KR20120059263A - 친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치 - Google Patents

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본 발명은 직류단의 출력을 이용하여 영구자석의 온도를 추정하고, 추정된 영구자석의 온도를 기준으로 구동모터의 전류 제어가 제공되도록 하는 친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치가 개시된다.
본 발명은 직류단의 출력 전압 및 전류를 검출하는 과정, 토크명령과 직류단의 출력 전압 및 전류를 반응표면 모델에 적용하여 모터의 회전자인 영구자석의 온도를 추정하는 과정, 토크명령과 모터의 회전각속도을 전류맵에 적용하여 모터 구동을 위한 전류지령을 생성하는 과정, 상기 추정된 영구자석의 온도를 반영하여 전류지령을 보정하여 모터의 구동을 제어하는 과정을 포함한다.

Description

친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치{MOTOR TEMPERATURE ESTIMATION METHOD FOR GREEN CAR AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 친환경 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류단의 출력을 이용하여 영구자석의 온도를 추정하고, 추정된 영구자석의 온도를 기준으로 구동모터의 전류 제어가 제공되도록 하는 친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치에 관한 것이다.
차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차가 제공되고 있다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 통칭으로, 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭한다.
친환경 자동차에서 하나의 구동원으로 적용되는 모터는 고전압 배터리의 전원에 의해 운전되므로, 높은 효율 특성을 얻기 위하여 속도 제어영역과 토크 제어영역이 넓은 특성을 지닌 매입형 영구자석 모터가 사용된다.
친환경 자동차에서 모터의 회전자로 구성되는 영구자석의 자속은 엔진룸을 포함하는 주변온도와 운전조건에 따라 발생되는 열로 인하여 그 특성이 변화된다.
이러한 자속의 특성변화는 제어특성에 영향을 주어 결국 토크 제어 성능을 저하시키는 결과를 초래하므로, 제어 특성의 저하를 막기 위해서는 영구자석의 정확한 온도 추정 및 보상에 대한 제어가 요구된다.
종래의 친환경 자동차에서는 모터의 고정자에 온도센서를 설치하여 모터의 구동 제어과정에서 발생되는 모터의 온도를 실측하여 기준온도로 사용하고 있다.
그러나, 모터의 고정자에 온도센서를 설치하여 온도를 측정하는 방법은 물리적으로 고정자와 분리되어 있는 영구자석의 온도 측정이 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 모터의 구동 제어에서 회전자로 구성되는 영구자석의 온도변화에 대한 보상제어는 실행되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 직류단의 출력으로부터 영구자석의 온도를 추정하여 모터의 전류 제어에 사용되는 기준온도를 영구자석의 온도를 기준으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징에 따르면, 직류단의 출력 전압 및 전류를 검출하는 과정; 토크명령과 직류단의 출력 전압 및 전류를 반응표면 모델에 적용하여 모터의 회전자인 영구자석의 온도를 추정하는 과정; 토크명령과 모터의 회전각속도을 전류맵에 적용하여 모터 구동을 위한 전류지령을 생성하는 과정; 상기 추정된 영구자석의 온도를 반영하여 전류지령을 보정하여 모터의 구동을 제어하는 과정을 포함하는 친환경 자동차의 모터온도 추정방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 모터에 공급되는 배터리의 출력전압 및 전류를 검출하는 전압/전류검출부; 토크명령과 배터리의 출력 전압 및 전류를 반응표면 모델에 적용하여 모터 회전자 온도를 추정하는 온도추정부; 상기 추정된 회전자 온도를 적용하여 토크명령과 모터의 회전각속도로 추출되는 모터 구동을 위한 전류지령을 보정하는 보간기를 포함하는 친환경 자동차의 모터온도 추정장치가 제공된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 영구자석의 실질적인 온도가 적용되는 전류 제어값으로 모터의 구동이 실행되어 모터의 제어에 안정성 및 효율성이 증대되고, 모터의 효율을 최적으로 발휘시켜 연비 향상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 모터온도 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 모터온도 추정절차를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 모터온도 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 모터온도 추정장치는, 전류지령생성기(11)와 보간기(12), 전류제어기(13), PWM발생기(14), 구동부(15), 인버터(16), 모터(17), 레졸버(18), 배터리(19), 전압/전류검출부(20) 및 온도추정부(21)를 포함한다.
전류지령생성기(11)는 모터(17)의 온도에 따라 학습된 복수개의 전류 맵이 설정되며, 모터(17)의 구동을 요구하는 토크 명령(T*)이 입력되면 모터(17)의 각속도(ω)를 검출한 다음 입력되는 토크 명령(T*)과 모터(17)의 각속도(ω)를 설정된 전류맵에 적용하여 고정자 d축과 q축에 대한 전류지령을 생성하여 보간기(12)에 인가한다.
