KR20070047384A - 하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 Download PDF

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임성엽
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 별도의 고장진단수단을 추가하지 않고 저가의 방전저항만을 구비함으로써 전원중계기의 고장진단 및 커패시터의 급속방전을 가능하게 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 하이브리드 자동차용 전기동력시스템에 있어서, 상기 전기동력시스템의 전원을 공급하는 고전압 배터리팩; 상기 고전압 배터리팩은 전원을 발생시키는 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈에 연결되어 상기 배터리 모듈에서 발생한 전원을 차단하거나 전달시키는 적어도 하나 이상의 전원중계기를 포함하고, 상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 전원중계기의 턴 온/턴 오프를 제어하는 고전압배터리시스템의 제어기; 상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 고전압 배터리팩에서 공급된 직류전력을 교류전력을 전환하여 전기모터로 전달하는 인버터; 상기 인버터는 직류전류를 필터링하는 커패시터, 상기 커패시터에 병렬로 전기적 연결되어 상기 커패시터에 축적된 전하를 방전시키는 방전저항 및 상기 전기모터로 상기 교류전력을 전달하는 전력제어용 전력소자를 포함하고, 상기 인버터에 전기적으로 연결되어 상기 전력제어용 전력소자의 턴 온/턴 오프를 제어하는 전기동력시스템의 제어기; 및 상기 전력제어용 전력소자에 전기적으로 연결되어 상기 전기동력시스템을 구동하는 전기모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템을 제공한다.
하이브리드 자동차, 전기동력시스템, 전원중계기, 방전저항, 방전용 전력소자, 고장진단

Description

하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법{Electric Power System for a Hybrid Vehicle and Method for Detecting a defect thereof}
도 1은 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법의 흐름도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 1 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 2 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 4c는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 3 단계를 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 고전압 배터리팩 110: 배터리 모듈
120 : 주 중계기(+)(main relay)
130 : 프리차지 중계기(precharge relay)
140 : 저항
150 : 주 중계기(-)(main relay)
200 : 고전압배터리시스템의 제어기(Battery Management System,BMS)
300 : 인버터 310 ; 커패시터
320 : 방전저항 330 : 방전용 전력소자
340 : 전력제어용 전력소자
400 : 전기동력시스템의 제어기(Micro Controller Unit, MCU)
500 : 전기모터
본 발명은 하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 고장 진단수단을 추가하지 않고 저가의 방전저항만을 구비함으로써 전원중계기의 고장진단 및 커패시터의 급속방전을 가능하게 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 고전압 배터리팩, 고전압배터리시스템의 제어기(BMS), 인버터, 전기동력시스템의 제어기(MCU), 전기모터로 구성된다.
도 1은 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성을 나타낸 회로도이다. 상기 고전압 배터리팩(100)은 배터리 모듈(110), 주 전원중계기(+)(120), 프리차지 전원중계기(130), 저항(140), 주 전원중계기(-)(150)를 포함하여 이루어지고, 상기 인버터(300)는 커패시터(310), 방전저항(320), 방전용 전력소자(330), 전력제어용 전력소자(340)를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 커패시터(310)는 큰 전기용량을 가지는 고용량 커패시터로 이루어져 있으며, 상기 방전저항(320)은 작은 저항값을 가지는 저항으로 이루어져 있으며, 상기 방전용 전력소자(330)는 큰 와트(WATT) 값을 가지는 전력소자로 이루어져 있다.
상기 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 동작원리를 간략히 살펴보면, 하이브리드 차량제어기(HCU)(미도시)에서 상기 BMS(200)으로 상기 주 전원중계기(+)(120), 주 전원중계기(-)(150)의 턴 오프 신호를 출력하여 상기 BMS(200)가 상기 주 전원중계기(+)(-)(120,150)를 차단한다. 이와 동시에 상기 MCU(400)가 상기 방전용 전력소자(330)를 턴 온 하도록 제어한다.
