KR20180043770A - 스위칭 주파수 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 차량의 주행 중 스위칭 주파수의 손실에 영향을 주는 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량 등을 모니터링하여 일반 주행 시에는 스위칭 주파수를 고주파로 제어하고, 인버터의 사용이 과다하거나 고온 지역에서는 스위칭 주파수를 중주파 또는 저주파로 제어함으로써, 차량의 출력을 확보하고 소음도 개선할 수 있는 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법은 차량의 시동이 온 되면, 차량의 제어부가 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량을 모니터링하는 단계 및 상기 모니터링된 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량에 따라 인버터의 스위칭 주파수를 가변하는 단계를 포함한다.

Description

스위칭 주파수 제어 방법{Method for controlling switching frequency}
본 발명은 스위칭 주파수 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행 중 인버터의 스위칭 주파수를 가변하여 출력을 확보하고 소음도 개선하는 기술에 관한 것이다.
인버터는 태양광 전지 어레이 등과 같은 전지로부터 전달받은 직류전원을 스위칭 회로를 이용하여 사용 교류전압으로 변화시켜주는 회로이다.
IGBT와 같은 고속 스위칭 소자의 발달로 인해 전압형 PWM 인버터의 스위칭 주파수의 증가가 가능하게 됐으며, 그로 인해 매우 우수한 동작 특성을 가지게 되었다.
그러나 PWM 인버터에 의하여 구동되는 유도전동기 등의 부하는 정현파의 전압과 전류를 얻기 위하여 높은 스위칭 주파수를 필요로 하며, 이 스위칭 동작이 일어나는 순간마다 전압과 전류를 급격한 변화를 일으키게 된다. 즉, 매 스위칭 시마다 전압과 전류의 변화가 매우 크기 때문에 무시할 수 없는 양의 고주파 누설전류(High Frequency Leakage Current)가 발생하게 된다.
특히 누설전류 저감을 위한 계통 종래의 계통 연계형 인버터는 인버터부에서 4개의 스위칭 소자를 사용하도록 이루어져 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 계통 연계형 인버터는 전력 전달 시 여러 개의 스위칭 소자를 통해 전류 통로가 형성되어 손실이 증가한다는 문제점이 있다.
또한 스위칭 소자에서 스위칭 동작이 일어날 때마다 발생하는 전압과 전류의 급격한 변화에 따른 누설전류 역시 증가한다는 문제점이 있다.
특히, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 구비된 인버터 내 스위칭 소자는 스위칭 주파수에 따른 스위칭 노이즈를 발생시키는데 스위칭 주파수는 스위칭 동작 시 손실 때문에 저주파수가 유리하지만, 사용자 또는 운전자의 운전 환경의 가청주파수 대역이나 소음이 발생하는 차량에서는 스위칭 주파수가 고주파수인 경우에 소음을 줄이는데 유리하다.
[특허문헌]일본공개특허 2013-059159호.
본 발명은 스위칭 주파수 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 차량의 주행 중 인버터의 스위칭 주파수의 손실에 영향을 주는 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량 등을 모니터링하여 일반 주행 시에는 스위칭 주파수를 고주파로 제어하고, 인버터의 사용이 과다하거나 고온 지역에서는 스위칭 주파수를 중주파 또는 저주파로 제어함으로써, 차량의 출력을 확보하고 소음도 개선할 수 있는 스위칭 주파수 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 주파수 제어 방법은 차량의 시동이 온 되면, 차량의 제어부가 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량을 모니터링하는 단계 및 상기 모니터링된 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량에 따라 인버터의 스위칭 주파수를 가변하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 차량의 제어부가 모터의 온도를 설정된 모터의 제 1 온도와 비교하는 단계, 상기 모터의 온도가 설정된 모터의 제 1 온도보다 높으면, 모터의 온도를 설정된 모터의 제 2 온도와 비교하는 단계 및 상기 모터의 온도가 설정된 모터의 제 2 온도보다 높으면, 인버터의 스위칭 주파수를 저주파로 설정하고, 냉각수량을 제 1 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터의 온도가 설정된 모터의 제 1 온도보다 낮으면, 차량의 제어부는 냉각수 온도와 냉각수의 제 1 온도를 비교하는 단계 및 상기 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도보다 낮으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 고주파로 설정하고, 냉각수량을 제 3 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도보다 높으면, 차량의 제어부는 냉각수 온도와 냉각수의 제 2 온도를 비교하는 단계 및 상기 냉각수 온도가 냉각수의 제 2 온도보다 낮으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 중주파로 설정하고, 냉각수량을 제 2 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 온도가 냉각수의 제 2 온도보다 높으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 저주파로 설정하고, 냉각수량을 제 1 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술은 인버터의 스위칭 주파수를 가변 제어함으로서 최대 출력을 확보하고, 인버터에서 발생하는 소음을 개선할 수 있는 기술이다.
