KR20170006008A

KR20170006008A - 모터 구동 인버터용 션트저항 내장형 버스바

Info

Publication number: KR20170006008A
Application number: KR1020150096311A
Authority: KR
Inventors: 박기태
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-17

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 모터를 구동하는 인버터용 션트 저항물질을 내장한 버스바에 관한 것이다.
본 발명에 따르면. 전류 측정을 위하여 버스바에 삽입된 션트 저항물질; 및 상기 삽입된 션트 저항물질에 걸리는 전압을 측정하기 위한 전압센서를 포함하는 션트저항 내장형 버스바가 개시된다.
본 발명을 적용하면 기구적으로 강인한 연결 구조를 달성하여, 진동에 의한 전기적인 노이즈 발생 및 기구적 연결 이탈 확률이 적어질 수 있고, 전류 측정을 위한 마그네틱 코어도 필요 없어져 소형의 인버터를 구현할 수 있다.

Description

모터 구동 인버터용 션트저항 내장형 버스바{Busbar with shunt resistance for inverter driving motor}

본 발명은 하이브리드 자동차에 사용되는 모터 구동 인버터용 버스바에 관한 것으로, 특히 션트 저항 및 온도센서가 내장된 모터 구동 인버터용 버스바에 관한 것이다.

자원의 고갈과 기존 차량의 환경 유해 물질 배출의 문제점을 해결하고자 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 특히 기존의 내연기관 자동차를 그대로 이용하면서도 연비 향상을 가져올 수 있는 하이브리드 자동차에 대한 연구가 많이 진행되어 왔고, 상당수의 하이브리드 자동차가 상용으로 판매되고 있다.

동력원으로 화석연료 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기 모터가 적용된 하이브리드 자동차가 현재 상용으로 판매되고 있는 자동차의 대부분을 차지하고 있다.

그런데 동력원으로 사용되는 전기 모터를 동작시키기 위해서는 고출력 인버터 시스템이 필요하다. 이 인버터 시스템은 배터리의 직류 전력을 모터의 구동에 필요한 교류 전류로 바꾸어 주는 역할을 한다.

도 1은 하이브리드 자동차의 일반적인 기존 인터버 시스템을 도시한 회로도이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 차량의 인버터 시스템은 직류 입력전압의 평활 기능을 하는 커패시터(110), 전력변환을 위해 스위칭 소자로 이루어진 스위칭소자부(120), 스위칭소자부(120)를 제어하여 모터(130) 토크 및 속도를 제어하는 제어부(160), 및 제어에 필요한 전류를 측정하는 전류센서부(140 또는 150)로 구성될 수 있다. 전류센서부는 경우에 따라 140 또는 150의 위치에 있을 수 있다. 이때 스위칭소자부(120)와 모터(130), 스위칭소자부(120)로 들어가는 전력인 DC+(170)와 DC-(170)의 연결 도선을 위하여 일반전으로 전선이 아닌 버스바(BUSBAR)를 사용하여 안정성을 기하게 된다.

도 2는 기존 버스바에서 전류측정을 위한 홀타입 전류센서의 구조를 도시한 개략도이다.

도 2를 참조하면 기존 하이브리드 차량의 인버터용 전류센서는 전류가 흐르는 도선이 되는 버스바(220) 주위를 감싸고 있는 강자성체 재질의 마그네틱 코어(210)와 상기 마그네틱 코어(210)의 단면 사이에 위치한 시모스 홀 아이시(CMOS Hall IC; 230)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 버스바(220)에 전류가 흐르면 이 전류에 의해 생성된 자기장(B)이 마그네틱 코어(210)에 집중되고, 상기 시모스 홀 아이시(230)를 이용하여 마그네틱 코어(210)의 단면을 지나는 자기장(B)의 크기를 측정함으로써 전류를 측정할 수 있다.

이러한 홀타입의 전류센서는 자기장을 충분히 집중시킬 수 있도록 하기 위하여 반드시 강자성체 재질의 마그네틱 코어를 사용하여야 하는데, 이 마그네틱 코어를 사용함으로 인해 전류센서의 원가, 사이즈, 및 무게 등이 증가하는 문제가 있다. 특히 벨트 구동형 마일드 하이브리드 시스템을 위한 인버터의 경우, 모터의 뒷부분에 장착되어 기존의 알터네이터(alternator) 자리에 장착해야 하기 때문에 상기의 홀타입의 전류센서를 사용한 인버터의 사이즈가 문제되고, 인버터의 사이즈를 최대한 작게 설계하는 것이 요구되고 있다.

또한 종래의 홀타입의 전류센서를 사용하는 벙법은, 버스바에 별도의 전류센서를 볼트로 고정하거나 납으로 연결하는 방법으로 제작하였기 때문에 알터네이터와 같은 진동이 많은 환경에서는 다량의 노이즈가 발생하거나 기구적인 연결이 파손되어 전류를 측정할 수 없게 되는 경우가 발생하였다.

