KR20230056874A - 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법 - Google Patents

공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법에 관한 것으로서, 공기압축기의 모터에 대한 센서 리스 제어에 있어 모터의 로터 위치 정렬 제어를 포함하는 센서리스 제어의 실패를 빠르게 판단하고 제어 실패시 모터 구동 제어를 중지할 수 있도록 하는 이상 진단 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기에 의해 모터의 기동시 모터 속도가 실시간으로 추정되는 단계; 상기 제어기에 의해 상기 추정되는 모터 속도의 기울기로부터 미리 설정된 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는지가 판단되는 단계; 상기 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는 경우, 상기 제어기에 의해 모터에 인가되는 전류량을 감소시키는 모터 전류 감소 제어가 실시되는 단계; 모터에 인가되는 전류량이 감소되는 동안, 상기 제어기에 의해 실시간으로 추정되는 모터 속도의 기울기 감소량이 산출되는 단계; 및 상기 제어기에서 상기 모터 속도의 기울기 감소량을 미리 설정된 센서리스 이상 진단 확정값과 비교하여 센서리스 제어의 실패 여부를 판단하는 단계를 포함하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법이 개시된다.

Description

공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법{Fault diagnosis method for motor sensorless control of air compressor}
본 발명은 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기압축기의 모터에 대한 센서리스(sensorless) 제어에 있어 로터 위치 정렬 제어를 포함하는 센서리스 제어의 실패를 빠르게 판단하고 제어 실패시 모터 구동 제어를 중지할 수 있도록 하는 이상 진단 방법에 관한 것이다.
친환경 자동차 중 하나인 수소 연료전지 자동차에 탑재되는 연료전지 시스템은, 반응가스(즉, 연료 가스인 수소와 산화제 가스인 산소)의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료 가스인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템, 그리고 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 제어기를 포함한다.
연료전지 시스템에서 수소공급장치는 수소저장부(수소탱크), 레귤레이터, 수소공급라인, 수소압력제어밸브(또는 '수소공급밸브'라 칭함), 수소압력센서, 수소재순환장치 등을 포함한다. 또한, 공기공급장치는 공기공급라인, 필터, 공기블로워나 공기압축기, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 전동물펌프(냉각수 펌프), 물탱크, 라디에이터, 3-웨이 밸브 등과 함께 워터트랩, 드레인 밸브 등을 포함한다.
또한, 제어기(FCU:Fuel cell Control Unit)는 수소압력제어밸브의 개도를 제어하여 수소 운전압력을 제어하고, 공기압축기나 공기블로워의 구동을 제어하며, 그 밖의 시스템 내 밸브들을 제어한다.
최근 들어 연료전지 자동차의 성능이 더욱 향상됨에 따라 차량의 동력원이 되는 연료전지 스택의 요구 출력이 높아지고 있는 상황이다. 이에 따라 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기압축기에서의 공기 압축비 및 요구 유량 또한 높아지는 추세이고, 이를 위해 공기압축기에서 공기 압축을 위해 구동하는 모터의 최대 속도를 높여야 하는 상황이다.
공기압축기에서는 모터의 위치 제어를 위해 위치센서인 홀 센서(hall sensor)를 구비하고 있는데, 이 홀 센서는 열에 취약하다. 결국, 공기압축기의 모터 속도가 상승함에 따라 모터에서의 발열이 증가하고, 모터 온도가 상승함에 따라 홀 센서의 사용에 있어 제약 상황이 발생할 수 있다.
이러한 이유로 홀 센서를 삭제하고 센서리스(sensorless) 제어 기술을 확보해야 할 필요가 있게 되었다. 이에 따라 최근에는 홀 센서 없이 공기압축기의 모터를 구동 및 제어하는 센서리스 제어를 수행하는 제어 장치가 개발 중에 있다.
공기압축기의 모터에 대한 센서리스 제어와 관련된 선행 특허문헌의 예로는, 공개특허공보 제10-2021-0041712호(2021.04.16), 공개특허공보 제10-2021-0011110호(2021.02.01) 등을 들 수 있다. 공지의 센서리스 제어 방법에 따르면, 공기압축기의 모터에 대한 위치 정렬(alignment) 제어를 수행하여 로터의 초기 위치를 확인한 뒤 모터의 구동을 시작한다.
