KR20100064706A - 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치 및 방지 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치 및 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량(또는 전기 자동차)에서 임의의 시스템 고장으로 인해, 메인 배터리(6)와 고 전압 전기 동력 부품간 물리적 연결이 단절되는 경우, 구동 모터(2)의 회생 에너지에 의해 시스템에 높은 과 전압이 유기 되어 주변의 전기 동력 부품을 손상시키는 현상을 방지하도록, 모터(2)의 온도가 낮은 상태에서 DC-DC 컨버터(10)의 출력 전압을 높이거나 또는, 12V 전장 부품들을 이용해 전력 소모를 증대시켜 줌에 따라, 갑작스러운 시스템 고장이 발생되더라도 하드웨어 적인 추가 구성이 없이도 과 전압 유기를 효과적으로 방지함은 물론, 차량 성능을 저하시키는 부가적인 현상도 방지할 수 있는 특징이 있게 된다.
하이브리드, 소손, 12V

Description

하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치 및 방지 방법{secondary circuit brake preventing device in HEV and fail-safe control logic}
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 특히 메인 배터리와 고 전압 부품들간 연결이 끊어진 고정 모드에서 회생에너지에 의해 발생되는 과 전압 유기가 일어나지 않도록 예방해 줌에 따라, 주변 부품들의 2차 소손을 방지하는 장치와 방지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량(또는, 연료 전지 차, 플러그 인 하이브리드, 전기 자동차)은 고 전압 배터리의 에너지를 이용하여, 인버터로 모터를 구동해 전기 에너지를 기계 에너지로 전환하고, 기계적 에너지를 모터를 이용해 흡수하는 회생 운전 방식을 구현한다.
이러한 회생 운전 시에는 일반적으로, 모터의 회생 에너지 크기가 인버터로 제어되고, 인버터의 DC 링크(DC-Link)는 대용량 배터리와 연결되어져, 회생된 에너지를 대용량 배터리에 충진되므로, DC 링크(DC-Link) 전압의 급격한 변화를 차단해주게 된다.
또한, 하이브리드 차량은 인버터와 직류변환기 및 메인 스위치 사이를 연결 하는 노드 전압을 통칭 시스템 전압이라 하며, 시스템 전압은 메인 스위치 온(On)시 모터 속도와 무관하게 일정 범위 내로 한정되며, 이러한 시스템 전압 한정은 대용량 에너지 저장장치를 이용해 구현된다.
하지만, 메인 스위치 오프(Off)시에는 대용량 에너지 저장장치에 대한 연결이 끊어짐에 따라, 일반적으로 인버터가 모터의 전류를 제어할 수 없게 되고, 이러한 상태에서는 시스템 전압이 모터 속도에 비례적으로 증가하게 된다.
이와 같은 모터 속도에 비례한 시스템 전압 증가는 다른 주변 장치 쪽으로 과도한 전압을 유기해 부품 소손을 유발하게 되며, 이는 온도가 낮으면 전압이 더 커지고, 온도가 낮으면 전압이 낮아지는 모터 특성에 기인한다.
이에 따라, 하이브리드 차량은 과도 전압으로 인한 추가적인 부품 손상을 방지하게 되는데 일례로, 모든 부품들을 매우 높은 전압에서도 소손되지 않는 고 전압 서브 부품을 적용하는 하드웨어 적인 방식을 채택할 수 있지만, 이러한 하드웨어 적인 방식은 가격이나 부피 및 무게 측면에서 바람직하지 않게 된다.
이로 인해,과도 전압으로 인한 추가적인 부품 손상 방지가 제어 로직을 이용해 구현되는 방식을 적용하는데 일례로, 메인 스위치 오프(Off)상태에서, 엔진 속도를 제한해 모터 속도를 제한하거나 또는, 모터 온도와 유기 전압간 특성을 이용해 메인 스위치의 오프(Off)상태와 관계없도록, 모터 온도에 따라 모터와 엔진 속도를 제어하는 방식을 이용하게 된다.
