KR20120098087A - 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단, 상기 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하는 홀센서, 메인 제어부와 PWM 신호를 송수신하는 CAN 송수신기, 상기 메인 제어부로부터 CAN 송수신기를 통해 입력받은 차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM과 상기 홀센서의 감지신호에 기초하여 상기 오일펌프 구동용 모터의 구동을 제어하도록 상기 모터 구동수단에 PWM 신호로 출력하는 중앙처리장치 및 상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하고, 상기 모터 구동수단은 상기 PWM 신호를 전달받는 게이트 드라이버 및 상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터에 공급되는 전류를 분배하여 상기 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 이용하는 것에 의해, 제어유닛의 부하를 감소시키기 위해 구비되는 모터 컨트롤러를 제거하고 제어유닛의 PWM 신호를 이용해 모터의 구동을 직접 제어한다.

Description

플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법{ARRARATUS AND METHOD FOR DRIVING OIL PUMP FOR PLUG-IN HYBRID VEHICLE}
본 발명은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연엔진 기관과 배터리 엔진을 동시에 장착한 플러그인 하이브리드 차량의 오일펌프를 구동하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 모터 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차(Hybrid Electric Vehicle)는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.
최근 연비를 개선하고 보다 친환경적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
이에 따라, 고전압배터리의 용량을 종전의 하이브리드 차량보다 크게 만들고 고전압배터리를 외부 전원으로부터 충전하여, 근거리 주행시는 순수 전기자동차 모드인 EV (electric vehicle) 모드로만 주행하고, 고전압배터리가 고갈되면 엔진(5)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(6)의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조 모드인 HEV(hybrid electric vehicle) 모드로 주행하는 플러그인 하이브리드 차량(Plug In Hybrid Electric Vehicle : PHEV)이 개발되고 있다.
즉, 플러그인 하이브리드 차량은 기존의 하이브리드 차량과 같이 휘발유로 구동되는 내연엔진 기관과 배터리 엔진을 동시에 장착하여 둘 중 하나 혹은 양쪽 모두를 이용해 차량을 구동하지만, 대용량의 고전압배터리를 장착해 전기로 충전할 수 있는 차량으로서, 집이나 충전소에서 핸드폰을 충전하거나 휘발유를 주유하듯이 전기를 충전할 수 있으므로 지속적으로 사용이 가능하다.
종전의 하이브리드 차량은 전기만으로는 저속으로 몇 마일 밖에 주행할 수 없는 데 반해, 플러그인 하이브리드 차량은 한번 충전에 40마일까지 달릴 수 있는 차량으로 개발되고 있다.
또한 플러그인 하이브리드 차량에서는 상위 제어 유닛인 HCU(Hybrid Control Unit)를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어 제어 유닛들 상호 간의 정보를 주고 받으면서 상위 제어 유닛은 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.
본 출원인은 대한민국 특허출원번호 제10-2010-0016953호(2010년 2월 25일 출원, 이하 '특허문헌 1'이라 함), 제10-2010-0123212호(2010년 12월 6일 출원, 특허문헌 2) 등에 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 개시하여 출원한 바 있다.
특허문헌 1에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치는 CAN 통신라인을 통해 상위 제어 유닛과의 통신을 지속적으로 수행하여 엔진 클러치 및 변속기에 충분한 양의 작동유를 안정적으로 공급하고, 고전압배터리로부터 고전압을 인가받는 고전압부와 배터리로부터 저전압을 인가받는 저전압부를 서로 절연하여 분리구성함으로써 고전압 노이즈로 인한 CAN 통신라인 및 제어유닛의 고장을 방지한다.
그리고 특허문헌 2에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치는 고전압 배터리의 고전압을 이용해서 모터를 구동하여 모터 구동시 소모되는 전류를 줄임으로써 하이브리드 차량의 전력 소비를 감소시킨다.
한편, 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같이 종래의 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치는 제어부의 부하를 줄이기 위하여 제어부와 모터 컨트롤러를 각각 구비한다.
