KR101572910B1 - 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법 - Google Patents
직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치인 고전압 인버터나 컨버터의 전류센서 단선 및 단락을 하드웨어 수정없이 소프트웨어적으로 실시간 검출할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법은, 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치 내에 구비되는 전류센서에서, 전력변환장치에 입력되거나 출력되는 3상(U,V,W)의 전류를 각각 검출하여 제어부에 피드백하는 단계와, 상기 제어부에서 전류센서가 피드백한 각 상의 전류를 더하여 3상 전류의 합을 구하는 단계와, 상기 제어부에서 3상 전류의 합을 기저장된 한계치와 비교하는 단계, 및 상기 제어부에서 3상 전류의 합이 한계치를 초과하는 경우 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법은, 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치 내에 구비되는 전류센서에서, 전력변환장치에 입력되거나 출력되는 3상(U,V,W)의 전류를 각각 검출하여 제어부에 피드백하는 단계와, 상기 제어부에서 전류센서가 피드백한 각 상의 전류를 더하여 3상 전류의 합을 구하는 단계와, 상기 제어부에서 3상 전류의 합을 기저장된 한계치와 비교하는 단계, 및 상기 제어부에서 3상 전류의 합이 한계치를 초과하는 경우 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치인 고전압 인버터나 컨버터의 전류센서 단선 및 단락을 하드웨어 수정없이 소프트웨어적으로 실시간 검출할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
직렬형 하이브리드 전기차량은 고전압 배터리로부터 DC 전력을 공급받아 차량 구동용 견인모터를 구동하고, 엔진과 연결된 발전기로부터 생성된 전력을 DC로 변환하여 고전압 배터리를 충전한다.
이와 같은 직렬형 하이브리드 전기차량용 전력변환장치에는 예를 들어 발전기 제어용 컨버터와 견인모터 제어용 인버터가 있다.
먼저 견인모터 제어용 인버터는 직렬형 하이브리드 전기차량의 견인모터 구동에 필요한 인버터로서 직류 전원을 고속으로 스위칭하여 견인모터의 토크 및 속도 제어를 위해서 사용되는데, 직류 전원의 스위칭을 위해서 스위칭소자(Transistor, IGBT 등)를 포함한다.
도 1은 직렬형 하이브리드 전기차량의 인버터를 설명하기 위한 제어시스템을 나타내는 블록도이다.
상기 인버터(IV)는 스위칭소자인 IGBT 1개가 1개의 스위칭 역할을 수행하며 예를 들어 총 6개의 IGBT로 이루어진다.
상기 인버터(IV)가 직류를 입력받아 3상 교류로 변환하여 견인모터(TM)에 전원으로 공급하는 것에 의해 견인모터(TM)가 구동하기 시작하고, 견인모터(TM)가 구동하는 중에 전류센서(CS)는 인버터(IV)에서 견인모터(TM)로 출력하는 3상(U상,V상,W상)의 전류를 측정하여 제어부(10)에 출력하며, 제어부(10)는 이 3상의 전류에 따라 PWM 신호를 생성하여 인버터(IV)에 구비된 스위치(IGBT)의 게이트에 신호를 인가한다.
즉, 전류센서(CS)는 인버터(IV)와 견인모터(TM) 간의 3상 결선에 구비되어, 각 상의 전류를 검출하여 제어부(10)로 피드백(feedback)하고, 인버터(IV)는 제어부(10)로부터 수신되는 PWM 신호에 따라, 인버터(IV)에 구비되는 다수의 스위칭소자(IGBT)를 스위칭하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하며, 견인모터(TM)에 교류 전류를 공급하여 견인모터(TM)의 구동을 PWM 제어한다.
다음 발전용 컨버터에 대해 설명하면, 발전기는 엔진의 축 토크를 입력으로 하여, 이것을 3상 교류 전력으로 변환하여 출력하고, 컨버터는 발전기로부터 출력되는 3상 교류 전력을 입력으로 하여 이것을 직류 전력으로 변환하여 출력한다.
이때에도 발전기와 컨버터 간의 3상 결선에 전류센서가 구비되어 각 상의 전류를 검출한다.
이와 같이 직렬형 하이브리드 전기차량의 3상 전류를 검출하는 전류센서의 단선 및 단락을 검출하기 위해 종래에는 하드웨어적으로 검출회로를 구현해야 하므로 회로가 복잡해지고, 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소프트웨어적인 검출 알고리즘을 이용해 전류센서의 단선 및 단락을 검출할 수 있고, 검출회로가 필요없어 회로가 단순해지면서 그만큼 제작비용을 줄일 수 있는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법은, 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치 내에 구비되는 전류센서에서, 전력변환장치에 입력되거나 출력되는 3상(U,V,W)의 전류를 각각 검출하여 제어부에 피드백하는 단계와,
상기 제어부에서 전류센서가 피드백한 각 상의 전류를 더하여 3상 전류의 합을 구하는 단계와,
상기 제어부에서 3상 전류의 합을 기저장된 한계치와 비교하는 단계, 및
상기 제어부에서 3상 전류의 합이 한계치를 초과하는 경우 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 구성된다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 소프트웨어적인 검출 알고리즘을 이용해 전류센서의 단선 및 단락을 검출할 수 있고, 검출회로가 필요없어 회로가 단순해지면서 그만큼 제작비용을 줄일 수 있다.
또한, 전류센서의 단선 및 단락 발생시 3상의 전류센서 중 어느 상의 전류센서가 단선 및 단락인지 구분할 수 있고, 3개의 전류센서 중 1개의 전류센서가 고장난 경우 나머지 2개의 전류센서만으로 인버터의 동작을 정상화시킬 수 있다.