그러나, 이러한 제어 로직을 이용하더라도 한계가 있는데 즉, 모터 속도를 엔진 속도를 이용해 제한하는 경우, 엔진이 높은 회전수 즉, 5,500rpm이상에서 메 인 스위치가 오프(Off)되면, 엔진 속도를 5,500rpm이하로 낮추는데 수십 ms이 소요되며, 이러한 시간 소요는 수백 μs라는 극히 짧은 순간에 소손되는 부품의 소손을 방지할 수 없게 된다.
또한, 모터 온도에 따라 모터와 엔진 속도를 제어하는 방식도 일정 온도 이하에서는 엔진 속도가 제한되므로, 저온 상태 시동 초기에는 차량 가속 성능이 저하되는 현상이 있게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 하이브리드 차량에서 메인 스위치 오프(Off)시와 같이 메인 배터리와 고 전압 부품들간 연결이 끊어진 고정 모드가 발생될 수 있는 조건을 모터 온도로 판단하게 되면, 인버터 쪽으로 저장되는 에너지 양이 감소되도록 에너지 소모량을 증대해 줌에 따라, 과도 전압이 주변 부품으로 유기 되는 현상을 차단해줌을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 과도 전압 유기 현상을 차단하기 위해 에너지를 소모할 때, 12V 배터리의 충전 에너지를 증대하도록 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 증대시켜 구현하거나, 또는 기 설치된 12V 전장 부품을 이용해 줌에 따라, 추가적인 비용이나 무게 증가 등을 발생시켜 주지 않도록 함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하이브리드 차량에 있어서, 엔진과 함께 동력을 발생시키면서, 시스템 전압을 과 전압으로 증가시키는 조건을 충족하는 모터의 온도를 측정하고, 과 전압 증가 모드 시 에너지 소모 양을 증대하도록, 12V 배터리의 충전 에너지를 증가하기 위해 출력 전압을 발생하는 DC-DC 컨버터를 포함하고,
12V 전장 부품과 스위치로 온·오프 제어되는 회로가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터는 12V 배터리의 충전 에너지를 증가하기 위해 높은 출력 전압을 발생하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 상기 12V 전장 부품과 스위치로 온·오프 제어되는 회로는, 모터를 제어하는 인버터와, 인버터를 통해 에너지를 저장하는 에너지 저장·발생기를 연결하는 메인 스위치 및 12V 배터리에 연결된 DC-DC 컨버터가 서로 연결되어 시스템 전압을 형성하는 회로에 연결된다.
그리고, 본 발명의 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 방법이, 모터의 온도를 지속적으로 측정해, 측정된 모터 온도가 과 전압을 유기 할 수 있는 조건을 충족하는 특정 온도 Tmin에 도달되는지 여부를 판단하고,
상기 Tmin에 도달한 경우, 12V 배터리의 충전 에너지 증대나, 또는 12V 전장 부품을 이용한 에너지 소모 증대 모드 중, 한가지를 선택하는 에너지를 소모시키며,
에너지 소모 구현 시, 모터의 온도 T가 특정 온도 Tmin을 초과하면, 에너지 소모 로직을 중단하고, 정상적인 제어 상태로 복귀시키도록 구현되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 상기 에너지 소모 증대 모드는 12V 배터리의 충전 에너지 증대나, 또는 12V 전장 부품을 이용한 에너지 소모 증대 모드가 동시에 구현될 수 있도록 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 하이브리드 차량이 모터 온도가 낮아 메인 스위치 오프(Off)시와 같은 고정 모드가 발생될 수 있는 조건일 때, 인버터의 DC 링크(DC-Link)쪽으로 저장되는 에너지 양을 감소시켜, 주변 부품으로 유기 될 수 있는 과도 전압 발생을 근본적으로 차단해 줄 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명은 기 설치된 12V 배터리의 충전 에너지를 증대하거나 또는, 12V 전장 부품을 이용해 과도 전압 유기 차단을 위한 에너지를 소모하므로, 추가적인 비용이나 무게 증가 등을 발생시켜 주지 않는 효과가 있게 된다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 2차 소손 방지 장치를 갖춘 하이브리드 차량의 구성 도를 도시한 것인 바, 본 발명의 하이브리드 차량인 HEV는 ECU(3)로 제어되는 엔진(1)과 모터(2)를 함께 갖추며, HCU(5)를 이용해 제어되어져 전기 에너지를 충전하고, 모터(2)의 회생 에너지 크기를 제어하는 인버터(4)가 구비되며, 상기 인버터(4)를 통해 에너지를 저장하는 에너지 저장·발생 기(6)를 갖추게 된다.
