KR20230027291A

KR20230027291A - 전기 기계를 제어하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20230027291A
Application number: KR1020237002900A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 데이믈; 클라우스 비어; 마티아스 슈넥; 안킷 베르마
Original assignee: 에이브이엘 소프트웨어 앤 펑션 지엠비에이치
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2023-02-27
Also published as: DE102020118886A1; WO2022013123A1; CN116171528A; US20230253910A1; JP2023533865A

Abstract

본 발명은 차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계, 바람직하게는 전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 제1 전기 기계는 제1 인버터에 의해 출력되고 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호에 의해 제어되고, 적어도 하나의 제2 전기 기계는 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 출력되고 제2 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호에 의해 제어되며, 제1 신호 파라미터는 제1 인버터로부터 동기화 라인을 통해 적어도 하나의 제2 인버터로 출력되고, 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 변조되고, 제3 신호 파라미터는 제1 신호 파라미터 및 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 기초하여 결정되고, 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 대신에 출력되고, 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 의해 미리 결정 가능한 위상 관계를 갖는다.

Description

전기 기계를 제어하기 위한 방법

본 발명은 차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계, 바람직하게는 전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 이러한 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.

차량용 구동 유닛 역할을 하는 임의의 유형의 단일 전기 모터를 갖는 전기 차량이 종래 기술로부터 알려져 있다. 또한, 여러 개의 전기 모터가 전기 차량에 구동 유닛으로서 동시에 배열되는 솔루션도 알려져 있다. 특히, 이른바 차축 구동장치라 하는 전기 차량의 차축 상의 별도의 전기 모터의 배열 또는 이른바 휠 허브 모터라 하는 전기 차량의 휠에 설치된 별도의 전기 모터의 배열이 이와 연계하여 언급되어야 한다.

일반적으로, 개별 전기 모터 각각은 배터리 또는 연료 전지와 같은 DC 전압원으로부터의 DC 전압을 전기 모터를 작동시키기 위한 AC 전압으로 변환하는 별도의 인버터를 갖는다. 예를 들어, 운전자의 대응하는 입력은 전기 모터에 의해 제공되는 파워에 관한 데이터를 포함하는 파워 신호로서 상위 엔진 컨트롤러로부터의 그에 대응하여 제어될 전기 모터에 신호를 출력하는 개별 인버터로 출력된다. 여기에서, 이들 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호(PWM 신호)의 형태로 출력되는 것이 알려져 있다.

인버터에 의해 전기 모터로 출력되는 전술한 펄스 폭 변조 제어 신호는 시간 스케일과 관련하여 서로에 대해 자유롭게 또는 서로에 대해 실행되며, 여기서 (시간적) 오프셋(위상 편이(phase shift)라고도 함)은 가변되며 제어되지 않는다. 이것은 서로에 대한 개별 제어 신호의 무작위 합동(random congruence) 또는 위상 편이를 야기한다. 이와 연계하여, 높은 리플 전류(전류 리플 계수)가 발생할 수 있으며, 특히 PWM 신호의 높은 합동 또는 낮은 위상 편이의 경우에 그러하다. 열로 변환되는 전력 손실이 등가 직렬 저항(equivalent series resistance(ESR))을 통해 생성되기 때문에, 높은 리플 전류는 특히 배터리/연료 전지 및 나머지 온보드 전원 공급 시스템에서 문제가 된다. 따라서, 전체 시스템 또는 개별 컴포넌트는 발생하는 리플 전압에서 작동하고 더 오랜 시간 동안 유지되는 방식으로 설계되어야 한다.

따라서, 본 발명의 과제는 전술한 종래 기술의 단점이 제거될 수 있는 방법 및 대응하는 시스템을 제공하는 것이다.

이 과제는 청구항 1의 특징을 갖는 방법 및 청구항 10에 따른 시스템에 의해 성취된다.

본 발명의 핵심 아이디어는 차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계, 바람직하게는 전기 모터를 제어하기 위한 방법으로서,

a) 제1 인버터와 및 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 상위 제어 장치에 의해 출력되는 파워 신호를 수신하는 단계;

b) 제1 인버터에 의해 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호를 제1 전기 기계로 출력하고, 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 제2 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호를 적어도 하나의 제2 전기 기계로 출력하는 단계 - 제어 신호들은 상기 파워 신호에 기초하여 변조됨 -;

c) 제1 인버터에 의해 제1 신호 파라미터를 포함하는 적어도 하나의 동기화 신호를 적어도 하나의 제2 인버터로 출력하는 단계;

d) 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호를 변조하는 단계 - 제3 신호 파라미터는 제1 신호 파라미터 및 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 기초하여 결정됨 -;

e) 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호를 적어도 하나의 제2 전기 기계로 출력하는 단계 - 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 의해 미리 결정될 수 있는 위상 관계를 가짐 -

를 포함하는 방법이다.