본 발명의 목적은 버스바 중간에 션트(shunt) 저항을 삽입하여 버스바에 흐르는 전류를 측정하도록 하여, 전술한 노이즈 발생, 기구적 이탈, 사이즈 문제를 해결할 수 있는 션트 저항물질 내장형 버스바를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 자동차에 사용되는 모터 구동 인버터용 션트저항 내장형 버스바는 전류 측정을 위하여 버스바에 삽입된 션트 저항물질, 및 상기 삽입된 션트 저항물질에 걸리는 전압을 측정하기 위한 전압센서를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 삽입된 션트 저항물질은 구리와 주석을 포함하는 것일 수 있다.

션트저항 내장형 버스바는 삽입된 션트 저항물질의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함할 수 있다.

한편 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면 제어부는 션트 저항물질에 걸리는 전압 측정 단계, 션트 저항물질의 온도 측정 단계, 상기 온도를 기반으로 상기 션트 저항물질의 션트저항값을 산출하는 단계, 및 상기 전압과 상기 션트저항값을 이용하여 버스바에 흐르는 전류를 계산하는 단계에 따라 버스바에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

본 발명에 의하면 구리 재질의 버스바 중간에 션트 저항 물질을 함께 넣어 제작함으로써 기구적으로 강인한 연결 구조를 달성하여, 진동에 의한 전기적인 노이즈 발생 및 기구적 연결 이탈 확률이 적어지도록 하는 효과가 있다.

또한 기구적인 연결구조가 사라지고, 상기한 마그네틱 코어도 필요 없어져 소형의 인버터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 하이브리드 자동차의 일반적인 기존 인터버 시스템을 도시한 회로도이다.
도 2는 기존 버스바에서 전류측정을 위한 홀타입 전류센서의 구조를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 션트 저항 및 온도센서를 내장한 버스 바의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 3의 션트 저항물질이 삽입된 버스바 일부분의 단면도이다.
도 5는 온도센서를 이용하여 좀 더 정확한 션트저항물질의 저항값을 산출하여 버스바의 전류를 측정하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 상기한 온도-저항 곡선의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 션트 저항물질이 삽입된 버스바를 이용하여 인버터를 제어하는 시스템을 보여주는 도면이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 비록 특정 실시 예로 설명하더라도 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 션트 저항 및 온도센서를 내장한 버스 바의 구조를 나타낸다.

도 3의 버스바는 스위칭소자부(120)에 DC+ 또는 DC-를 연결한 일 실시 예에도 적용될 수 있지만, 스위칭소자부(120)에서 모터(130)로 가는 3상 전원을 위하여도 적용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 스위칭소자부(120)의 각 스위칭소자(310a, 310b, 310c)는 전원(170, 180)과 버스바(320)를 이용하여 연결될 수 있다. 이때 버스바(320)에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 버스바(320)의 일부분은 션트저항 물질(330)로 구성되도록 제작할 수 있다. 예컨대, 버스바(320)는 구리재질로 구성되되, 버스바(320)의 일부분을 구성하는 션트 저항물질(330)은 구리와 주석을 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 3의 션트 저항물질(330)이 삽입된 버스바(320) 일부분(350)의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 버스바(320)의 일부분에 션트 저항물질(330)이 삽입될 수 있다. 그리고 션트 저항물질(330)의 전압을 측정하기 위한 전압센서(340)가 추가될 수 있다. 이에 더하여 션트 저항물질(330)의 저항값을 정확히 알기 위하여 온도센서(410)를 추가적으로 구비할 수 있다.

일반적인 구리 재질의 버스바(320)는 전도성이 아주 뛰어나서 저항값이 0에 가까울 수 있어 전류가 흐르더라도 의미있는 전압값이 측정되지 않을 수 있다. 그러나 션트저항 물질(330)은 저항값이 0이 아니어서 전류가 흐르게 되면 저항에서 발생되는 전압 강하량을 측정할 수 있고, 이를 이용하여 버스바(320)에 흐르는 전류를 추정할 수 있다.

한편, 일반적인 전도성 물질은 주변 온도에 따라 저항값이 변할 수 있다. 따라서, 션트 저항물질(330)이 삽입된 버스바(320)에 온도센서(410)를 부착하여 온도 변화에 따른 저항값을 고려한다면 좀 더 정확한 전류 측정이 가능해 질 수 있다.

도 5는 온도센서를 이용하여 좀 더 정확한 션트저항물질의 저항값을 산출하여 버스바(320)의 전류를 측정하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 제어부(160)는 버스바(320)에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 버스바(320) 중간에 삽입된 션트 저항물질에 걸리는 전압(V)을 전압센서(340)를 이용하여 측정(510)할 수 있다. 그리고 제어부(160)는 온도센서(410)를 이용하여 션트 저항물질의 온도(T)를 측정(520)할 수 있다. 제어부(160)는 상기 측정된 온도를 기반으로 션트 저항물질이 가지는 션트저항값(R)을 산출(530)할 수 있다. 션트저항값을 산출하는 방법은 사용된 션트 저항물질에 대한 온도-저항 곡선을 이용하거나 상기 곡선을 이용하여 미리 구해 놓은 룩업테이블(lookup table)을 이용할 수 있다. 정확한 션트저항값이 결정되면 제어부(160)는 측정된 전압(V)과 산출된 저항(R)을 이용하여 버스바(320)에 흐르는 전류 I=V/R로부터 계산(540)할 수 있다.