즉, 제어부는 오일펌프에 구비된 3상 브러시리스 직류 모터를 제어하기 위하여 CAN 통신을 통해서 상위 제어 유닛으로부터 RPM 신호를 전달받아 PWM 신호의 듀티 값을 설정하여 모터 컨트롤러로 송신하고, 모터 컨트롤러는 PWM 신호의 듀티값만큼 모터에 전류를 인가하도록 모터 구동신호를 발생한다.
이와 같이, 모터 컨트롤러를 이용해 모터의 구동을 제어하는 종래의 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치는 제어부의 부하를 감소시키는 효과를 가지지만, 모터 컨트롤러를 사용함에 따라 부품 수의 증가로 인해 제품의 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또 종래의 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치는 모터 컨트롤러에서 제공하는 모터의 동작 형태 내에서만 모터의 구동을 제어할 수 있어 모터 구동의 제어에 대한 자유도가 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허출원번호 제10-2010-0016953호(2008년 2월 25일 출원) 대한민국 특허출원번호 제10-2010-0123212호(2010년 12월 6일 출원)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 오일펌프 구동장치의 모터 컨트롤러를 제거하고 제어유닛을 이용해 모터 컨트롤러의 역할을 대신하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소프트웨어적인 방식으로 모터의 구동을 세밀하게 제어할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단, 상기 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하는 홀센서, 메인 제어부와 PWM 신호를 송수신하는 CAN 송수신기, 상기 메인 제어부로부터 CAN 송수신기를 통해 입력받은 차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM과 상기 홀센서의 감지신호에 기초하여 상기 오일펌프 구동용 모터의 구동을 제어하도록 상기 모터 구동수단에 PWM 신호로 출력하는 중앙처리장치 및 상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하고, 상기 모터 구동수단은 상기 PWM 신호를 전달받는 게이트 드라이버 및 상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터에 공급되는 전류를 분배하여 상기 모터를 구동하는 모터구동부를 포함한다.
상기 모터 구동부는 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 회로로서, 하이 및 로우 사이드에 각각 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor) 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀센서는 상기 모터의 회전축에 근접하여 일정 각도만큼 이격되어 3개가 설치되고, 상기 중앙처리장치는 상기 3개의 홀센서 중에서 어느 하나에서 감지신호가 입력되면, 감지신호가 입력된 홀센서에 대응되는 상기 모터 구동부 한 상의 하이 및 로우 사이드에 상기 PWM 신호를 인가하고, 상기 PWM 신호를 다음 홀센서의 감지신호가 입력될 때까지 하이 상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터구동부 한 상의 하이 사이드에 인가되는 PWM 신호는 상기 중앙처리장치에 의해 설정된 듀티값에 따라 스위칭되고, 상기 로우 사이드에 인가되는 PWM 신호는 상기 하이 사이드에 인가되는 PWM 신호에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
상기 모터구동부의 어느 한 상의 로우 사이드에 입력되는 PWM 신호는 미리 설정된 데드 타임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 저전압부에 배터리의 전원을 인가하고, 인가된 전원을 변환하여 고전압부에 인가하는 단계, (b) CAN 송수신기를 통해 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하여 오일펌프에 구비된 모터의 목표 RPM을 수신하는 단계, (c) 홀센서를 이용해 상기 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하여 감지신호를 중앙처리장치로 전달하는 단계, (d) 상기 제 (b)단계에서 수신된 목표 RPM 및 상기 제 (c)단계에서 전달된 감지신호에 기초하여 상기 오일펌프에 구비된 모터의 구동을 제어하는 PWM 신호를 발생하는 단계 및 (e) 상기 제 (d)단계에서 발생된 PWM 신호에 따라 상기 제 (a)단계의 고전압을 상기 모터에 인가하여 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 제 (d)단계는 (d1) 상기 제 (b)단계에서 수신된 목표 RPM과 상기 제 (c)단계에서 전달된 감지신호에 기초하여 상기 모터를 구동하기 위한 PWM 신호의 듀티값을 설정하는 단계, (d2) 상기 설정된 듀티값을 상기 PWM 신호에 인가하여 상기 감지신호를 전달한 모터구동부의 상의 하이 및 로우 사이드에 입력하는 단계 및 (d3) 상기 모터구동부에 입력된 PWM 신호에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 (d2)단계에서 상기 PWM 신호는 다음 홀센서의 감지신호가 입력될 때까지 하이 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 (d2)단계에서 상기 모터구동부의 하이 및 로우 사이드에 각각 입력되는 PWM 신호는 상기 설정된 듀티값에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
상기 모터구동부의 로우 사이드에 입력되는 PWM 신호는 미리 설정된 데드 타임이 설정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 오일펌프 구동장치에서 제어유닛의 부하를 감소시키기 위해 구비되는 모터 컨트롤러를 제거하고 제어유닛의 PWM 신호를 이용해 모터의 구동을 직접 제어한다.
