KR20200075931A - 차량용 전력 변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치 - Google Patents

차량용 전력 변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치 Download PDF

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한남구
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곽헌영
박홍극
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Abstract

본 발명에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법은 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계; 상기 인버터와 연결된 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 단계; 상기 모터의 중성단의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 및 중성단의 전압에 기반하여 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 전력 변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치{FAULT DIAGNOSING METHOD AND APPARATUS OF POWER ELECTRIC SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 전력변환 시스템에서 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장을 진단하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 또는 연료전지와 같은 친환경 차량에는 차량 구동을 위해 구동모터가 탑재된다.
한편, 도 1은 종래에 모터-인버터를 사용하는 일반적인 차량용 전력변환 시스템을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이 구동모터(M)의 각 상(a,b,c)은 인버터(10)의 출력단과 연결되며, 구동모터의 중성단(s)에는 릴레이(R2)가 연결되어 있다. 차량의 안전성과 관련하여 구동모터의 각 상과 인버터의 출력단을 연결하는 케이블 및 구동모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장진단은 매우 중요하다. 종래에는 구동모터의 각 상과 인버터의 출력단을 연결하는 케이블의 고장을 진단하는 과정에서, 통상 차량이 주행하고 있는 동안 전류지령 대비 피드백 센싱값(전류센서에 의한 각상의 전류 센싱값)이 정상범위를 벗어날 경우 고장으로 판단하였다.
하지만, 이러한 방식은 구동모터의 회전자 위치에 따라 정상임에도 불구하고 고장으로 판정할 수 있기 때문에 구동모터 속도가 필요하다는 제약이 있으며, 특히 구동모터만을 가지는 순수 전기 자동차는 차속이 없을 경우 케이블 고장 자체가 불가능하다는 문제점이 있었다.
KR 10-2015-0118307
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 차량이 주행 중이지 않은 상태에서 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장을 진단할 수 있는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법은 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계; 상기 인버터와 연결된 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 단계; 상기 모터의 중성단의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 및 중성단의 전압에 기반하여 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계 이전에,
상기 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계는,
전류 제어기에서 사전 설정된 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 상기 모터의 각 상에 입력되는 전류 측정 값을 입력받고, 상기 모터 각 상의 전압 지령을 생성하는 단계; 전압 제어기에서 사전 설정된 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 상기 모터의 중성단의 전압 측정 값을 입력받고, 상기 모터의 중성단 전압 지령을 생성하는 단계; 및 상기 전류 제어기에서 생성된 각 상의 전압 지령과 상기 전압 제어기에서 생성된 모터의 중성단 전압 지령 값을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류가 정현파 형태이면, 상기 케이블이 정상이라고 판단할 수 있다.
상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
상기 측정된 전류가 정현파가 아닌 0인 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단할 수 있다.
상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 릴레이 고장진단용 전압 지령 생성 전후 변화가 없으면, 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 상기 릴레이가 융착된 것으로 판단할 수 있다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치는, 배터리, 모터, 상기 배터리와 병렬 연결되고 상기 모터와 연결된 인버터 및 상기 모터의 중성단과 연결된 릴레이를 포함하는 전력전달부; 상기 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 전류 센서; 상기 모터의 중성단의 전압을 측정하는 전압 센서; 및 상기 인버터를 별도의 고장 검출용 전압 지령에 따라 구동시키되, 상기 전류 센서에서 측정된 전류 값과 상기 전압 센서에서 측정된 전압 값에 기반하여, 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 릴레이의 고장을 검출하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
사전 설정된 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 상기 모터의 각 상에 입력되는 전류 측정 값을 입력받고, 상기 모터 각 상의 전압 지령을 생성하는 전류 제어기;사전 설정된 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 상기 모터의 중성단의 전압 측정 값을 입력받고, 상기 모터의 중성단 전압 지령을 생성하는 전압 제어기; 및 상기 전류 제어기에서 생성된 각 상의 전압 지령과 상기 전압 제어기에서 생성된 모터 중성단의 전압 지령을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령을 생성하는 최종 출력전압 지령 생성부;를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류가 정현파 형태로 주기적으로 값이 변하면 상기 케이블이 정상이라고 판단할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 값 중 0이 있는 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 0이면, 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 상기 릴레이가 융착된 것으로 판단할 수 있다.
