KR20110062694A - 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인릴레이 오프시 발생하는 모터의 역기전력이 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터로 인가되지 않도록 함으로써, 직류변환장치등과 같은 비파워트레인 부품들에 대한 보호 및 고장 방지 등을 도모할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량 주행을 위한 제1모터 및 제2모터; 제1모터를 구동 제어하는 제1인버터 및 제2모터를 구동 제어하는 제2인버터와; 직류 전압을 출력하는 직류전원용 배터리와; 상기 직류전원용 배터리로부터 직류 전압을 상기 제1 및 제2인버터로 승압 또는 감압시켜 공급하고, 상기 제1인버터 또는 제2인버터로부터의 직류 전압을 상기 직류전원용 배터리측으로 감압 또는 승압시켜 공급하는 전압 컨버터와; 상기 직류전원용 배터리와 전압 컨버터 사이에 연결된 제1 및 제2메인릴레이; 상기 직류전원용 배터리와 제1 및 제2메인릴레이 사이에 연결되되, 제1보조릴레이 및 제2보조릴레이를 매개로 연결되는 비파워트레인 부품인 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
하이브리드, 모터, 구동, 릴레이, 인버터, 직류변환장치, 배터리, 컨버터

Description

하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법{MOTOR CONTROL SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인릴레이 오프시 발생하는 모터의 역기전력이 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터로 인가되지 않도록 함으로써, 직류변환장치등과 같은 비파워트레인 부품들에 대한 보호 및 고장 방지 등을 도모할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 가솔린 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량을 말한다.
엔진이 비효율적인 주행환경일 때, 배터리 충방전에 의한 모터의 구동을 통해 시스템의 효율성을 높일 수 있고(load leveling), 또한 감속시에는 브레이크에서 마찰열로 방출되는 운동에너지를 모터의 발전으로 전기로 전환하는 회생제동을 통해 배터리 충전이 이루어져 연비를 향상시킬 수 있다.
이러한 하이브리드 차량은 동력 전달 계통상 모터의 연결 및 구동 여부에 따라 소프타 타입(Soft type)과 하드 타입(Hard tpye)으로 나누어진다.
기존의 하드 타입 하이브리드 차량의 모터 구동을 위한 시스템 구성을 첨부한 도 4를 참조로 살펴보면, 차량 주행을 위한 제1모터(M1) 및 제2모터(M2)와; 제1모터(M1)를 구동 제어하는 제1인버터(1) 및 제2모터(M2)를 구동 제어하는 제2인버터(2)와; 직류 전압을 출력하는 직류전원용 배터리(B)와; 상기 직류전원용 배터리(B)로부터 직류 전압을 상기 제1 및 제2인버터(1,2)로 승압시켜 공급하고, 상기 제1인버터(1) 또는 제2인버터(2)로부터의 직류 전압을 상기 직류전원용 배터리(B)측으로 감압하여 공급하는 전압 컨버터(3)와; 상기 직류전원용 배터리(B)와 전압 컨버터(3) 사이에 연결된 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2); 및 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)와 전압 컨버터(3) 사이에 연결된 직류변환장치(4) 또는 전동식 에어컨 인버터(7)로 대표되는 전기부하 또는 전원공급장치; 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 직류변환장치(4)는 에너지의 흐름이 단방향 또는 양방향으로 이루어지는 전력변환장치를 통칭하고, 도 1에서 미설명부호 5,6,8은 각각 12V 보조배터리와, 12V 전장부하와, DC-링크 커패시터를 각각 나타낸다.
상기와 같은 종래의 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)가 오프(OFF)되는 순간, 회전하는 모터의 역기전력에 의하여 DC-링크 커패시터(8)에 높은 전압(예: 600V)이 유기되고, 이 전압은 전압컨버터(3)를 통해 직류변환장치(4) 및 전동식 에어컨 인버터(7) 등과 같은 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)와 전압컨버터(3) 사이에 연결되어 있는 비파워트레인계 부품에 인가되는 바, 이에 직류변환장치(4)와 전동식 에에어컨 인버터(7) 등과 같은 부품의 최고 내전압 사양을 증대시켜야 하고, 그에 따른 하이브리드 시스템 구축을 위한 재료 및 제조 원가 상승을 초래하는 동시에 시스템 효율 저하를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 상기 직류변환장치(4)의 고장시, 고전압 직류전원용 배터리(B)의 직류전원에 의한 2차 문제를 예방하기 위하여 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 즉시 오프시키는 제어가 이루어지는 바, 이때 상기 제1 및 제2인버터(1,2)에도 전원이 공급되지 않게 되어, 결국 하이브리드 차량의 주행을 위한 제1모터(M1) 및 제2모터(M2)의 구동력이 상실될 뿐만 아니라, 엔진의 고속회전중에 발전기를 비롯하여 제1 및 제2모터(M1,M2)에 대한 제어 불능 상태로 인하여 발전기에 과도한 회전 및 역기전력이 유기될 수 있고, 그에 따라 모터 회전부 고장 및 과전압 유기에 의한 인버터 소손 가능성도 높아지는 문제점이 있다.
