KR20220014627A - 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

모터의 온도를 검출하는 온도 센서; 상기 모터가 위치한 고도 정보를 제공하는 고도 검출 수단; 및 사전 설정된 고도 구간 별로 모터 온도에 따른 모터 출력 제한 비율을 사전에 저장한 복수의 맵 데이터를 갖는 모터 출력 맵을 포함하며, 상기 고도 검출 수단에서 제공하는 고도 정보에 대응되는 맵 데이터를 결정하고, 결정된 맵 데이터에 상기 온도 센서에서 검출된 온도를 적용하여 상기 모터의 출력 제한 비율을 결정하는 컨트롤러를 포함하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치가 개시된다.

Description

절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR FOR INSULATION PERFORMANCE}
본 발명은 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터 구동 환경을 고려하여 부분 방전에 의한 모터 스테이터 코일의 절연 파괴를 예방할 수 있는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 친환경 자동차는 전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환하는 전동기에 의해 동력을 얻는 자동차이다.
모터의 경우 스테이터 코일 간 전압차에 의해 부분 방전이 발생할 수 있으며 부분 방전이 지속적으로 발생하는 경우 스테이터 코일을 절연하는 피막이 손상되어 절연 성능이 악화될 수 있다.
따라서, 모터를 구비하는 전동화 차량은 모터 내 마련된 스테이터 코일의 절연을 유지할 수 있는 모터 제어 기술이 적용되어야 할 필요가 있다.
상기 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0011940 A KR 10-2018-0115264 A
이에 본 발명은, 모터의 스테이터 코일의 절연 성능을 악화시키는 부분 방전 발생에 관련된 조건들을 고려하여 부분 방전에 의해 모터 스테이터 코일에 절연 파괴가 발생하는 것을 예방할 수 있는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
모터의 온도를 검출하는 온도 센서;
상기 모터가 위치한 고도 정보를 제공하는 고도 검출 수단; 및
사전 설정된 고도 구간 별로 모터 온도에 따른 모터 출력 제한 비율을 사전에 저장한 복수의 맵 데이터를 갖는 모터 출력 맵을 포함하며, 상기 고도 검출 수단에서 제공하는 고도 정보에 대응되는 맵 데이터를 결정하고, 결정된 맵 데이터에 상기 온도 센서에서 검출된 온도를 적용하여 상기 모터의 출력 제한 비율을 결정하는 컨트롤러;
를 포함하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고도 검출 수단은, GPS(Global Positioning System) 신호를 통해 상기 모터를 구비한 차량의 고도를 연산하는 네비게이션일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고도 검출 수단은, 위도와 경도에 따른 고도를 사전에 저장한 데이터베이스를 구비하며, GPS(Global Positioning System) 신호를 통해 상기 모터를 구비한 차량의 위도와 경도를 연산하고 연산된 위도와 경도에 대한 고도를 상기 데이터베이스로부터 도출하는 네비게이션일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 맵 데이터는, 더 낮은 고도 구간에 해당할수록 모터 출력 제한이 개시되는 모터 온도의 기준값이 더 크게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 모터를 구비하는 차량의 운전자에 의해 결정된 상기 모터의 토크 지령 또는 전류 지령에 상기 맵 데이터에 의해 결정된 모터 출력 제한 비율을 적용하여 상기 모터의 출력을 결정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
청구항 1의 모터 제어 장치를 적용한 모터 제어 방법에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 고도 검출 수단으로부터 고도 정보를 입력 받고 상기 온도 센서로부터 모터 온도를 입력 받는 단계;
상기 컨트롤러가 상기 고도 정보와 상기 복수의 맵 데이터를 복수의 고도 구간으로 구분하는 기준값을 비교하여 상기 모터가 위치한 고도가 속하는 구간에 대한 맵 데이터를 선택하는 단계;
상기 선택하는 단계에서 결정된 맵 데이터와 상기 모터 온도를 비교하여 상기 모터의 출력 제한 비율을 결정하는 단계;
를 포함하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 모터 온도가 각 맵 데이터에서 출력 제한이 시작되는 기준값 이상인 경우, 각 데이터 맵에 의해 결정되는 출력 제한 비율을 운전자의 입력에 의해 결정되는 모터의 토크 지령 또는 전류 지령에 적용하여 상기 모터의 출력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 맵 데이터는, 더 낮은 고도 구간에 해당할수록 모터 출력 제한이 개시되는 모터 온도의 기준값이 더 크게 설정될 수 있다.