그 후, 상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 전하가 상기 작은 값을 가지는 방전저항(310)과 큰 와트값을 가지는 방전용 전력소자(330)에 의하여 급속하게 방전된다.
이 경우 상기 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템에서 급속 방전이 필요한 이유는 상기 전원중계기(120, 130, 150)가 차단된 후 재기동시 상기 인버터(300) 내 상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 큰 전하에 의한 스파크 또는 아크로 인하여 상기 전원중계기(120, 130, 150)의 단자가 융착 또는 고착되는 등의 문제가 발생하는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 전원중계기(120, 130, 150) 차단시 상기 커패시터(310)에 축적된 큰 전하를 급속 방전시켜 상기 커패시터(310)의 방전되고 잔존된 전하가 낮은 전하 값(상태)을 가지고 상기 전원중계기(120, 130 ,150)를 재기동한다.
그러나, 이러한 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 첫째, 상기 고전압 배터리팩(100)의 상기 전원중계기(120, 130, 150)의 고장진단 기능을 가지고 있지 아니한 문제점이 있다. 또한 이러한 문제를 해결하기 위하여 별도의 고장진단 수단을 구비하여 고장진단 기능을 구현하는 경우에는 이러한 고장진단 수단을 구비함에 따른 원가 상승 및 전기동력시스템의 구조의 복잡도가 상승하는 또 다른 문제점이 발생한다.
둘째, 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 전하의 급속 방전을 위하여 고가의 방전저항 및 하나 이상의 방전용 전력소자가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 이러한 고가의 방전저항 및 하나 이상의 방전용 전력소자를 구비하더라도 급속 방전시 발생하는 큰 순시전류에 의한 상기 방전저항(320)의 흑화현상 및 상기 방전용 전력소자(330)의 파손을 방지하기 위하여 별도의 부품을 따로 구비하여 전기동력시스템의 제조 원가를 상승시키는 또 다른 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 별도의 고장 진단수단을 추가하지 않고 고가의 방전저항을 저가의 방전저항으로 치환하여 구성함으로써 전원중계기의 고장진단 및 커패시터의 급속방전을 가능하게 하여 전원중계기의 재기동시 고장을 제거하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 자동차용 전기동력시스템에 있어서, 상기 전기동력시스템의 전원을 공급하는 고전압 배터리팩; 상기 고전압 배터리팩은 전원을 발생시키는 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈에 연결되어 상기 배터리 모듈에서 발생한 전원을 차단하거나 전달시키는 적어도 하나 이상의 전원중계기를 포함하고, 상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 전원중계기의 턴 온/턴 오프를 제어하는 고전압배터리시스템의 제어기; 상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 고전압 배터리팩에서 공급된 직류전력을 교류전력을 전환하여 전기모터로 전달하는 인버터; 상기 인버터는 직류전류를 필터링하는 커패시터, 상기 커패시터에 병렬로 전기적 연결되어 상기 커패시터에 축적된 전하를 방전시키는 방전저항 및 상기 전기모터로 상기 교류전력을 전달하는 전력제어용 전력소자를 포함하고, 상기 인버터에 전기적으로 연결되어 상기 전력제어용 전력소자의 턴 온/턴 오프를 제어하는 전기동력시스템의 제어기; 및 상기 전력제어용 전력소자에 전기적으로 연결되어 상기 전기동력시스템을 구동하는 전기모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서 상기 전력제어용 전력소자는 120도 도통 제어방식의 3상 전력소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서 상기 전력제어용 전력소자는 180도 도통 제어방식의 2상 전력소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서 상기 전력제어용 전력소자는 게이트 절연 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 태양은 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 있어서, 주 전원중계기(+)의 고정 여부를 판단하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계는 커패시터의 초기전압을 Vc로 설정하고, 