KR20240027723A - 전기 기계, 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 차량용 전기 기계의 측정된 권선 온도를 보정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

전기 기계, 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 차량용 전기 기계의 측정된 권선 온도를 보정하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류(AC) 전기 기계(1), 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차(6)의 AC 전기 기계(1)의 권선(2)의 온도 측정치를 보정하는 방법으로서, 상기 자동차(6)에서는 매 순간마다 상기 권선(2)의 표면 상에 위치한 온도 프로브(5)에 의해 측정되는 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes), 위치 센서(9)에 의해 측정되는 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω) 및 전류 센서(10)에 의해 측정되며 상기 전기 기계(1)를 제어하는 인버터(7)를 통해 흐르는 실효(RMS) 전류(Ieff)의 측정된 값이 검색되며, 상기 보정 방법은, 상기 권선의 측정된 온도 값(Tmes)을 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot) 및 상기 측정된 온도(Tmes)에 기초하여 보정하는 것을 포함하며, 상기 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)는 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정 및 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실의 보정에 기초하여 보정된 주울 효과에 의한 열 손실(Pj)의 추정치에 의존한다.

Description

전기 기계, 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 차량용 전기 기계의 측정된 권선 온도를 보정하는 방법 및 시스템
본 발명은 회전 전기 기계 분야, 특히 그러한 기계의 온도를 측정하는 분야에 관한 것이다.
특히 권선을 포함하는 전기 기계의 경우, 예를 들어 "CTN"이라고 지칭되는 음(-)의 온도 센서와 같은 온도 프로브는 그러한 전기 기계를 제조하는 절차의 제약으로 인해 코일 헤드의 외부 표면 상에 배치된다.
측정된 온도 값은 특히 동적 구동 프로파일(dynamic driving profiles) 상에서 권선 중심의 실제 온도 값에서 벗어나 있다. 이러한 차이는 권선 코어에서 멀리 떨어져 있는 온도 프로브와 권선 간 접촉 저항의 존재와 아울러, 측정과 구리선을 따른 열 전도 간 지연에 의해 증가하게 된다.
코일 헤드 상에 오일을 주입함으로써 전기 기계를 냉각시킨다는 맥락에서 권선의 최대 온도를 과소평가하는 현상이 증가한다.
일반적으로, 다수의 전기 기계 토폴로지에서 권선 중심이 가장 뜨거운 지점을 이루고 있으며 그럼으로써 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차 상에서는 상기 권선 중심을 지속적으로 모니터링하는 것이 필수적이다.
그리고 권선 온도를 과소평가하면 권선의 정상 상태(state of health)와 열 상태(thermal state)가 잘못 평가될 수 있으며 권선의 열 등급(thermal grade)을 초과하는 과열로 인해 특히 권선의 파손, 특히 권선의 구리선 절연체 파손과 아울러 단락(short circuit)이 유발될 수 있으며, 그 결과 전기 기계의 서비스가 중단되거나 운전자에게 위험이 생기게 된다.
위의 문제를 제한하기 위해 온도 측정에 여유도(margin)를 적용하는 것이 공지된 관행이다. 그러나 이러한 여유도의 적용은 전기 기계의 성능 레벨을 크게 제한할 수 있으며, 이는 요구되는 토크의 제한으로 인해 운전자에 의해 직접적으로 느끼게 된다.
더욱이, 3-상 교류(AC) 전기 기계에서는, 가속 페달을 밟아서 차량이 경사면 상에서 움직이지 않게 되는 상태로 유지되면 로터(rotor)가 회전하지 않게 된다. 따라서 전류의 흐름은 3개의 위상 사이에서 더는 번갈아 바뀌지 않는다. 따라서 전류 모두는 일반적으로 3개의 위상 중 단지 하나의 위상 - 결과적으로 유일한 가열 대상임 - 으로 흐르게 되거나, 다른 경우에는 3개의 위상 중 2개의 위상 - 결과적으로 유일한 가열 대상임 - 으로 흐르게 된다. 이제 일반적으로 상기 온도 프로브는 3-상 기계 내 3개의 위상 중 하나의 위상의 표면 상에 배치된다. 상기 온도 프로브가 전류를 공급하는 위상의 면 상에 있지 않은 경우에, 상기 온도 프로브가 배치된 면 상의 위상은 차가운 상태로 유지되고, 그러므로 상기 프로브는 상기 기계의 가열을 감지하지 못하며, 이는 한계 온도에 이르게 될 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 전기 기계의 성능 레벨을 보장하고 과열로부터 전기 기계를 보호하는 동시에 전기 기계의 권선의 온도 측정을 개선하는 것이다.