하지만, 모터의 로터가 구속되거나 전류 인가가 제대로 이루어지지 않아 위치 정렬 제어를 통해 로터의 초기 위치 확인이 정상적으로 이루어지지 못한 상태로 모터의 구동을 시작하는 경우 제어에 실패하고 모터의 센서리스 추정 속도는 발산하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 공기압축기의 모터에 대한 센서리스 제어에 있어, 위치 정렬 제어의 성공 여부를 모터 구동 전에 미리 판단하기 어려울 뿐만 아니라, 위치 정렬 제어가 실패할 경우 모터 추정 속도가 발산하게 되므로, 센서리스 제어의 실패를 빠르게 판단하고 제어 실패시 모터 구동 제어를 중지할 수 있도록 하는 이상 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에 의해 모터의 기동시 모터 속도가 실시간으로 추정되는 단계; 상기 제어기에 의해 상기 추정되는 모터 속도의 기울기로부터 미리 설정된 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는지가 판단되는 단계; 상기 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는 경우, 상기 제어기에 의해 모터에 인가되는 전류량을 감소시키는 모터 전류 감소 제어가 실시되는 단계; 모터에 인가되는 전류량이 감소되는 동안, 상기 제어기에 의해 실시간으로 추정되는 모터 속도의 기울기 감소량이 산출되는 단계; 및 상기 제어기에서 상기 모터 속도의 기울기 감소량을 미리 설정된 센서리스 이상 진단 확정값과 비교하여 센서리스 제어의 실패 여부를 판단하는 단계를 포함하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법에 의하면, 모터 기동 즉시 모터 추정 속도의 상승 기울기를 기초로 센서리스 제어의 실패 여부를 빠르게 진단한 뒤 모터 재기동을 시도할 수 있게 된다. 또한, 상위 제어기로부터 전달되는 속도 지령값을 빠르게 재추종할 수 있게 되고, 모터를 신속히 재기동할 수 있게 되는바, 연료전지 차량의 운전이 가능하도록 빠르게 대응할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 기존 제어 장치의 하드웨어 구성을 그대로 유지하면서 간단히 소프트웨어의 로직을 통해 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 추가하여 이용할 수 있으므로 추가적인 비용 발생 없이 연료전지 차량과 연료전지 시스템의 공기공급장치에 새로운 기능을 추가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이상 진단 과정을 수행하는 제어 장치의 개략적인 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에서 센서리스 제어 과정 중 추정된 모터 속도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이상 진단 과정을 나타내는 순서도이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이상 진단 과정을 수행하는 제어 장치의 개략적인 블록 구성도이다. 도 1에 나타낸 제어 장치는 공기압축기(1)의 모터(2)에 대한 센서리스 제어와 더불어 센서리스 제어의 실패 여부를 진단하는 과정을 수행한다.
본 발명에서 센서리스 제어의 이상은 공기압축기(1)의 모터(2)에 대한 센서리스 제어가 정상적으로 수행되지 않는 제어 실패 상태를 의미한다. 또한, 본 발명에서 센서리스 제어의 이상 상태는 모터 기동시 수행되는 로터 위치 정렬 제어가 정상적으로 이루어지지 않고 모터 구동이 시작된 상태를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제어 장치와 함께, 공기압축기(1)의 모터(2), 및 공기압축기(1)에 의해 산화제 가스인 공기를 공급받는 연료전지 스택(3)이 도시되어 있다. 공기압축기(1)는 연료전지 시스템의 연료전지 스택(3)에 전기를 생성하기 위해 필요한 공기를 공급하기 위한 것이다. 이하의 설명에서 모터는 공기압축기의 모터를 지칭한다.
