KR20180020743A - 차량의 모터 구동 장치 - Google Patents

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김태욱
이수민
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로 없이도 돌입 전류(inrush crrent)의 발생을 방지하여, 점화(ignition) 장치의 온(on)/오프(off)에 상관없이 DC 커패시터에 전하를 충전시킬 수 있는 차량의 모터 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치는 차량의 배터리와 직렬로 연결된 릴레이와; 상기 배터리와는 직렬로 연결되고, 상기 릴레이와는 병렬로 연결된 보호부와; 상기 릴레이의 온(on)/오프(off)를 제어하는 MCU(micro controller unit)와; 상기 릴레이 및 상기 보호부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리로부터 상기 보호부를 경유하여 입력된 전하가 충전되는 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 병렬로 연결되어 있고, 상기 배터리에서 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 BLAC(Brushless Alternating Current) 모터에 공급하는 인버터;를 포함한다.

Description

차량의 모터 구동 장치{Apparatus for Motor Driving Of Vehicle}
본 발명은 차량의 모터 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로 없이도 돌입 전류(inrush current)의 발생을 방지하여, 점화(ignition) 장치의 온(on)/오프(off)에 상관없이 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)에 전하를 충전시킬 수 있는 차량의 모터 구동 장치에 관한 것이다.
전기식 파워 스티어링(EPS: Electronic Power Steering)은 유압식 파워스티어링에 비해 연비가 높고 스티어링 느낌이 좋으며 체적이 작으므로 자동차에 많이 적용되고 있다. 기존의 EPS 시스템에는 제어가 쉽고 하드웨어 구조가 간단한 영구자석 DC 모터가 주로 적용되었으나, 최근에는 효율이 높고 수명이 긴 BLAC(Brushless Alternating Current) 모터가 적용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치(1)는 릴레이(10), MCU(20, micro controller unit), 충전/방전 회로(30, charge/discharge circuit), 직류 링크 커패시터(40, DC Link Capacitor) 및 하이 브리지 회로(50, H-bridge)를 포함한다.
배터리(battery)의 전원(B+)은 릴레이(10)와 충전/방전 회로(30)에 공급되고, 하이 브리지 회로(50)는 직류 전원을 교류로 변환하여 BLAC 모터(60)에 공급한다. 종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치(1)는 릴레이(10)이가 온(on)될 때 배터리와 릴레이(10) 사이에 배치된 인덕턴스(L)에 의해 배터리의 전원(B+)의 과전류가 하이 브리지 회로(50)로 유입되는 돌입 전류(inrush current)가 발생하게 된다. 이러한, 돌입 전류(inrush current)에 의해서 회로가 단락되는 것을 방지하기 위해서 충전/방전 회로(30)를 포함한다.
여기서, MCU(20)는 충전/방전 회로(30)의 Q1 스위치를 온(on)시키고, Q2 스위치를 오프(off)시켜 배터리의 전원(B+)이 직류 링크 커패시터(40)에 공급되도록 한다. 한편, Q1 스위치를 오프(off)시키고, Q2 스위치를 온(on)시켜 직류 링크 커패시터(40)에 충전된 전하를 방전시킨다. 그리고, 차량의 시동이 오프(Key-off)된 경우 충전/방전 회로(30)의 Q1 스위치가 오프(off)되어 배터리의 전원(B+)이 하이 브리지 회로(50)에 공급되지 않는다. 한편, 시동을 온 시키기 위해 이그니션 스위치(IGN)를 온(Key-on) 시키면 배터리의 전원(B+)이 직류 링크 커패시터(40)에 충전 및 하이 브리지 회로(50)에 공급된다.
종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치(1)는 돌입 전류(inrush current)에 의한 회로 단락을 방지하기 위해 충전/방전 회로(30)를 포함함으로, 회로가 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 충전/방전 회로(30)를 구비함으로 인해 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치(1)는 충전/방전 회로(30)의 동작 시간을 확보해야 함으로, 차량의 시동이 온(on)될 때 BLAC 모터(60)를 구동 시키기 초기 구간의 동작 시간이 길어지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공부 제10-2005-0006897호(전기 자동차의 초기 충전전류 및 방전전류 제어장치)
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로 없이도 돌입 전류(inrush current)의 발생을 방지할 수 있는 차량의 모터 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 점화(ignition) 장치의 온(on)/오프(off)에 상관없이 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)에 전하를 충전시킬 수 있는 차량의 모터 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 시동이 온(on)될 때 BLAC 모터를 구동 시키기는 초기 구간의 동작 시간을 단축시킬 수 있는 차량의 모터 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치는 차량의 배터리와 직렬로 연결된 릴레이와; 상기 배터리와는 직렬로 연결되고, 상기 릴레이와는 병렬로 연결된 보호부와; 상기 릴레이의 온(on)/오프(off)를 제어하는 MCU(micro controller unit)와; 상기 릴레이 및 상기 보호부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리로부터 상기 보호부를 경유하여 입력된 전하가 충전되는 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 병렬로 연결되어 있고, 상기 배터리에서 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 BLAC(Brushless Alternating Current) 모터에 공급하는 인버터;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치에서, 상기 릴레이는 전자식 무접점 릴레이이고, 상기 보호부는 직렬로 연결된 저항과 다이오드를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치의 상기 MCU는 상기 배터리로부터의 전하가 직류 링크 커패시터에 완전 충전된 때가지 릴레이를 오프(off)시킨다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치의 상기 MCU는 상기 배터리로부터의 전하가 직류 링크 커패시터에 완전 충전된 후, 릴레이를 온(on)시킨다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치는 차량의 시동 온(on)/오프(off)에 관계없이 상기 직류 링크 커패시터에 전하를 충전시킨다.