본 발명의 주제는 교류(AC) 전기 기계, 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차의 AC 전기 기계의 권선의 온도 측정치를 보정하는 방법이며, 상기 자동차에서는 매 순간마다 상기 권선의 표면 상에 위치한 온도 프로브에 의해 측정되는 상기 권선의 측정된 온도 값, 위치 센서에 의해 측정되는 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도 값 및 전류 센서에 의해 측정되며 상기 전기 기계를 제어하는 인버터를 통해 흐르는 RMS 전류의 측정된 값이 검색된다.
상기 권선의 측정된 온도 값은 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실의 추정치 및 상기 측정된 온도의 함수로서 보정되며, 상기 보정된 총 열 손실의 추정치는 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정 및 상기 전기 기계의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실의 보정의 함수로서 보정된 주울 효과에 의한 열 손실의 추정치에 의존한다.
상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실을 추정하면 주울 효과에 의한 열 손실의 추정치에만 기초하여 상기 권선의 측정된 온도의 보정을 정제(精製)하는 것이 가능해진다. 실제로 다른 근원(source)들은 표피 효과(skin effect) 또는 와전류(eddy current)와 같은 상기 전기 기계의 교번 특성으로부터 획득되는 공지된 물리적 현상이나 심지어는 상기 전기 기계의 추가 손실, 주로 회전자 손실 및 결과적으로는 상기 전기 기계의 회전 속도 및 전기 기계의 토크에 의존하는, 특히 오일 주입에 의해 냉각되는 기계의 경우에 상기 전기 기계의 회전 속도 및 전기 기계의 토크에 의존하는 기계적 손실과 같은 열 손실의 원천일 수 있다.
따라서 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실을 추정하면 상기 권선의 측정된 온도가 더 정확하게 보정될 수 있다.
더욱이, 한편으로는 상기 전기 기계의 총 열 손실의 추정치의 함수로서, 다른 한편으로는 상기 권선 자체의 측정된 온도의 함수로서 상기 권선의 측정된 온도를 보정하면, 상기 전기 기계의 한계 온도의 함수로서 적용되는 보정의 크기를 관리하는 것이 가능하다. 실제로, 예를 들어 저온에서는 이러한 한계 온도를 초과할 위험이 낮으며, 결과적으로는 상당한 보정을 적용하면 무엇보다도 상기 전기 기계의 성능 레벨을 제한하는 효과가 있다. 따라서 상기 측정된 온도를 포함하면 과열의 위험 없이 상기 전기 기계의 성능 레벨을 양호하게 보장하기 위해 상기 전기 기계를 양호하게 관리하는 것이 가능하다.
상기 전기 기계의 교류 특성으로 인한 열 손실을 보정하면 예를 들어 표피 효과 및 와전류와 같은 상기 전기 기계의 교번 특성으로부터 획득되는 물리적 현상으로 인한 열 손실을 보정하는 것이 가능하다. 이러한 효과는 무엇보다도 상기 전기 기계의 높은 회전 속도에서 나타나게 되며, 이를 보정하면 고속에서 더 정확한 상기 전기 기계의 총 열 손실을 추정하는 것이 가능하다. 따라서 상기 권선의 측정된 온도에 대해 이루어지게 되는 보정이 정제된다.