아울러, 본 기술은 차량의 일반 주행 시에는 스위칭 주파수를 고주파로 제어하고, 인버터의 사용이 과다하거나 고온 지역에서는 스위칭 주파수를 중주파 또는 저주파로 제어하는 기술이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 주파수 제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 주파수 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 및 냉각수 온도에 따른 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도와 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 온도와 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수량과 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 주파수 제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 스위칭 주파수 제어 시스템은 고전압 배터리(1), 인버터(2), 모터(3) 및 제어부(4)를 포함한다.
고전압 배터리(1)는 차량의 주동력원으로 사용되는 직류 전원을 의미한다.
인버터(2)는 고전압 배터리(1)와 연결되어 고전압배터리(1)로부터 제공된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터(3, 구동 모터)에 제공한다.
제어부(4)는 모터(3)의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량을 모니터링하고, 모니터링된 모터(3)의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량에 따라 상기 인버터(2)의 스위칭 주파수를 가변한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 주파수 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
차량 내 구비된 고전압 배터리에서 인버터를 통해 모터를 구동시키기 위한 전력을 공급하고 인버터는 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터에 공급할 수 있다. 여기서, 설정되는 모터의 온도, 냉각수의 온도 및 냉각수량은 차량의 제어부에 기 설정되어 있을 수 있고, 운전자 또는 사용자에 의하여 재설정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 차량의 시동이 온 되면, 차량의 제어부는 모터의 온도를 설정된 모터의 제 1 온도(A)와 비교한다(S11~S13).
다음으로, 차량의 제어부는 모터의 온도가 설정된 모터의 제 1 온도(A)보다 높으면, 모터의 온도를 설정된 모터의 제 2 온도(B)와 비교한다(S15).
다음으로, 차량의 제어부는 모터의 온도가 설정된 모터의 제 2 온도(B)보다 높으면, 인버터의 스위칭 주파수를 저주파(Z)로 설정하고, 냉각수량을 제 1 냉각수량(H)으로 설정한다(S17).
여기서, 모터의 제 1 온도(A)는 모터의 제 2 온도(B)보다 낮고, 냉각수의 제 1 온도(C)는 냉각수의 제 2 온도(D)보다 낮으며, 제 1 냉각수량(H)은 제 2 냉각수량(I)보다 많은 양이고, 제 2 냉각수량(I)은 제 3 냉각수량(J)보다 많은 양이다.
다음에는, S13 단계에서 모터의 온도가 설정된 모터의 제 1 온도(A)보다 낮으면, 차량의 제어부는 냉각수 온도와 냉각수의 제 1 온도(C)를 비교한다(S19).
다음으로, 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도(C)보다 낮으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 고주파(X)로 설정하고, 냉각수량을 제 3 냉각수량(J)으로 설정한다(S21).
다음에는, S19 단계에서 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도(C)보다 높으면, 차량의 제어부는 냉각수 온도와 냉각수의 제 2 온도(D)를 비교한다(S23).