이 방법은 차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계를 제어하는 역할을 하며, 정확한 개수는 가변적이다. 이 방법은 바람직하게는 적어도 3개의 전기 기계, 더욱 바람직하게는 적어도 4개의 전기 기계, 특히 바람직하게는 적어도 6개의 전기 기계를 제어하는 데 사용된다. 전기 기계는 바람직하게는 전기 모터이다. 이것은 인버터에 유사하게 적용되며, 바람직하게는 적어도 3개의 인버터, 더욱 바람직하게는 적어도 4개의 인버터, 특히 바람직하게는 적어도 6개의 인버터가 제공된다. 바람직하게는, 전기 모터는 교류 모터 또는 3상 모터로 설계되며, 특히 바람직하게는 동기 모터 또는 비동기 모터이다. 더욱 바람직하게는, 이 방법에 의해 제어되는 전기 기계는 전기 차량 또는 연소 기관 및 전기 모터를 갖는 하이브리드 차량에 배열되며, 차량은 예를 들어 승용차 또는 트럭일 수 있다. 바람직하게는, 전기 기계는 차량의 구동 유닛을 나타내고 바람직하게는 각각 차량의 축에 기계적으로 연결되거나(축 구동 장치) 차량의 휠에 설치된다(휠 허브 모터). 바람직하게는, 각각의 전기 기계는 별도의 인버터에 의해 제어되거나, 적어도 신호 기술의 관점에서, 바람직하게는 파워 일렉트로닉스의 관점에서 자체 인버터에 연결된다.

본 발명에 따른 상위 제어 장치는, 예를 들어, 무엇보다도, 엔진 기능의 제어, 조절 및 모니터링을 인계 받는 엔진 컨트롤러 또는 인버터를 구체적으로 제어하는 인버터 컨트롤러일 수 있다. 이들은 바람직하게는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 바람직하게는, 상위 제어 장치는, 무엇보다도, 스위치 온 또는 요구되는 파워와 같은 운전자로부터의 입력을 수신하고, 배터리 또는 연료 전지와 같은 DC 전압 소스의 DC 전압에 기초하여 전기 기계를 작동시키기 위한 AC 전압을 제공하는 전기 기계 또는 인버터로 이러한 입력을 파워 신호를 통해 전달한다. 상위 제어 장치에 의해 전기 기계를 제어하는/작동시키는 인버터로 전송되는 이러한 파워 신호는 일반적으로 인버터가 대응하는 제어 신호를 전기 기계에 출력하기 위해 필요로 하는 데이터 또는 파라미터를 포함하고, 예를 들어, 전기 기계가 제공해야 하고 인버터가 제어 신호로 변환하는 필요한 파워/부하의 표시 또는 주파수, 듀티 사이클, 지속 시간 등과 같은 제어 신호를 위한 이전의 파라미터를 포함한다. 결과적으로, 제1 제어 신호 및 적어도 하나의 제2 제어 신호는 파워 신호 또는 파워 신호를 포함하는 데이터에 기초하여 변조되며, 이는 알려진 펄스 폭 변조(아래 참조)이다.

본 발명에 따른 인버터는 바람직하게는 적어도 신호 기술의 관점에서, 바람직하게는 파워 일렉트로닉스의 관점에서 전기 기계, 전압원, 바람직하게는 배터리 또는 연료 전지와 같은 DC 전압원에 연결되고, 적어도 신호 기술의 관점에서 상위 제어 장치에 연결된다. 파워 일렉트로닉스 연결은 파워가 신호로 또는 신호와 함께 전송되는 연결을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 인버터는 전기 기계를 작동시키기 위해 전압원의 DC 전압을 AC 전압으로 제공하는 데 적합한 종래 기술로부터 알려진 인버터이다.

본 발명에 따른 펄스 폭 변조 제어 신호는 인버터로부터 전기 기계로 전송되는 신호를 의미하는 것으로 이해되며, 따라서 적어도 신호 기술의 관점에서, 바람직하게는 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되어 전기 기계를 제어하도록 설계되며, 전기 기계에 의해 생성된 파워는 펄스 폭 변조 제어 신호를 통해 설정되거나 제어된다. 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation(PWM))는 전압, 전류 등이 2개의 고정된 값 사이에서 고정된 주파수로 변동하는 변조 방식이다. 전송될 정보는 듀티 사이클에 수용된다. 펄스 폭 변조의 주기는 펄스와 일시 정지(pause)로 구성된다. 변조 정도는 듀티 사이클에서 사이클 지속 시간(펄스 + 일시 중지)에 대한 펄스 길이의 백분율로 표현된다. 일반적으로, PWM 신호의 2개의 에지 중 하나는 고정되고, 다른 에지의 위치는 변조에 의해 가변적이다. 따라서, PWM 신호는 고정 에지("에지 정렬"), 예를 들어 왼쪽 에지/상승 에지("왼쪽 정렬") 또는 오른쪽 에지/하강 에지("오른쪽 정렬")로부터 시작하거나, 또는 신호의 중점("중심 정렬")으로부터 시작하여 양 에지가 변조되는 변조로 생성된다. 따라서, 적어도 하나의 기준점은 펄스 폭 변조 제어에 대하여 알려져야 하고, 기준점은 바람직하게는 신호의 대응하는 에지 또는 중점이 발생하는 시간이다. 펄스 폭 변조 신호의 생성 및 적용은 종래 기술로부터 당해 업계에서의 통상의 기술자에게 충분히 알려져 있으므로 여기서는 더 상세히 논의되지 않는다.