상기 전기 기계의 회전 속도 및 상기 토크로 인한 열 손실을 보정하면 가속 페달을 밟아서 차량이 경사면 상에서 움직이지 않게 되는 경우 과열을 관리하는 것이 가능하다. 실제로 이러한 상황에서는 연속 토크에도 불구하고 상기 전기 기계의 속도는 0이다. 이것이 의미하는 것은 전류가 상기 전기 기계에 동력을 공급하고 상기 전기 기계를 가열한다는 것이다. 상기 전기 기계의 회전 속도 및 상기 토크에 기초하여 확립되는 열 손실을 보정하면 이러한 상황을 참작하고 심지어는 상기 온도 프로브가 상기 전기 기계의 가열을 검출하는 방식으로 배치되어 있지 않은 경우라도 과열을 회피하는 것이 가능하다. 그러나 이러한 보정의 이점은 이러한 상황에만 국한되지 않으며 측정된 온도의 보정에 대한 정확도 증가의 효과는 상기 전기 기계의 토크-회전 속도 공간 전반에 걸쳐 존재한다.
유리하게는, 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정은 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되는 제1 보정 계수의 적용을 포함한다.
예를 들어, 프로토타입의 권선의 코어에 열전대(thermocouple)가 설치되는데, 이는 자동차에 설치된 전기 기계에서 가능하지 않은 것이다.
상기 제1 보정 계수는 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도 값과 측정된 온도의 함수로서 결정된다.
유리하게는, 상기 전기 기계의 회전 속도와 토크로 인한 열 손실의 보정은, 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되고 그리고 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도 값 및 상기 전기 기계의 토크의 추정치의 함수로서 결정되는 제2 보정 계수의 적용을 포함한다.
유리하게는, 주울 효과에 의한 열 손실의 추정치가 상기 권선의 측정된 온도 값 및 RMS 전류의 함수로서 계산된다.
따라서 온도의 함수로서 전기 저항을 변경함으로써 온도에 대한 이러한 손실의 의존성이 참착된다.
유리하게는, 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되는 온도 보정 계수는 상기 권선의 측정된 온도와 보정된 총 열 손실의 추정치의 함수로서 결정되고, 상기 보정된 총 열 손실의 추정치는 주울 효과에 의한 열 손실의 추정치, 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정 계수 및 상기 전기 기계의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실의 보정 계수의 곱이다.
유리하게는, 상기 보정 계수를 상기 권선의 측정된 온도 값과 가산함으로써 중간 보정 값이 계산된다.
그 후에 상기 중간 보정 값에 계수를 곱한 값을 이산 상태 적분기로 필터링하여 최종 보정 값을 계산하는 것이 가능하다.
제2 실시형태에 의하면, 본 발명은 전기 기계, 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차의 전기 기계의 권선의 온도 측정 값을 보정하기 위한 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 상기 권선의 표면 상에 위치한 온도 프로브, 상기 전기 기계의 회전 속도를 측정하는 위치 센서 및 상기 전기 기계를 제어하는 인버터를 통해 흐르는 RMS 전류를 측정하는 전류 센서를 포함한다.
상기 시스템은 상기 온도 프로브에 의해 측정된 상기 권선의 측정된 온도의 함수로서 그리고 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실을 추정하는 모듈에서 수행되는 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실의 추정치의 함수로서 온도 보정 함수를 결정하도록 구성된 모듈을 포함한다.
유리하게는, 상기 전기 기계의 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈은 상기 RMS 전류, 상기 측정된 온도 값, 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도, 및 상기 전기 기계에 의해 전달되는 토크의 추정치의 함수로서 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실의 추정치를 결정하도록 구성되며, 상기 전기 기계의 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈은 주울 효과에 의한 손실을 추정하기 위한 모듈, 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈, 및 상기 전기 기계의 회전 속도 및 상기 토크로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈을 포함한다.
바람직하게는, 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈은 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도 값과 상기 측정된 온도 값의 함수로서 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실에 대한 제1 보정 계수를 결정하도록 구성된다.
유리하게는, 상기 전기 기계의 회전 속도와 상기 토크로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈은 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도 값과 상기 토크의 추정치의 함수로서 상기 전기 기계의 회전 속도 및 상기 토크로 인한 열 손실에 대한 제2 보정 계수를 결정하도록 구성된다.
유리하게는, 주울 효과로 인한 열 손실을 추정하기 위한 모듈은 상기 권선의 측정된 온도 값과 상기 RMS 전류의 함수로서 주울 효과에 의한 열 손실의 추정치를 계산하도록 구성된다.