상기 전류 제어기에서 생성된 상기 모터 각 상의 전압 지령은 차동 모드(Differential Mode: DM) 전압 성분이며,
상기 전압 제어기에서 생성된 모터 중성단의 전압 지령은 공통 모드(Common Mode: CM) 전압 성분일 수 있다.
상기 최종 출력전압 지령 생성부에서 생성된 인버터의 최종 출력 전압 지령은 차동 모드 전압 성분과 공통 모드 전압 성분을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 본 발명은 차량이 주행 중이지 않은 상태에서 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장을 진단할 수 있다.
아울러, 모터의 각 상에 연결된 케이블 및 모터 중성단에 연결된 릴레이의 고장 진단을 동시에 수행하더라도 서로의 고장이 간섭하지 않고 구분 가능함으로써 오진단을 예방할 수 있다.
더 나아가, 고장진단 시간을 저감함으로써, 구동 또는 충전 시간을 단축할 수 있고, 그에 따라 상품성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래에 모터-인버터를 사용하는 일반적인 차량용 전력변환 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법에서, 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법에서, 차량용 전력변환 시스템이 정상상태일 때 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법에서, 모터의 U상에 연결된 케이블이 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법에서, 모터의 중성단의 릴레이가 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법에서, 모터의 중성단의 릴레이와 모터의 U상에 연결된 케이블이 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치에서, 인버터의 출력 전압 지령이 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법 및 장치에 대해 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 과정을 나타내는 흐름도이며, 도 4는 차량용 전력변환 시스템이 정상상태일 때 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이고, 도 5는 모터의 U상에 연결된 케이블이 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이며, 도 6은 모터의 중성단의 릴레이가 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이고, 도 7은 모터의 중성단의 릴레이와 모터의 U상에 연결된 케이블이 고장난 경우에 측정된 모터의 각상 전류 및 중성단의 전압을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치에서, 인버터의 출력 전압 지령이 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치는 전력전달부(100), 전류 센서(200), 전압 센서(300) 및 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다. 도 8의 우측에 도시된 충전기(500)는 차량 배터리를 충전시키기 위한 전력을 제공하는 역할을 한다. 실시예에 따라 충전기(500)는 차량 배터리를 충전시키기 위한 전력을 제공하는 충전소의 전기 자동차 충전설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)일 수 있다.
전력전달부(100)는 충전기(500)로부터 제공되는 전력을 공급받아 배터리(110)를 충전하는 역할을 한다. 구체적으로, 전력전달부(100)는 도 8에 도시된 바와 같이 배터리(110), 모터(120), 배터리(110)와 병렬 연결되고 모터(120)와 연결되며 복수의 스위칭 소자(S1-S6)을 포함하는 인버터(130) 및 모터(120)의 중성단과 연결된 릴레이(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터(120)는 실시예에 따라 3상(u,v,w)을 갖는 3상 모터일 수 있다. 인버터(130)는 인버터(130) 내에 서로 연결된 복수의 스위칭 소자(S1-S6)을 통해 모터(120)로 3상 신호를 출력할 수 있다. 이때, 3상 신호는 모터(120)의 각각의 상에 입력되는 출력전압 및 출력전류를 포함할 수 있다.
아울러, 전력전달부(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 모터(120)의 중성단(노드 's')과 병렬로 연결된 중성단 커패시터(Cch), 인버터(130)에 연결된 릴레이(R1,R2)를 더 포함할 수 있다.
전류 센서(200)는 모터(120)의 각 상(u,v,w)에 입력되는 전류를 측정하는 역할을 한다. 또한, 전압 센서(300)는 모터(120)의 중성단('s')의 전압(Vch)을 측정하는 역할을 한다.