이에 따라, 본 발명은 부품 수를 감소시켜 제품의 제작비용을 절감하고, 작업 공수를 줄여 작업성을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 메인 제어부로부터 수신된 모터의 목표 RPM과 홀센서의 감지신호에 따라 PWM 신호의 듀티값을 설정하여 모터의 구동을 제어할 수 있다.
특히, 본 발명은 제어유닛의 PWM 신호를 소프트웨어적인 방식으로 제어하여 모터의 구동을 세밀하게 제어할 수 있다.
또 본 발명은 모터 구동부에 인가된 각 상의 하이 및 로우 사이드 PWM 신호를 스위칭하여 모터의 구동 효율을 증대시키고, 부트스트랩 방식의 게이트 드라이버를 구동할 수 있다.
또한 본 발명은 모터 구동부의 로우 사이드 PWM 신호에 데드 타임을 설정하여 로우 사이드의 암 쇼트를 방지함으로써 부품의 이상동작 및 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 블록구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법을 단계적으로 설명하는 흐름도.
도 3은 홀센서의 감지신호 및 그에 따른 중앙처리장치의 PWM 신호 그래프.
도 4는 도 3에 도시된 A구간의 U상 하이 및 로우 사이드 입력신호를 확대한 그래프.
도 5는 도 4에 도시된 B구간의 U상 하이 및 로우 사이드 입력신호를 확대한 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 블록구성도이다.
본 실시 예에서는 오일펌프를 구분하지 않고 설명하지만, 본 발명은 오일팬 내부에 설치되는 내장형 오일펌프 및 오일팬 외부에 설치되는 외장형 오일펌프에 모두 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
그리고 본 실시 예에서 하이브리드 차량에 구비된 배터리는 모터를 구동하기 위해 중앙처리장치에 상시 전원을 인가하고, 이그니션 키(IG)가 온 되면 이그니션 키 입력전원(IG_V)을 모터 구동수단으로 인가한다. 이하에서는 이그니션 키(IG) 입력전원을 '배터리전원'으로 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압배터리(110)의 전압을 인가받아 구동되는 모터(43)를 구동하기 위한 고전압부 전원을 인가받는 고전압부(11)와 배터리(120)의 전압, 예컨대 12V의 저전압을 인가받는 저전압부(12) 및 고저압부(11)와 저전압부(12)를 절연한 상태에서 저전압부(12)에서 고전압부(11)로 송신되는 저전압 신호를 고전압 신호로 변환하여 전달하는 신호변환부(50)를 포함한다.
일반적으로 고전압배터리(110)의 전압은 약 270V 내지 420V이고, 평균적으로 약 360V이다.
하지만, 본 발명에서 100V 이상의 고전압이면 모터(43)를 구동할 수 있음에 유의하여야 한다. 따라서 본 발명은 고전압배터리(110)의 과방전 상태에서도 모터를 정상적으로 구동시킬 수 있다.
