단락 검출부(11)의 검출결과에 따라 단락 상황을 판단한 후에 운전자 계기판의 경고등(14)을 통해 표시한다. 경고등(14)을 확인한 운전자 자신의 의지에 따라 출력을 감소시켜 차를 멈춘다. 만일 모터 단락 상황에서도 운전자가 오류로 가속 페달을 밟을 경우에 대비하여 HCU(13)는 가속 페달 검출부(12)에 의해 가속페달 온신호를 감지하면, 전자 브레이크 장치(15)를 동작시켜 차를 멈추도록 함으로써, 모터(4)가 소손되는 것을 사전에 방지한다.
여기서, 전자 브레이크 장치(15)는 전기적인 제어신호에 따라 휠에 연결된 와이어를 당겨서 양측 휠을 정지시키는 브레이크 장치로서, 이외에도 당업자에게 의해 다양한 실시예로 구현 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 소손 방지방법의 순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, S1단계에서 단락 검출부(11)는 MCU(5)에서 배터리 오프신호(메인 릴레이 오프신호) 내지는 MCU Fault 신호가 발생하는지, 모터(4)의 온도가 170도 이상인지, 모터(4)에 상전류가 지속적으로 인가되는지 검출한다. S2단계에서 모터(4)가 단락된 것으로 판단되면, S3단계에서 HCU(13)는 운전석 계기판에 마련된 경고등(14)을 온시켜 모터가 단락되었음을 표시한다. S4단계에서 엔진출력을 감소시킨다. 이후에 HCU(13)는 운전자의 오류에 의해 가속페달을 동작시킨 경우에 대비하여, S5단계에서 HCU(13)는 가속페달 검출부(12)를 통해 가속페달의 동작신호가 감지되는지 판단한다. HCU(13)는 S5단계의 판단결과 가속페달이 동작된 경우에는 S6단계에서 HCU(13)는 전자브레이크 장치(15)를 구동시켜서 양측 휠에 제동력을 인가하고, 이에 따라 S7단계에서 차량이 정지된다.
한편, S4단계에서 엔진출력이 감소되는 상태이고 S6단계에서 가속페달이 동작되지 않으면 S7단계에서 차량이 정지된다. 브레이크 제어에 의해 정지된 차량은 아이들 스탑 모드(Idle Stop Mode)상태가 되며 이때 엔진은 공회전되지 않는다. 하이브리드 차량에서는 시동을 오프 시키지 않아도 아이들 스탑 기능을 지원하므로 시동을 오프 시키지 않은 상태에서 엔진과 모터가 모두 회전하지 않고 정지될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 엔진과 모터가 발전기 기능을 하는 하이브리드 차량에서는 3상 단락 시에 엔진에 의해 모터가 발전기로 동작하여 역기전력이 발생될 경우에는 모터 코일에 단락전류가 흐르게 되며 그에 따라 모터 온도가 급격히 상승하여 모터가 손상된다. 그러나, 하이브리드 차량의 특성상 엔진과 모터를 작동중간에 분리할 수가 없으며, 모터 제어기가 Fault되므로, 모터의 3상 단락을 단락검출부에 의해 HCU가 감지하여, 이를 경고등을 통해 운전자에게 알려서 속도를 감소시키도록 하며, 운전자가 이를 인식하지 못할 때 자동으로 전자브레이크를 동작시킴으로써 차량을 정지시켜서 모터의 소손을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하이브리드 차량에서 3상 단락시, 차량 운행 중에 모터에서 발생되는 단락전류를 전자브레이크 장치에 의해 제한하여 모터가 열에 의해 소손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 시동시 배터리 전원에 의해 동작하는 엔진에 연동하는 모터 발전기와, 상기 엔진 및 모터를 제어하는 모터 제어기를 구비한 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치에 있어서,
    상기 모터의 3상 단락을 검출하는 단락 검출부와,
    상기 엔진 및 모터의 구동을 정지시키는 전자브레이크 장치와,
    상기 단락 검출부에서 3상 단락이 검출되면 상기 전자브레이크 장치를 자동으로 구동시키는 상위 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단락 검출부는 상기 모터 제어기에서 배터리 전원 오프신호 내지는 폴트(Fault) 신호가 발생하는지, 상기 모터의 온도가 미리 설정된 과열온도 이상인지, 상기 배터리로부터 상기 모터로 상전류가 지속적으로 인가되는지를 판단하여 상기 모터의 3상 단락여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는 상기 단락 검출부에서 상기 모터의 3상 단락이 검출되면 검출결과를 경고등을 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 장치.
  4. 시동시 배터리 전원에 의해 동작하는 엔진에 연동하는 모터 발전기와, 상기 엔진 및 모터를 제어하는 모터 제어기를 구비한 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 방법에 있어서,
    상기 모터 제어기에서 폴트(Fault) 신호가 발생하는지를 판단하여 상기 모터의 3상 단락을 검출하는 과정과;
    상기 모터가 3상 단락으로 판단되면 미리 마련된 전자브레이크 장치를 구동시켜 상기 엔진 및 모터의 동작을 정지시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모터의 3상 단락을 검출하는 과정은 상기 모터 제어기에서 배터리 전원 오프신호를 출력하는지, 상기 모터의 온도가 미리 설정된 과열온도 이상인지, 상기 배터리로부터 상기 모터로 상전류가 지속적으로 인가되는지를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 소손 방지 방법.
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