유리하게는, 상기 전기 기계의 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈은 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실과 상기 전기 기계의 회전 속도 및 상기 토크로 인한 열 손실의 보정 계수들을 곱하여 상기 열 손실에 대한 총 보정 계수를 전달하도록 구성된 제1 곱셈기, 및 상기 열 손실에 대한 총 보정 계수 및 주울 효과(Joule effect)에 의한 열 손실의 추정치를 곱하여 상기 전기 기계의 총 열 손실의 추정치를 전달하도록 구성된 제2 곱셈기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 보정 모듈은 상기 권선의 측정된 온도 값과 상기 온도 보정 계수를 가산하여 중간 보정 값을 전달하도록 구성된 제1 합산기를 포함한다.
유리하게는, 상기 보정 모듈은 상기 중간 보정 값에 계수를 적용하기 위한 모듈과 이산 상태 적분기를 포함하고 최종 보정 값을 전달하는 필터링 모듈을 포함한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 기계, 인버터, 상기 인버터를 제어하기 위한 수단, 상기 전기 기계의 성능 레벨을 관리하기 위한 시스템, 및 상기 인버터 제어 수단에 통합되도록 의도되고 상기 전기 기계의 성능 레벨을 관리하기 위한 시스템에 상기 권선의 보정된 온도 값을 전달하도록 구성된 본 발명에 따른 상기 권선의 온도 측정을 보정하기 위한 시스템을 포함하는 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 전적으로 비-제한적인 예로서 주어진 다음의 설명을 첨부도면들을 참조하여 이해하면 명백해질 것이다.
도 1은 3-상 전기 기계를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 권선 온도 보정 시스템을 포함하는 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 권선 온도 보정 시스템을 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 권선 온도 보정 시스템의 입력에서 보정된 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 권선 온도 보정 방법의 구현 모드를 나타내는 도면이다.
도 1은 권선(2)과 상기 권선(2)의 코일들(4)의 머리부들 상에 배치된 3개의 전류 공급 위상(3a, 3b, 3c)을 포함하는 3-상 전기 기계(1)를 보여준다. 온도 프로브(5)는 상기 전기 기계(1)의 위상(3a)에 의해 전달되는 상기 권선(2)의 코일들(4)의 머리부들 상에 배치되어 있으며 매 순간마다 상기 권선(2)의 온도(Tmes)를 측정한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차(6)는 적어도 하나의 전기 기계(1), 인버터(7) 및 상기 전기 기계(1)의 인버터(7)를 제어하도록 의도된 소프트웨어 제어 수단(8)을 포함하는 인버터 제어 수단을 포함한다.
상기 온도 프로브(5)에 추가하여, 위치 센서(9)는 상기 전기 기계(1) 내에 장착되어 있으며 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 값(ω)을 측정할 수 있게 한다.
전류 센서(10)는 상기 인버터(7) 내에 장착되어 있으며 상기 인버터(7)를 통과하는 RMS 전류(Ieff)를 측정할 수 있게 한다.
상기 자동차(6)는, 상기 전기 기계(1)를 제어할 수 있게 하는 소프트웨어(8)에 통합되도록 의도된, 상기 권선(2)의 온도를 보정하기 위한 시스템(11)을 더 포함한다. 상기 시스템(11)은 상기 권선(2)의 온도의 보정된 값(Tcorr)을 전달한다. 예를 들어, 상기 보정된 값(Tcorr)은 인버터 제어 수단의, 상기 전기 기계(1)의 성능 레벨들을 관리하는 시스템 - 도면들에는 도시되지 않음 - 에 전달된다.
인버터 제어 수단의 소프트웨어(8)는 상기 온도 프로브(5)로부터 획득되는 측정된 온도(Tmes), 측정된 회전 속도 값, 또는 상기 위치 센서(9)로부터 획득된 전기 기계(1)의 속도 - ω로 표기됨 -, 상기 전류 센서(10)로부터 획득된 RMS 전류(Ieff), 및 상기 전기 기계(1)의 입력 전류에 대한 전자기 데이터의 함수로서 공지된 방법에 따라 엔진 토크(C)를 추정하기 위한 모듈(12)에서 결정된 엔진 토크(C)의 추정치를 입력으로서 수신한다.