이 경우, 신호 파라미터는 연관된 펄스 폭 변조 제어 신호의 특성 파라미터를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, PWM 신호는 시간에 있어서의 2개의 값 사이에서 변동하는 전압이다. 더욱 바람직하게는, 신호 파라미터는 PWM 신호의 에지 또는 중점이 발생하는 시점(말하자면, 에지 또는 중점의 위치), 듀티 사이클/펄스 듀티 팩터, 주기, 펄스 기간, 일시 정지 기간, 전압, 전류 및/또는 주파수일 수 있다.

본 발명에 따른 미리 결정 가능한 동기화 파라미터는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호와 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 사이에 존재하는 위상 차이 또는 위상 각도라고도 하는 위상 편이를 반영한다. 이는 바람직하게는 위상 편이 각도, 위상 편이 시간, 위상 편이 길이 등이다. 따라서, 제3 펄스 폭 변조 제어 신호의 제3 신호 파라미터는 바람직하게는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호의 제1 신호 파라미터 및 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 기초하여 결정되거나 계산될 수 있고, 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 대신에 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 출력될 수 있는 반면, 제1 인버터는 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호를 더 출력하고 이에 따라 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 미리 결정 가능한 위상 관계를 갖는다. 이 경우, 동기화 파라미터는 미리 결정 가능하거나 조정 가능하며, 바람직하게는 차량 또는 전기 기계의 작동 동안에도 원하는 바에 따라 변경될 수 있어, 그 결과 제1 펄스 폭 변조 제어 신호와 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 사이의 원하는 위상 편이는 제2 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제2 제어 신호의 출력 대신에 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 제어 신호의 출력에 의해 가변적으로 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 제1 인버터에 의해 출력되는 펄스 폭 변조 제어 신호와 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 출력되는 적어도 하나의 펄스 폭 변조 제어 신호 사이의 위상 편이 또는 위상 관계가 이에 따라 조정될 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 동기화라 한다. 이는 결과적으로 중간 회로 전류가 PWM 신호의 기간에 걸쳐 분배되어 중간 회로 커패시터가 수용하는 더 높은 유효 주파수를 제공한다는 이점을 가진다. 이는 결과적으로 더 낮은 중간 회로 커패시턴스가 필요하고, 바람직하게는 중간 회로 커패시턴스의 절반만이 필요하며, 발생하는 리플 전류는 서로에 대해 자유롭게 실행되는 펄스 폭 변조 제어 신호와 비교할 때 상당히 감소된다. 따라서, 온보드 전기 시스템에서의 리플 부하와 커패시터에 대한 요구가 감소되어, 이에 의해 부품 비용이 절감될 수 있다.

결과적으로, 제1 인버터는 이른바 "슬레이브(slave)"인 적어도 하나의 제2 인버터에 자신의 제1 신호 파라미터를 출력하는 "마스터(master)"라 할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 차량의 생산 동안 마스터 인버터가 한 번 설정될 수 있거나, 차량이 스위치 온될 때 마스터 또는 슬레이브 위치가 새로 할당될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 인버터로부터 다른 인버터로 이 현재 마스터 인버터가 존재한다는 대응하는 마스터 신호를 전송함으로써 발생할 수 있다. 슬레이브 인버터 또는 적어도 하나의 제2 인버터는 바람직하게는 마스터 인버터 또는 제1 인버터의 사양을 준수한다.