컨트롤러(400)는 인버터(130)를 별도의 고장 검출용 전압 지령에 따라 구동시키되, 전류 센서(200)에서 측정된 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류 값과 전압 센서(300)에서 측정된 모터 중성단의 전압 값에 기반하여 인버터(130)와 모터(120)를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단과 연결된 릴레이(150)의 고장을 검출할 수 있다. 실시예에 따라, 컨트롤러(400)는 마이컴 등일 수 잇다.
구체적으로 컨트롤러(400)는 전류 제어기(410), 전압 제어기(420) 및 최종 출력전압 지령 생성부(430)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 전류 제어기(410)는 사전 설정된 인버터(130)와 모터(120)를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 전류 센서(200)에서 측정된 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류 값을 입력받고, 모터(120) 각 상의 전압 지령을 생성할 수 있다. 여기서, 사전 설정된 인버터(130)와 모터(120)를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령은 케이블의 고장을 진단하기 위해 컨트롤러(400)에서 사전에 설정된 전류로서 실시예에 따라 마이컴 등에서 생성될 수 있다. 아울러, 케이블 고장진단용 전류 지령은 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령을 포함할 수 있다. 도 9에 상세히 도시되지는 않았지만, 전류 제어기(410)는 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령과 전류 센서(200)에서 측정된 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류 값을 입력받고, d축 전압 지령과 q축 전압 지령을 생성할 수 있으며, d축 전압 지령과 q축 전압 지령을 상변환하여 도 9에 도시된 바와 같이 모터의 각 상(u,v,w,) 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)을 생성할 수 있다.
더 나아가, 전류 제어기(410)에서 생성된 모터 각 상의 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)은 차동 모드(Differential Mode: DM) 전압 성분일 수 있다. 여기서, 차동 모드 전압 성분이란 모터(120)의 각 상(u,v,w)의 차이에 의해 발생하는 성분으로 모터의 각 상(u,v,w)의 전류에 영향을 주는 성분이다.
전압 제어기(420) 사전 설정된 모터(120)의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 전압 센서(300)에서 측정된 모터(120)의 중성단의 전압 값을 입력받고, 모터(120)의 중성단 전압 지령을 생성하는 역할을 한다. 여기서, 사전 설정된 모터(120)의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령은 릴레이(150)의 고장을 진단하기 위해 컨트롤러(400)에서 사전에 설정된 전류로서 실시예에 따라 마이컴 등에서 생성될 수 있다.
아울러, 전압 제어기(420)에서 생성된 모터 중성단의 전압 지령(VsN*)은 공통 모드(Common Mode: CM) 전압 성분일 수 있다. 여기서, 공통 모드 전압 성분이랑 모터(120)의 각 상(u,v,w)에 공통으로 발생하는 성분으로, 모터 중성단의 전압(Vch) 및 중성단 전류에 영향을 주는 성분이다.
최종 출력전압 지령 생성부(430)는 도 9에 도시된 바와 같이 전류 제어기(410)에서 생성된 각 상의 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)과 전압 제어기(420)에서 생성된 모터(120) 중성단의 전압 지령(VsN*)을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)을 생성할 수 있다. 이때, 최종 출력전압 지령 생성부(430)에서 생성된 인버터의 최종 출력 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)은 차동 모드 전압 성분과 공통 모드 전압 성분을 포함할 수 있다.
컨트롤러(400)는 상술한 방식에 따라 생성된 최종 출력 전압 지령(VuN*, VvN*, VwN*)에 기반하여 인버터(130)에 포함된 복수의 스위칭 소자(S1-S6)의 듀티를 조절하여 인버터(130)를 구동시키되, 전류 센서(200)에서 측정된 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류 값과 전압 센서(300)에서 측정된 모터 중성단의 전압 값에 기반하여 인버터(130)와 모터(120)를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단과 연결된 릴레이(150)의 고장을 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 컨트롤러(400)는 전류 센서(200)에서 측정된 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류가 도 4에 도시된 바와 같이 정현파 형태로 주기적으로 값이 변하면 모터(120)의 각 상에 연결된 케이블이 정상이라고 판단할 수 있다.
