KR20210074613A - 전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

스위치가 고장이 발생한 상태에서 대응하는 안전기능 방전 로직을 가능하게 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치가 개시된다. 상기 전원 상태 감지 방전 제어 장치는, 배터리, 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모터, 및 상기 모터를 제어하며, 상위 제어기로부터 지령에 따라 제 1 자체 방전을 수행하는 모터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling detecting source status and discharge}
본 발명은 모터 제어 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 모터 제어기의 전원 상태를 감지하고 방전을 제어하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
외부 전원 커넥터가 인버터 회로에서 이탈한 경우에 대응하는 제어 기술이 제안되었다. 모터가 구동하지 않는 상태에서, 제어기는 스위치단에서 펄스 동작을 수행한다. 또한, 할당된 디씨 링크(DC-Link) 커패시터의 전압 레벨을 모니터링하여 전압이 낮아진다면 외부 배터리의 공급 상태가 차단된 상태로 간주하고 대응 동작을 한다.
전압이 낮아지지 않는다면 인버터 회로는 정상적으로 전압을 공급받고 있는 상태로 간주하여 동작한다. 부연하면, 방전 동작을 수행하여 디씨 링크 커패시터에 충전된 전압을 제거하며 모니터링하여 대응 동작이 수행된다. 또한, 모터 구동을 통해 감지된 전원 상태에 대응하는 방전 동작이 진행된다.
그러나, 스위치단에서 고장이 발생한 경우, 안전 기능에 대응하는 로직 구성이 없다는 문제점이 있다. 또한, 모니터링 동작을 위해 저항을 통한 불필요한 전류 소비가 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 순간적이지만 모터의 구동으로 인해 불필요한 차체 이동 발생 가능성이 있다.
또한, 모터 구동을 방지하기 위한 D축 제어 기술도 있으나 위치에 따른 정렬(align) 동작으로 모터축 회전이 미약하게 발생으로 인해 차체 진동 발생 가능성이 있어 사용자 위험을 가중시킨다는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2019-0047753호 2. 일본공개특허번호 제2004-032903호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 스위치가 고장이 발생한 상태에서 대응하는 안전기능 방전 로직을 가능하게 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모터 축 회전으로 인한 차체 진동 혹은 미약한 발진을 최소화할 수 있는 로직을 가능하게 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 스위치가 고장이 발생한 상태에서 대응하는 안전기능 방전 로직을 가능하게 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치를 제공한다.
상기 전원 상태 감지 방전 제어 장치는,
배터리;
상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모터; 및
상기 모터를 제어하며, 상위 제어기로부터 지령에 따라 제 1 자체 방전을 수행하는 모터 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 배터리에 연결되는 링크 커패시터; 및 상기 링크 커패시터의 앞단에 병렬로 연결되어 방전을 통해 상기 링크 커패시터의 잔류 전압을 제거하는 방전 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 링크 커패시터와 병렬로 연결되며, 상기 모터와 결선되는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방전 스위칭 회로는, 저항 및 상기 저항과 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 소자는 펄스 방식의 인가에 의해 제어되는 것이 아니라 일정 전압으로 온오프되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 제어기는 동작 종료를 나타내는 키오프 신호인 상기 지령을 받아 파워 오프 시퀀스를 수행하며, 상기 파워 오프 시퀀스는 배터리 제어기가 상기 모터 제어기에 인가하던 전원의 공급을 중단하고, 상기 방전 스위칭 회로를 온하여 상기 제 1 자체 방전을 수행하여 잔류 전압을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워 오프 시퀀스 중 상기 모터 제어기는 상기 링크 커패시터에 충전된 전력을 내부 변환하여 전원을 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 제어기는 자체 전압 모니터링을 통해 전압 레벨을 감지하여 산출되는 전압 모니터링값이 감소되지 않으면 상기 방전 스위칭 회로를 오프하고 상기 모터에 설치되는 센서를 통해 획득된 시그널값을 통해 위치값 보정을 수행하고, 보정된 위치값을 기반하여 미리 설정되는 기준 시간 동안 상기 모터의 제어를 통해 상기 제 2 자체 방전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 제어기는 상기 제 2 자체 방전후 전압 모니터링값의 감소 여부에 따라 상기 전압 모니터링값이 감소하면 상기 방전 스위칭 회로의 고장으로 판단하고, 상기 전압 모니터링값이 감소하지 않으면 파워 오프 시퀀스 상태 이상 또는 배터리 제어기의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위치값 보정은 제 1 시그널이 발생한 직후의 값과 제 2 시그널사이의 중간값의 위치로 추정하며, 상기 모터의 제어는 D축 전류를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 모터가 배터리로부터 전력을 공급받는 전력 공급 단계; 모터 제어기가 상기 