또한, 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)의 오프후에 차량이 정지된 경우에는 제1 및 제2모터(M1,M2)의 구동력이 상실된 상태이므로, 차량 기동이 불가능해지고, 차량 진단을 위한 림프홈 모드 진입도 불가능해져서, 결국 12V보조 배터리에 의한 12V 전원 공급이 가능함에도 불구하고 차량 기동이 불가능해져 견인을 할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
또한, 상기 직류변환장치(4)를 이용하여 고전압 배터리로 대표되는 직류전원 용 배터리(B)를 충전하는 경우, 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)가 온(ON)되고, 전압컨버터(3)와 제1 및 제2인버터(1,2)에도 고전압 전원이 인가되는 바, 이때 전압컨버터(3)와 제1 및 제2인버터(1,2)의 IGBT 오작동을 예방하기 위한 제어기의 제어 동작이 이루어지고, 이에 IGBT 게이트 드라이브 회로에 전원을 인가하여 항시 IGBT 오프(OFF) 상태가 되도록 해야 하지만, 이는 게이트 드라이브 회로의 수명 단축 및 불필요한 부품을 항시 동작시켜야 하는 불합리한 점이 있고, 특히 장시간 충전시에는 IGBT 오작동을 예방하기 위한 제어기의 수명 단축 및 오작동 가능성이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 메인릴레이 오프시 발생하는 모터의 역기전력이 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터로 인가되지 않도록 직류전원용 배터리와 메인릴레이 사이에 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터 등과 같은 비파워트레인 부품들이 보조릴레이를 통해 연결되도록 함으로써, 비파워트레인 부품들에 대한 보호 및 고장 방지 등을 도모할 수 있고, 직류변환장치의 고장시에도 보조릴레이에 대한 제어를 통해 신속하게 대응할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 차량 주행을 위한 제1모터 및 제2모터; 제1모터를 구동 제어하는 제1인버터 및 제2모터를 구동 제어하는 제2인버터와; 직류 전압을 출력하는 직류전원용 배터리와; 상기 직류전원용 배터리로부터 직류 전압을 상기 제1 및 제2인버터로 승압 또는 감압시켜 공급하고, 상기 제1인버터 또는 제2인버터로부터의 직류 전압을 상기 직류전원용 배터리측으로 감압 또는 승압시켜 공급하는 전압 컨버터와; 상기 직류전원용 배터리와 전압 컨버터 사이에 연결된 제1 및 제2메인릴레이; 상기 직류전원용 배터리와 제1 및 제2메인릴레이 사이에 연결되되, 제1보조릴레이 및 제2보조릴레이를 매개로 연결되는 비파워트레인 부품인 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템을 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 비파워트레인 부품과 파워트레인 부품인 제1 및 제2인버터간의 전기적 영향을 차단하도록 상기 제1 및 제2메인릴레이에 대한 동작과, 제1 및 제2보조릴레이에 대한 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 비파워트레인 부품인 직류변환장치의 고장 유무 판정 단계와; 고장 판정시, 직류전원용 배터리와 제1 및 제2메인릴레이 사이에 연결되는 제1보조릴레이 및 제2보조릴레이를 오프시키는 단계와; 차량의 주행 유무를 판정하는 단계와; 직류변환장치의 고장 상태에서 차량이 주행중이면, 제1 및 제2메인릴레이를 온으로 유지시켜 모터 구동이 계속 이루어 지게 하는 단계와; 직류변환장치의 고장 상태에서 차량이 시동오프 중이면, 비상기능 버튼을 눌러서 제1 및 제2메인릴레이를 온시킨 후, 차량 운행이 임시로 이루어지도록 한 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 제어 방법을 제공한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 제1 및 제2메인릴레이를 오프시키는 순간, 제1 및 제2보조릴레이가 온된 상태라도, 직류변환장치에 인가되는 모터의 역기전력에 의한 과전압이 차단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 구현예는 전기부하 및 전기공급장치인 직류변환장치가 고장이 아닌 경우, 직류변환장치를 통한 직류전원용 배터리에 대한 충전이 이루어지도록 제1 및 제2메인릴레이를 오프시키는 동시에 제1 및 제2보조릴레이를 온시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 메인릴레이 오프시 발생하는 모터의 역기전력이 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터로 인가되지 않도록 보조릴레이를 채용함으로써, 직류변환장치 및 전동식 에어컨 인버터 등과 같은 비파워트레인 부품들에 대한 보호 및 고장 방지 등을 도모할 수 있다.