또한, 이하의 설명에서 모터 실제 속도는 로터 속도를 의미하고, 더 상세히는 모터 부품 중 회전부품인 로터(회전자)의 실제 회전속도(각속도)를 의미한다. 센서리스 제어가 아닌 홀 센서를 이용하는 제어에서는 모터 실제 속도가 센싱되며, 홀 센서의 신호로부터 모터 실제 속도가 얻어진다. 또한, 이하의 설명에서 모터 실제 위치는 로터의 실제 회전위치를 의미하고, 센서리스 제어가 아닌 홀 센서를 이용하는 제어에서는 모터 실제 위치가 홀 센서에 의해 센싱된다.
하지만, 센서리스 제어가 적용되는 시스템에서는 홀 센서가 삭제되므로 모터 구동 제어시 모터 실제 속도가 아닌 모터 추정 속도가 이용된다. 이하의 설명에서 모터 추정 속도는 센서리스 제어 과정에서 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도를 의미한다. 즉, 공기압축기용 모터가 동기 모터일 때 홀 센서를 이용하지 않는 센서리스 제어에서는 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도를 모터 속도로 추정하여 이용한다.
이와 같이 추정되는 모터 속도, 즉 모터 추정 속도는 센서에 의해 센싱되는 속도인 모터 실제 속도와는 다른 것으로, 후술하는 바와 같이 동기 모터에 대한 센서리스 제어의 실패 상태에서는 모터 실제 속도(로터의 실제 회전속도)와 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도인 모터 추정 속도 사이에 차이가 발생하게 된다.
연료전지 시스템의 공기공급장치에서 공기압축기(1)는, 전기에너지를 발생시키는 전기화학 반응을 위한 반응가스 중 산화제 가스인 공기를 연료전지 스택(3)에 공급하기 위한 것으로, 공기공급라인을 통해 연료전지 스택(3)의 캐소드 입구측에 연결된다.
공기압축기(1)는 구동 액추에이터로서 모터(2)를 포함하며, 상기 모터(2)는 제어 장치에 의해 구동이 제어된다. 상기 모터(2)는 동기 모터일 수 있다. 상기 모터(2)의 구동을 제어하기 위한 제어 장치는, 모터(2)에 3상 전류를 인가하는 인버터(11)와, 상기 인버터(11)의 3상 스위치를 듀티(duty) 제어하는 제어기(12)를 포함한다.
상기 인버터(11)는 고전압 직류 전원인 연료전지 스택(3)에 연결되고, 모터 구동시 연료전지 스택(3)으로부터 공급되는 직류(DC) 전류를 3상 교류(AC) 전류로 변환하여 전력케이블을 통해 모터(2)에 인가한다.
상기 제어기(12)는 모터(3)에 대한 센서리스 제어를 수행하며, 센서리스 제어를 위해 인버터(11)의 전류 센싱값을 입력받아 모터의 위치와 속도를 추정한다. 또한, 제어기(12)는 추정된 모터의 위치와 속도를 기초로 인버터(11) 내 스위치에 대한 3상 듀티 신호를 출력하여 공기압축기(1)의 모터(2)를 구동하기 위한 센서리스 제어를 실시한다. 여기서, 센서리스 제어는 모터의 위치 제어를 위한 위치센서인 홀 센서 없이 모터의 위치와 각도, 속도를 추정하여 모터의 구동을 제어하는 것을 의미한다.
공기압축기의 모터에 대한 공지의 센서리스 제어 방법에 따르면, 공기압축기(1)의 모터(2)에 대한 위치 정렬(alignment) 제어를 수행하여 로터의 초기 위치를 확인한 뒤 모터 구동을 시작한다. 하지만, 모터의 로터가 구속되거나 전류 인가가 제대로 이루어지지 않아 위치 정렬 제어를 통해 로터의 초기 위치 확인이 정상적으로 이루어지지 못한 상태로 모터의 구동이 시작된 경우, 실제 로터의 회전(모터의 회전)이 스테이터에 인가되는 자장의 회전에 동기화되지 못하고 정지 상태로 유지되며, 역기전력이 발생되지 않아 무부하 상태로 전류가 인가되어 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도(각속도)가 매우 빠른 속도로 발산을 하게 된다.