여기서, 상기 ECU(3)는 HEV 차량과 같이 엔진(1)과 모터(2)를 제어하고, 특히 또한, 상기 모터(2)는 온도가 낮은 상태에서 과 전압 유기 현상을 제어하도록, 모터(2)의 온도를 측정하고 12V 전장 부품을 이용한 에너지 소모 증대 로직을 구현하며, 차량 운행과 회생 운전등을 모두 제어해 주게 된다.
그리고, 상기 인버터(4)는 전력 변환 부와 더불어, 에너지 저장부인 캐피시터를 구비하고, 이러한 캐피시터는 DC 링크(DC-Link)로서, 회생된 에너지를 대용량 배터리인 에너지 저장·발생 기(6)쪽으로 공급하면서 동시에, 전압의 급격한 변화를 차단하도록 작동한다.
이에 더해, 본 발명의 HEV는 에너지 저장·발생 기(6)를 제어하는 BMS(7)와, 인버터(4)에서 에너지 저장·발생 기(6)사이를 연결하는 회로를 제어하는 메인 스위치(8)를 더 갖추게 된다.
또한, 상기 메인 스위치(8)와 인버터(4)사이 회로에는 12V 배터리(9)에 연결된 DC-DC 컨버터(10)가 연결되며, 상기 인버터(4)와 DC-DC 컨버터(10) 및 메인 스위치(8) 사이를 연결하는 시스템 전압(노드 전압)을 형성한다.
이와 더불어, 본 발명의 HEV는 모터(2)는 온도가 낮은 상태에서 과 전압 유 기 현상을 ECU(3)가 제어할 때, 12V 배터리(9)의 충전 에너지를 증대하거나 또는, 12V 전장 부품을 이용해 에너지 소모를 증대시키는 에너지 소모 기(20)가 더 설치된다.
이러한, 12V 배터리(9)의 충전 에너지를 증대를 위해 다양한 방식을 적용하지만, DC-DC 컨버터(10)의 출력 전압을 증대시켜 구현해 주게 된다.
또한, 상기 에너지 소모 기(20)도 다양한 방식과 부품으로 구성되며 일례로, 인버터(4)쪽으로 저장되지 못하도록 시스템 전압 회로에서 인출되어져, 에너지를 소모하는 12V 전장 부품(22)으로 구성된다.
이를 위해, 상기 12V 전장 부품(22)은 차량의 전력 소모 부품을 이용하게 되며, 이는 윈도우 열선, 와이퍼 모터, 라디에이터 팬, 워터 펌프, 시트열선, 헤드 램프 등이다.
또한, 상기 12V 전장 부품(22)으로 이어지도록 인버터(4)와 DC-DC 컨버터(10)쪽으로 회로를 이루면서 인출되는 회로 라인으로는 스위치(21)를 구비하는데, 상기 스위치(21)는 12V 전장 부품(22)을 동작시키기 위한 온·오프(On·Off) 타입이다.
그리고, 상기 스위치(21)는 통상적으로, ECU(3)를 이용해 자동 제어하며, 상기 스위치(21)는 12V 전장 부품(22)을 구성하는 각각의 부품들을 개별적으로 제어하도록 설치되거나 또는, 각각의 부품들을 동시에 제어하도록 구성된다.
이와 같이 과 전압의 유기로 인한 주변 부품 소손 방지 로직을 구현하기 위 해, 모터(2)에 대한 온도 측정이 필연적으로 요구되는데, 이는 모터(2)의 특성이 온도가 낮으면 시스템 전압이 크게 높아지는 반면, 온도가 낮으면 시스템 전압이 낮아지는 특성을 이용함에 기인하게 된다.
이에 따라, 본 실시 예는 메인 스위치(8)의 온(On)이나 오프(Off)변화에 전혀 관계하지 않게 된다.
이를 위해, 모터(2)의 온도를 지속적으로 측정하게 되고, 측정된 모터 온도가 과 전압을 유기 할 수 있는 조건을 충족하는 특정 온도 Tmin에 도달되는지 여부를 판단하게 된다.