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 ON으로 설정하고 주 전원중계기(-)를 ON으로 설정하여 초기화하는 제 1-1 단계와 상기 제 1-2 단계에서 방전지속시간이 미리 설정된 소정의 시간 보다 크면 제 1-4 단계로 진행하고 작거나 같으면 제 1-2 단계로 진행하는 제 1-3 단계와 방전되고 남은 전하의 잔류전압(Vr)이 0.5*Vc 보다 작으면 정상으로 판단하고 크거나 같으면 비정상으로 판단하는 제 1-4 단계로 이루어지고, 주 전원중계기(-)의 고정 여부를 판단하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계는 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 ON으로 설정하고 주 전원중계기(-)를 OFF로 설정하여 초기화하는 제 2-1 단계와 방전용 저항을 통하여 상기 커패시터에 축적된 전하를 급속하게 방전시키는 제 2-2 단계와 상기 제 2-2 단계에서 방전지속시간이 미리 설정된 소정의 시간 보다 크면 제 2-4 단계로 진행하고 작거나 같으면 제 2-2 단계로 진행하는 제 2-3 단계와 방전되고 남은 전하의 잔류전압(Vr)이 0.1*Vc 보다 작으면 정상으로 판단하고 크거나 같으면 비정상으로 판단하는 제 2-4 단계로 이루어지고, 상기 제 2 단계에서 방전되고 남은 전하의 잔류전압을 방전하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계는 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 OFF로 설정하고 주 전원중계기(-)를 OFF로 설정하여 초기화하는 제 3-1 단계와 방전용 저항을 통하여 상기 커패시터에 축적된 전하를 서서히 방전시키는 제 3-2 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서 상기 미리 설정된 시간은 5초 이내의 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다. 첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성을 나타낸 회로도이다.
상기 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성도 도 1을 참조하면, 기본적으로 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성은 종 래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 구성에서 기초함을 알 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 고전압 배터리팩(100), 고전압배터리시스템의 제어기(BMS)(200), 인버터(300), 전기동력시스템의 제어기(MCU)(400), 전기모터(500)로 이루어진다.
상기 고전압 배터리팩(100)은 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 전원을 공급하는 기능을 하고, 전원을 발생시키는 배터리 모듈(110)과 상기 배터리 모듈(110)에 연결되어 상기 배터리 모듈에서 발생한 전원을 차단하거나 전달시키는 적어도 하나 이상의 전원중계기(120, 130, 150)를 포함하여 구성된다.
여기서 전원중계기는 주 중계기(120, 150)와 프리차지 중계기(130)로 이루어지며, 상기 주 중계기(120, 150)는 주 중계기(+)(120)와 주 중계기(-)(150)로 나누어진다.
상기 프리차지 중계기(130)는 주 중계기(120)가 동작하기 이전에 미세 전류에 의하여 미리 작은 값의 전하가 충전되어 주 중계기(+)(120)가 OFF인 경우 전기동력시스템이 구동되도록 하며, 또한 직렬 연결로 저항(140)을 구비하여 미세 전류 값을 흐르도록 하여 상기 프리차지 중계기(130)가 작은 값으로 충전될 수 있도록 유지한다.
상기 고전압배터리시스템의 제어기(BMS)(200)는 상기 고전압 배터리팩(100)에 전기적으로 연결되어 상기 전원중계기(120, 130, 150)의 턴 온/턴 오프를 제어한다.
상기 인버터(300)는 상기 고전압 배터리팩(100)에 전기적으로 연결되어 상기 고전압 배터리팩(100)에서 공급된 직류전력을 교류전력을 전환하여 전기모터로 전달하며, 직류전류를 필터링하는 커패시터(310), 상기 커패시터(310)에 병렬로 전기적으로 연결되어 상기 커패시터(310)에 축적된 전하를 방전시키는 방전저항(3200) 및 상기 전기모터(500)로 상기 교류전력을 전달하는 전력제어용 전력소자(340)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 커패시터(310)는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템이 동작할 만큼의 충분한 에너지를 가지도록 고용량의 커패시터를 구비한다.