다음으로, 냉각수 온도가 냉각수의 제 2 온도(D)보다 낮으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 중주파(Y)로 설정하고, 냉각수량을 제 2 냉각수량(I)으로 설정한다(S25).
다음에는, S23 단계에서, 냉각수 온도가 냉각수의 제 2 온도(D)보다 높으면, 차량의 제어부는 스위칭 주파수를 저주파(Z)로 설정하고, 냉각수량을 제 1 냉각수량(H)으로 설정한다(S27).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 및 냉각수 온도에 따른 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 모터의 온도와 냉각수 온도에 따라 제어되는 인버터의 스위칭 주파수의 예시를 설명한 것이다.
예를 들어, 모터의 제 1 온도(A)를 50도로 설정하고, 모터의 제 2 온도(B)를 100도로 설정하며, 냉각수의 제 1 온도(C)를 40도로 설정하고, 냉각수의 제 2 온도(D)를 60도를 설정한 경우에 차량의 현재 모터의 온도가 모터의 제 1 온도(A) 미만이고, 차량의 현재 냉각수의 온도가 냉각수의 제 1 온도(C) 미만인 경우에 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 고주파(X)로 제어될 수 있고, 차량의 현재 모터의 온도가 모터의 제 2 온도(B) 이상이고, 차량의 현재 냉각수의 온도가 냉각수의 제 1 온도(C) 미만인 경우에 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 저주파(Z)로 제어될 수 있으며, 차량의 현재 모터의 온도가 모터의 제 1 온도(A) 미만이고, 차량의 현재 냉각수의 온도가 냉각수의 제 2 온도(D) 이상인 경우에 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 저주파(Z)로 제어될 수 있고, 차량의 현재 모터의 온도가 모터의 제 2 온도(B) 이상이고, 차량의 현재 냉각수의 온도가 냉각수의 제 2 온도(D) 이상인 경우에 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 저주파(Z)로 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도와 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 차량에 구비된 모터의 온도가 증가하면 자속이 저감되고 이에 따라 인가 전류가 증가한다. 증가된 전류는 인버터의 스위칭 주파수의 주파수의 손실을 증가시켜 차량의 출력을 감소시킨다.
도 4와 같이, 모터의 제 1 온도(A) 미만에서는 스위칭 주파수는 고주파(X)로 제어될 수 있고, 모터의 제 1 온도(A) 이상에서는 스위칭 주파수는 중주파(Y)로 제어될 수 있으며, 모터의 제 2 온도(B) 이상에서는 스위칭 주파수는 저주파(Z)로 제어될 수 있으며, 차량의 출력은 지속적으로 확보 가능하면서 모터의 온도에 따라 차량의 소음 발생은 최대한 지연시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 온도와 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 차량의 냉각수 온도는 인버터의 스위칭 주파수를 가변 제어하는데 있어서 중요한 요소 중 하나이다. 특히, 일반도로를 주행하는데 있어서 일부 고온(열해) 지역을 제외하고는 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 고주파(X)로 제어된다.
도 5와 같이, 차량의 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도(C) 미만에서는 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 고주파(X)로 제어될 수 있고, 냉각수의 제 1 온도(C) 이상에서는 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 중주파(Y)로 제어될 수 있으며, 냉각수의 제 2 온도(D) 이상에서는 차량의 인버터의 스위칭 주파수는 저주파(Z)로 제어될 수 있으며, 차량의 출력은 지속적으로 확보 가능하면서 모터의 온도에 따라 차량의 소음 발생은 최대한 지연시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수량과 스위칭 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 차량의 냉각수량이 증가되면 모터의 온도, 냉각수 온도 등이 감소하기 때문에 차량의 인버터의 스위칭 주파수 감소 시 냉각수량을 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 기술은 인버터의 스위칭 주파수를 가변 제어함으로서 최대 출력을 확보하고, 인버터에서 발생하는 소음을 개선할 수 있는 기술이다.