바람직한 실시예에 따르면, 미리 결정 가능한 동기화 파라미터는 적어도 하나의 제2 인버터에 대해 검색될 수 있는 저장된 정보로서 존재한다. 바람직하게는, 미리 결정 가능한 동기화 파라미터는 상위 제어 장치에 의해 적어도 하나의 제2 인버터로 출력된다. 인버터는 바람직하게는 메모리 유닛을 포함하거나, 동기화 파라미터가 저장된 메모리 유닛에 액세스할 수 있다. 이 동기화 파라미터는 바람직하게는 가변적으로 설정될 수 있고 변경될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상위 제어 장치는 메모리 유닛을 포함하거나 동기화 파라미터가 저장된 메모리 유닛에 액세스할 수 있고, 이를 적어도 하나의 제2 인버터에 전송할 수 있다. 이 동기화 파라미터는 바람직하게 가변적으로 설정될 수 있다. 동기화 파라미터는 바람직하게는 적어도 하나의 제2 인버터에 대한 저장된 정보로서 이용 가능할 수 있거나, 상위 제어 장치로부터 적어도 하나의 제2 인버터로 직접적으로(예를 들어, 동기화 파라미터를 포함할 수 있는 파워 신호를 통해) 또는 가능하게는 또한 동기화 신호에 의해 동기화 라인을 통해 적어도 하나의 제2 인버터로 동기화 파라미터를 전송하는 제1 인버터를 통해 간접적으로 출력될 수 있다. 이러한 방식으로, 상황에 따라, 동기화 파라미터를 설정하여 위상 관계 또는 편이가 조정될 수 있고, 따라서 리플 전류가 대응하여 감소될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 복수의 동기화 파라미터가 검색 가능한 저장 정보로서 존재하고, 제3 신호 파라미터를 결정하는 데 사용되는 동기화 파라미터는 파워 신호 및/또는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및/또는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호의 함수로서 복수의 동기화 파라미터로부터 선택된다. 바람직하게는, 제2 인버터, 제1 인버터 및/또는 상위 제어 장치는 제3 신호 파라미터를 결정하기 위해 복수의 저장된 동기화 파라미터로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 제3 신호 파라미터를 결정하기 위해 사용되는 동기화 파라미터는 파워 신호 및/또는 제1 및/또는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호의 함수로서 복수의 동기화 파라미터로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 복수의 동기화 파라미터로부터 제3 신호 파라미터를 결정하기 위한 동기화 파라미터는 전기 기계의 파워 또는 부하의 함수로서 선택되고, 전기 기계의 파워 또는 부하는 파워 신호 및/또는 펄스 폭 변조 제어 신호를 통해 결정된다. 더욱 바람직하게는, 복수의 동기화 파라미터로부터 제3 신호 파라미터를 결정하기 위한 동기화 파라미터는 파워 신호에 의해 인버터로 특정되고 펄스 폭 변조 제어 신호에 의해 인버터로부터 전기 기계로 출력된 주파수, 듀티 사이클 및/또는 전압에 의존하고, 이는 바람직하게는 전기 기계의 파워를 결정한다. 최소 리플 전류를 제공하는 동기화 파라미터 또는 동기화 파라미터에 대한 값이 각각의 파워 또는 부하 및 그에 따른 듀티 사이클, 주파수 및/또는 전압에 대해 존재한다는 것이 발견되었다. 따라서, 동기화 파라미터가 미리, 바람직하게는 실험에 의해(예를 들어, 테스트 벤치에서) 그리고/또는 시뮬레이션에 의해, 각각의 파워/부하 또는 각각의 듀티 사이클, 각각의 주파수, 각각의 전압 및/또는 대응하는 범위에 대해 결정되는 것이 생각될 수 있으며, 이러한 동기화 파라미터는 파워/부하, 듀티 사이클, 주파수 및/또는 전압에서 최소 리플 전류를 유발하고, 이러한 동기화 파라미터는 제2 인버터, 제1 인버터 및/또는 상위 제어 장치에 대해 검색 가능하게 저장된다. 이러한 방식으로, 파워 신호 및/또는 제1 및/또는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호에 따라 선택될 수 있는 기준 값이라고도 할 수 있는 저장된 복수의 동기화 파라미터를 얻을 수 있고, 동기화 파라미터의 선택은 바람직하게는 펄스 폭 변조 제어 신호의 듀티 사이클, 주파수 및/또는 전압의 함수 또는 펄스 폭 변조 제어 신호에 대해 제공되는 듀티 사이클, 주파수 및/또는 전압의 함수로서 수행된다. 따라서, 미리 결정된 동기화 파라미터가 각각의 듀티 사이클, 각각의 주파수 및/또는 각각의 전압 또는 듀티 사이클, 주파수 및/또는 전압의 각각의 미리 결정된 범위에 할당된다고 그리고/또는 할당될 것이라고 유리하게 가정될 수 있다. 이와 연계하여, 제3 신호 파라미터를 결정하기 위해 복수의 동기화 파라미터로부터 동기화 파라미터를 선택하는 것은 바람직하게는 동기화 파라미터를 특정하는 것으로 이해될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 신호 파라미터들 및 동기화 파라미터는 시간 값을 나타내고, 신호 파라미터들은 각각 대응하는 펄스 폭 변조 제어 신호의 에지 또는 중점의 시간을 나타내고, 동기화 파라미터는 위상 편이 시간 또는 위상 편이 각도를 특정한다. 바람직하게는, 위상 편이 시간과 위상 편이 각도는 공지된 방식으로 서로 변환될 수 있다(위상 편이 각도/360° = 위상 편이 시간/주기). 따라서, 제3 신호 파라미터는 제1 신호 파라미터 및 동기화 파라미터에 기초하여 간단한 방식으로 결정될 수 있다.

바람직하게는, 제3 신호 파라미터의 결정은, 제1 신호 파라미터 및 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 기초하여, 제1 신호 파라미터가 나타내는 시점 및 동기화 파라미터가 나타내는 위상 편이 시간의 가산에 의해 이루어진다. 바람직하게는 동기화 파라미터가 재현할 수 있는 위상 편이 각도가 먼저 위상 편이 시간으로 변환되는 것이 제공될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 위상 편이 각도는 ±180° 범위의 값 또는 ±(90° 내지 120°) 범위의 값을 갖는다. 또한, 위상 편이 각도가 ±π(pi) 범위의 값을 갖는 것을 생각할 수 있다. 동기화 파라미터의 위상 편이 각도의 언급된 각도 범위 내에서, 결과에 따른 리플 전류는 효과적으로 감소될 수 있다. 결과에 따른 리플 전류에 대한 최소값이 이러한 각도 범위에서 성취될 수 있다는 것이 나타났다.