상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치(10)는 전원공급부(20), 중앙처리장치(30), 게이트 드라이버(41), 모터 구동부(42), 중앙처리장치(30)의 PWM 신호를 고전압 신호로 변환하여 게이트 드라이버(41)에 전달하는 신호변환부(50) 및 CAN 송수신기(60)를 포함한다.
도 1에서 살펴보면, 고전압부(11)는 전원공급부(20)의 EMC 필터(21), 제 2전압레귤레이터(26), 모터 구동부(42), 게이트 드라이버(41)를 포함하고, 저전압부(12)는 중앙처리장치(30) 및 CAN 송수신기(60)를 포함한다.
이를 위하여, 전원공급부(20)는 고전압배터리(110)에 연결된 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, 이하 'PRA'라 함)(111)로부터 인가되는 고전압에 포함된 EMC(electromagnetic compatibility) 노이즈 감소를 위한 EMC 필터(21), EMC 필터(21)로부터 모터 구동부(42)에 인가되는 전류를 감지하는 전류감지부(22), 배터리전원을 인가받아 저전압부(12)에 전원을 공급하는 노이즈 필터(23)와 제 1전압레귤레이터(24), 제 1전압레귤레이터(24)로부터 출력되는 전원을 절연하여 고전압으로 승압하는 절연 DC/DC 컨버터(이하 '컨버터'라 약칭함)(25) 및 컨버터(25)로부터 승압된 구동전압을 변환하는 제 2전압레귤레이터(26)를 포함한다.
PRA(111)는 고전압배터리(110)로부터 인가되는 고전압의 흐름을 차단 및 연결하는 역할을 하며, 내부에 BMS(Battery Management System)(도면 미도시)와의 CAN 통신을 수행하는 중앙처리장치(30)의 제어에 따라 고전압배터리(110)로부터 인가되는 전원을 차단 및 연결하는 릴레이(도면 미도시)를 구비한다.
상기 BMS는 고전압배터리(110)의 특성실험 결과 데이터를 롬(ROM)에 저장하고, 충방전 시 고전압배터리(110)의 전류, 전압, 온도를 상시 측정하여 측정된 데이터와 저장된 데이터의 비교 결과에 따라 고전압배터리(110)의 잔존용량과 전지의 수명을 산출하여 메인 제어부(100) 또는 중앙처리장치(30)에 제공한다.
한편, 전류감지부(22)는 고전압부(11)에 구비되는 EMC 필터(21)로부터 모터 구동부(42)로 공급되는 전류를 감지하여 저전압부(12)에 구비되는 중앙처리장치(30)로 전달한다.
이를 위하여, 전류감지부(22)는 고전압부(11)와 저전압부(12)가 절연된 상태에서 고전압부(11)의 신호를 저전압부(12)의 신호로 변환하여 전달하도록 내부에 절연된 전류센서를 구비하는 것이 바람직하다.
노이즈 필터(23)는 배터리(120)로부터 공급되는 배터리전원의 전기적 노이즈를 감소시키고, 제 1전압레귤레이터(24)는 노이즈 필터(23)를 통해 공급되는 배터리전원의 전압레벨을 5V의 저전압부(12) 전압으로 변환하여 중앙처리장치(30), 게이트 드라이버(41) 및 신호변환부(50)로 공급한다.
컨버터(25)는 배터리전원을 15V의 고전압부 구동전압으로 절연하여 승압하고, 승압된 구동전압을 고전압부(11)의 게이트 드라이버(41)로 공급한다.
제 2전압레귤레이터(26)는 컨버터(25)로부터의 구동전압을 5V의 고전압부 전압으로 변환하여 신호변환부(50)로 공급한다.