상기 권선(2)의 온도 보정 시스템(11)은 한편으로는 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes) 및 다른 한편으로는 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)를 입력으로서 수신한다. 이러한 보정된 총 손실의 추정치(Ptot)는 도 4에 구체적으로 도시되어 있는 보정된 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈(13)로부터 획득된다.
상기 보정된 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈(13)은 주울 효과(Joule effect)에 의한 손실을 추정하기 위한 모듈(14), 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈(15) 및 상기 전기 기계(1)의 토크와 회전 속도로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈(16)을 포함한다. 상기 보정된 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈(13)은 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes), 상기 전기 기계(1)의, 회전 속도 또는 속도 - ω로 표기됨 - 의 측정값, 상기 RMS 전류(Ieff), 및 상기 엔진 토크(C)의 추정치를 입력으로 수신한다.
주울 효과에 의한 손실을 추정하기 위한 모듈(14)은 상기 RMS 전류(Ieff) 및 상기 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 주울 효과에 의한 열 손실(PJ)의 추정을 결정한다. 온도의 함수로서 전기 저항(R)의 변화에 의한 온도에 대한 이러한 손실의 의존성은 또한 이하의 수학식 1
에 의해 감안된다.
상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈(15)은 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 상기 전기 기계(1)의 회전 속도의 측정된 값(ω)의 함수로서 상기 열 손실의 제1 보정 계수(F1)를 결정한다. 이러한 제1 보정 계수(F1)는 테스트 벤치(test bench) 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이며, 한편으로는 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 다른 한편으로는 상기 전기 기계(1)의 회전 속도의 측정된 값(ω)의 함수로서 달라지게 된다.
상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실을 보정하기 위한 모듈(16)은 상기 전기 기계(1)의 회전 속도의 측정된 값(ω) 및 상기 토크(C)의 추정치의 함수로서 열 손실의 제2 보정 계수(F2)를 결정한다. 이러한 제2 보정 계수(F2)는 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이며 상기 전기 기계의 회전 속도의 측정된 값(ω) 및 상기 토크(C)의 추정 값의 함수로서 달라지게 된다.
경사면 상에 유지하는 경우에, 상기 회전 속도는 분당 0 내지 10회전 정도로 매우 낮다. 이 경우에, 상기 모듈(16)에 의해 전달된 보정 계수(F2)는 상기 온도 프로브가 올바른 위상(3a) 상에 배치되어 있는 이전에 설명한 경우 상기 전기 기계(1)의 과열을 방지하도록 상기 전기 기계의 나머지 회전 속도 스펙트럼보다 더 높다. 따라서, 낮은 회전 속도에 대한 보정 계수는 예를 들어 분당 약 10회전 이상인 회전 속도에 대해 전달되는 보정 계수(F2)의 15배 정도일 수 있다.
상기 보정된 총 열 손실을 추정하기 위한 모듈(13)은 상기 제1 및 제2 보정 계수(F1, F2)를 곱하고 열 손실의 전체 보정 계수(F)를 전달하도록 구성된 제1 곱셈기(17)와, 주울 효과에 의한 열 손실(PJ)의 추정치와 열 손실의 전체 보정 계수(F)를 곱하고 그럼으로써 상기 전기 기계(1)의 총 열 손실의 추정치(Ptot)를 전달하도록 구성된 제2 곱셈기(18)를 더 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 권선(2)의 온도를 보정하기 위한 시스템(11)은 한편으로는 측정된 온도(Tmes)와 다른 한편으로는 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)를 입력으로서 수신한다.
도 3에 구체적으로 도시된 상기 권선(2)의 온도 보정 시스템(11)은 상기 전기 기계(1)의 총 열 손실의 추정치(Ptot)의 함수로서 그리고 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 보정 계수(K1)를 전달하는 온도 프로브(5)에 의해 측정되는 측정된 온도(Tmes)를 보정하기 위한 모듈(19)을 포함한다. 온도의 보정 계수(K1)는 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이며, 한편으로는 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 다른 한편으로는 상기 전기 기계의 전체 온도 추정치(Ptot)의 함수로서 달라지게 된다.