모터를 제어하는 모터 제어 단계; 및 상기 모터 제어기가 상위 제어기로부터 지령에 따라 제 1 자체 방전을 수행하는 방전 수행 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 일반적인 기술로는 고려되지 않은 스위치 고장, BMS(Battery Management System) 이상, 시스템 전원 상태 오류 등을 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 방전 목적의 스위치 고장에 대한 안전 기능이 대응 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 모터를 통한 방전 기능을 수행 시, 최소한의 모터 진동을 발생시켜 안전 기능에 대응하는 동작 수행이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 파워 오프 시퀀스(Power off sequence)의 전반적인 안정성을 제고할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 방전 제어 및/또는 진단 기능으로 사용자 피해(감전)에 대한 방지 혹은 경고 메시지 등의 판정 기준을 확보 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 상태 감지 방전 제어 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 제어기의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 상태 감지 방전 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 정보 기반의 모터 제어를 보여주는 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전원 상태 감지 방전 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 상태 감지 방전 제어 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 전원 상태 감지 방전 제어 장치(100)는, 차량 제어기(110), 배터리 제어기(120), 배터리(130), 모터 제어기(140), 및 모터(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
차량 제어기(110)는 친환경 차량에 대한 제어를 수행하며, 친환경 차량의 주행 정보, 차속, 브레이크 동작에 따른 회생 제동 정보 등을 획득하게 된다. 여기서, 친환경 차량은 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기차(EV: Electric Vehicle), 저속 전기 자동차(NEV: Neighborhood Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(FCV: Fuel-Cell Vehicle) 등을 들 수 있다.
배터리 제어기(120)는 배터리(130)를 제어하는 기능을 수행한다. 배터리 제어기(120)는 BMS(Battery Management System)로서, 친환경 차량용 배터리 관리를 최적화해 에너지 효율을 높이고 수명을 연장시켜주는 역할을 한다.
배터리 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 모니터링하고 과도한 충전 및 방전을 미연에 방지해 배터리 안전성과 신뢰성을 높여준다. 배터리 제어기(120)는 배터리(130)의 충전 상태를 차량 제어기(110)에 전달하는 기능을 수행한다. 충전 상태의 정보로는 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health),DOD(Depth Of Discharging) 및 SOF(State Of Function) 등을 들 수 있다.
배터리(130)는 배터리 셀(미도시)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 배터리 셀은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.
하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.
이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.
일반적으로, 파우치형 셀들은 리튬 2차 배터리 또는 니켈-수소 배터리(Nickel-hydrogen battery)등과 같이, 전해질 용액(electrolytic solution)을 내포할 수도 있다.
또한, 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다.
일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다. 또한, 이들 다수의 배터리 셀의 셀 리드들이 직렬 또는 병렬의 리드 용접으로 연결된다.
모터 제어기(140)는 모터(150)를 제어하는 기능을 수행한다. 모터 제어기(140)의 말단에는 제어에 필요한 모터(150)가 결선되어 있다.
모터(150)는 휠(미도시)을 회전하는 기능을 수행한다. 본 발명의 일실시예에서는 설명의 이해를 위해 3상 BLDC(Brushless Direct Current motor) 모터를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 단상 모터 또는 다상 모터에도 적용될 수 있다. 또한, 모터(150)는 매입형 영구자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 유니버셜 모터, 3상 유도 모터 등이 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 제어기(140)의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 모터 제어기(140)는, 마이크로프로세서(200), 방전 스위칭 회로(220), 링크 커패시터(230), 및 인버터(240) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 마이크로프로세서(200)는 방전 스위칭 회로(220), 인버터(240) 등을 제어하고, 전압 감지, 모터 제어등을 수행한다.