중앙처리장치(30)는 MCU, TCU와 같은 메인 제어부(100)로부터 차량 엔진의 RPM 및 목표 RPM을 입력받고 홀센서(44)로부터 전달되는 감지신호에 기초해서 모터(43)의 목표 RPM을 설정하여 PWM 신호로 출력한다. 그리고 중앙처리장치(30)는 모터(43)의 위치를 검출하는 홀센서(44)로부터 전달되는 감지신호에 기초하여 모터(43)의 회전속도를 설정하고, 홀센서(44)의 이상발생 여부를 진단하며, 모터(43)의 정상 구동 여부를 판단한다. 또한 중앙처리장치(30)는 전류 감지부(22)를 통해 EMC 필터(21)로부터 모터 구동부(42)로 공급되는 전류값을 전달받아 CAN 통신을 통해 메인 제어부(100)로 전송한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같은 구조에 있어서, 중앙처리장치(30)는 각각 CAN 송수신기(60)를 통해 메인 제어부(100)로부터의 명령에 따라 모터(43)의 구동을 제어한다.
홀센서(44)의 감지신호에 따른 중앙처리장치(30)의 제어동작은 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 후술하기로 한다.
한편, 중앙처리장치(30)와 메인제어부(100)의 TCU 사이에는 CAN 통신 장애 발생시에도 통신이 가능하도록 하드 와이어를 이용한 TCU 연결선(도면 미도시)이 구비될 수 있다.
중앙처리장치(30)의 내부 제어 주기(Control Interval)는 종래의 일정한 시간 간격을 갖는 방식이 아닌, 시변(Time-Variant) 방식이며, 이는 모터(43)의 RPM와 반비례한다. 그리고 중앙처리장치(30)는 PID 제어를 통하여 증가되거나 또는 감소되도록 산출된 PWM 듀티(Duty, %)를 이용하여, 모터(43)가 목표 회전수에 도달하도록 피드백 제어를 실시함으로써 더욱 정확한 제어를 가능하게 할 수도 있다.
게이트 드라이버(41) 및 모터 구동부(42)는 모터 구동수단으로서, 게이트 드라이버(41)는 상기 PWM 신호가 출력 또는 단속되도록 구비되는 스위칭 회로이다.
이때, 게이트 드라이버(41)는 고전압배터리(110)의 고전압에 의해 구동되는 고전압 집적회로(High Voltage Integrated Circuit) 게이트 드라이버이다.
모터 구동부(42)는 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 회로로 구성되며, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 함) 소자나 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 'FET'라 함) 소자로 구성된다.
예를 들어, 모터 구동부(42)의 하이 사이드(High Side) 및 로우 사이드(Low Side)에는 모두 N 채널 IGBT 소자를 이용한다.
일반적으로 모터 구동부(42)에는 FET 소자를 사용하지만, 본 발명은 고전압배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하며 모터 구동부에 IGBT 소자를 구성함에 따라 고전압 스위칭에 대한 안전성을 높일 수 있다.
물론, 모터 구동부(42)는 FET 소자를 사용하여 동일하게 구성될 수도 있다.
홀센서(44)는 모터(43) 내부에 구비된 로터(Rotor)의 회전축에 근접해서 일정 각도만큼 이격된 상태로 3개가 설치되고, 상기 로터의 위치에 따른 자기장의 변화를 감지하여 감지신호를 중앙처리장치(30)로 전달한다.
그러면, 중앙처리장치(30)는 홀센서(44)의 감지신호에 따라 상기 로터의 위치를 판단하여 PWM 신호의 입력 주기를 변동시킨다.
신호변환부(50)는 중앙처리장치(30)의 PWM 신호를 저전압부 신호에서 고전압부 신호로 변환하여 게이트 드라이버(41)로 전달하는 디지털 아이솔레이터(Digital Isolator)이다.
다음, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법을 단계적으로 설명하는 흐름도이고, 도 3은 홀센서의 감지신호 및 그에 따른 중앙처리장치의 PWM 신호 그래프이며, 도 4는 도 3에 도시된 A구간의 U상 하이 및 로우 사이드 입력신호를 확대한 그래프이고, 도 5는 도 4에 도시된 B구간의 U상 하이 및 로우 사이드 입력신호를 확대한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 제어방법은 배터리(120)로부터 상시전원을 입력받는 상태에서 이그니션 키(IG, 도면 미도시) 입력신호가 입력되면 배터리전원을 인가받으면서 시작된다(S10).