이어, 모터(2)의 온도가 특정 온도 Tmin에 도달하지 않은 경우는 정상(일반)적인 상태로 제어하지만, 특정 온도 Tmin에 도달한 경우 에너지 소모를 증대시킬 방식을 결정하게 된다.
이때, 에너지 소모 방식은 2가지 타입으로 구분되는데, 이러한 2가지 타입을 모두 이용할 수 있도록 구현하거나 또는, 1가지만을 구현할 수 있으며, 바람직하게는 2가지 모두 구현되도록 구성된다.
이어, 에너지 소모 방식 모드가 DC-DC 컨버터(10)를 이용하는 경우이면, DC-DC 컨버터(10)의 출력 전압을 증대시켜 12V 배터리(9)의 충전 에너지를 증대해, 에너지 소모 양을 증가시켜 주고, 이러한 출력 전압 증대는 모터(2)의 온도 T가 특정 온도 Tmin을 초과할 때까지 이루어진다.
한편, 에너지 소모 방식 모드가 시스템 전압 회로에서 인출된 에너지 소모 기(20)를 이용하는 경우는 스위치(21)를 온(On)시켜 주게 되고, 스위치(21)가 온(On)되어 전원 회로가 연결된 12V 전장 부품(22) 즉, 윈도우 열선이나, 와이퍼 모터, 라디에이터 팬, 워터 펌프, 시트열선, 헤드 램프 등을 통해 에너지를 소모해 주게 된다.
이러한 12V 전장 부품(22)을 이용한 에너지 소모는 모터(2)의 온도 T가 특정 온도 Tmin을 초과할 때까지 이루어진다.
또한, 상기 12V 전장 부품(22)을 작동시키는 스위치(21)는 소모되어야 할 에너지 소모 양에 따라, 개별적이거나 또는 병합해서 작동되도록 제어된다.
도 1은 본 발명에 따른 2차 소손 방지 장치를 갖춘 하이브리드 차량의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 방법에 대한 로직
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진 2 : 모터
3 : ECU 4 : 인버터
5 : HCU 6 : 에너지 저장·발생 기
7 : BMS 8 : 메인 스위치
9 : 12V 배터리 10 : DC-DC 컨버터
20 : 에너지 소모 기
21 : 스위치 22 : 12V 전장 부품

Claims (5)

  1. 하이브리드 차량에 있어서,
    엔진과 함께 동력을 발생시키면서, 시스템 전압을 과 전압으로 증가시키는 조건을 충족하는 모터의 온도를 측정하고, 과 전압 증가 모드 시 에너지 소모 양을 증대하도록, 12V 배터리의 충전 에너지를 증가하기 위해 출력 전압을 발생하는 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    12V 전장 부품과 스위치로 온·오프 제어되는 회로가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 DC-DC 컨버터는 12V 배터리의 충전 에너지를 증가하기 위해 높은 출력 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 12V 전장 부품과 스위치로 온·오프 제어되는 회로는, 모터를 제어하는 인버터와, 인버터를 통해 에너지를 저장하는 에너지 저장·발생기 간을 연결하는 메인 스위치 및 12V 배터리에 연결된 DC-DC 컨버터가 서로 연결되어 시스템 전압을 형성하는 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 장치.
  4. 모터의 온도를 지속적으로 측정해, 측정된 모터 온도가 과 전압을 유기 할 수 있는 조건을 충족하는 특정 온도 Tmin에 도달되는지 여부를 판단하는 조건 충족 단계;
    상기 Tmin에 도달한 경우, 12V 배터리의 충전 에너지 증대나, 또는 12V 전장 부품을 이용한 에너지 소모 증대 모드 중, 한가지를 선택하는 에너지 소모 구현 단계;
    에너지 소모 구현 시, 모터의 온도 T가 특정 온도 Tmin을 초과하면, 에너지 소모 로직을 중단하고, 정상적인 제어 상태로 복귀시키는 정상화 복귀 단계;
    로 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 방법
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 에너지 소모 증대 모드는 12V 배터리의 충전 에너지 증대나, 또는 12V 전장 부품을 이용한 에너지 소모 증대 모드가 동시에 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 2차 소손 방지 방법
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