바람직한 실시예에 따르면, 동기화 파라미터가 표시하는 위상 편이 시간은 적어도 2개의 위상 편이 시간 구간으로 분할되고, 적어도 2개의 위상 편이 시간 구간 각각에 대해 단계 d) 및 e)는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호로부터 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호로의 계단식 전이를 보장하기 위해 개별적으로 차례로 수행된다. 위상 변이 시간 또는 위상 변이 각도가 클수록 후자가 분할되는 위상 편이 시간 구간은 더 많아져, 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호로부터 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호로의 전이를 가능한 한 완만하게 하고 급격한 신호 변화 및 적어도 하나의 제2 기계의 대응하는 파워 변화를 방지하는 것을 보장한다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 인버터 및 적어도 하나의 제2 인버터는 각각 클록 생성기를 갖고, 적어도 하나의 제2 인버터의 클록 생성기는, 펄스 폭 변조 제어 신호들을 출력하기 위한 제1 인버터 및 적어도 하나의 제2 인버터의 동기 클록을 보장하기 위해, 단계 d) 이전, 단계 d) 동안 또는 단계 d) 이후 제1 신호 파라미터 및 동기화 파라미터에 기초하여 튜닝된다. 클록 생성기는 프로세서 및 클록 종속 주변 장치의 작동 주파수를 특정하며 종래 기술에서 알려져 있다. 제1 신호 파라미터 및 동기화 파라미터에 기초하여 적어도 하나의 제2 인버터의 클록 생성기를 튜닝함으로써, 이의 작동 주파수는 제1 인버터 또는 제1 인버터의 클록 생성기의 작동 주파수로 튜닝되거나 그에 동기화될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 동기화 신호는 제1 인버터와 적어도 하나의 제2 인버터를 신호 기술의 관점에서 연결하는 별도의 동기화 라인을 통해 제1 인버터로부터 적어도 하나의 제2 인버터로 출력된다. 별도의 동기화 라인은 바람직하게는 푸시-풀 라인, 단일 종단 라인 또는 무선 링크이다. 특히 바람직하게는, 동기화 라인은 제1 인버터와 적어도 하나의 제2 인버터 사이의 나노초 범위의 통신을 가능하게 하는 연결이다. 더욱 바람직하게는, 제1 인버터와 적어도 하나의 제2 인버터 사이의 양방향 연결은 별도의 동기화 라인을 통해 확립된다. 이러한 방식으로, 신호는 제1 인버터로부터 적어도 하나의 제2 인버터로 또는 그 반대로 전송될 수 있으며, 그 결과, 예를 들어, 이른바 핸드쉐이크가 수행될 수 있고, 기존 인버터가 서로를 인식하고, 동기화 라인에서의 가능성 있는 결함이 검출 가능할 수 있고, 오류 메시지가 전송될 수 있다. 또한, 별도의 동기화 라인이 동기화 신호를 전송하기 위해 독점적으로 사용되는 것도 생각할 수 있다.

바람직하게는, 제1 인버터(마스터)는 적어도 하나의 제2 인버터(슬레이브) 또는 각각의 기존 제2 인버터(슬레이브)에 별도의 동기화 라인을 통해 적어도 신호 기술의 관점에서 연결되어, 이에 의해 제1 인버터가 각각의 동기화 라인을 통해 각각의 제공된 제2 인버터로 동기화 신호를 개별적으로 출력할 수 있다(직접 동기화 신호 전송). 결과적으로, 제1 인버터는 이에 따라 적어도 신호 기술의 관점에서 별도의 동기화 라인을 통해 각각의 제2 인버터에 연결될 것이며, 이 제2 인버터들은 동기화 라인을 통해 신호 기술의 관점에서 서로 연결되지 않을 것이다. 이러한 방식으로, 빠르고 간단한 신호 전송이 가능할 수 있다. 그러나, 제1 인버터가 신호 기술의 관점에서 동기화 라인을 통해 제2 인버터 또는 2개의 제2 인버터에만 연결되고, 제2 인버터가 신호 기술의 관점에서 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개, 더욱 바람직하게는 2개의 추가 제2 인버터에 의해 개별 동기화 라인을 통해 서로 연결되는 것도 생각할 수 있다. 따라서, 동기화 신호는 제1 인버터로부터 신호 기술의 관점에서 동기화 라인에 의해 그에 연결된 제2 인버터로, 그리고 제2 인버터를 통해 신호 기술의 관점에서 동기화 라인을 통해 그에 연결된 적어도 하나의 추가 제2 인버터로 출력될 수 있고, 각각의 경우에서의 동기화 신호는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호의 제1 신호 파라미터를 포함한다. 이러한 방식으로, 재료 및 비용이 절감될 수 있다. 더욱이, 동기화 라인이 무선 링크로서 설계되는 것도 생각할 수 있을 것이며, 각각의 기존 인버터는 동기화 신호가 출력 및/또는 수신될 수 있게 하는 대응하는 트랜시버(transceiver) 유닛을 갖는다.

바람직하게는, 차량이 스위치 온될 때, 바람직하게는 초기화 신호의 출력에 의해 핸드쉐이크가 각각 제공된 동기화 라인을 통해 기존(제1 및 제2) 인버터 사이에서 발생할 수 있으며, 불가능한 핸드쉐이크가 연결된 인버터를 갖는 인버터에서 판단될 때, 대응하는 동기화 라인을 통해 핸드쉐이크가 가능하지 않고 따라서 동기화가 발생할 수 없다는 오류 메시지가 상위 제어 장치에 출력된다. 결과적으로, 동기화 라인을 통해 연결된 2개의 인버터로부터의 핸드쉐이크 또는 초기화 신호의 전송이 가능하지 않다는 오류 메시지는 대응하는 동기화 라인에 결함이 있다는 결론으로 이어질 수 있다. 결함 있는 동기화 라인이 있을 때, 바람직하게는 간접 동기화 신호 전송을 통해 각각의 인버터(들)로 동기화 신호를 전송하려는 시도가 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 지정된 인버터 사이의 핸드쉐이크 또는 초기화 신호 전송은 단계 a) 이전에 또는 단계 a) 동안 발생한다.