제 S10단계에서 이그니션 키 입력신호가 입력됨에 따라 전원공급부(20)의 노이즈 필터(23)는 배터리전원의 전기적 노이즈를 제거하고, 제 1전압레귤레이터(24)가 온 구동되어 배터리전원의 전압레벨을 5V의 저전압부 전압으로 변환하여 중앙처리장치(30) 및 신호변환부(50)로 출력한다(S12).
그리고 컨버터(25)는 5V의 저전압부 전압을 15V의 고전압부 구동전압으로 절연하여 승압한 후 승압된 구동전압을 게이트 드라이버(41)로 출력한다(S13).
이때, 중앙처리장치(30)는 고전압배터리(110)의 고전압을 EMC 필터(21)를 거쳐 모터 구동부(42)로 인가하도록 PRA(111)의 구동을 제어한다.
이어서, 제 2전압레귤레이터(26)는 승압된 구동전압을 5V의 고전압부 전압으로 변환하여 신호변환부(50)로 출력한다(S14).
이에 따라, 중앙처리장치(30)는 CAN 송수신기(60)를 통해 메인 제어부(100)와 CAN 통신을 수행한다(S15).
즉, 메인 제어부(100)가 모터(43)를 구동하는 최초 명령을 CAN 통신을 통해 중앙처리장치(30)로 전달한다.
이때, 홀센서(44)는 모터(43) 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하여 감지신호를 중앙처리장치(30)로 전달한다(S16).
그러면, 중앙처리장치(30)는 메인 제어부(100)의 명령 및 홀센서(44)로부터 전달되는 감지신호에 따라 상기 로터의 위치를 파악한다. 이어서, 중앙처리장치(30)는 파악된 위치에 기초해서 각 상(u,v,w)의 하이 및 로우 사이드에 입력될 PWM 신호의 듀티값을 설정하여 저전압 신호 형태의 PWM 신호를 발생한다(S17).
중앙처리장치(30)에서 발생된 PWM 신호는 각 상(u,v,w)별로 일정한 위상 차에 따라 순차적으로 동일한 형태로 출력된다. 이하에서는 U상을 예로 들어 설명하기로 한다.
중앙처리장치(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하이 사이드 IGBT 소자의 각 상 중에서 로터를 감지한 홀센서(44)의 감지신호에 따른 한 상, 예컨대 U상에 모터 제어를 위해 설정된 듀티값을 인가한 PWM 신호를 송신한다.
이때, 중앙처리장치(30)는 U상의 하이 사이드 IGBT 소자에 입력되는 PWM 신호를 로터의 위치 변화에 따라 다음 홀센서(44)로부터 감지신호가 입력될 때까지 계속 하이 상태로 유지한다.
그리고 중앙처리장치(30)는 모터 구동 효율을 증대시키고 부트스트랩(bootstrap) 방식의 게이트 드라이버(41)를 구동하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, U상의 하이 사이드 IGBT 소자에 압력되는 PWM 신호의 하이 구간에 제 S17단계에서 설정된 듀티값을 인가하고, 동일한 상, 즉 U상의 로우 사이드 IGBT 소자에 입력되는 PWM 신호를 스위칭하게 한다.
이때, PWM 신호의 듀티값이 증가하면 모터(43)의 구동시간(on time)이 증가함에 따라 모터(43)의 구동속도가 증가하고, 홀센서(44)의 변경 주기가 증가하며 하이 사이드 및 로우 사이드의 주기가 증가하게 된다.
그리고 중앙처리장치(30)는 하이 및 로우 사이드 IGBT 소자에 입력되는 PWM 신호의 스위칭시 로우 사이드 IGBT 소자에서의 암 쇼트(arm short) 발생을 방지하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 로우 사이드에 입력되는 PWM 신호에 데드 타임(dead time)을 설정한다.
상기 데드 타임은 최대한 짧게 설정되는 것이 바람직하지만, 너무 짧게 설정될 경우 충방전 동작하는 게이트 드라이버(41)가 충분하게 충전되지 못하는 문제점을 방지하기 위하여 실험치에 의해 설정된다.