반면, 컨트롤러(400)는 전류 센서(200)에서 측정한 모터(120)의 각 상에 입력되는 전류 값 중 0이 있는 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단할 수 있다. 도 5를 참조하면, 모터(120)의 U상에 연결된 케이블이 고장난 경우, U상에 입력되는 전류 값은 0으로 측정될 수 있고, 컨트롤러(400)는 U상에 연결된 케이블이 고장난 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 컨트롤러(400)는 릴레이(150)를 개방한 상태에서 전압 센서(300)에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 0이면, 도 4에 도시된 바와 같이 릴레이(150)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
반면, 컨트롤러(400)는 릴레이(150)를 개방한 상태에서 전압 센서(300)에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 릴레이(150)가 융착된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 모터의 중성단 전압 지령이 400V인 경우, 릴레이(150)를 개방한 상태에서 전압 센서(300)에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 400V를 기준으로 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 예를 들어 398V 내지 402V 내에 있으면, 컨트롤러(400)는 중성단에 연결된 릴레이(150)가 융착된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 도 5를 참조할 때, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치에 따르면, 모터의 U상에 연결된 케이블이 고장나서 U상에 전류가 흐르지 않더라도 모터 중성단의 전압에는 영향을 주지 않는다. 아울러, 도 6을 참조할 때, 모터 중성단에 연결된 릴레이가 융착되더라도 모터의 각 상에 입력되는 전류의 형태 및 크기에는 영향을 주지 않는다.
더 나아가, 도 7을 참조할 때, 전류 센서(200)에서 측정한 U상에 입력되는 전류가 0이고, 전압 센서(300)에서 측정한 모터 중성단의 전압이 모터 중성단의 전압 지령 값으로 측정되면, 컨트롤러(400)는 모터에 연결된 케이블 및 모터 중성단에 연결된 릴레이가 고장상태라는 것을 동시에 진단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터가 회전하지 않은 상태, 즉 차속이 없는 경우에도 모터의 각 상에 연결된 케이블 및 모터 중성단에 연결된 릴레이의 고장을 동시에 진단할 수 있으며, 이에 따라 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 모터의 각 상에 연결된 케이블 및 모터 중성단에 연결된 릴레이의 고장 진단을 동시에 수행하더라도 서로의 고장이 간섭하지 않고 구분 가능함으로써 오진단을 예방할 수 있다.
더 나아가, 고장진단 시간을 저감함으로써, 구동 또는 충전 시간을 단축할 수 있고, 그에 따라 상품성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치에 기반한 본 발명에 따른 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계(S100), 인버터와 연결된 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 단계(S200), 모터의 중성단의 전압을 측정하는 단계 및 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 및 중성단의 전압에 기반하여 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
아울러, 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계 이전에, 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 제어기에서 사전 설정된 상기 인버터와 모터를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 모터의 각 상에 입력되는 전류 측정 값을 입력받고, 모터 각 상의 전압 지령을 생성하는 단계(S10), 전압 제어기에서 사전 설정된 모터의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 모터의 중성단의 전압 측정 값을 입력받고, 모터의 중성단 전압 지령을 생성하는 단계(S20) 및 전류 제어기에서 생성된 각 상의 전압 지령과 전압 제어기에서 생성된 모터의 중성단 전압 지령 값을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령을 생성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서는, 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류가 정현파 형태로 주기적으로 값이 변하면 상기 케이블이 정상이라고 판단할 수 있다. 반면, 모터의 각 상에 입력되는 측정된 전류가 정현파가 아닌 0인 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 인버터와 모터를 연결하는 케이블 및 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서는, 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 릴레이 고장진단용 전압 지령 생성 전후 변화가 없으면, 해당 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다. 반면, 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 해당 릴레이가 융착된 것으로 판단할 수 있다.