상기 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법에 따르면, 전동 차량의 고도와 전동 차량에 구비된 모터의 온도를 기반으로 사전에 설정된 모터 출력을 제한하여 고도나 온도에 따라 낮아 지는 부분방전 개시전압에 해당하는 조건이 모터 내에서 성립되지 않게 함으로써, 부분 방전 발생으로 인한 모터 스테이터 코일의 피막 손상에서 비롯하는 절연 성능 저하를 예방할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치에 마련되는 모터 출력 맵의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치는, 모터(10)의 온도를 검출하는 온도 센서(11)와, 모터(10)가 위치한 고도 정보를 제공하는 고도 검출 수단(12) 및 사전 설정된 고도 구간 별로 모터 온도에 따른 모터 출력 제한 비율을 사전에 저장한 복수의 맵 데이터를 갖는 모터 출력 맵을 포함하며, 고도 검출 수단(12)에서 제공하는 고도 정보에 대응되는 맵 데이터를 결정하고 결정된 맵 데이터에 온도 센서(11)에서 검출된 온도를 적용하여 모터(10)의 출력 제한 비율을 결정하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
모터(10)는 차량의 동력을 제공하는 수단으로 인버터(13)에서 제공되는 삼상 교류 전류에 의해 구동이 이루어질 수 있다.
인버터(13)는 모터(10)로 삼상 교류 전력을 인가하도록 배터리(미도시) 등에 저장된 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하는 회로이다. 통상 인버터(13)는 복수의 스위칭 소자(미도시)를 펄스폭 변조 제어함으로써 모터 입력 전류를 생성한다. 인버터(13) 내 복수의 스위칭 소자는 컨트롤러(100)에 의해 온/오프 상태가 제어될 수 있다.
컨트롤러(100)는 운전자의 요구에 해당하는 모터 출력이 발생할 수 있도록 인버터(13) 내 스위칭 소자들을 펄스폭 변조 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 전동화 차량의 모터 제어 기법은, 운전자가 액셀러레이터 페달을 밟은 양을 기반으로 토크 지령을 생성하고, 토크 지령에 해당하는 전류 지령과 모터(10)로 실제 제공되고 있는 전류(모터 전류)를 비교하여 모터 전류가 전류 지령을 추종할 수 있게 하는 전압 지령을 생성하며, 생성된 전압 지령에 해당하는 삼상 전압이 출력되도록 인버터(13) 내 스위칭 소자를 제어하는 제어 신호(게이트 신호)를 생성하는 방식으로 인버터(13)를 제어할 수 있다. 이러한 모터 제어 방식은 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려진 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 모터의 스테이터 코일 간 전압 차에 의해 부분 방전이 발생하는 경우 코일 피막이 손상되어 절연 성능이 저하될 수 있는데, 부분 방전이 발생하기 시작하는 부분방전 개시전압(PDIV: Partial Discharge Inception Voltage)은 모터가 위치한 고도와 모터의 온도가 높을수록 낮아지는 특성을 갖는다.
본 발명은 이러한 부분방전 개시전압의 고도 및 온도 관련 특성을 고려하여, 고도가 높을 수록 그리고 모터(10)의 온도가 높을수록 모터의 출력을 더 크게 제한하여 부분방전 개시전압에 대응되는 고도나 온도 조건에서 모터(10)의 구동이 이루어지지 못하게 함으로써 모터(10)의 절연 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 모터의 출력이라 함은 모터의 파워 또는 모터의 토크를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
이를 위해, 컨트롤러(100)는 모터 출력 맵(110)을 포함할 수 있다. 모터 출력 맵(110)은 온도 센서(11)에서 검출된 모터 온도에 해당하는 출력 제한 비율을 사전에 설정해둔 데이터를 포함하는 맵일 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에서, 출력 맵은 고도 별로 각각 서로 모터 온도-출력 제한 비율이 설정된 복수의 맵 데이터를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치에 마련되는 모터 출력 맵의 예를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 예는, 고도(H)의 구간을 a 이하, a 초과 b 이하, b 초과의 세 개의 구간으로 사전에 구분하여 각 구분된 구간 마다 서로 다른 맵 데이터를 적용한 예이다.