따라서 상기 보정 모듈(19)은 동일한 측정 온도 값에 대해 다르지만 2개의 서로 다른 추정된 총 손실 값에 대해 다른 측정된 온도(Tmes)에 대한 보정 계수(K1)를 전달한다.
마찬가지로, 상기 보정 모듈(19)은 동일한 추정 총 손실 값에 대해 다르지만 2개의 서로 다른 측정된 온도에 대해 다른 측정된 온도(Tmes)에 대한 보정 계수(K1)를 전달한다.
이러한 방식으로, 보정은 훨씬 더 정확해지고, 측정된 온도를 과도하게 보정하지 않도록 결정하는 것이 가능하며, 추정된 손실이 강세를 보임에도 불구하고 후자가 그다지 높지 않은 경우 한계 온도를 초과할 확률은 낮아지게 된다.
상기 권선(2)의 온도 보정 시스템(11)은 측정된 온도 값(Tmes)에 측정된 온도(Tmes)의 보정 계수(K1)를 가산하고 중간 보정 값(T1)을 전달하도록 구성된 합산기(20)를 더 포함한다.
상기 권선(2)의 온도 보정 시스템(11)은 또한 이산 상태(discrete state) 적분기를 포함하는 필터링 모듈(22)의 입력에 계수(Kp)를 적용하고 최종 보정된 값(Tcorr)을 전달하기 위한 모듈(21)을 포함한다. 그 후에, 최종 보정된 값(Tcorr)은 루프백되고 상기 합산기(20)에서 감산된다. 상기 계수(Kp)는 상기 모듈(22)에 적용된 필터의 이득이다.
따라서, 상기 온도 보정 시스템(11)은 상기 권선의 코어에서의 실제 온도 상에 상기 권선의 표면 상에서 측정되는 측정된 온도(Tmes)를 효과적으로 재정렬하는 것을 가능하게 한다.
도 5에 나타낸 흐름도는 도 2에 나타낸 시스템에 의해 구현되는 방법(500)의 일 예를 보여준다.
제1 단계 501에서, 상기 온도 프로브(5)에 의해 측정된 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes), 상기 위치 센서(9)에 의해 측정된 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 값(ω) 및 상기 전류 센서(10)에 의해 측정된 상기 인버터(7)를 통해 흐르는 RMS 전류(Ieff)의 측정값이 검색된다.
단계 502에서, 상기 전기 기계(1)에 의해 전달되는 엔진 토크(C)가 추정된다.
단계 503에서, 주울 효과에 의한 열 손실(PJ)의 추정은 RMS 전류(Ieff)와 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 계산된다.
온도의 함수로서 전기 저항(R)의 변화에 의한 온도에 대한 이러한 손실(PJ)의 의존성은 또한 상기 수학식 1
에 의해 감안된다.
다음 단계 504에서, 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실에 대한 제1 보정 계수(F1)가 결정된다.
상기 제1 보정 계수(F1)는 상기 전기 기계의 회전 속도와 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)의 함수로서 달라지게 된다. 상기 제1 보정 계수(F1)는 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이다.
단계 505에서, 상기 전기 기계(1)의 회전 속도와 상기 토크로 인한 열 손실에 대한 제2 보정 계수(F2)가 결정된다.
상기 제2 보정 계수(F2)는 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 값과 상기 토크(C)의 추정치의 함수로서 달라지게 된다. 상기 제2 보정 계수(F2)는 테스트 벤치 상에서 상기 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이다.
단계 506에서, 상기 열 손실의 전체 보정 계수(F)는 상기 제1 및 제2 보정 계수(F1, F2)를 곱하여 계산되고, 단계 507에서 상기 전기 기계(1)의 보정된 총 열 손실의 추정치는 단계 503에서 계산된 주울 효과에 의한 열 손실(PJ)의 추정치와 상기 총 보정 계수(F)를 곱하여 계산된다.
단계 508에서, 상기 온도 프로브(5)에 의해 측정되는 측정된 온도(Tmes)에 대해 보정 계수(K1)가 결정된다.