본 발명은 종래기술과 달리 상기 방전저항(320)의 값을 상당히 큰 값의 방전저항(3200)으로 치환하고, 상기 방전용 전력소자(330)를 제거하여 구성한 점에 주안점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 종래기술과 달리 전원이 차단된 후 상기 커패시터에 축적된 잔류 충전 전하를 방전하는 큰 저항값을 가지는 방전저항(3200)을 구비한다.
또한 종래의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 50 ~ 100(Ω)의 값을 가지는 방전저항(320)을 사용하였으나, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템은 수 KΩ단위의 큰 저항을 방전저항으로서 사용한다.
상기 전력제어용 전력소자(340)는 120도 도통 제어방식의 3상 전력소자로 구성되거나 180도 도통 제어방식의 2상 전력소자로 구성될 수 있으며, 또한 상기 전력제어용 전력소자(340)는 게이트 절연 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성될 수 있 다. 이 때 도 1, 도 2의 상기 전력제어용 전력소자(340)은 120도 도통 제어방식의 3상 전력소자로 구성된 도면이다.
상기 전기동력시스템의 제어기(400)는 상기 인버터(300)에 전기적으로 연결되어 상기 전력제어용 전력소자(340)의 턴 온/턴 오프를 제어한다.
상기 전기모터(500)는 상기 전력제어용 전력소자(340)에 전기적으로 연결되어 상기 전기동력시스템을 구동한다. 여기서 U, V, W는 상기 전기모터(500)가 120도 3상 도통 제어방식으로 구성될 때의 각 상을 의미한다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
정상동작을 완료한 후, 하이브리드 차량제어기(HCU)에서 상기 고전압배터리시스템의 제어기(BMS)(200)로 전압중계기의 OFF 신호를 출력한다.
또한 상기 고전압배터리시스템의 제어기(BMS)(200)와 상기 전기동력시스템의 제어기(MCU)(400)의 상호 제어에 의하여 상기 전기모터(500)의 3상 저 저항의 권선저항(미도시)을 이용하여 고용량 커패시터(310)에 축적된 전하를 급속하게 방전시킨다.
이 경우 상기 MCU(400)는 상기 인버터(300)의 상기 전력제어용 전력소자(Q1 ~ Q6)를 상기 전원중계기(120, 130, 150)의 동작상태에 따라 제어하여 상기 고용량 커패시터(310)에서 상기 전기모터(500)의 3상 권선저항까지의 급속 방전경로를 생성시킨다. 예를 들어 상기 MCU(400)에 의하여 제어되는 방전경로는 (Q1 ~ Q4), (Q2 ~ Q5), (Q3 ~ Q6)으로 형성될 수 있다.
상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 전하를 급속하게 방전시킨 후, 상기 고용량 커패시터(310)의 충전전압이 초기에 축적된 초기전압(Vc)의 10% 이하가 되면 상술한 급속 방전 동작이 정지하고, 상기 커패시터(310)의 잔류전하는 상기 방전저항(3200)을 통하여 서서히 방전되어 소멸한다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법의 흐름도이다. 특히, 도 3은 별도의 방전용 전력소자를 구비하지 아니하고 전력제어용 전력소자(340) 및 전기모터(350)의 3상코일(미도시)을 사용하여 상기 고용량 커패시터(310)에 충전된 충전전하를 급속하게 충전하고 동시에 상기 고전압 배터리팩(100)의 전원중계기에 대한 고장 진단 방법에 대한 제어 흐름도이다. 또한 상기 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법은 크게 3 단계로 나누어진다.
우선 제 1 단계는 전원중계기(+)(120)의 단자의 고장 진단과 상기 고용량 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)의 급속 방전을 수행한다.
