KR20090011464A - 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류 차단 장치 - Google Patents

연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류 차단 장치 Download PDF

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최서호
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Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터 케이블에 둘 이상의 트라이액을 연결하고 제어함으로써, 제어기 오류로 인해 입출력 불능 상태가 되더라도 발전전류를 차단하여 고전압 부품의 파손을 방지할 수 있는 연료전지 차량용 회생전류차단 장치에 관한 것이다.
이를 위해,
다수의 인버터 케이블에 각각 연결되는 둘 이상의 트라이액;
상기 둘 이상의 트라이액의 온/오프를 제어하는 모터제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치를 제공한다.
트라이액, 회생전류, 발전전류, 차단회로, PMSM, 사이리스터, 양방향.

Description

연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류 차단 장치 {Apparatus For Cutting Off Resurrection Current Using Triac For Fuel Cell Vehicle}
본 발명은 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터 케이블에 둘 이상의 트라이액을 연결하고 제어함으로써, 제어기 오류로 인해 입출력 불능 상태가 되더라도 발전전류를 차단하여 고전압 부품의 파손을 방지할 수 있는 연료전지 차량용 회생전류차단 장치에 관한 것이다.
일반적으로 영구자석을 이용한 모터(permanent magnet synchronous motor)의 경우, 고속 운전 중 모터 제어기의 오류(fault)에 의해 IGBT로 PWM 신호를 보내지 못하는 제어 불능 상태가 되면, 상기 모터는 영구자석에 의해 발전전류를 생성하게 되고, 이러한 발전전류로 인하여 연료전지차량의 IGBT와 같은 고전압 부품이 손상될 수 있다.
따라서, 모터에 의하여 발생되는 발전전류로 인한 고전압 부품의 파손을 방 지하기 위한 회로 및 방법이 필요하며, 종래에 다음과 같은 방법을 통하여 고전압 부품을 보호하였다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 인버터와 모터 사이를 포함한 회로 각 부분에 흐르는 전류(10) 및 전압(20)을 감지하여, 과전류 및 과전압이라고 판단되는 경우 IGBT 앞단에 위치한 릴레이(30)를 오프(off)하는 방법으로 고전압 부품을 보호하였다.
그러나 상기와 같은 고전압 부품 보호 방법은 제어기 오류(fault)로 인해 모든 입출력이 불능 상태가 되면 릴레이를 끊어주는(off) 기능이 작동하지 아니하여 상기 고전압 부품을 보호할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 제어기 오류로 인해 모든 입출력이 불능 상태가 되더라도 발전전류를 차단하여 고전압 부품의 파손을 방지할 수 있는 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치는,
모터와 인버터 사이의 케이블에 연결되는 다수의 트라이액;
상기 다수의 트라이액의 온/오프를 제어하는 모터제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 모터제어부는 정상제어 상태에서는 상기 다수의 트라이액에 연속적인 펄스 전압을 인가하여 트라이액을 온(on)시키고, 오류(fault) 상태에서는 전압 인가를 차단하여 트라이액을 오프(off)시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치에 의하면, 제어기 오류로 인해 모든 입출력이 불능 상태가 되더라도 트라이액 신 호가 차단(off)되어 발전전류가 차단되므로 고전압 부품의 파손을 방지할 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 회생전류차단 장치를 설명하기에 앞서, 일반적인 연료전지 하이드브리드 차량의 파워넷에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
상기 파워넷은 도시된 바와 같이 연료전지부(100), 고전압 배터리(110), 직류 변환 장치(120), PDU(130), 모터 제어기(140), 구동모터(160)를 포함하여 구성된다.
상기 직류 변환 장치(120)는 연료 전지(100)의 출력과 고전압 배터리(110)의 출력 전압 레벨이 다르므로 이를 조절하는 장치이다.
상기 PDU(power distribution unit, 130)는 고전압 릴레이(132)를 포함하여 구성되는데, 상기 고전압 릴레이(132)는 연료전지(100)와 고전압 배터리(110)가 준 비되면 모터 제어기 앞단의 릴레이를 온(on)시켜 통전시키는 회로 개폐 기능을 갖는다.
상기 모터 제어기(140)는 구동 모터를 회전시키기 위한 파워 모듈로서, 직류 전류를 입력받아서 3상 PWM을 생성시킨다. 즉, 모터의 구동과 회생 제동을 담당한다.
본 발명에 따른 회생전류차단 장치는 일 실시예로서 도면의 150부분, 즉 인버터와 모터 사이의 케이블에 연결된 두 개의 트라이액(152, 154)로 구성된다. 이하, 본 발명에 따른 회생전류차단에 대하여 상세하게 설명한다.
일반적으로 트라이액은 양방향성 3단자 사이리스터(thyristor)로서, 게이트 단자에 일정 전류 이상이 인가될 때 양단(T1, T2)을 턴 온(turn on)시키는 양방향 스위칭 반도체 소자이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인버터(142)와 IPM(interior permanent magnet, 160) 사이의 케이블에 트라이액 스위치를 복수개(2개 이상) 설치한다.
이는 3상 인버터의 경우 인버터와 모터 사이에 3개의 파워선이 필요한데, 최소한 두개 이상의 트라이액 스위치가 있어야 회생전류가 차단되기 때문이며, 최대 3개까지 장착이 가능하다.
상기 트라이액(152, 154)의 온/오프는 도 5에 도시된 바와 같이 모터 제어기에 의하여 제어된다. 즉, 상기 모터제어기는 IGBT에 PWM 신호를 전달(200)함과 동시에 트라이액 스위치 온/오프 신호를 제어(210)한다.
상기 모터제어기는 도 3에 도시된 바와 같이 정상상태에서는 연속적인 펄스 전압을 발생시켜 트라이액을 온(on) 시키고, 반대로 오류상태에서는 도 4에 도시된 바와 같이 신호를 전달하지 않아 트라이액을 오프(off) 시킨다.
따라서, 상기 모터제어기에 이상(fault)이 생기는 경우, 상기 인버터(142)로의 신호전달 및 트라이액(152, 154)으로의 신호 전달이 중지되고, 이로 인해 트라이액이 오프(off)되어 회생 전류로 인해 고전압 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 고전압 부품을 보호하는 방법을 나타낸 도면,
도 2는 일반적인 연료전지 하이드브리드 차량의 파워넷의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 케이블에 두 개의 트라이액을 연결한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어기 오류시 회로가 개방됨을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 인버터와 트라이액이 모터제어기에 의해 제어됨을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 전류 감지부 20 : 전압 감지부
30 : 릴레이 100 : 연료전지
110 : 고전압 배터리 120 : 직류변환장치
130 : 전력 분배 유닛 132 : 고전압 릴레이
140 : 모터 제어기 142 : 인버터
150 : 트라이액 연결부 152, 154 : 트라이액
160 : 구동모터 200 : 인버터제어회로
210 : 트라이액제어회로 300 : 정상상태에서의 펄스전압
310 : 오류상태에서의 전압

Claims (2)

  1. 모터와 인버터 사이의 케이블에 연결되는 둘 이상의 트라이액;
    상기 둘 이상의 트라이액의 온/오프를 제어하는 모터제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터제어부는 정상제어 상태에서는 상기 둘 이상의 트라이액에 연속적인 펄스 전압을 인가하여 트라이액을 온(on)시키고, 오류(fault) 상태에서는 전압 인가를 차단하여 트라이액을 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 트라이액을 이용한 회생전류차단 장치.
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