보간기(12)는 상기 전류지령생성기(11)에서 입력되는 토크 명령(T*)과 모터(17)의 각속도(ω)에 따라 생성되어 인가되는 고정자 d축 및 q축에 대한 전류지령에 대하여 온도추정부(21)에서 제공되는 배터리(19)의 출력으로부터 추정되는 모터의 회전자인 영구자석의 온도를 적용하여 전류지령을 보간하여 고정자 d축과 q축에 대한 실질적인 전류지령을 전류제어기(13)에 인가한다.
전류제어기(13)는 보간기(12)에서 인가되는 고정자 q축 및 q축에 대한 전류지령을 고정자 d축 및 q축에 대한 전압 명령으로 결정하여 출력한다.
PWM발생기(14)는 전류제어기(13)에서 결정되어 인가되는 전압 명령에 따라 배터리(19)의 직류전압을 3상 교류전압으로 상변환시키기 위한 PWM신호를 생성하여 구동부(15)에 인가한다.
구동부(15)는 PWM발생기(14)에서 인가되는 PWM신호를 인버터(16)에 다수개로 구성하는 전력 스위치 소자의 게이트 단자에 구동신호로 인가한다.
인버터(16)를 다수개의 전력 스위치 소자로 이루어지며, 구동부(15)에서 게이트 단자에 인가되는 PWM신호에 의해 스위칭되어 배터리(19)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(17)의 각 상에 구동전압 및 전류로 공급한다.
모터(17)는 친환경 자동차에 구성되는 동력원으로 인버터(16)에서 인가되는 전압 및 전류에 의해 구동된다.
레졸버(18)는 모터(17)의 구동에 따른 회전자의 위치각(θ)을 검출하여 모터의 속도 및 각속도(ω)의 정보를 PWM발생기(14)에 제공하여 모터(17)의 구동속도 및 토크의 피드백 제어가 제공될 수 있도록 한다.
배터리(19)는 직류전원공급장치로, 고전압의 에너지가 저장된다.
전압/전류검출부(20)는 모터(17)의 구동에 따른 배터리(19)의 출력을 검출하여 그에 대한 정보를 온도추정부(21)에 제공한다.
온도추정부(21)는 전압/전류검출부(20)에서 제공되는 배터리(19)의 출력 전압 및 전류와 토크명령을 적용하여 모터(17)의 회전자인 영구자석의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 보간기(12)에 제공한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.
본 발명이 적용되는 친환경 자동차가 운행되는 상태에서(S101) 전압/전류검출부(20)는 모터(17)의 구동에 따라 소모되는 배터리(19)의 출력전압 및 전류를 검출하여 온도추정부(21)에 제공한다(S102).
온도추정부(21)는 운전자의 토크명령과 전압/전류검출부(20)에서 제공되는 배터리(19)의 출력 전압 및 전류를 이용하여 모터(17)의 회전자인 영구자석의 온도를 추정한다(S103).
상기 영구자석의 온도 추정은 다음과 같은 원리를 이용한다.
운전자의 토크 명령에 따른 특정 운전점에서 영구자석의 온도가 상승하면 인버터(16)의 출력 전압이 감소되며, 인버터(16)의 출력전압이 감소되면 배터리(19)의 출력전류가 감소되므로, 모터(17)의 출력이 감소되며 결과적으로 배터리(19)의 출력이 감소된다.
따라서, 반응표면 모델링 기법을 적용하여 종속변수인 영구자석의 온도에 영향을 미치는 독립변수인 토크명령과 배터리의 출력 전압/전류로부터 영구자석의 온도를 추정할 수 있게 된다.
상기 S104에서 모터(17)의 회전자인 영구자석의 온도가 추정된 상태에서 전류지령생성기(11)에 운전자가 요구하는 토크명령 입력이 검출되고(S104) 레졸버(18)로부터 모터(17)의 회전각속도가 입력되면(S105) 전류지령생성기(11)는 토크 명령과 모터(17)의 회전각속도를 설정된 전류맵에 적용하여 고정자 d축과 q축에 대한 전류지령을 생성하여 보간기(12)에 인가한다(S106).
따라서, 보간기(12)는 상기 전류지령생성기(11)에서 생성되어 인가되는 고정자 d축 및 q축에 대한 전류지령에 대하여 온도추정부(21)에서 제공되는 배터리(19)의 출력으로부터 추정되는 영구자석의 온도를 적용하여 전류지령을 보간한 다음 전류제어기(13)에 인가한다(S107).
전류제어기(13)는 보간기(12)에서 인가되는 고정자 q축 및 q축에 대한 전류지령을 고정자 d축 및 q축에 대한 실질적인 전압 명령으로 결정하여 PWM발생기(14)에 인가한다(S108).
따라서, PWM발생기(14)는 전류제어기(13)에서 결정되어 인가되는 전압 명령에 따라 배터리(19)의 직류전압을 3상 교류전압으로 상변환시키기 위한 PWM신호를 생성하여 구동부(15)에 인가한다.
구동부(15)는 PWM발생기(14)에서 인가되는 PWM신호를 인버터(16)에 다수개로 구성하는 전력 스위치 소자의 게이트 단자에 구동신호로 인가한다.
인버터(16)를 다수개의 전력 스위치 소자로 이루어지며, 구동부(15)에서 게이트 단자에 인가되는 PWM신호에 의해 스위칭되어 배터리(19)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(17)의 각 상에 구동전압 및 전류로 공급함으로써, 운전자의 토크명령을 추종하는 모터(17)의 구동을 제공한다(S109).
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.
11 : 전류지령생성기 12 : 보간기
20 : 전압/전류검출부 21 : 온도추정부

Claims (2)

  1. 직류단의 출력 전압 및 전류를 검출하는 과정;
    토크명령과 직류단의 출력 전압 및 전류를 반응표면 모델에 적용하여 모터의 회전자인 영구자석의 온도를 추정하는 과정;
    토크명령과 모터의 회전각속도을 전류맵에 적용하여 모터 구동을 위한 전류지령을 생성하는 과정;
    상기 추정된 영구자석의 온도를 반영하여 전류지령을 보정하여 모터의 구동을 제어하는 과정;
    을 포함하는 친환경 자동차의 모터온도 추정방법.
  2. 모터에 공급되는 배터리의 출력전압 및 전류를 검출하는 전압/전류검출부;
    토크명령과 배터리의 출력 전압 및 전류를 반응표면 모델에 적용하여 모터 회전자 온도를 추정하는 온도추정부;
    상기 추정된 회전자 온도를 적용하여 토크명령과 모터의 회전각속도로 추출되는 모터 구동을 위한 전류지령을 보정하는 보간기;
    를 포함하는 친환경 자동차의 모터온도 추정장치.
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