요컨대, 로터의 실제 회전속도가 0rpm인 반면(모터 실제 속도가 0rpm임) 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도(센서리스 제어에서 모터 추정 속도임)는 매우 빠른 속도로 발산을 하게 되는 것이다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 제어 장치의 기존 하드웨어 구성은 그대로 유지하면서 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 소프트웨어의 로직을 통해 구현 및 추가하는 방법이 제시된다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에서 센서리스 제어 과정 중 추정된 모터 속도(모터 추정 속도)를 예시한 도면으로, 정상(제어 성공) 상태와 이상(제어 실패) 상태에서 추정된 모터 속도를 비교하여 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 모터 초기 기동시 로터의 위치 정렬 제어가 정상적으로 이루어지지 않고 구동이 시작된 경우, 스테이터의 자계 회전 속도(모터 추정 속도임)가 정상 상태에 비해 더 큰 기울기로 더 빠르게 상승하게 된다.
그 이유는, 로터가 스테이터에 동기화되지 못하고 정지 상태로 머물러 있으므로 무부하 상태로 전류가 인가되어 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도인 모터 추정 속도가 정상적인 상태에 비해 더 빨라지기 때문이다.
도 2를 참조하면, 모터 초기 기동시 센서리스 제어에 실패할 경우 모터 추정 속도가 정상적으로 성공하는 경우의 모터 추정 속도에 비해 가파른 상승 기울기를 나타내고 있음을 볼 수 있다.
또한, 정상적인 센서리스 제어 및 모터 구동 상태의 경우 모터 추정 속도가 속도 지령값에 거의 도달하는 경우 도 3에 나타낸 바와 같이 전류 인가량이 감소하여 모터 추정 속도가 자연스럽게 속도 지령값에 수렴하게 된다. 하지만, 센서리스 제어에 실패하는 경우에는 도 4에 나타낸 바와 같이 인가되는 전류가 감소하여도 모터 추정 속도가 그대로 발산하게 된다.
도 3을 참조하면, 정상적인 센서리스 제어 및 모터 구동 상태인 경우 전류 지령이 감소할 때 모터 추정 속도의 변화량 또한 동시에 감소함을 보이고 있다. 하지만, 센서리스 제어의 실패시에는 전류 지령이 감소하더라도 모터 추정 속도가 그대로 발산함을 보이고 있다.
이와 같은 특성을 이용하여, 본 발명에서는 모터의 초기 구동시 모터 추정 속도의 기울기가 일정 값 이상으로 커지는 경우 센서리스 제어의 이상 진단을 실시하게 된다. 또한, 이상 진단이 실시된 경우 모터에 인가되는 전류를 일정 값만큼 감소시켜 모터 추정 속도의 상승 기울기값의 변화를 확인한다. 여기서, 모터 추정 속도가 일정 수준 이상의 기울기 변화 없이 그대로 상승하는 경우, 센서리스 제어의 실패 상태(이상 상태)인 것으로 판단하고, 모터 구동을 중지한 뒤 위치 정렬 제어를 다시 실시하여 재기동을 시도한다.
반대로, 인가되는 전류를 감소시켰을 때 모터 추정 속도의 상승 기울기값이 일정 값 이상으로 감소한 경우, 센서리스 제어의 정상(성공) 상태인 것으로 판단하여 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 해제하고 정상적인 센서리스 제어 및 모터 구동을 유지한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이상 진단 과정을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제어기(12)가 상위 제어기로부터 0rpm 보다 큰 모터 속도 지령을 수신하여 초기 기동을 시도하면 도 5에 나타낸 순서대로 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 수행하게 된다.
먼저, 제어기(12)는 모터(2)의 초기 기동을 시작하게 되면 모터 속도를 실시간으로 추정하게 된다. 또한, 제어기(12)는 실시간 추정되는 모터 속도(이하 '모터 추정 속도'라 칭함)로부터 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는지를 판단한다. 여기서, 이상 진단 기능의 활성화 조건은 모터 추정 속도의 기울기가 미리 설정된 센서리스 이상 진단 기준값 이상인 조건으로 설정될 수 있다.