본 발명의 차량의 모터 구동 장치는 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로 없이도 돌입 전류(inrush current)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량의 모터 구동 장치에서 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로를 삭제하여 시스템 간소화시키고, 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 차량의 모터 구동 장치는 기존의 충전/방전 회로의 동작 시간을 확보할 필요가 없어 BLAC 모터를 구동 시키기는 초기 구간의 동작 시간을 단축시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량의 모터 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치를 나타내는 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)는 도 2를 참조하면, 릴레이(110, SSR: solid state relay), 보호부(120), 직류 링크 커패시터(130, DC Link Capacitor), 인버터(140, inverter) 및 MCU(150, micro controller unit)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)에는 리플 전류와 노이즈를 감소시키기 위해서 직류 링크 커패시터(130, DC Link Capacitor)를 적용되어 있으나, 종래 기술의 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로는 적용되어 있지 않다.
릴레이(110, SSR)와 보호부(120)는 병렬로 접속되어 있고, 배터리의 전원(B+)이 릴레이(110, SSR) 및 보호부(120)에 공급된다. 배터리와 릴레이(110, SSR) 및 보호부(120) 사이에는 인덕터(inductor)가 배치되어 있다.
릴레이(110, SSR)는 반도체를 이용한 전자식 무접점 릴레이로서, 입력 측과 출력 측을 광반도체로 전기적으로 절연하고 있다. 스위치를 오프(off)시킬 때, 입력측에 소요 전류를 흘려 발광 다이오드를 발광시킨다. 출력 측에서는 발광 다이오드의 발광을 받아 포토 트랜지스터가 작용하여 미소한 발광 입력이 있어도 그것을 증폭해서 출력측 회로가 닫혀 스위치는 오프(off) 된다. 본 발명의 릴레이(110, SSR)는 종래 기술의 릴레이에 비해 응답속도가 빨라 차량의 모터 구동 장치의 초기 구동 시간을 단축시킬 수 있고, 무접점 방식임으로 긴 수명을 보장할 수 있다.
보호부(120)는 저항(R1)과 다이오드(D1)을 포함하며, 저항(R1)과 다이오드(D1)가 직렬로 연결되어 있다. 이러한, 보호부(120)는 제1 노드(N1, 입력 노드)에서 인덕터(inductor)와는 직렬로 접속되어 있고, 릴레이(110, SSR)와는 병렬로 접속되어 있다.
직류 링크 커패시터(130)는 제2 노드(N2, 출력 노드)에서 릴레이(110, SSR)와 직렬로 연결되어 있다. 또한, 직류 링크 커패시터(130)는 제2 노드(N2, 출력 노드)에서 보호부(120)와 직렬로 연결되어 있다. 또한, 직류 링크 커패시터(130)는 인버터(140)와 병렬로 연결되어 있다.
도 3을 참조하면, MCU(150)는 스위칭 신호를 생성하고, 스위칭 신호를 릴레이(110, SSR)에 공급한다. MCU(150)에서 공급된 스위칭 신호에 의해서 릴레이(110, SSR)의 온(on), 오프(off)가 제어된다.
배터리의 전원(B+)이 제1 노드(N1)를 경유하여 저항에 인가되고, 저항(R1)과 다이오드(D1)를 통과한 보호 전류(IR1D1)가 제2 노드(N2, 출력 노드)를 경유하여 직류 링크 커패시터(130)에 충전된다. 이때, 직류 링크 커패시터(130)에 보호 전류(IR1D1)가 완전하게 충전될 때가지 릴레이(110, SSR)는 오프(off)된다.
도 4를 참조하면, 보호 전류(IR1D1)가 직류 링크 커패시터(130)에 완전 충전된 후, MCU(150)의 스위칭 신호에 의해서 릴레이(110, SSR)가 온(on)된다.
인버터(140)는 배터리의 전원(B+)로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 교류 전압을 BLAC 모터로 공급한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)는 직류 링크 커패시터(130)에 보호 전류(IR1D1)가 완전 충전된 이후에 릴레이(110, SSR)가 온(on)됨으로, 돌입 전류(inrush current)가 발생하지 않는다. 따라서, 기존의 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로 없이도 돌입 전류(inrush current)의 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 차량에 배치된 점화(ignition) 장치의 온(on)/오프(off)에 상관없이 보호부(120)를 이용하여 직류 링크 커패시터(130)를 완전 충전시킬 수 있어, 차량의 초기 시동 시 돌입 전류(inrush current)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)는 기존의 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로를 적용하지 않음으로 차량의 모터 구동 장치의 시스템을 감소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)는 기존의 충전(Charge)/방전(Discharge) 회로를 적용하지 않음으로 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 모터 구동 장치(100)는 기존의 충전/방전 회로의 동작 시간을 확보할 필요가 없어, BLAC 모터를 구동 시키기는 초기 구간의 동작 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 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.
100: 차량의 모터 구동 장치
110: 릴레이(SSR)
120: 보호부
130: 직류 링크 커패시터
140: 인버터
150: MCU(micro controller unit)

