KR20160141939A

KR20160141939A - 인버터용 온도 검출 장치

Info

Publication number: KR20160141939A
Application number: KR1020150077581A
Authority: KR
Inventors: 김범준
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-12-12

Abstract

본 발명은 인버터용 온도 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 복수개의 온도 검출 장치에 대해 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성함으로써, 장치 구성의 효율성을 향상시키는 한편 시스템 구성 비용의 절감 등과 같은 효과를 제공할 수 있도록 하는 인버터용 온도 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치는, 인버터에 있어서, 2 이상의 이격된 위치에 각각 구비되어 해당 위치의 온도를 센싱하는 온도 센싱부, 상기 각각의 온도 센싱부를 통해 센싱된 온도 정보를 전달받아, 이 가운데 가장 높은 온도 정보를 검출하는 온도 검출부, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도 정보가 허용된 기준 범위 내에 위치하는지 여부를 판단하여 이에 대응되는 신호를 생성하는 판단부 및 상기 판단부의 출력 신호에 대응되도록 제어 신호를 생성하는 제어부 등을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

인버터용 온도 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING TEMPERATURE USING INVERTER}

본 발명은 인버터용 온도 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 복수개의 온도 검출 장치에 대해 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성함으로써, 장치 구성의 효율성을 향상시키는 한편 시스템 구성 비용의 절감 등과 같은 효과를 제공할 수 있도록 하는 인버터용 온도 검출 장치에 관한 것이다.

전기 자동차는 그린카(green car)의 한 종류로서, 화석연료를 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터만을 사용하여 구동되는 자동차를 지칭한다.

전기 자동차에는 전원 공급을 위한 배터리와 배터리로부터 공급되는 전력을 전동기가 사용할 수 있는 전력으로 변환시켜 주기 위한 인버터 등의 구성요소가 필수적으로 요구되는데, 이 가운데 인버터는 고전압 배터리로부터 에너지를 공급받아 전동기를 제어하기 위한 장치로, 전기 자동차 구동력 제어를 위한 전기 동력전달장치(electric powertrain)의 핵심 장치이다. 이러한 전기 자동차용 인버터는 가혹한 조건에서 고신뢰성을 보장하여야 하며, 차량의 최적 구동을 위해 전동기를 고속 및 고효율로 제어할 수 있어야 한다는 등의 까다로운 요구 조건을 갖는다. 이에 따라, 구동 중인 인버터에 대한 기능 점검 및 정상 작동 여부 등을 실시간 파악하기 위한 다양한 장치들이 마련되어 있으며, 온도 검출 장치 또한 이 가운데 하나이다.

인버터용 온도 검출 장치는 인버터에 구비되어 3상 전류(u, v, w)의 각 상 별 온도를 출력단 등의 지정된 위치에서 실시간 센싱하며, 기준치를 초과하는 고온 발생 등의 상황에서 시스템의 디레이팅(de-rating)이나 구동 중지 등의 방법을 통해 구성 부품 등을 보호할 수 있도록 기능한다.

그런데, 이와 같은 온도 검출 장치는 설치 위치만 상이할 뿐 내부의 회로 구성은 동일하게 이루어지는 것이 일반적이기 때문에, 검출된 온도에 대한 위험 여부 판단이나 그에 따른 조치와 관련된 기능부들은, 반드시 온도 검출 장치의 수만큼 중복 구비될 필요가 없다.