또한, 모터의 역기전력에 의한 과전압이 직류변환장치 등에 인가되지 않게 되어, 직류변환장치의 최대 내전압을 저감시킬 수 있고, 직류변환장치의 용량을 저 전압용으로 선택(기존 600V에서 300V로 다운됨)할 수 있어 원가절감을 실현할 수 있다.
또한, 직류변환장치의 고장시에도 메인릴레이 및 보조릴레이에 대한 제어를 통해 신속하게 A/S를 받을 수 있게 유도할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템을 나타내는 구성도이다.
파워트레인계 부품으로서, 차량 주행을 위한 제1모터(M1) 및 제2모터(M2)에 각각 모터의 구동 제어를 위한 제1인버터(1) 및 제2인버터(2)가 연결되어 있고, 이들 인버터은 직류 전압을 출력하는 직류전원용 배터리(B)와 전압 컨버터(3)를 매개로 연결되어 있다.
상기 전압 컨버터(3)는 직류전원용 배터리(B)로부터 직류 전압을 상기 제1 및 제2인버터(1,2)로 승압 또는 감압시켜 공급하거나, 상기 제1인버터(1) 또는 제2인버터(2)로부터의 직류 전압을 직류전원용 배터리(B)측으로 감압 또는 승압시켜 공급하는 역할을 한다.
이때, 상기 직류전원용 배터리(B)와 전압 컨버터(3) 사이에는 배터리(B) 전원을 인가 또는 단속하기 위한 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)가 배열되어 있다.
특히, 상기 직류전원용 배터리(B)와 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2) 사이에는 비파워트레인계 부품인 직류변환장치(4) 및 전동식 에어컨 인버터(7) 등이 연결되어 있는 바, 상기 직류전원용 배터리(B)와 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2) 사이에서 직류변환장치(4) 및 전동식 에어컨 인버터(7)로 연결되는 라인상에는 제1보조릴레이(SR3) 및 제2보조릴레이(SR4)가 장착된다.
또한, 전기부하 또는 전원공급장치인 직류변환장치(4)와 같은 비파워트레인 부품과 파워트레인 부품인 제1 및 제2인버터(1,2)간의 전기적 영향을 차단하도록 제어기(미도시됨)에 의하여 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)에 대한 동작과, 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)에 대한 동작이 제어된다.
첨부한 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템의 고장 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
먼저, 전기부하 또는 전원공급장치로 대표되는 비파워트레인 부품인 직류변환장치(4)의 고장시, 직류전원용 배터리(B)와 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2) 사이에 연결되는 제1보조릴레이(SR3) 및 제2보조릴레이(SR4)가 오프된다.
이에, 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)가 오프되지 않더라도, 모터의 역기전력에 의한 과전압이 인가되지 않게 되어, 직류변환장치(4) 및 전동식 에어컨 인버터(7) 등과 같은 비파워트레인 부품에 대한 보호 및 고장 방지가 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 오프시키는 순간, 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)가 온된 상태라도, 직류변환장치(4)에 인가되는 모터의 역기전 력에 의한 과전압이 차단될 수 있다.
따라서, 직류변환장치(4)와 전동식 에에어컨 인버터(7) 등과 같은 부품의 최고 내전압 사양을 기존의 600V 사양에서 300V 사양으로 감소시킬 수 있고, 그에 따른 제조 원가 절감을 도모할 수 있다.