Claims (5)

  1. 차량의 배터리와 직렬로 연결된 릴레이;
    상기 배터리와는 직렬로 연결되고, 상기 릴레이와는 병렬로 연결된 보호부;
    상기 릴레이의 온(on)/오프(off)를 제어하는 MCU(micro controller unit);
    상기 릴레이 및 상기 보호부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리로부터 상기 보호부를 경유하여 입력된 전하가 충전되는 직류 링크 커패시터; 및
    상기 직류 링크 커패시터와 병렬로 연결되어 있고, 상기 배터리에서 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 BLAC(Brushless Alternating Current) 모터에 공급하는 인버터;를 포함하는 차량의 모터 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 릴레이는 전자식 무접점 릴레이이고,
    상기 보호부는 직렬로 연결된 저항과 다이오드를 포함하는 차량의 모터 구동 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 MCU는 상기 배터리로부터의 전하가 직류 링크 커패시터에 완전 충전된 때가지 릴레이를 오프(off)시키는 차량의 모터 구동 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 MCU는 상기 배터리로부터의 전하가 직류 링크 커패시터에 완전 충전된 후, 릴레이를 온(on)시키는 차량의 모터 구동 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    차량의 시동 온(on)/오프(off)에 관계없이 상기 직류 링크 커패시터에 전하를 충전시키는 차량의 모터 구동 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023249466A1 (ko) * 2022-06-24 2023-12-28 엘지이노텍 주식회사 전력변환장치

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