다시 말해, 통상 서미스터(thermistor) 소자 등을 이용해 구현되는 온도 검출 장치는, 측정된 온도에 따라 달라지는 저항값을 통해 검출되는 전압값을 이용해 온도를 파악하도록 하는 구성을 갖는다. 따라서, 여러 개의 온도 검출 장치가 구비되는 경우, 각각의 온도 검출 장치에는 측정된 온도에 대응되는 전압값을 파악하고, 해당 전압값이 허용 기준 범위 이내인지 여부를 판단하여 필요한 조치를 취하도록 하는 등의 기능부가 별도로 구비되어 왔는데, 이는 시스템 구성적인 측면에 있어 공간의 낭비이며 자원의 비효율적 활용예라 할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 복수개의 온도 검출 장치에 대해 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성함으로써, 장치 구성의 효율성을 향상시키는 한편 회로 부품의 감소를 통한 제조 비용의 절감 등과 같은 효과를 제공할 수 있도록 하기 위한 방안을 제안하고자 한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 복수개의 온도 검출 장치에 대해 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성함으로써, 장치 구성의 효율성을 향상시키는 한편 시스템 구성 비용의 절감 등과 같은 효과를 제공할 수 있도록 하는 인버터용 온도 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터에 있어서, 2 이상의 이격된 위치에 각각 구비되어 해당 위치의 온도를 센싱하는 온도 센싱부, 상기 각각의 온도 센싱부를 통해 센싱된 온도 정보를 전달받아, 이 가운데 가장 높은 온도 정보를 검출하는 온도 검출부, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도 정보가 허용된 기준 범위 내에 위치하는지 여부를 판단하여 이에 대응되는 신호를 생성하는 판단부 및 상기 판단부의 출력 신호에 대응되도록 제어 신호를 생성하는 제어부 등을 포함하는 인버터용 온도 검출 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 온도 검출부는 상기 각각의 온도 센싱부로부터 전달되는 출력값을 입력값으로 사용하는 멀티플렉서(Multiplexer; MUX)를 이용하여 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 상기 온도 센싱부는, 센싱된 온도에 대응되도록 저항값이 가변되는 서미스터(Thermistor) 소자를 이용하여 구성되고, 상기 서미스터 소자의 저항값에 따라 형성되는 전압값이 상기 온도 검출부로 전달되도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 판단부로부터 검출 온도의 이상 신호가 전달되는 경우, 상기 이상의 정도에 대응되도록 디레이팅(de-rating) 신호 또는 구동 중지 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 복수개의 온도 검출 장치에 대해 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성함으로써, PCB 면적과 같은 시스템 공간적인 측면에서 장치 구성의 효율성을 향상시키는 한편, 시스템 구성에 소요되는 회로 부품의 감소를 통한 제조 비용의 절감 등과 같은 다양한 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차의 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 3은 도 2의 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 보다 상세하게 나타낸 설명도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차의 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기 자동차의 인버터용 온도 검출 장치는, 온도 센싱부(110) 및 판단부(120) 등을 포함하며, 필요한 위치에서, 가령 인버터의 3상 출력(U, V, W)에 대해 온도 검출이 가능하도록 각각 (a), (b), (c)와 같이 구비될 수 있음을 확인할 수 있다.

온도 센싱부(110)는 서미스터(thermistor) 등을 이용해 구성될 수 있다. 서미스터란, 저항기의 일종으로 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 성질을 이용한 전기적 장치이다. 열가변저항기라고도 하며, 주로 회로의 전류가 일정 이상으로 오르는 것을 방지하거나 회로의 온도를 감지하는 등의 용도로 사용된다. 서미스터는 통상 폴리머나 세라믹 소재로 제작되며, 섭씨 영하 90도에서 130도 사이의 온도를 높은 정확도로 측정 가능하다.

서미스터는 온도의 증가에 따라 저항이 증가하는 정특성(PTC: Positive Temperature Coefficent) 서미스터와, 온도의 증가에 따라 오히려 저항이 감소하는 부특성(NTC: Negative Temperature Coefficent) 서미스터의 두 종류로 크게 구분될 수 있다. 통상 전기 자동차용 인버터의 온도 검출 장치에는 NTC 서미스터가 많이 사용된다.

온도 센싱부(110)는 이와 같은 서미스터를 이용하여 온도값을 저항값으로 변환하여 이용하며, 온도값에 대응되는 저항값으로 인해 형성되는 전압값 정보를 판단부(120)로 전달하게 된다.