예컨대, PWM 신호는 약 16㎑의 주파수로 설정되고, 데드 타임은 약 7㎲로 설정되는 것이 바람직하다.
다시 도 2에서, 컨버터(25)는 수신된 PWM 신호를 절연하여 고전압 신호로 변환한 후 게이트 드라이버(41)로 전달한다(S18).
게이트 드라이버(41)는 로우 사이드 IGBT 소자를 구동하기 위한 15V의 스위칭 신호와 하이 사이드 IGBT 소자를 구동하기 위한 PRA의 출력전압(360V)+ 15V의 스위칭 신호를 생성하여 상기 IGBT 소자의 게이트에 인가한다(S19).
이에 따라, 모터 구동부(42)는 모터 구동신호에 따라 PRA(111)의 출력전압을 스위칭하여 모터(43)를 구동한다(S20).
이와 같은 과정을 거쳐 모터(43)가 구동되면, 홀센서(44)는 지속적으로 로터의 회전에 따른 자기장의 변화를 감지하여 감지신호를 중앙처리장치(30)로 전달한다.
중앙처리장치(30)는 홀센서(44)로부터의 감지신호에 기초해서 모터(43)가 기계적으로 정지한 구속상태 등을 검사하여 모터(43)의 정상 구동 여부를 판단하고, 홀센서(44)의 이상 여부를 진단한다(S21).
만약, 홀센서(44)나 모터(43)에 이상이 발생하면, 중앙처리장치(30)는 CAN 송수신기(60)를 통해 메인 제어부(100)로 이상 발생 사실을 통지하고, 모터(43)의 구동을 중지하도록 신호를 발생하거나 메인 제어부(100)의 신호에 따라 모터(43)의 구동을 제어한다.
그리고 중앙처리장치(30)는 홀센서(44)의 감지신호에 기초하여 모터(43)의 현재 RPM을 산출하고(S23), 현재 RPM과 목표 RPM과의 차를 계산하여 부족 RPM에 비례하는 듀티값으로 변경 설정된 PWM 신호를 발생하여 모터(43)의 구동을 제어한다(S24). 이때, 중앙처리장치(30)는 CAN 송수신기(60)를 통해 산출된 현재 RPM을 메인 제어부(100)로 전달한다.
제 S25단계에서 모터(43) 구동을 중지시키도록 이그니션 키가 오프 조작될 때까지 제 S24단계에서 변경 설정된 듀티값을 이용해 제 S17단계 내지 제 S24단계를 반복적으로 수행하여 모터(43) 구동을 제어한다.
만약, 제 S25단계에서 이그니션 키가 오프 조작되면, 중앙처리장치(30)는 내부에 구비되는 이이피롬(EEPROM)에 제어동작을 수행하던 각종 데이터를 저장하고, 게이트 드라이버(41) 및 신호변환부(50)에 출력되는 고전압부 전원을 오프시켜 모터(43) 구동을 중지시키도록 제어한다.
이에 따라, 모터(43)의 구동이 종료되고(S26), 상시전원을 제외한 하이브리드 차량 전체에 인가되는 모든 전원이 오프되어 하이브리드 차량의 모든 동작이 종료된다.
상기와 같은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치의 실험결과에 따르면, 종래의 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하는 오일펌프는 모터의 최대 부하시 50A 이상의 전류를 소모하지만, 본 발명은 고전압배터리 전원이 100V 이상인 경우 10A 미만의 전류를 소모하였다.