물론, 이외에도 메모리 등이 구성되어, 방전 스위칭 회로(220), 인버터(240) 등의 온오프를 제어할 수 있다. 메모리는 마이크로프로세서(200) 내에 구비되는 메모리일 수 있고, 별도의 메모리가 될 수 있다. 따라서 플래시 메모리 디스크(SSD: Solid State Disk), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Data Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
도 2를 계속 참조하면, 방전 스위칭 회로(220)는 DC 링크 커패시터의 앞단에 병렬로 연결되어 방전을 통해 상기 링크 커패시터의 잔류 전압을 제거하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 방전 스위칭 회로(220)는 저항(222)과 스위칭 소자(221)가 직렬로 연결된다. 스위칭 소자(221)는 단순히 온 또는 오프되는 온오프 스위치로서, 릴레이 스위치, 사이리스터, GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터, TRIAC(Triode for alternating current), SCR(Silicon Controlled Rectifier) 등이 될 수 있다. 즉 펄스 방식이 아니라 단순히 일정 전압(예를 들면 5V)이 인가되면 연결되고, 인가되지 않으면 단락되는 방식의 스위치가 될 수 있다.
링크 커패시터(230)는 DC(Direct Current) 링크 커패시터로서 전압을 충전하는 기능을 수행한다.
인버터(240)는 말단이 모터(150)와 결선된다. 인버터(240)는 DC 전압 신호를 AC 전압 신호로 모변환하여 모터(150)에 제공하는 기능을 수행한다.
모터(150)에는 제 1 내지 제 3 홀 센서(251 내지 253)가 일정 각도로 설치될 수 있다. 부연하면, 서로 120°간격으로 설치될 수 있다. 모터 제어기(140)는 모터(150)의 제어 기능을 수행하며, 상위 제어기인 차량 제어기(110)의 지령에 따라 구동된다. 특히 모터 제어기(140)는 키오프(동작 종료) 신호를 받으면 파워 오프 시퀀스(이하 POS: Power Off Sequence)에 진입한다.
이 경우, 모터 제어기(140)는 상위 제어기에서 발생한 POS 신호를 통신을 통해 수신한다. 그리고 동작을 종료하기 위해 준비 상태에 진입한다. 파워 오프 시퀀스는 다음과 같다.
1) 모터 제어기(140)는 상위 제어기인 차량 제어기(110)에서 발생한 POS 신호를 수신한다. 그리고 동작을 종료하기 위한 준비 상태에 진입한다.
2) 상위 제어기는 배터리 제어기(120)에도 모터 제어기(140)에 공급중인 전원을 차단하라는 전원 차단 신호(즉 메시지)를 송신한다. 배터리 제어기(120)는 인버터(240)에 인가하던 전원의 공급을 중단한다.
3) 전원을 중단한 상태에서, 모터 제어기(140)는 상위 제어기 혹은 배터리 제어기(120)에서 발생한 전원 중단 완료 신호를 수신한다. 이때의 모터 제어기(140)는 링크 커패시터(230)에 충전된 전력을 dc-dc 등을 통해 내부 변환하여 전원을 유지한다. 물론, 이를 위해서 모터 제어기(140)내에는 DC-DC 컨버터(미도시)가 구성될 수 있다.
4) 링크 커패시터(230)의 잔류 전압을 제거하기 위한 방전 스위칭 회로(220)를 동작시킨다.
5) 잔류 전압까지 제거되면 최종적으로 모터 제어기(140)의 전원은 제거된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 상태 감지 방전 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 상위 제어기인 차량 제어기(110)의 지령에 따라 모터 제어기(140)는 모터(150)를 구동시킨다(단계 S310). 이 상태에서 키오프(key off) 신호에 의해 모터(150)의 구동을 정지하면, 모터 제어기(140)는 차량 제어기(110)로부터 파워 오프 시퀀스(power off sequence) 신호를 수신하고, POW 진입 준비를 완료한다(단계 S330,S340).
이후, 배터리 제어기(110)는 배터리 제어기(120)에도 공급중인 전원을 차단하라는 전원 차단 신호를 송신하는 지를 판단한다(단계 S350). 판단결과, 단계 S350에서 전원 차단 신호가 없으면, 단계 S340 내지 단계 S350)가 진행된다.