즉, 제어기(12)는 모터 추정 속도가 센서리스 이상 진단 기준값 이상의 기울기로 상승하는지를 확인하며(S11), 모터 추정 속도의 상승 기울기가 센서리스 이상 진단 기준값 이상인 경우, 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는 것으로 판단하여, 센서리스 제어의 정상 또는 실패를 확인하기 위한 이상 진단 기능을 활성화한다(S12).
상기 모터 추정 속도는 센서리스 제어 과정에서 추정되는 모터 속도로서, 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도를 의미한다. 센서리스 제어에서는 홀 센서를 이용하지 않으므로 홀 센서에 의한 로터(회전자)의 위치 센싱은 이루어지지 않지만, 모터에 인가되는 3상 전류의 센싱은 이루어진다. 상기 센싱된 전류값, 즉 3상 전류 센싱값은 제어기(12)에 입력된다.
또한, 공기압축기(1)의 모터(2)를 제어하는 제어기(12)에서는 전류 센싱값과 전류 지령값 등을 기초로 전압 방정식 등을 이용하여 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도를 결정하고, 상기 결정된 회전속도를 모터 추정 속도로 이용하여 모터 구동을 제어하게 된다.
이와 같이 센서리스 제어에서는 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도를 모터 추정 속도로 이용하며, 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도는 제어기(12)에서 자체적으로 결정되는 정보이다. 또한, 제어기(12)에서 스테이터에 인가되는 자장의 회전속도는 전류 센싱값 등을 기초로 실시간 결정되므로 센서리스 제어시 제어기에서 항상 알고 있는 값이다
이어 이상 진단 기능이 활성화되면, 제어기(12)는 인버터(11)를 통해 모터(2)에 인가되는 전류량을 감소시키는 모터 전류 감소 제어를 수행한다(S13). 이때, 제어기(12)는 전류 지령값을 설정된 기울기로 감소시켜 모터(2)에 실제 인가되는 전류량을 감소시킬 수 있다. 또한, 제어기(12)는 모터(2)에 인가되는 전류량이 감소되는 동안 모터 추정 속도의 기울기가 전류량 감소 기울기에 비례하여 감소하는지를 확인한다.
실제로 로터가 스테이터에 인가되는 자장의 회전에 동기화되어 회전을 하는 경우 역기전력이 발생하여, 인가되는 전류량에 비례하여 모터 추정 속도의 변화량 및 기울기(변화율)이 감소하게 될 것이다. 하지만, 로터가 정지 상태로 유지되어 센서리스 제어가 실패하는 경우에는 인가되는 전류가 감소하여도 무부하 상태로 유지되어 모터 추정 속도의 변화량 및 기울기(변화율)가 감소하지 않는다.
상기와 같이 모터에 인가되는 전류를 감소시키는 동안에도 제어기(12)는 계속해서 모터 추정 속도를 실시간으로 산출하며, 이와 더불어 모터 추정 속도의 기울기를 산출하는 동시에 모터 추정 속도의 기울기 감소량을 실시간으로 산출한다.
또한, 제어기(12)는 상기 산출되는 모터 추정 속도의 기울기 감소량을 미리 설정된 센서리스 이상 진단 확정값과 비교한다(S14). 여기서, 모터 추정 속도의 기울기 감소량이 센서리스 이상 진단 확정값을 초과하는 경우, 제어기(12)는 센서리스 제어의 정상(성공) 상태로 판단하고, 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 해제한 뒤 정상적인 모터 구동 제어를 진행한다(S15).
반면, 모터 추정 속도의 기울기 감소량이 센서리스 이상 진단 확정값 이하인 경우, 제어기(12)는 센서리스 제어의 실패 및 이상 상태인 것으로 판정하며, 이상 상태의 판정시 모터(2)의 구동을 중지한 뒤, 모터 위치 정렬 제어를 다시 실시하여 모터(2)를 재기동한다. 모터 재기동 과정에서도 제어기(12)에 의해 도 5의 과정이 다시 반복 수행될 수 있고, 센서리스 제어의 정상 상태로 판단된 경우에만 정상적인 모터 구동 제어가 실시될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 이상 진단 방법에 대해 상세히 설명하였다. 종래에는 위치 정렬 제어를 수행한 뒤 모터를 기동하는 과정에서 위치 정렬 제어가 정상적으로 이루어지지 않음으로 인해 발생하는 센서리스 제어의 실패를 진단하는 과정과 그 후속 조치가 부재하였는바, 센서리스 제어시 모터 추정 속도가 발산하여 연료전지 차량의 운전이 불가해지는 문제가 발생할 수 있었다.