판단부(120)는, 온도 센싱부(110)로부터 전달받은 전압값이 의미하는 온도 정보가, 허용된 기준 범위 내에 위치하는지 판단하는 기능을 수행한다. 즉, 온도 센싱부(110)에 의해 센싱된 해당 위치의 측정 온도 정보에 대한 전압값의 인식을 통해, 현재의 온도 정보가 허용 기준 범위 이내인지 여부를 판단하고 이에 대응되는 신호를 생성하여 제어부(미도시)로 전달함으로써, 제어부로부터 적절한 제어 신호가 생성될 수 있도록 기능한다.

판단부(120)가 신호 증폭 회로 및 스케일링(scaling) 회로 등을 이용하여 구성될 수 있음은 도면에 도시된 바와 같다.

그런데, 도 1과 같은 온도 검출 장치를 구성하는 온도 센싱부(110) 및 판단부(120) 등의 기능부들은, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 회로 구성을 갖도록 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 필요한 위치마다 배치되어 실시간 온도 정보를 센싱하기 위한 온도 센싱부(110)는 각각 별도의 회로로 구성되는 것이 옳을 수 있지만, 온도 센싱부(110)의 후단에 연결되어 이로부터 전달되는 신호를 처리하기 위한 판단부(120)의 경우 반드시 해당 위치마다 각각 구비될 필요가 없다.

따라서, 이하에서 설명될 본 발명은, 복수의 온도 센싱부(110)로부터 전달되는 온도 정보 신호를 취합하여 처리하기 위한 단일의 판단부(120)가 구비되는 인버터의 온도 검출 장치를 제안하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치는, 복수의 온도 센싱부(210), 온도 검출부(220), 판단부(230) 및 제어부(240) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다.

온도 센싱부(210)는 인버터의 3상 전류(u, v, w)에 대해 각 상 별 온도 정보 등을 검출하기 위해 각각의 출력단 등과 같은 필요한 위치마다 배치되며, 센싱된 온도 정보를 이에 대응되는 전압값으로 검출할 수 있도록 하는 서미스터 등에 의해 구현될 수 있다. 각각의 온도 센싱부(210)에 의해 검출된 온도 정보는 단일의 온도 검출부(220)로 전달된다.

이때 본 발명은, 온도 센싱부(210)가 NTC 서미스터에 의해 구현되고, 온도 검출부(220)는 온도 센싱부(210)로부터 전달되는 전압값을 입력받아 처리할 수 있도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 하지만 본 발명이 반드시 이와 같은 구성만으로 한정되는 것은 아니며, 온도 센싱부(210) 및 온도 검출부(220)가, 실시간 센싱되는 온도 정보를 전기적으로 인식하여 처리할 수 있도록 하기 위한 통상의 어떠한 구성을 갖더라도 무방할 수 있음은 당연하다.

온도 검출부(220)는 복수의 온도 센싱부(210)로부터 전달되는 온도 정보를 입력으로 받아, 이 가운데 가장 높은 온도 정보 하나만을 선택적으로 검출하는 기능을 수행할 수 있다.

다시 말해, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 온도 검출 장치는 일반적으로, 인버터의 과열로 인한 여러 부품의 손상 등을 방지하기 위한 목적으로 구비되며, 따라서, 인버터의 구동 중 기준 온도 이하의 저온 상황에 대한 별도의 대비를 하는 것은 현실적으로 크게 의미가 없다 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치에 구비되는 온도 검출부(220)는, 복수의 온도 센싱부(210)로부터 전달되는 온도 정보에 대응되는 각각의 전압값을 입력받아, 이 가운데 가장 높은 온도 정보 하나만을 선택적으로 검출하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 온도 검출부(220)에 의해 검출된 가장 높은 온도 정보가 허용 기준 범위 이내에 위치된다면, 검출된 온도 정보 이외의 다른 온도 정보들 역시 모두 허용 기준 범위 이내에 위치될 것이 분명하며, 만일 온도 검출부(220)에 의해 검출된 실시간 온도 정보가 허용 기준 범위를 벗어난다면, 제어부(240)를 통해 시스템의 디레이팅(de-rating) 또는 시스템의 구동 중지 등을 위한 제어 신호를 즉각적으로 생성해야 할 것이기 때문이다.