이와 달리, 단계 S350에서 전원 차단 신호가 있으면, 모터 제어기(140)는 방전 스위치(도 2의 221)를 구동한다(단계 S360). 이때, 모터 제어기(140)는 모니터링한 전압 모니터링값이 감소하는지를 판단한다(단계 S370). 부연하면, 인버터(240)의 전원은 ADC 변환을 통해 모터(150)에 공급된다. 이때, 모터 제어기(140)는 자체 전압 모니터링을 통해 전압 레벨을 감지할 수 있다. 즉 전압 모니터링값을 산출하고 이를 이전값과 비교하여 증감 상태를 확인할 수 있다.
단계 S370에서, 전압 모리터링값이 감소하면 공급 전원이 없음으로 프로세스는 종료된다(단계 S380).
이와 달리, 단계 S370에서, 전압 모리터링값이 감소하지 않으면, 방전 스위치(221)를 오프하고, 마지막 홀 시그널값을 통한 위치값을 보정하고, 보정 위치값 기반 D축 전류 제어 기준 시간 동안 방전 동작을 실행한다(단계 S375). 즉, 모터 제어를 수행하여 방전을 한다.
이후, 모터 제어기(140)는 모니터링한 전압 모니터링값이 감소하는지를 판단한다(단계 S377). 단계 S377에서 전압 모니터링값이 감소하면, 스위치 고장 판정 및 상위 제어기인 차량 제어기(110)에 리포딩한다(단계 S378). 이와 달리 단계 S377에서 전압 모니터링값이 감소하지 않으면, 파워 오프 시퀀스(POS) 상태 이상 혹은 배터리 제어기 고장상태로 의심 보고한다(단계 S379).
부연하면, 방전 스위칭 회로가 고장난 경우를 대비한 안전 기능 수행한다. 즉 전원 비정상 인가 상태를 감지하여 상위 제어기에 알린다. 또한, 방전 스위치 동작의 역할을 대신할 수 있는 모터 제어를 수행한다. 즉 모터단으로 전류를 흘려 방전시키는 제어를 수행한다.
이를 위해 더 자세히 설명하면, 파워 오프 시퀀스 중 방전 스위칭 회로가 고장난 경우, 링크 커패시터(230)의 전력이 감소하지 않는다. 이 경우, 모터 제어기(140)는 2가지 경우를 가정한다. 즉, 스위치 고장, 혹은 배터리 제어기(120)의 전원 인가 상태 유지로서 전압공급이 지속되는 상태이다.
방전 스위칭 회로의 고장인 경우, 방전 동작을 위한 모터 전류 인가, 방전 동작을 위한 모터 전류 인가 -> 모터축으로 전류를 인가하여 방전 시도 -> 방전되지 않으면 전원 고장, 방전되면 Switch 고장 판단 가능하다. 모터 전류를 인가하는 방법에 있어서 홀 센서(Hall sensor) 혹은 ABI(Advanced Broadcast Information) 신호 상태에 따른 위치 상태를 추정하여 진동을 최소화할 수 있는 위치 제어 및 D축 제어를 수행한다. 즉, 위치 센서의 신호값을 통한 최적 위치 추정 제어를 수행한다. 위치 제어 방법은 홀 시그널(Hall signal)에서 추정할 수 있는 중간값을 이용하여 D축 신호를 발생시킴으로 가능하다. 따라서, 정렬(Align) 구간 최소화 및 진동 최소화가 된다.
또한, 방전 스위칭 회로의 고장 상태 감 로직은 다음과 같다.
- POS 중 스위치 동작함에도 Vdc 전압이 하락하지 않음 -> 시스템 이상 감지 상태
- 모터를 통한 방전 기동 수행 후 Vdc 전압이 유지 -> 스위치 정상 + 전원 시스템 이상
- 모터를 통한 방전 기동 수행 후 Vdc 전압이 하락 -> 스위치 고장 상태 감지
모터 방전 기동의 경우, 이상 감지 상태에서 방전을 위해 D축 등으로 모터 전류를 인가하면 정렬(align) 현상(모터의 미약한 움직임, 소음진동)이 발생하고 따라서, 전원 종료 도중에 모터 구동으로 차량의 사용자 위험 가능성 있다. 이를 해결하기 위해, 방전을 위한 최적 위치 추정 제어를 통해 모터 정렬(align) 구동에 따른 모터 구동/진동을 최소화한다. 또한, 모터 방전 기동의 구동 시간은 회로의 구성된 케패시터 용량 및 모터의 회로 특성에 따라 수 ms~s 설정 가능하다.