바람직한 실시예에 따르면, 단계 b) 및 c)는 동시에 또는 차례로 즉시 발생한다. 이러한 방식으로, 제1 인버터와 적어도 하나의 제2 인버터가 가능한 한 빨리 동기 상태로 전환되거나 제1 PWM 제어 신호와 적어도 하나의 제3 PWM 제어 신호 간의 위상 관계가 설정되는 것이 보장될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 인버터는 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 검출되고 후자에 의해 채택되는 조정 가능한 스위칭 주파수에서 작동된다. 이러한 방식으로, 한편으로, 제1 인버터 또는 제1 인버터의 회로 차단기의 스위칭 주파수는 가변적으로 조정될 수 있으며, 적어도 하나의 제2 인버터는 바람직하게는 적합한 센서에 의해 검출되는 제1 인버터의 스위칭 주파수를 검출하고, 제1 인버터 자체의 검출된 스위칭 주파수를 채택하거나 제1 인버터의 스위칭 주파수로 스위칭한다. 제1 인버터의 스위칭 주파수의 가변 조정은 바람직하게는 스위치 제어 전략으로 이루어질 수 있으며, 가변 주파수를 이용하는 대응하는 스위칭 제어 전략은 종래 기술로부터 알려져 있다. 따라서, 인버터의 제어 신호의 주파수에 대한 동기화도 보장될 수 있다.

또한, 과제는 제1 전기 기계, 적어도 하나의 제2 전기 기계, 상위 제어 장치, 제1 인버터 및 적어도 하나의 제2 인버터를 포함하는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템에 의해 성취되며, 제1 인버터와 적어도 하나의 제2 인버터는 별도의 동기화 라인을 통해 신호 기술의 관점에서 연결된다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 관한 상기 설명 및 특징은 또한 본 발명에 따른 시스템에 필요한 부분만 약간 수정하여 적용하도록 의도되며, 그 반대도 마찬가지이다.

추가의 유리한 실시예는 종속항에 기인한다.

본 발명의 추가적인 과제, 이점 및 편의성은 도면과 함께 이어지는 설명에서 찾을 수 있다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다양한 시스템 섹션이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템(1000)을 도시한다. 시스템(1000)은 바람직하게는 차량에 완전히 배열되며, 명확성을 위해 차량 및 추가 컴포넌트는 도시되지 않는다.

시스템(1000)은 적어도 신호 기술의 관점에서 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)에 연결된 상위 제어 장치(1)를 포함한다. 또한, 제1 인버터(2)는 제1 전기 기계(4)에 적어도 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되고, 제2 인버터(3)는 제2 전기 기계(5)에 적어도 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결된다. 도시된 실시예에 따르면, 각각의 경우에, 2개의 인버터(2, 3) 및 신호 기술의 관점에서 이에 연결된 2개의 전기 기계(4, 5)가 제공되며, 인버터 및 적어도 신호 기술의 관점에서 이에 연결된 인버터의 수는 가변적이다.

상위 제어 장치(1)는 파워 신호를 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)에 출력하도록 설계되며, 이에 기초하여 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호가 제1 인버터(2)에 의해 변조되어 제1 전기 기계(4)로 출력되고, 제2 신호 파라미터를 갖는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호가 제2 인버터(3)에 의해 변조되어 제2 전기 기계(5)로 출력된다.

또한, 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)는 적어도 신호 기술의 측점에서 바람직하게는 양방향 동기화 라인(6)에 의해 연결된다. 이 경우, 제1 인버터는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호의 제1 신호 파라미터를 포함하는 동기화 신호를 동기화 라인(6)을 통해 제2 인버터로 전송하도록 설계된다. 동기화 라인은, 바람직하게는, 나노초(ns) 범위의 동기화 신호의 전송이 보장되도록 설계된다. 예를 들어, 동기화 라인은 푸시-풀 라인, 단일 종단 라인 또는 무선 링크로서 설계된다. 본 실시예에 따르면, 제1 인버터(2)가 마스터로 제공되고 제2 인버터(3)가 슬레이브로 제공되며, 제2 인버터(3)에 의해 출력되는 펄스 폭 변조 제어 신호가 제1 펄스 폭 변조 제어 신호를 갖는 동기화 신호에 의해 출력되어, 제1 인버터(2)에 의해 동기화되거나, 위상 관계 또는 위상 편이가 설정된다.

또한, 제1 펄스 폭 변조 제어 신호가 제1 인버터에 의해 계속 출력되는 동안, 제2 인버터(3)는 수신된 제1 신호 파라미터 및 동기화 파라미터에 기초하여 제3 신호 파라미터를 갖는 제3 펄스 폭 변조 제어 신호를 변조하고, 이를 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 대신에 출력하도록 설계된다. 동기화 파라미터는 바람직하게는 미리 결정 가능하거나 조정 가능한 위상 편이 각도 또는 위상 편이 시간을 특정하고, 이에 의해 제1 펄스 폭 변조 제어 신호와 제3 펄스 폭 변조 제어 신호 사이의 원하는 위상 관계 또는 위상 편이가 설정될 수 있다.