이때, 상기 직류변환장치(4)의 고장 상태에서 차량이 주행중이면, 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)는 오프되지만, 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 온으로 유지시켜 직류전원용 배터리(B)의 전력에 의한 모터(M1,M2) 구동이 계속 이루어지게 한다.
반면, 상기 직류변환장치(4)의 고장 상태에서 차량이 시동오프 중이면, 비상기능 버튼을 눌러서 차량의 비상경고등이 점등되도록 하고, 동시에 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 온시킨 후, 차량 운행이 임시로 이루어지도록 하여, 운전자가 A/S센터로 주행하여 갈 수 있게 해준다.
한편, 전기부하 및 전기공급장치인 직류변환장치(4)가 고장이 아닌 경우, 직류변환장치를 통한 직류전원용 배터리(B)에 대한 충전이 이루어지도록 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 오프시키는 동시에 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)를 온시키게 된다.
따라서, 상기 직류변환장치(4)를 이용하여 고전압 배터리로 대표되는 직류전원용 배터리(B)에 충전이 용이하게 이루어질 수 있고, 충전시 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)가 오프된 상태이므로 전압컨버터(3)와 제1 및 제2인버터(1,2)에 충전시의 고전압 전원이 인가되지 않게 되어, 기존에 전압컨버터(3)와 제1 및 제2인버 터(1,2)의 IGBT 오작동 예방을 위해 제어기가 IGBT 오프 제어를 실시하던 불필요한 로직을 배제시켜 제어기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템을 나타내는 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 제어 방법을 설명하는 순서도,
도 4는 종래의 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템을 나타내는 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 제1인버터
2 : 제2인버터
3 : 전압 컨버터
4 : 직류변환장치
M1 : 제1모터
M2 : 제2모터
B : 직류전원용 배터리
SR1 : 제1메인릴레이
SR2 : 제2메인릴레이
SR3 : 제1보조릴레이
SR4 : 제2보조릴레이

Claims (5)

  1. 차량 주행을 위한 제1모터(M1) 및 제2모터(M2);
    제1모터(M1)를 구동 제어하는 제1인버터(1) 및 제2모터(M2)를 구동 제어하는 제2인버터(2)와;
    직류 전압을 출력하는 직류전원용 배터리(B)와;
    상기 직류전원용 배터리(B)로부터 직류 전압을 상기 제1 및 제2인버터(1,2)로 승압 또는 감압시켜 공급하고, 상기 제1인버터(1) 또는 제2인버터(2)로부터의 직류 전압을 상기 직류전원용 배터리(B)측으로 감압 또는 승압시켜 공급하는 전압 컨버터(3)와;
    상기 직류전원용 배터리(B)와 전압 컨버터(3) 사이에 연결된 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2);
    상기 직류전원용 배터리(B)와 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2) 사이에 연결되되, 제1보조릴레이(SR3) 및 제2보조릴레이(SR4)를 매개로 연결되는 비파워트레인 부품인 직류변환장치(4) 및 전동식 에어컨 인버터(7);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비파워트레인 부품(4,7)과 파워트레인 부품인 제1 및 제2인버터(1,2)간의 전기적 영향을 차단하도록 상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)에 대한 동작과, 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)에 대한 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템.
  3. 비파워트레인 부품인 직류변환장치(4)의 고장 유무 판정 단계와;
    고장 판정시, 직류전원용 배터리(B)와 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2) 사이에 연결되는 제1보조릴레이(SR3) 및 제2보조릴레이(SR4)를 오프시키는 단계와;
    차량의 주행 유무를 판정하는 단계와;
    직류변환장치(4)의 고장 상태에서 차량이 주행중이면, 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 온으로 유지시켜 모터(M1,M2) 구동이 계속 이루어지게 하는 단계와;
    직류변환장치(4)의 고장 상태에서 차량이 시동오프 중이면, 비상기능 버튼을 눌러서 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 온시킨 후, 차량 운행이 임시로 이루어지도록 한 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 오프시키는 순간, 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)가 온된 상태라도, 직류변환장치에 인가되는 모터의 역기전력에 의한 과전압이 차단되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 제어 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    전기부하 및 전기공급장치인 직류변환장치(4)가 고장이 아닌 경우, 직류변환장치를 통한 직류전원용 배터리(B)에 대한 충전이 이루어지도록 제1 및 제2메인릴레이(SR1,SR2)를 오프시키는 동시에 제1 및 제2보조릴레이(SR3,SR4)를 온시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 제어 방법.
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