최적 위치 추정 제어를 보여주는 도면이 도 4에 도시된다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 정보 기반의 모터 제어를 보여주는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 모터 제어에 있어서 로터(미도시)의 위치를 감지하는데 홀(HALL) 신호를 이용한다. 모터 제어기(140)는 로터의 위치 정보를 기반으로 사인파(sine wave) 형태의 전류를 인버터(240)를 통해 모터(150)에 공급함으로써 모터(150)의 회전이 발생한다. 앞서 설명한 방전 제어를 위한 모터 D축 제어시, 전류를 모터 제어 알고리즘 상의 D축으로 전류를 인가하여 방전 동작을 수행한다. 이 경우, 이론적으로 회전을 발생시키지 않고 고정한다.
D축 제어시 필요한 것은 모터(150)의 정확한 위치이며 지령 신호를 발생시키는데 위치값을 이용하기 때문에 실제 로터의 위치와 홀 센서 값으로 추정한 위치가 틀어진다면 그만큼 D축 제어 방향으로 모터가 회전(정렬)하게 된다. 정렬 동작 시, 일반적으로 D 축제어/모터 구동 제어는 차체 진동/이동을 발생시켜 사용자에게 위험을 초래한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 홀 센서(251 내지 253)에 의해 sig1, sig2, sig3에 해당하는 홀 시그널(hall signal)이 발생하면 제어기는 해당 hall sensor signal에 맞는 추측 위치(estimated position)(404)를 알 수 있다. 즉, 이상적인 시그널(405) 및 비정렬 센서 시그널(407)이 존재하며, 이에 따른 이상 신호의 상태 천이(402) 및 비정렬 홀센서 신호의 상태 천이(401)가 존재한다. 또한, 이러한 상태 천이에 따른 변위값(
Figure pat00001
)이 존재한다.
앞서 설명한 POS 동작을 수행함에 따라, 특정 조건(방전 스위치 고장)에 진입함을 감지한 모터 제어기(140)는 방전 스위치(221)를 대체할 모터단에 D축 전류 제어를 수행 시작한다. D축 전류 제어에서 정확한 로터의 상태를 알 수 없다. 즉, 마지막 hall signal 발생 후 다음 signal 발생까지 사이 간격의 상태에서 정확한 위치를 추정 불가하다. 예를 들어 sig1이 발생한 이후(hall ABC = 1,0,0) 시스템이 POS 상태로 진입한다면 사용자에 의한 미약한 이동 등으로 모터의 정확한 위치는 sig1과 sig2 사이의 어떤 특정 위치에 있을 것이다. 이 때의 정확한 실제 위치(403)를 알 방법은 없다.