아울러, 본 기술은 차량의 일반 주행 시에는 스위칭 주파수를 고주파로 제어하고, 인버터의 사용이 과다하거나 고온 지역에서는 스위칭 주파수를 중주파 또는 저주파로 제어하는 기술이다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 차량의 시동이 온 되면, 상기 차량의 제어부가 모터의 온도, 냉각수 온도 및 냉각수량을 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 모터의 온도 및 냉각수 온도에 따라 인버터의 스위칭 주파수를 가변하는 단계를 포함하되, 상기 모니터링하는 단계에서, 상기 차량의 제어부가 상기 모터의 온도를 설정된 모터의 제 1 온도와 비교하고, 상기 모터의 온도가 상기 설정된 모터의 제 1 온도보다 높으면, 상기 모터의 온도를 상기 설정된 모터의 제 1 온도보다 높은 설정된 모터의 제 2 온도와 비교하는 단계; 및
    상기 모터의 온도가 상기 설정된 모터의 제 2 온도보다 높으면, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 가변하는 단계에서, 상기 차량의 제어부는 상기 인버터의 스위칭 주파수를 제 1 주파수로 설정하고, 냉각수량을 제 1 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 주파수는 제 2 주파수 및 제 3 주파수보다 낮고,
    상기 제 2 주파수는, 상기 냉각수 온도가 냉각수의 제 1 온도보다 높고 상기 냉각수의 제 1 온도보다 높은 냉각수의 제 2 온도보다 낮으면, 상기 인버터의 스위칭 주파수로 설정될 값이고, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 높고 상기 제 3 주파수보다 낮고,
    상기 제 3 주파수는, 상기 모터의 온도가 상기 설정된 모터의 제 1 온도보다 낮고 상기 냉각수의 온도가 상기 냉각수의 제 1 온도보다 낮으면, 상기 인버터의 스위칭 주파수로 설정될 값이고, 상기 제 3 주파수는 상기 제1 주파수 및 상기 제 2 주파수보다 높고,
    상기 제 1 냉각수량은 제 2 냉각수량 및 제 3 냉각수량보다 많고,
    상기 제 2 냉각수량은, 상기 냉각수 온도가 상기 냉각수의 제 1 온도보다 높고 상기 냉각수의 제 2 온도보다 낮으면, 상기 냉각수량으로 설정될 값이고, 상기 제 2 냉각수량은 상기 제 1 냉각수량보다 적고, 상기 제 3 냉각수량보다 많고,
    상기 제 3 냉각수량은 상기 모터의 온도가 상기 설정된 모터의 제 1 온도보다 낮고, 상기 냉각수의 온도가 상기 냉각수의 제 1 온도보다 낮으면, 상기 냉각수량으로 설정될 값이고, 상기 제 3 냉각수량은 상기 제 1 냉각수량 및 상기 제 2 냉각수량보다 적은 것을 특징으로 하는 스위칭 주파수 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터의 온도가 상기 설정된 모터의 제 1 온도보다 낮으면, 상기 차량의 제어부는 상기 냉각수 온도와 상기 냉각수의 제 1 온도를 비교하는 단계; 및
    상기 냉각수 온도가 상기 냉각수의 제 1 온도보다 낮으면, 상기 차량의 제어부는 상기 인버터의 스위칭 주파수를 상기 제 3 주파수로 설정하고, 상기 냉각수량을 상기 제 3 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 온도가 상기 냉각수의 제 1 온도보다 높으면, 상기 차량의 제어부는 상기 냉각수 온도와 상기 냉각수의 제 2 온도를 비교하는 단계; 및
    상기 냉각수 온도가 상기 냉각수의 제 2 온도보다 낮으면, 상기 차량의 제어부는 상기 인버터의 스위칭 주파수를 상기 제 2 주파수로 설정하고, 상기 냉각수량을 상기 제 2 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 온도가 상기 냉각수의 제 2 온도보다 높으면, 상기 차량의 제어부는 상기 인버터의 스위칭 주파수를 제 1 주파수로 설정하고, 상기 냉각수량을 상기 제 1 냉각수량으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 주파수 제어 방법.
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