고도(H)가 a 이하인 경우의 맵 데이터는, 모터(10)의 온도가 T1이 될 때 모터(10)의 출력을 감소시키고 모터(10)의 온도가 T1'(T1'>T1)가 될 때 모터(10)의 출력이 발생하지 않도록(모터의 구동 중지) 제어하게 하는 맵 데이터다.
고도(H)가 a 초과 b 이하인 경우의 맵 데이터는, 모터(10)의 온도가 T2가 될 때 모터(10)의 출력을 감소시키고 모터(10)의 온도가 T2'(T2'>T2)가 될 때 모터(10)의 출력이 발생하지 않도록(모터의 구동 중지) 제어하게 하는 맵 데이터다. 고도가 더 높은 구간에서는 더 낮은 온도에서 모터의 출력 제한이 이루어질 수 있도록 T1 보다 T2는 더 작은 값을 갖고 T1' 보다 T2'가 더 작은 값을 가질 수 있다.
고도(H)가 b 초과인 경우의 맵 데이터는, 모터(10)의 온도가 T3가 될 때 모터(10)의 출력을 감소시키고 모터(10)의 온도가 T3'(T3'>T3)가 될 때 모터(10)의 출력이 발생하지 않도록(모터의 구동 중지) 제어하게 하는 맵 데이터다. 마찬가지로, 고도가 더 높은 구간에서는 더 낮은 온도에서 모터의 출력 제한이 이루어질 수 있도록 T2 보다 T3는 더 작은 값을 갖고 T2' 보다 T3'가 더 작은 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 출력 제한은 운전자가 액셀러레이터 페달 등을 밟음에 의해 설정되는 토크 지령 또는 토크 지령에 대응되는 전류 지령을 모터 출력 맵에 의해 결정된 제한 비율만큼 감소시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
고도 검출 수단(12)은 차량에 구비된 네비게이션으로 구현될 수 있다. 네비게이션(12)은 GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 수신하는 GPS 신호를 이용하여 차량의 위치(위도, 경도 및 고도)를 연산하는 시스템으로, 차량에 구비된 네비게이션(12)를 통해 차량, 즉 모터가 위치한 고도 정도를 획득할 수 있다.
고도 정보를 획득하는 대체 방식으로, 네비게이션(12)에 구비되는 데이터베이스를 활용하는 방안이 고려될 수도 있다. 네비게이션(12)는 GPS 신호를 이용하여 결정되는 위도 및 경도에 대응되는 위치의 고도를 사전에 데이터베이스로 저장해둘 수 있다. 네비게이션(12)이 GPS 신호를 이용하여 위도와 경도를 파악하고 사전 저장된 데이터베이스를 활용하여 파악된 위도와 경도에 해당하는 고도 정보를 출력하여 컨트롤러(100)로 제공할 수 있다.
고도 정보를 획득하는 또 다른 대체 방식으로, 차량에 구비되는 별도의 고도계를 활용할 수도 있다. 통상 고도계는 기압 변화를 기반으로 차량 고도 정보를 추정하여 컨트롤러(100)로 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법의 흐름도이다. 도 3에 도시된 실시형태는 도 2와 같이 세 개의 고도 구간 마다 맵 데이터가 사전 설정된 예를 기반으로 한 것이다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(100)가 고도 검출 수단(12)으로부터 고도 정보(H)를 입력 받고 모터(10)에 구비된 온도 센서(11)로부터 모터 온도(T)를 입력 받는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
이어, 컨트롤러(100)는 입력 받은 고도 정보(H)와 모터 출력 맵 내 맵 데이터를 구분하는 기준값(a, b)를 비교할 수 있다(S12, S13, S14).
컨트롤러(100)는 고도 정보(H)가 기준값(a) 이하인 경우 제1 맵 데이터를 선택하고(S21) 모터(10)의 온도(T)가 사전 설정된 기준값(T1) 이상인 경우(S22) 모터 온도(T)에 해당하는 비율로 모터 출력을 제한(디레이팅)할 수 있다(S51).
컨트롤러(100)는 고도 정보(H)가 기준값(a) 보다 크고 기준값(b) 이하인 경우 제2 맵 데이터를 선택하고(S31) 모터(10)의 온도(T)가 사전 설정된 기준값(T2) 이상인 경우(S32) 모터 온도(T)에 해당하는 비율로 모터 출력을 제한(디레이팅)할 수 있다(S51).