(S100)단계에서는 정상동작 완료 후 상기 HCU가 BMS로 고전압(High Voltage, HV) 전원중계기의 OFF신호를 출력하고, (S200)단계에서는 상기 OFF 신호의 입력을 받아 상기 고용량 커패시터(310)의 충전된 초기 전압을 Vc값으로 설정한다. 이 경우 상기 초기전압(Vc)의 값은 본 발명의 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 정격전압에 의하여 정해진다.
(S300)단계에서는 이러한 상태를 하나의 식별자인 중계기 상태 플래그(Frs)를 1로 셋팅한다. 여기서 상기 중계기 상태 플래그(Frs)의 셋팅은 상기 BMS(200)에서 수행된다.
(S400)단계에서는 제 1 단계의 중계기 상태를 주 중계기(+)(120)는 OFF로 설정하고 주 중계기(-)(150)는 ON 상태를 유지하고, (S500)단계에서는 상기 인버터(300)의 전력제어용 전력소자(340)를 상기 커패시터(310)의 방전 시퀀스와 같이 턴 온/턴 오프를 제어하여 상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 충전 전하가 급속하게 방전할 수 있는 방전회로를 구성한다.
상기 전력제어용 전력소자(340)의 제어는 상기 MCU(400)에 의하여 전기적 신호를 받아 이루어진다. 구체적으로는 전력제어용 전력소자(Q1~Q4)가 ON이 되면 나머지 전력제어용 전력소자(Q2~Q5)와 (Q3~Q6)가 OFF가 되고, 전력제어용 전력소자(Q2~Q5)가 ON이 되면 나머지 전력제어용 전력소자(Q1~Q4)와 (Q3~Q6)가 OFF가 되고, 전력제어용 전력소자(Q3~Q6)가 ON이 되면 나머지 전력제어용 전력소자(Q1~Q4)와 (Q2~Q5)가 OFF가 된다.
(S600)단계에서는 상기 방전 시퀀스의 지속시간이 미리 설정된 시간(t)이상 인지 판단하고, 미리 설정된 시간(t)이상이라면 다음 (S700)단계로 진행하고 상기 시간보다 작다면 (S500)단계를 반복한다. 여기서 미리 설정된 시간(t)는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 전체 동작시간이 5초인 것을 감안하여 5초 이내의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이어서 (S700)단계에서는 상기 중계기 상태 플래그(Frs)가 1인지를 판단하 고, 1이면 (S710)단계로 진행하고 1이 아니면 (S720)단계로 진행한다. 먼저 상기 중계기 상태 플래그(Frs)가 1인 경우로 (S710)단계로 진행하는 과정에 대하여 살펴본다(첫 번째 단계 확인).
(S710)단계에서는 상기 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 50%이하인지를 판단하여, 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 50% 이하라면 (S711)단계로 진행하고 그러하지 아니하다면 (S713)단계로 진행한다.
여기서 상기 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 50% 이하인 경우에는 상기 전원중계기(+)(120)의 단자 상태가 정상인 것으로 판단하고 다음 단계(S711)로 진행하지만, 그러하지 아니한 경우에는 상기 전원중계기(+)(120)의 단자가 융착 또는 고착되어 고장이 발생한 것으로 판단하여 주 중계기(+) 실패 플래그(Fmrp)를 1로 셋팅하고(S713) 상기 HCU로 상기 전원중계기(+)(120)의 고장신호를 출력하고(S800) 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법을 끝낸다.
다음으로 제 2 단계는 전원중계기(-)(150)의 단자의 고장 진단과 상기 고용량 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)의 급속 방전을 수행한다. (S711)단계에서는 상기 전원중계기(+)(120)의 상태가 정상인 것으로 확인하고 난 후, 중계기 상태 플래그(Frs)를 2로 셋팅한다.