디레이팅이란 시스템의 성능을 낮춰 사용한다는 의미로, 다시 말해, 온도 검출부(220)에 의해 검출된 실시간 온도 정보가 허용 기준 범위를 초과하는 것으로 나타나는 경우, 시스템의 출력이나 가동율 등을 현재 대비 하향 조정함으로써 각각의 구성요소들에 의한 발열을 감소시키도록 하는 동작을 의미한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치에 구비되는 온도 검출부(220)는, 복수의 입력 신호로부터 단일의 신호를 검출하기 위한 어떠한 회로도 적용 가능할 수 있는데, 보다 바람직하게는 멀티플렉서(Multiplexer; MUX)를 이용하여 구현될 수 있다. 멀티플렉서는 복수의 입력으로부터 특정 입력 하나를 선택하도록 하는 소자로써, 인버터에 구비된 온도 센싱부(210)의 숫자에 대응되는 N ×1 멀티플렉서를 활용함으로써 간편하게 온도 검출부(220)의 기능 구현이 가능하다는 장점을 갖는다.

멀티플렉서가 적용된 온도 검출부(220)로부터 선택된 가장 높은 온도 정보에 대응되는 검출 신호는 판단부(230)로 전달된다.

판단부(230)는, 도 1과 마찬가지로, 신호 증폭 회로 및 스케일링 회로 등에 의해 구성될 수 있으며, 온도 검출부(220)에 의해 검출된 온도 정보가 허용 기준 범위 이내에 위치하는지 여부를 판단하는 기능을 수행하고, 이에 대응되는 판단 신호를 생성한다.

판단부(230)에 의해 생성된 판단 신호는 다시 제어부(240)로 전달되며, 제어부(240)는 판단 신호에 대응되는 제어 신호의 생성을 통해 인버터 시스템의 제어를 수행하게 된다. 즉, 판단부(230)에 의해 상기 검출 온도가 허용 기준 범위 이내에 위치된다는 신호가 전달되면 시스템의 계속적인 정상 구동 상태를 유지하도록 하는 제어 신호를 생성하지만, 만일, 판단부(230)로부터 검출 온도의 이상 신호가 전달되면, 상황에 따라 시스템의 디레이팅이나 시스템 구동 중지 등과 같은 제어 신호를 생성하게 된다.

이때 본 발명은, 판단부(230)가 검출 온도에 대해 허용 기준 범위 이내 또는 초과의 두가지 판단 신호만을 생성하도록 구성될 수도 있으나, 검출된 온도의 상황에 따라 3단계 이상 보다 세분화된 판단 신호를 생성하도록 구성되는 것도 가능하며, 이 경우, 각각의 세분화된 판단 신호에 대응되는 적절한 제어 신호가 제어부(240)에 의해 생성될 수 있다. 다시 말해, 즉각적인 시스템의 가동 중지가 이루어져야 할 만큼 급박한 상황인지, 또는 몇 % 정도 시스템을 디레이팅 시키는 것으로 충분한 대처가 가능한 상황인지 등에 대해 판단 및 제어가 이루어지도록 구성 가능할 수 있다.

도 3은 도 2의 인버터용 온도 검출 장치의 구성을 보다 상세하게 나타낸 설명도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인버터용 온도 검출 장치는, 복수의 온도 센싱부(210), 온도 검출부(220) 및 판단부(230) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다. 즉, 도 3의 회로는 도 1의 회로에서와 동일하게 구성된 온도 센싱부(210) 및 판단부(230)를 포함하며, 멀티플렉서를 활용하여 구성된 온도 검출부(220) 등을 구비함을 알 수 있다.