도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 시스템에 사용될 수 있고 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 인버터 및 전기 기계의 배열에 대한 다양한 바람직한 실시예들을 도시한다. 도 1에서의 참조 부호는 도 2a 내지 2d에서 유사하게 사용되었으며, 도 1에 따른 시스템에 관한 설명은 도 2a 내지 2d에 따는 시스템에 대하여 필요한 부분만 수정된다.

도 2a 내지 2d는 각각 전기 기계(4, 5), 인버터(2, 3) 및 동기화 라인(6)을 포함하는 시스템의 섹션을 보여준다.

이 경우, 도 2a는 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)를 갖는 시스템을 도시하며, 제1 인버터(2)는 제1 전기 기계(4)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되고, 제2 인버터(3)는 제2 전기 기계(5)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결된다. 제1 및 제2 인버터(2, 3)는 적어도 신호 기술의 관점에서 동기화 라인(6)에 의해 연결된다. 제1 및 제2 인버터(2, 3)는 별도의 하우징에 배열되고 별도의 중간 회로에서 작동한다. 따라서, 2개의 개별 구동 장치를 언급하는 것이 가능하다. 이 배열은 도 1의 배열에 대응한다.

도 2b는 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)를 도시하며, 제1 인버터(2)는 제1 전기 기계(4)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되고, 제2 인버터(3)는 제2 전기 기계(5)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결된다. 제2 인버터(2, 3)는 적어도 신호 기술의 관점에서 동기화 라인(6)에 의해 연결된다. 제1 및 제2 인버터(2, 3)는 공통 하우징 내에 배열되고 공통 중간 회로에서 작동한다. 이것은 2개의 개별 구동 장치를 갖는 e-축일 수 있다.

도 2c는 제1 인버터(2) 및 제2 인버터(3)를 도시하며, 제1 인버터(2)는 제1 전기 기계(4)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되고, 제2 인버터(3)는 제2 전기 기계(5)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결된다. 제2 인버터(2, 3)는 적어도 신호 기술의 관점에서 동기화 라인(6)에 의해 연결된다. 제1 및 제2 인버터(2, 3)는 각각 별도의 하우징 내에 배열되고 별도의 중간 회로에서 작동한다. 이것은 전방 차축 및 후방 차축 각각에 하나의 개별 구동 장치가 있는 2개의 e-축일 수 있다.

도 2d는 제1 인버터(2) 및 3개의 제2 인버터(3)를 도시하며, 제1 인버터(2)는 제1 전기 기계(4)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결되고, 3개의 제2 인버터(3)는 각각 제2 전기 기계(5)에 파워 일렉트로닉스의 관점에서 연결된다. 제1 인버터(2)는 각각의 경우에 적어도 신호 기술의 관점에서 동기화 라인(6)에 의해 3개의 제2 인버터(3)에 연결된다. 제1 인버터(2)는 3개의 제2 인버터(3) 각각에 동기화 신호를 출력한다. 또한, 마찬가지로 제2 인버터(3)가 동기화 라인에 의해 서로 연결되는 것도 생각할 수 있다. 전방 차축 및 후방 차축 각각에 2개의 개별 구동 장치가 있는 2개의 e-축일 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계(4, 5)를 제어하기 위한 방법(100)의 흐름도를 도시한다.

단계 a)에 대응하는 단계 S1에서, 바람직하게는 엔진 컨트롤러인 상위 제어 장치(1)는 제1 인버터(2) 및 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 수신되는 파워 신호를 출력한다.

단계 b)에 대응하는 후속 단계 S2에서, 파워 신호 또는 파워 신호를 포함하는 데이터/파라미터에 기초하여, 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호가 제1 인버터(2)에 의해 제1 전기 기계(4)로 출력되고, 제2 신호 파라미터를 갖는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호가 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 제2 전기 기계(5)로 출력된다.

단계 c)에 대응하는 단계 S3에서, 제1 신호 파라미터를 포함하는 동기화 신호는 단계 S2 직후 또는 단계 S2 동안 동기화 라인(6)을 통해 제1 인버터(2)로부터 적어도 하나의 제2 인버터(3)로 출력된다.

단계 S3 후에, 단계 d)에 대응하는 단계 S4에 따라, 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호가 적어도 하나의 제2 인버터에 의해 변조되고, 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 대신에 적어도 하나의 인버터에 의해 출력된다. 이 경우, 제3 신호 파라미터는 제1 신호 파라미터 및 미리 결정된 동기화 파라미터에 기초하여 결정된다. 동기화 파라미터는 바람직하게는 적어도 하나의 제2 인버터에 대한 저장된 정보로서 이용 가능하거나 상위 제어 장치(1)로부터 적어도 하나의 제2 인버터(3)로 직접적으로(예를 들어 동기화 파라미터를 포함할 수 있는 파워 신호를 통해) 또는 가능하게는 동기화 신호에 의해 동기화 라인(6)을 통해 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 동기화 파라미터를 전송하는 제1 인버터(2)를 통해 간접적으로도 출력될 수 있다.