(S712)단계에서는 중계기 제 2 단계 상태는 프리차지 중계기(130)을 ON으로 설정하고, 주 중계기(-)(150)를 OFF로 설정한다. 이어서 (S500)단계를 반복 수행하여 상기 인버터(300)의 전력제어용 전력소자(340)를 상기 커패시터(310)의 방전 시 퀀스와 같이 턴 온/턴 오프를 제어하여 상기 고용량 커패시터(310)에 축적된 충전 전하가 급속하게 방전할 수 있는 방전회로를 구성한다.
다시 (S600)단계에서는 상기 방전 시퀀스의 지속시간이 미리 설정된 시간(t)이상 인지 판단하고, 미리 설정된 시간(t)이상이라면 다음 (S700)단계로 진행하고 상기 시간보다 작다면 (S500)단계를 반복한다. 여기서 미리 설정된 시간(t)는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 전체 동작시간이 5초인 것을 감안하여 5초 이내로 설정하는 것이 바람직하다.
이어서 (S700)단계에서는 상기 중계기 상태 플래그(Frs)가 1인지를 판단하고, 1이면 (S710)단계로 진행하고 1이 아니면 (S720)단계로 진행한다. 이번에는 상기 중계기 상태 플래그(Frs)가 1이 아닌 경우로 (S720)단계로 진행하는 과정에 대하여 살펴본다(두 번째 단계 확인).
(S720)단계에서는 상기 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 10%이하인지를 판단하여, 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 50% 이하라면 (S721)단계로 진행하고 그러하지 아니하다면 (S723)단계로 진행한다.
여기서 상기 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)이 초기전압(Vc)의 10% 이하인 경우에는 상기 전원중계기(-)(150)의 단자 상태가 정상인 것으로 판단하고 다음 단계(S721)로 진행하지만, 그러하지 아니한 경우에는 상기 전원중계기(-)(150)의 단자가 융착 또는 고착되어 고장이 발생한 것으로 판단하여 주 중계기(-) 실패 플래그(Fmrp)를 1로 셋팅하고(S723) 상기 HCU로 상기 전원중계기(-)(150)의 고장신호를 출력하고(S800) 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법을 끝낸다.
마지막으로 제 3 단계는 상기 주 중계기(-)(150)의 상태가 정상으로 판단된 후 상기 커패시터(310)의 잔류전압(Vr)이 서서히 방전되는 과정을 수행한다.
상기 주 중계기(-)(150)의 상태가 정상으로 판단되면 (S721)단계에서는 중계기 상태 플래그(Frs)를 0으로 셋팅한다.
(S722)단계에서는 중계기 제 3 단계의 상태를 미리 설정된 중계기를 OFF로 설정하고 상기 주 중계기(+)(-)(120, 150)을 OFF상태로 유지하고 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법을 끝낸다.
이 때, (S721)단계와 (S722)단계를 수행하고 난 후 상기 커패시터(310)에 충전된 전하의 잔류전압(Vr)은 본 발명에 따라 치환된 큰 값을 가지는 상기 방전저항(3200)을 통하여 서서히 방전된다.
지금까지 상술한 제 1, 2, 3 단계에 대하여 각각 따로 정리하여 도 4a, 4b, 4c에서 흐름도로써 정리하였다.
도 4a는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 1 단계를 나타낸 흐름도이며, 도 4b는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 2 단계를 나타낸 흐름도이며, 도 4c는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법 중 제 3 단계를 나타낸 흐름도이다.
여기서 상기 도 4a, 도 4b, 도 4c에서는 상기 중계기 상태 플래그(Frs)와 주 중계기(+)(-) 실패 플래그(Fmrn)에 대한 셋팅과정은 나타내지 아니하였다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템 및 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 의하면 첫째, 별도의 고장 진단 수단을 포함하지 아니하고 고전압 배터리팩의 전원중계기의 고장 진단을 수행하고 동시에 고용량 커패시터의 급속방전을 수행할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 종래기술과 달리 고가의 방전용 전력소자를 사용하지 아니함으로써 하이브리드 자동차용 전동력시스템의 구성을 간단하게 하고 제조원가도 절감하는 효과가 있다.