또한, 컨트롤러(100)는 고도 정보(H)가 기준값(b) 보다 큰 경우 제3 맵 데이터를 선택하고(S41) 모터(10)의 온도(T)가 사전 설정된 기준값(T3) 이상인 경우(S42) 모터 온도(T)에 해당하는 비율로 모터 출력을 제한(디레이팅)할 수 있다(S51).
단계(S51)에서, 모터 온도(T)가 출력 제한이 시작되는 기준값(T1, T2, T3) 이상인 경우 각각의 데이터 맵에 의해 결정되는 출력 제한 비율을, 운전자의 입력에 의해 결정되는 모터의 토크 지령 또는 전류 지령에 적용함으로써 모터의 출력을 감소시키는 방식으로 모터 출력을 제한할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태는 전동 차량의 고도와 전동 차량에 구비된 모터의 온도를 기반으로 사전에 설정된 모터 출력을 제한하여 고도나 온도에 따라 낮아 지는 부분방전 개시전압에 해당하는 조건이 모터 내에서 성립되지 않게 함으로써, 부분 방전 발생으로 인한 모터 스테이터 코일의 피막 손상에서 비롯하는 절연 성능 저하를 예방할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 모터 11: 온도 센서
12: 네비게이션 13: 인버터
100: 컨트롤러 110: 출력 맵

Claims (8)

  1. 모터의 온도를 검출하는 온도 센서;
    상기 모터가 위치한 고도 정보를 제공하는 고도 검출 수단; 및
    사전 설정된 고도 구간 별로 모터 온도에 따른 모터 출력 제한 비율을 사전에 저장한 복수의 맵 데이터를 갖는 모터 출력 맵을 포함하며, 상기 고도 검출 수단에서 제공하는 고도 정보에 대응되는 맵 데이터를 결정하고, 결정된 맵 데이터에 상기 온도 센서에서 검출된 온도를 적용하여 상기 모터의 출력 제한 비율을 결정하는 컨트롤러;
    를 포함하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고도 검출 수단은, GPS(Global Positioning System) 신호를 통해 상기 모터를 구비한 차량의 고도를 연산하는 네비게이션인 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고도 검출 수단은, 위도와 경도에 따른 고도를 사전에 저장한 데이터베이스를 구비하며, GPS(Global Positioning System) 신호를 통해 상기 모터를 구비한 차량의 위도와 경도를 연산하고 연산된 위도와 경도에 대한 고도를 상기 데이터베이스로부터 도출하는 네비게이션인 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 맵 데이터는, 더 낮은 고도 구간에 해당할수록 모터 출력 제한이 개시되는 모터 온도의 기준값이 더 크게 설정된 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 모터를 구비하는 차량의 운전자에 의해 결정된 상기 모터의 토크 지령 또는 전류 지령에 상기 맵 데이터에 의해 결정된 모터 출력 제한 비율을 적용하여 상기 모터의 출력을 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 장치.
  6. 청구항 1의 모터 제어 장치를 적용한 모터 제어 방법에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 고도 검출 수단으로부터 고도 정보를 입력 받고 상기 온도 센서로부터 모터 온도를 입력 받는 단계;
    상기 컨트롤러가 상기 고도 정보와 상기 복수의 맵 데이터를 복수의 고도 구간으로 구분하는 기준값을 비교하여 상기 모터가 위치한 고도가 속하는 구간에 대한 맵 데이터를 선택하는 단계;
    상기 선택하는 단계에서 결정된 맵 데이터와 상기 모터 온도를 비교하여 상기 모터의 출력 제한 비율을 결정하는 단계;
    를 포함하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 모터 온도가 각 맵 데이터에서 출력 제한이 시작되는 기준값 이상인 경우, 각 데이터 맵에 의해 결정되는 출력 제한 비율을 운전자의 입력에 의해 결정되는 모터의 토크 지령 또는 전류 지령에 적용하여 상기 모터의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 맵 데이터는, 더 낮은 고도 구간에 해당할수록 모터 출력 제한이 개시되는 모터 온도의 기준값이 더 크게 설정된 것을 특징으로 하는 절연 성능 확보를 위한 모터 제어 방법.
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