상기 보정 계수(K1)는 상기 전기 기계(1)의 총 열 손실의 추정치의 함수로서 그리고 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 달라지게 된다. 상기 온도의 보정 계수(K1)는 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득된 것이다.
단계 509에서, 상기 측정된 온도(Tmes)의 보정 계수(K1)를 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 가산함으로써 중간 보정 값(T1)이 결정된다.
단계 510 및 511은 이러한 중간 보정 값(T1)에 대한 조절 루프를 구현한다. 단계 510에서는, 상기 중간 보정 값(T1)에 대한 오차에 계수(Kp)가 적용되고, 단계 511에서는 상기 오차에 이득(Kp)을 곱한 값인 이전 값을 이산 상태 적분기로 필터링하여 최종 보정 값(Tcorr)이 계산된다. 이러한 이산 상태 적분기의 전달 함수(z)는 다음과 같은 형태
를 이룬다. 여기서 T는 샘플링 주기이다.
상기 최종 보정 값(Tcorr)은 이때 루프백되어 단계 509에서 상기 중간 보정 값(T1)으로부터 감산된다.
상기 권선의 코어에서의 실제 온도와 관련하여 측정된 온도를 보정하는 방법은 프로토타입(prototype)에 대해 사전에 수행된 실험 측정치의 함수로 구성 및 수행된다. 예를 들어, 프로토타입의 권선 코어에 열전대가 설치되는데, 이는 자동차에 설치된 전기 기계에서 가능하지 않은 것이다.
본 발명에 의해 상기 권선의 코어에서의 실제 온도 값에 근접함으로써 전기 기계의 권선의 온도 측정이 개선되면서 상기 전기 기계의 성능 레벨이 보장되고 과열로부터 상기 전기 기계가 보호된다.

Claims (16)

  1. 교류(AC) 전기 기계(1), 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차(6)의 AC 전기 기계(1)의 권선(2)의 온도 측정치를 보정하는 방법으로서, 상기 자동차(6)에서는 매 순간마다 상기 권선(2)의 표면 상에 위치한 온도 프로브(5)에 의해 측정되는 상기 권선의 측정된 온도 값(Tmes), 위치 센서(9)에 의해 측정되는 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω) 및 전류 센서(10)에 의해 측정되며 상기 전기 기계(1)를 제어하는 인버터(7)를 통해 흐르는 RMS 전류(Ieff)의 측정된 값이 검색되며, 상기 보정 방법은, 상기 권선의 측정된 온도 값(Tmes)을 상기 전기 기계의 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot) 및 상기 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 보정하는 것을 포함하며, 상기 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)는 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정 및 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실의 보정의 함수로서 보정된 주울 효과에 의한 열 손실(Pj)의 추정치에 의존하는, 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정은 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되며 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω)과 측정된 온도 값(Tmes)의 함수로서 결정되는 제1 보정 계수(F1)의 적용을 포함하는, 보정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 회전 속도와 토크로 인한 열 손실의 보정은, 테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되고 그리고 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω) 및 상기 전기 기계(1)의 토크(C)의 추정치의 함수로서 결정되는 제2 보정 계수(F2)의 적용을 포함하는, 보정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    주울 효과에 의한 열 손실(Pj)의 추정치는 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes) 및 상기 RMS 전류(Ieff)의 함수로서 계산되는, 보정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 벤치 상에서 전기 기계에 대해 수행된 사전 테스트로부터 획득되는 온도의 보정 계수(K1)는 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes)와 상기 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)의 함수로서 결정되고, 상기 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)는 주울 효과에 의한 열 손실(Pj)의 추정치, 상기 전기 기계의 교번 특성으로 인한 열 손실의 보정 계수(F1) 및 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실의 보정 계수(F2)의 곱인, 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보정 계수(K1)를 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 가산함으로써 중간 보정 값(T1)이 계산되는, 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중간 보정 값(T1)에 계수(Kp)를 곱한 값을 이산 상태 적분기로 필터링하여 최종 보정 값(Tcorr)이 계산되는, 보정 방법.