셋째, 종래기술과 달리 고가의 방전저항를 제거하고 저가의 방전저항으로 치환함으로써 하이브리드 자동차용 전동력시스템의 제조원가를 절감하는 효과가 있다.
넷째, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 의하여 고전압 전원라인에 대한 인체의 안전성을 확보하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 하이브리드 자동차용 전기동력시스템에 있어서,
    상기 전기동력시스템의 전원을 공급하는 고전압 배터리팩;
    상기 고전압 배터리팩은 전원을 발생시키는 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈에 연결되어 상기 배터리 모듈에서 발생한 전원을 차단하거나 전달시키는 적어도 하나 이상의 전원중계기를 포함하고,
    상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 전원중계기의 턴 온/턴 오프를 제어하는 고전압배터리시스템의 제어기;
    상기 고전압 배터리팩에 전기적으로 연결되어 상기 고전압 배터리팩에서 공급된 직류전력을 교류전력을 전환하여 전기모터로 전달하는 인버터;
    상기 인버터는 직류전류를 필터링하는 커패시터, 상기 커패시터에 병렬로 전기적 연결되어 상기 커패시터에 축적된 전하를 방전시키는 방전저항 및 상기 전기모터로 상기 교류전력을 전달하는 전력제어용 전력소자를 포함하고,
    상기 인버터에 전기적으로 연결되어 상기 전력제어용 전력소자의 턴 온/턴 오프를 제어하는 전기동력시스템의 제어기; 및
    상기 전력제어용 전력소자에 전기적으로 연결되어 상기 전기동력시스템을 구동하는 전기모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전력제어용 전력소자는
    120도 도통 제어방식의 3상 전력소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전력제어용 전력소자는
    180도 도통 제어방식의 2상 전력소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 전력제어용 전력소자는
    게이트 절연 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템.
  5. 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법에 있어서,
    주 전원중계기(+)의 고정 여부를 판단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계는 커패시터의 초기전압을 Vc로 설정하고, 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 ON으로 설정하고 주 전원중계기(-) 를 ON으로 설정하여 초기화하는 제 1-1 단계와
    상기 제 1-2 단계에서 방전지속시간이 미리 설정된 소정의 시간 보다 크면 제 1-4 단계로 진행하고 작거나 같으면 제 1-2 단계로 진행하는 제 1-3 단계와
    방전되고 남은 전하의 잔류전압(Vr)이 0.5*Vc 보다 작으면 정상으로 판단하고 크거나 같으면 비정상으로 판단하는 제 1-4 단계로 이루어지고,
    주 전원중계기(-)의 고정 여부를 판단하는 제 2 단계; 및
    상기 제 2 단계는 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 ON으로 설정하고 주 전원중계기(-)를 OFF로 설정하여 초기화하는 제 2-1 단계와
    방전용 저항을 통하여 상기 커패시터에 축적된 전하를 급속하게 방전시키는 제 2-2 단계와
    상기 제 2-2 단계에서 방전지속시간이 미리 설정된 소정의 시간 보다 크면 제 2-4 단계로 진행하고 작거나 같으면 제 2-2 단계로 진행하는 제 2-3 단계와
    방전되고 남은 전하의 잔류전압(Vr)이 0.1*Vc 보다 작으면 정상으로 판단하고 크거나 같으면 비정상으로 판단하는 제 2-4 단계로 이루어지고,
    상기 제 2 단계에서 방전되고 남은 전하의 잔류전압을 방전하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계는 주 전원중계기(+)를 OFF로 설정하고 프리차지 전원중계기를 OFF로 설정하고 주 전원중계기(-)를 OFF로 설정하여 초기화하는 제 3-1 단계와
    방전용 저항을 통하여 상기 커패시터에 축적된 전하를 서서히 방전시키는 제 3-2 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은
    5초 이내의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전기동력시스템의 고장 진단 방법.
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