앞서 설명된 내용에 대해 다시 한번 간략히 설명하자면, 온도 센싱부(210)는 NTC 등의 서미스터를 활용해 구현될 수 있고, 따라서 온도 센싱부(210)에 의해 전압값으로 변환되어 전달되는 복수의 온도 정보가 온도 검출부(220)의 입력으로 작용하게 되며, 온도 검출부(220)는 이러한 복수의 입력 신호 가운데 가장 높은 온도에 해당하는 하나의 신호만을 검출하여 후단의 판단부(230)로 전달하는 기능을 수행한다.

판단부(230)가 OP Amp 등과 같은 증폭 회로 및 복수개의 다이오드 등으로 구성 가능한 스케일링 회로 등을 구비할 수 있음은 도면에 도시된 바와 같은데, 이를 통해 온도 검출부(220)로부터 전달된 전압값에 해당하는 온도 정보가 허용 기준 범위 이내에 위치되는지 여부를 판단하는 기능을 수행하게 된다. 즉, 판단부(230)는 전압 폴로워(voltage follower)로서 기능하는 OP Amp 및 설정된 범위 이내의 전압에 대해서만 통과시키도록 기능하는 복수개의 다이오드 등을 구비함으로써, 이들의 기능을 통해 온도 검출부(220)로부터 전달되는 가장 높은 온도에 해당하는 전압값이 허용 기준 범위 이내인 경우와 그렇지 않은 경우에 각각 대응되는 판단 신호를 출력시키게 된다.

판단부(230)에 의해 생성된 판단 신호를 이용해 제어부(미도시)는 제어 신호를 생성한다.

여기서, 판단부(230)가 허용 기준 범위 이내 또는 초과의 두가지 판단 이외에 좀더 다양하고 디테일 한 판단이 가능하도록 구성될 수 있고, 이 경우 제어부는 판단부(230)의 다양한 판단 신호에 대응되는 다양한 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있음에 대해서는 전술한 바 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 전기 자동차용 인버터 등에 구비되는 온도 검출 장치에 있어 기능이 중복되는 회로부를 통합 구성할 수 있게 됨으로써, 인버터에 구비되는 PCB 등의 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 회로의 중복 구성을 위해 소요되던 부품 등의 절감이 가능해져, 결과적으로 전체적인 시스템의 효율적인 구성이 가능할 수 있게 된다는 등의 다양한 장점을 제공할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

110, 210: 온도 센싱부 220: 온도 검출부
120, 230: 판단부 240: 제어부

Claims

인버터에 있어서,
2 이상의 이격된 위치에 각각 구비되어 해당 위치의 온도를 센싱하는 온도 센싱부;
상기 각각의 온도 센싱부를 통해 센싱된 온도 정보를 전달받아, 이 가운데 가장 높은 온도 정보를 검출하는 온도 검출부;
상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도 정보가 허용된 기준 범위 내에 위치하는지 여부를 판단하여 이에 대응되는 신호를 생성하는 판단부; 및
상기 판단부의 출력 신호에 대응되도록 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함하는 인버터용 온도 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 검출부는, 상기 각각의 온도 센싱부로부터 전달되는 출력값을 입력값으로 사용하는 멀티플렉서(Multiplexer)를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터용 온도 검출 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 온도 센싱부는, 센싱된 온도에 대응되도록 저항값이 가변되는 서미스터(Thermistor) 소자를 이용하여 구성되고, 상기 서미스터 소자의 저항값에 따라 형성되는 전압값이 상기 온도 검출부로 전달되는 것을 특징으로 하는 인버터용 온도 검출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 판단부로부터 검출 온도의 이상 신호가 전달되는 경우, 상기 이상의 정도에 대응되도록 디레이팅(de-rating) 신호 또는 구동 중지 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 인버터용 온도 검출 장치.