따라서 본 발명은 플러그인 하이브리드 차량의 전력효율을 향상시켜 차량의 연비를 개선할 수 있는 일 방안을 제공할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법은 제어유닛의 부하를 감소시키기 위해 구비되는 모터 컨트롤러를 제거하고 제어유닛의 PWM 신호를 이용해 직접 모터를 구동시킨다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치
11: 고전압부 12: 저전압부
20: 전원공급부 21: EMC 필터
22: 전류감지부 23: 노이즈필터
24: 제 1전압레귤레이터 25: 절연 DC/DC 컨버터
26: 제 2전압레귤레이터 30: 중앙처리장치
41: 게이트 드라이버 42: 모터 구동부
43: 모터 44: 홀센서
50: 신호변환부 51: 신호입력부
52: 신호수신부 60: CAN 송수신기
100: 메인 제어부 110: 고전압 배터리
111: PRA 120: 배터리

Claims (10)

  1. 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단,
    상기 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하는 홀센서,
    메인 제어부와 PWM 신호를 송수신하는 CAN 송수신기,
    상기 메인 제어부로부터 CAN 송수신기를 통해 입력받은 차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM과 상기 홀센서의 감지신호에 기초하여 상기 오일펌프 구동용 모터의 구동을 제어하도록 상기 모터 구동수단에 PWM 신호로 출력하는 중앙처리장치 및
    상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하고,
    상기 모터 구동수단은 상기 PWM 신호를 전달받는 게이트 드라이버 및
    상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터에 공급되는 전류를 분배하여 상기 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터 구동부는
    3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 회로로서, 하이 및 로우 사이드에 각각 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor) 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 홀센서는 상기 모터의 회전축에 근접하여 일정 각도만큼 이격되어 3개가 설치되고,
    상기 중앙처리장치는 상기 3개의 홀센서 중에서 어느 하나에서 감지신호가 입력되면, 감지신호가 입력된 홀센서에 대응되는 상기 모터 구동부 한 상의 하이 및 로우 사이드에 상기 PWM 신호를 인가하고, 상기 PWM 신호를 다음 홀센서의 감지신호가 입력될 때까지 하이 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 모터구동부 한 상의 하이 사이드에 인가되는 PWM 신호는 상기 중앙처리장치에 의해 설정된 듀티값에 따라 스위칭되고,
    상기 로우 사이드에 인가되는 PWM 신호는 상기 하이 사이드에 인가되는 PWM 신호에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모터구동부의 어느 한 상의 로우 사이드에 입력되는 PWM 신호는 미리 설정된 데드 타임을 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  6. (a) 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 저전압부에 배터리의 전원을 인가하고, 인가된 전원을 변환하여 고전압부에 인가하는 단계,
    (b) CAN 송수신기를 통해 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하여 오일펌프에 구비된 모터의 목표 RPM을 수신하는 단계,
    (c) 홀센서를 이용해 상기 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지하여 감지신호를 중앙처리장치로 전달하는 단계,
    (d) 상기 제 (b)단계에서 수신된 목표 RPM 및 상기 제 (c)단계에서 전달된 감지신호에 기초하여 상기 오일펌프에 구비된 모터의 구동을 제어하는 PWM 신호를 발생하는 단계 및
    (e) 상기 제 (d)단계에서 발생된 PWM 신호에 따라 상기 제 (a)단계의 고전압을 상기 모터에 인가하여 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 (d)단계는
    (d1) 상기 제 (b)단계에서 수신된 목표 RPM과 상기 제 (c)단계에서 전달된 감지신호에 기초하여 상기 모터를 구동하기 위한 PWM 신호의 듀티값을 설정하는 단계,
    (d2) 상기 설정된 듀티값을 상기 PWM 신호에 인가하여 상기 감지신호를 전달한 모터구동부의 상의 하이 및 로우 사이드에 입력하는 단계 및
    (d3) 상기 모터구동부에 입력된 PWM 신호에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 (d2)단계에서 상기 PWM 신호는
    다음 홀센서의 감지신호가 입력될 때까지 하이 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 (d2)단계에서
    상기 모터구동부의 하이 및 로우 사이드에 각각 입력되는 PWM 신호는 상기 설정된 듀티값에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 오일펌프 구동방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 모터구동부의 로우 사이드에 입력되는 PWM 신호는 미리 설정된 데드 타임이 설정되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 오일펌프 구동방법.

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