통상의 모터 제어기(140)는 이 상태에서 제어를 수행하는 경우 1,0,0에 정의된 위치값을 기반으로 D축 전류 제어를 발생시킬 것이다. 즉, 위치 오차 범위(410-420): max= sig2위치-sig1위치, min= 0이다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 현재의 hall 상태값(예를 들어 sig1이 발생한 직후인 (1,0,0)과 sig2(1,1,0) 사이의 중간값의 위치로 추정하여 D축 전류를 제어한다. 현재의 hall 상태값(예를 들어 sig1이 발생한 직후인 1,0,0)과 sig2(1,1,0) 사이의 중간값의 위치로 추정하여 D축 전류를 제어한다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 전원 상태 감지 방전 제어 장치
110: 차량 제어기
120: 배터리 제어기
130: 배터리
140: 모터 제어기
150: 모터

Claims (20)

  1. 배터리;
    상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모터; 및
    상기 모터를 제어하며, 상위 제어기로부터 지령에 따라 제 1 자체 방전을 수행하는 모터 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는
    상기 배터리에 연결되는 링크 커패시터; 및
    상기 링크 커패시터의 앞단에 병렬로 연결되어 방전을 통해 상기 링크 커패시터의 잔류 전압을 제거하는 방전 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 링크 커패시터와 병렬로 연결되며, 상기 모터와 결선되는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 스위칭 회로는, 저항 및 상기 저항과 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 펄스 방식의 인가에 의해 제어되는 것이 아니라 일정 전압으로 온오프되는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 동작 종료를 나타내는 키오프 신호인 상기 지령을 받아 파워 오프 시퀀스를 수행하며, 상기 파워 오프 시퀀스는 배터리 제어기가 상기 모터 제어기에 인가하던 전원의 공급을 중단하고, 상기 방전 스위칭 회로를 온하여 상기 제 1 자체 방전을 수행하여 잔류 전압을 제거하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파워 오프 시퀀스 중 상기 모터 제어기는 상기 링크 커패시터에 충전된 전력을 내부 변환하여 전원을 유지하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 자체 전압 모니터링을 통해 전압 레벨을 감지하여 산출되는 전압 모니터링값이 감소되지 않으면 상기 방전 스위칭 회로를 오프하고 상기 모터에 설치되는 센서를 통해 획득된 시그널값을 통해 위치값 보정을 수행하고, 보정된 위치값을 기반하여 미리 설정되는 기준 시간 동안 상기 모터의 제어를 통해 상기 제 2 자체 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 제 2 자체 방전후 전압 모니터링값의 감소 여부에 따라 상기 전압 모니터링값이 감소하면 상기 방전 스위칭 회로의 고장으로 판단하고, 상기 전압 모니터링값이 감소하지 않으면 파워 오프 시퀀스 상태 이상 또는 배터리 제어기의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치값 보정은 제 1 시그널이 발생한 직후의 값과 제 2 시그널사이의 중간값의 위치로 추정하며, 상기 모터의 제어는 D축 전류를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 장치.
  11. 모터가 배터리로부터 전력을 공급받는 전력 공급 단계;
    모터 제어기가 상기 모터를 제어하는 모터 제어 단계; 및
    상기 모터 제어기가 상위 제어기로부터 지령에 따라 제 1 자체 방전을 수행하는 방전 수행 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는
    상기 배터리에 연결되는 링크 커패시터; 및
    상기 링크 커패시터의 앞단에 병렬로 연결되어 방전을 통해 상기 링크 커패시터의 잔류 전압을 제거하는 방전 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 링크 커패시터와 병렬로 연결되며, 상기 모터와 결선되는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 방전 스위칭 회로는, 저항 및 상기 저항과 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 펄스 방식의 인가에 의해 제어되는 것이 아니라 일정 전압으로 온오프되는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 동작 종료를 나타내는 키오프 신호인 상기 지령을 받아 파워 오프 시퀀스를 수행하며, 상기 파워 오프 시퀀스는 배터리 제어기가 상기 모터 제어기에 인가하던 전원의 공급을 중단하고, 상기 방전 스위칭 회로를 온하여 상기 제 1 자체 방전을 수행하여 잔류 전압을 제거하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 파워 오프 시퀀스 중 상기 모터 제어기는 상기 링크 커패시터에 충전된 전력을 내부 변환하여 전원을 유지하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 자체 전압 모니터링을 통해 전압 레벨을 감지하여 산출되는 전압 모니터링값이 감소되지 않으면 상기 방전 스위칭 회로를 오프하고 상기 모터에 설치되는 센서를 통해 획득된 시그널값을 통해 위치값 보정을 수행하고, 보정된 위치값을 기반하여 미리 설정되는 기준 시간 동안 상기 모터의 제어를 통해 상기 제 2 자체 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 제 2 자체 방전후 전압 모니터링값의 감소 여부에 따라 상기 전압 모니터링값이 감소하면 상기 방전 스위칭 회로의 고장으로 판단하고, 상기 전압 모니터링값이 감소하지 않으면 파워 오프 시퀀스 상태 이상 또는 배터리 제어기의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 위치값 보정은 제 1 시그널이 발생한 직후의 값과 제 2 시그널사이의 중간값의 위치로 추정하며, 상기 모터의 제어는 D축 전류를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 상태 감지 방전 제어 방법.
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