  8. 전기 기계(1), 특히 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차(6)의 전기 기계(1)의 권선(2)의 온도 측정 값을 보정하기 위한 시스템(11)으로서, 상기 보정 시스템(11)은, 상기 권선(2)의 표면 상에 위치한 온도 프로브(5), 상기 전기 기계(1)의 회전 속도(ω)를 측정하는 위치 센서 및 상기 전기 기계(1)를 제어하는 인버터(7)를 통해 흐르는 RMS 전류(Ieff)를 측정하는 전류 센서(10)를 포함하며, 상기 보정 시스템(11)은, 상기 온도 프로브(5)에 의해 측정된 상기 권선(2)의 측정된 온도(Tmes)의 함수로서 그리고 상기 전기 기계(1)의 보정된 총 열 손실을 추정하는 모듈(13)에서 수행되는 상기 전기 기계(1)의 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)의 함수로서 온도 보정 함수(K1)를 결정하도록 구성된 모듈(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보정 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 총 열 손실을 추정하는 모듈(13)은 상기 RMS 전류(Ieff), 상기 측정된 온도 값(Tmes), 상기 전기 기계의 측정된 회전 속도(ω), 및 상기 전기 기계(1)에 의해 전달되는 토크(C)의 추정치의 함수로서 상기 전기 기계(1)의 보정된 총 열 손실의 추정치(Ptot)를 결정하도록 구성되며, 상기 전기 기계(1)의 총 열 손실을 추정하는 모듈(13)은 주울 효과에 의한 손실을 추정하는 모듈(14), 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하는 모듈(15), 및 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실을 보정하는 모듈(16)을 포함하는, 보정 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실을 보정하는 모듈(15)은 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω)과 상기 측정된 온도 값(Tmes)의 함수로서 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실에 대한 제1 보정 계수(F1)를 결정하도록 구성되는, 보정 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 회전 속도와 토크로 인한 열 손실을 보정하는 모듈(16)은 상기 전기 기계(1)의 측정된 회전 속도 값(ω)과 상기 토크(C)의 추정치의 함수로서 상기 전기 기계의 회전 속도 및 토크로 인한 열 손실에 대한 제2 보정 계수(F2)를 결정하도록 구성되는, 보정 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    주울 효과로 인한 열 손실을 추정하는 모듈(14)은 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 상기 RMS 전류(Ieff)의 함수로서 주울 효과에 의한 열 손실(Pj)의 추정치를 계산하도록 구성되는, 보정 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 총 열 손실을 추정하는 모듈(13)은 상기 전기 기계(1)의 교번 특성으로 인한 열 손실과 상기 전기 기계(1)의 회전 속도 및 상기 토크로 인한 열 손실의 보정 계수들을 곱하여 상기 열 손실에 대한 총 보정 계수(F)를 전달하도록 구성된 제1 곱셈기(17), 및 상기 열 손실에 대한 총 보정 계수(F) 및 주울 효과(Joule effect)에 의한 열 손실(Pj)의 추정치를 곱하여 상기 전기 기계(1)의 총 열 손실의 추정치(Ptot)를 전달하도록 구성된 제2 곱셈기(18)를 포함하는, 보정 시스템.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정 시스템(11)은 상기 권선(2)의 측정된 온도 값(Tmes)과 상기 온도 보정 계수(K)를 가산하여 중간 보정 값(T1)을 전달하도록 구성된 제1 합산기(20)를 포함하는, 보정 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보정 시스템(11)은, 상기 중간 보정 값(T1)에 계수(Kp)를 적용하는 모듈(21)과 이산 상태 적분기를 포함하고 최종 보정 값(Tcorr)을 전달하는 필터링 모듈(22)을 포함하는, 보정 시스템.
  16. 적어도 하나의 전기 기계(1), 인버터(7), 상기 인버터를 제어하는 수단, 상기 전기 기계(1)의 성능 레벨을 관리하는 시스템, 및 상기 인버터 제어 수단에 통합되도록 의도되고 상기 전기 기계(1)의 성능 레벨을 관리하는 시스템에 상기 권선(2)의 보정된 온도 값(Tcorr)을 전달하도록 구성된 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 상기 권선(2)의 온도 측정치를 보정하는 시스템(11)을 포함하는 전기 추진 또는 하이브리드 추진 기능을 지니는 자동차(6).
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