도 6은 상기한 온도-저항 곡선의 일 예를 보여주는 도면이다.

온도센서로부터 온도(T)를 측정한 후, 도 6의 온도-저항 곡선을 참조하여 측정된 온도(T)에서의 션트 저항물질의 션트저항값을 산출할 수 있다.

표 1은 상기한 룩업테이블의 일 예를 보여주는 도면이다.

온도(도)	저항(ohm)
0	26
1	26.1
2	26.1
...	...
25	26.7
26	27.2
27	27.8
28	28.4
...	...

도 6의 온도-저항 곡선으로부터 표 1의 룩업테이블을 추정할 수 있다. 룩업테이블을 이용하는 것은 온도-저항 곡선을 사용하는 것에 비할 때 사용되는 메모리의 크기를 커질 수 있지만 션트저항값이 계산없이 바로 산출될 수 있다는 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 션트 저항물질(330)이 삽입된 버스바(320)를 이용하여 인버터를 제어하는 시스템을 보여주는 도면이다.

도 7의 예에서는 도시하지 않았지만 DC+(170)와 스위칭소자부(120)의 각 스위칭소자간의 연결 및, 스위칭소자부(120)의 각 스위칭소자로부터 모터(130)로 가는 3상 전원 연결 또한 버스바에 의하여 수행될 수 있다.

도 7을 참조하면 기존의 전류센서(150)는 션트저항물질(330)을 구비한 버스바(320)에 의하여 대치될 수 있다.

제어부(660)는 온도센서(410)에 의하여 측정된 온도를 이용하여 션트저항물질(330)의 션트저항값을 추정할 수 있다. 제어부(660)는 상기 션트저항값과 전압센서(340)에 의하여 측정된 션트 저항물질(330)에 걸리는 전압을 이용하여 버스바(320)에 흐르는 전류를 상기한 전류 측정 방법에 의하여 추정할 수 있다.

상기 버스바(320)에 흐르는 전류를 바탕으로 모터를 구동하는 스위칭소자부(120)의 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.

상기한 션트 저항물질과 온도센서를 내장한 버스바를 적용하면 기구적으로 강인한 연결 구조를 달성하여, 진동에 의한 전기적인 노이즈 발생 및 기구적 연결 이탈 확률이 적어질 수 있고, 상기한 전류 측정을 위한 마그네틱 코어도 필요 없어져 소형의 인버터를 구현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

하이브리드 자동차에 사용되는 모터 구동 인버터용 버스바에 있어서,
전류 측정을 위하여 버스바에 삽입된 션트 저항물질; 및
상기 삽입된 션트 저항물질에 걸리는 전압을 측정하기 위한 전압센서;
를 포함하는 션트저항 내장형 버스바.
제1항에 있어서, 상기 삽입된 션트 저항물질은,
구리와 주석을 포함하는,
션트저항 내장형 버스바.
제1 항에 있어서,
상기 삽입된 션트 저항물질의 온도를 측정하기 위한 온도센서
를 더 포함하는 션트저항 내장형 버스바.
션트 저항물질, 상기 션트 저항물질에 걸리는 전압을 측정하는 전압센서, 및 상기 션트 저항물질의 온도를 측정하는 온도센서를 내장한 버스바; 및
상기 온도를 이용하여 션트 저항물질의 션트저항값을 산출하고, 상기 전압과 상기 저항값을 이용하여 버스바에 흐르는 전류를 계산하는 제어부;
를 포함하는 인버터 제어 시스템.
션트저항 내장형 버스바에서 전류를 측정하는 방법에 있어서,
전압센서에서 션트 저항물질에 걸리는 전압 측정 단계;
온도센서에서 션트 저항물질의 온도 측정 단계;
제어부에서 상기 온도를 기반으로 상기 션트 저항물질의 션트저항값을 산출하는 단계; 및
상기 제어부에서 상기 전압과 상기 션트저항값을 이용하여 버스바에 흐르는 전류를 계산하는 단계;
를 포함하는 버스바에 흐르는 전류 측정 방법.
제 5항에 있어서, 상기 션트저항값을 산출하는 단계는,
온도별 션트저항값을 규정한 룩업테이블을 이용하여 산출하는,
버스바에 흐르는 전류 측정 방법.
제 5항에 있어서, 상기 션트저항값을 산출하는 단계는,
상기 션트 저항물질에 대한 온도-저항 곡선을 이용하여 산출하는,
버스바에 흐르는 전류 측정 방법.