100; 전력전달부 110: 배터리
120; 모터 130: 인버터
S1-S6: 스위칭 소자 140: 케이블
150: 릴레이
200: 전류 센서 300: 전압 센서
400: 컨트롤러 410: 전류 제어기
420: 전압 제어기 430: 최종 출력전압 지령 생성부

Claims (15)

  1. 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계;
    상기 인버터와 연결된 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 단계;
    상기 모터의 중성단의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 및 중성단의 전압에 기반하여 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계;를 포함하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장 검출용 출력 전압 지령이 출력되도록 인버터를 구동시키는 단계 이전에,
    상기 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고장 검출용 출력 전압 지령을 생성하는 단계는,
    전류 제어기에서 사전 설정된 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 상기 모터의 각 상에 입력되는 전류 측정 값을 입력받고, 상기 모터 각 상의 전압 지령을 생성하는 단계;
    전압 제어기에서 사전 설정된 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 상기 모터의 중성단의 전압 측정 값을 입력받고, 상기 모터의 중성단 전압 지령을 생성하는 단계; 및
    상기 전류 제어기에서 생성된 각 상의 전압 지령과 상기 전압 제어기에서 생성된 모터의 중성단 전압 지령 값을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
    상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류가 정현파 형태이면, 상기 케이블이 정상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
    상기 측정된 전류가 정현파가 아닌 0인 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
    상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 릴레이 고장진단용 전압 지령 생성 전후 변화가 없으면, 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이의 고장여부를 판단하는 단계에서,
    상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 상기 릴레이가 융착된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 방법.
  8. 배터리, 모터, 상기 배터리와 병렬 연결되고 상기 모터와 연결된 인버터 및 상기 모터의 중성단과 연결된 릴레이를 포함하는 전력전달부;
    상기 모터의 각 상에 입력되는 전류를 측정하는 전류 센서;
    상기 모터의 중성단의 전압을 측정하는 전압 센서; 및
    상기 인버터를 별도의 고장 검출용 전압 지령에 따라 구동시키되, 상기 전류 센서에서 측정된 전류 값과 상기 전압 센서에서 측정된 전압 값에 기반하여, 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 및 상기 릴레이의 고장을 검출하는 컨트롤러;를 포함하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    사전 설정된 상기 인버터와 상기 모터를 연결하는 케이블 고장진단용 전류 지령 및 상기 모터의 각 상에 입력되는 전류 측정 값을 입력받고, 상기 모터 각 상의 전압 지령을 생성하는 전류 제어기;
    사전 설정된 상기 모터의 중성단에 연결된 릴레이 고장진단용 전압 지령 및 상기 모터의 중성단의 전압 측정 값을 입력받고, 상기 모터의 중성단 전압 지령을 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 전류 제어기에서 생성된 각 상의 전압 지령과 상기 전압 제어기에서 생성된 모터 중성단의 전압 지령을 합하여 인버터의 최종 출력 전압 지령을 생성하는 최종 출력전압 지령 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류가 정현파 형태로 주기적으로 값이 변하면 상기 케이블이 정상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 측정된 모터의 각 상에 입력되는 전류 값 중 0이 있는 경우, 0이 측정된 상에 연결된 케이블이 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 릴레이 고장진단용 전압 지령 생성 전후 변화가 없으면, 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 릴레이를 개방한 상태에서 측정된 모터의 중성단의 전압이 상기 모터의 중성단 전압 지령의 사전 설정된 오차 범위 내에 있으면, 상기 릴레이가 융착된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 전류 제어기에서 생성된 상기 모터 각 상의 전압 지령은 차동 모드(Differential Mode: DM) 전압 성분이며,
    상기 전압 제어기에서 생성된 모터 중성단의 전압 지령은 공통 모드(Common Mode: CM) 전압 성분인 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 최종 출력전압 지령 생성부에서 생성된 인버터의 최종 출력 전압 지령은 차동 모드 전압 성분과 공통 모드 전압 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 고장진단 장치.
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