단계 e)에 따른 다음 단계 S5에서, 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 제2 신호 파라미터를 갖는 제2 펄스 폭 변조 제어 신호 대신에 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 적어도 하나의 제2 전기 기계(5)로 출력된다. 제1 신호 파라미터 및 동기화 파라미터에 기초한 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호의 변조에 의해, 제1 및 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호 사이의 위상 관계 또는 위상 편이가 설정되거나 미리 결정될 수 있다.

모든 특징을 갖는 다양한 실시예가 조합되거나 원하는 바에 따라 교환될 수 있다.

출원 문서에 개시된 모든 특징은 개별적으로 또는 조합하여 선행 기술과 관련하여 신규한 경우 본 발명에 필수적인 것으로 주장된다.

100 방법
1000 시스템
1 상위 제어 장치
2 제1 인버터
3 제2 인버터
4 제1 전기 기계
5 제2 전기 기계
6 동기화 라인

Claims

차량에 배열된 적어도 2개의 전기 기계(4, 5), 바람직하게는 전기 모터를 제어하기 위한 방법에 있어서,
a. 제1 인버터(2)와 및 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 상위 제어 장치(1)에 의해 출력되는 파워 신호를 수신하는 단계;
b. 상기 제1 인버터(2)에 의해 제1 신호 파라미터를 갖는 제1 펄스 폭 변조 제어 신호를 제1 전기 기계(4)로 출력하고, 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 제2 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호를 적어도 하나의 제2 전기 기계(5)로 출력하는 단계 - 상기 제어 신호들은 상기 파워 신호에 기초하여 변조됨 -;
c. 상기 제1 인버터(2)에 의해 상기 제1 신호 파라미터를 포함하는 적어도 하나의 동기화 신호를 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)로 출력하는 단계;
d. 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 제3 신호 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호를 변조하는 단계 - 상기 제3 신호 파라미터는 상기 제1 신호 파라미터 및 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 기초하여 결정됨 -;
e. 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 상기 제3 신호 파라미터를 갖는 상기 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호를 상기 적어도 하나의 제2 전기 기계(5)로 출력하는 단계 - 상기 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및 상기 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호는 상기 미리 결정 가능한 동기화 파라미터에 의해 미리 결정될 수 있는 위상 관계를 가짐 -
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 미리 결정 가능한 동기화 파라미터는 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 대해 검색 가능한 저장된 정보로서 존재하고 그리고/또는 상기 미리 결정 가능한 동기화 파라미터는 상기 상위 제어 장치(1)에 의해 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)로 출력되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 동기화 파라미터가 검색 가능한 저장 정보로서 존재하고, 상기 제3 신호 파라미터를 결정하는 데 사용되는 상기 동기화 파라미터는 상기 파워 신호 및/또는 상기 제1 펄스 폭 변조 제어 신호 및/또는 상기 제2 펄스 폭 변조 제어 신호의 함수로서 상기 복수의 동기화 파라미터로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 파라미터들 및 상기 동기화 파라미터는 시간 값을 나타내고, 상기 신호 파라미터들은 각각 대응하는 상기 펄스 폭 변조 제어 신호의 에지 또는 중점의 시간을 나타내고, 상기 동기화 파라미터는 위상 편이 시간 또는 위상 편이 각도를 특정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 위상 편이 각도는 ±180° 범위의 값 또는 ±(90° 내지 120°) 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 동기화 파라미터가 표시하는 상기 위상 편이 시간은 적어도 2개의 위상 편이 시간 구간으로 분할되고, 상기 적어도 2개의 위상 편이 시간 구간 각각에 대해 단계 d) 및 e)는 상기 적어도 하나의 제2 펄스 폭 변조 제어 신호로부터 상기 적어도 하나의 제3 펄스 폭 변조 제어 신호로의 계단식 전이를 보장하기 위해 개별적으로 차례로 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 인버터(2) 및 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)는 각각 클록 생성기를 갖고, 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)의 상기 클록 생성기는, 상기 펄스 폭 변조 제어 신호들을 출력하기 위한 상기 제1 인버터(2) 및 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)의 동기 클록을 보장하기 위해, 단계 d) 이전, 단계 d) 동안 또는 단계 d) 이후 상기 제1 신호 파라미터 및 상기 동기화 파라미터에 기초하여 튜닝되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동기화 신호는 상기 제1 인버터(2)와 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)를 신호 기술의 관점에서 연결하는 별도의 동기화 라인(6)을 통해 상기 제1 인버터(2)에 의해 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)로 출력되고, 상기 별도의 동기화 라인(6)은 푸시-풀 라인, 단일 종단 라인 또는 무선 링크이고, 양방향 연결이 상기 별도의 동기화 라인(6)을 통해 상기 제1 인버터(2)와 상기 적어도 하나의 제2 인버터 사이에 확립되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 b) 및 c)는 동시에 또는 연속적으로 즉시 발생하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 인버터(2)는 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)에 의해 검출되고 후자에 의해 채택되는 조정 가능한 스위칭 주파수에서 작동되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 전기 기계(4), 적어도 하나의 제2 전기 기계(5), 상위 제어 장치(1), 제1 인버터(2) 및 적어도 하나의 제2 인버터(3)를 포함하는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
상기 제1 인버터(2)와 상기 적어도 하나의 제2 인버터(3)는 별도의 동기화 라인(6)을 통해 신호 기술의 관점에서 연결되는, 시스템.