하지만, 본 발명에 따른 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법에 의하면, 모터 기동 즉시 모터 추정 속도의 상승 기울기를 기초로 센서리스 제어의 실패 여부를 빠르게 진단한 뒤 모터 재기동을 시도할 수 있게 된다. 또한, 상위 제어기로부터 전달되는 속도 지령값을 빠르게 재추종할 수 있게 되고, 모터를 신속히 재기동할 수 있게 되는바, 연료전지 차량의 운전이 가능하도록 빠르게 대응할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 기존 제어 장치의 하드웨어 구성을 그대로 유지하면서 간단히 소프트웨어의 로직을 통해 센서리스 제어의 이상 진단 기능을 추가하여 이용할 수 있으므로 추가적인 비용 발생 없이 연료전지 차량과 연료전지 시스템의 공기공급장치에 새로운 기능을 추가할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 공기압축기
2 : 모터
3 : 연료전지 스택
11 : 인버터
12 : 제어기

Claims (7)

  1. 제어기에 의해 모터의 기동시 모터 속도가 실시간으로 추정되는 단계;
    상기 제어기에 의해 상기 추정되는 모터 속도의 기울기로부터 미리 설정된 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는지가 판단되는 단계;
    상기 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는 경우, 상기 제어기에 의해 모터에 인가되는 전류량을 감소시키는 모터 전류 감소 제어가 실시되는 단계;
    모터에 인가되는 전류량이 감소되는 동안, 상기 제어기에 의해 실시간으로 추정되는 모터 속도의 기울기 감소량이 산출되는 단계; 및
    상기 제어기에서 상기 모터 속도의 기울기 감소량을 미리 설정된 센서리스 이상 진단 확정값과 비교하여 센서리스 제어의 실패 여부를 판단하는 단계를 포함하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상 진단 기능의 활성화 조건은, 상기 추정되는 모터 속도의 기울기가 미리 설정된 센서리스 이상 진단 기준값 이상인 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 판단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 전류 감소 제어가 실시되는 단계에서, 상기 제어기는 전류 지령값을 설정된 기울기로 감소시켜 인버터를 통해 모터에 실제 인가되는 전류량을 상기 전류 지령값에 따라 감소시키는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 판단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서리스 제어의 실패 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 모터 속도의 기울기 감소량이 상기 센서리스 이상 진단 확정값 이하이면, 상기 제어기는 센서리스 제어의 실패 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 센서리스 제어의 실패 상태로 판단한 경우, 상기 제어기에 의해, 모터의 구동이 중지된 뒤, 모터 위치 정렬(alignment) 제어가 다시 실시되고, 모터의 재기동이 수행되는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모터의 재기동시, 상기 제어기에 의해,
    상기 모터 속도가 실시간으로 추정되는 단계, 상기 이상 진단 기능의 활성화 조건을 만족하는지가 판단되는 단계, 상기 모터 전류 감소 제어가 실시되는 단계, 상기 실시간으로 추정되는 모터 속도의 기울기 감소량이 산출되는 단계, 및 상기 센서리스 제어의 실패 여부를 판단하는 단계가 반복 수행되고,
    상기 센서리스 제어의 정상 상태로 판단되는 경우, 모터의 정상 구동 제어가 실시되는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 모터 속도의 기울기 감소량이 상기 센서리스 이상 진단 확정값을 초과하는 경우, 상기 제어기는 센서리스 제어의 정상 상태로 판단하고, 모터의 정상 구동 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 공기압축기용 모터 센서리스 제어의 이상 진단 방법.
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