도 1은 직렬형 하이브리드 전기차량의 인버터를 설명하기 위한 제어시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 단선 및 단락을 검출하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2를 설명하기 위한 검출 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 2에 의한 전류센서의 단선 및 단락 검출 시에 인버터의 정상 작동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 단선 및 단락을 검출하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2를 설명하기 위한 검출 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 2에 의한 전류센서의 단선 및 단락 검출 시에 인버터의 정상 작동 방법을 나타내는 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 단선 및 단락을 검출하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 도 2를 설명하기 위한 검출시스템의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 인버터(110), 전류센서(120), 제어부(130) 및 견인모터(TM)를 포함한다.
인버터(110)는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 견인모터(TM)로 구동전류를 공급하는 구성부로서, 제어부(130)로부터 제공되는 PWM 신호에 따라 내부에 구비되는 다수의 스위칭소자(트랜지스터, IGBT 등)를 스위칭하여 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하고, 견인모터(TM)에 3상 교류 전류를 공급하여 견인모터(TM)의 구동을 PWM 제어한다.
전류센서(120)는 견인모터(TM)로 공급되는 전류, 즉, 모터전류를 검출하는 구성으로서, 상기 인버터(110)와 견인모터(TM)간의 3상 결선에 형성되어, 각 상의 전류를 검출하여 제어부(130)로 피드백(feedback)한다.
제어부(130)는 견인모터(TM)의 PWM 제어 여부를 판단하여, 견인모터(TM)의 PWM 제어가 이루어지고 있는 경우에 전류센서(120)에서 검출되어 피드백되는 3상 모터전류의 합(Isum = Iu + Iv + Iw)으로 고장(Fault) 여부를 판단한다.
여기서 이론적으로는 인버터를 통해 견인모터로 출력되는 3상 모터전류의 합은 0이 되어야 한다.
즉, Iu + Iv + Iw = Isum = 0이다.
하지만 실제로 전류센서의 레졸루션(Resolution), 제어부에 구비된 A/D 컨버터(ADC) A/D 변환 오차 등에 의해 0이 되지 않더라도, 3상 모터전류의 합은 소정 한계치 이내에 있어야 한다.
미설명 부호 132는 DSP 보드이고, 134는 게이트 보드로서 DSP 보드(132)에서 인버터(100)의 스위칭소자를 스위칭할 게이트 신호를 생성하여 게이트 보드(134)를 통해 인버터(110)에 출력한다.
도 2를 참고하면, 인버터(110)에 의해 교류로 변환된 3상 전류가 견인모터(TM)에 공급되어 견인모터(TM)가 구동되는 경우, 전류센서(120)는 견인모터(TM)에 공급되는 각 상의 모터전류를 매 제어주기마다 검출하여 제어부(130)에 피드백한다(S202).
제어부(130)는 매 제어주기마다 전류센서(120)에서 피드백한 각 상의 모터전류를 더하여 3상 모터전류의 합을 구한다(S204).
또한, 제어부(130)는 3상 모터전류의 합을 한계치와 비교하여 한계치보다 작은지 아니면 한계치를 초과하는지 확인한다(S206).
이때 한계치는 제어부(130)의 DSP 등에 기저장된 값이다.
만약 3상 모터전류의 합이 한계치를 벗어나는 경우 3개의 전류센서(120) 중 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단하여, 인버터(110)에 PWM 전류 제어를 중지하고 고장(Fault)을 발생한다(S208).
만약 3상 모터전류의 합이 한계치보다 작은 경우 3개의 전류센서(120) 모두가 이상이 없는 것으로 판단하여, 전류센서(120)에서 피드백한 각 상의 모터전류를 더하여 3상 모터전류의 합을 구하는 상기 S204단계를 수행한다..
제어부(130)에서 상기 고장을 발생한 후, 인버터(110)에 전류가 흐르지 않은 상태에서, 전류센서(120)는 각 상에 흐르는 전류(오프셋전류)를 소정횟수인 n회 반복 검출하여 제어부(130)에 피드백한다(S210).
제어부(130)는 전류센서(120)에서 보내온 오프셋전류를 각 상별로 소정횟수인 n회만큼 더한 후 n로 나누어 각 상의 오프셋전류 평균치를 구한다(S212).
제어부(130)는 상기 S212단계에서 구한 각 상의 오프셋전류 평균치에서 오프셋전류 기준치를 빼서 그 뺀 값의 절대치가 정상범위를 초과하는지 확인한다.
즉, │(각 상의 오프셋전류 평균치) - (오프셋전류 기준치)│ > (정상범위)인지 확인한다(S214).
이때 오프셋전류 기준치나 정상범위는 제어부(130)를 구성하는 DSP에 자체 저장되어 있다.
제어부(130)는 절대치가 정상범위를 초과하는 경우 그 상의 오프셋전류를 검출한 전류센서(120)가 단선 또는 단락한 것으로 판단한다(S216).
이때 단선 및 단락이 검출된 전류센서는 하나나 2개일 수 있고, 3개 모두일 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서는 먼저 3상 모터전류의 합으로 전류센서의 이상 유무를 판단하고, 전류센서 이상으로 판단한 경우 각 상의 오프셋전류 평균치를 이용해 어느 전류센서에서 단선 및 단락이 발생했는지 검출한다.
도 4는 도 2에 의한 전류센서의 단선 및 단락 검출 시에 인버터의 정상 작동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2의 순서에 의해 전류센서의 단선 및 단락을 검출한(S216=S402) 후, 제어부(130)는 단선 및 단락이 검출된 전류센서가 하나인지 아닌지를 확인한다(S404).
제어부(130)는 단선 및 단락이 검출된 전류센서가 하나로 확인된 경우 정상적인 2개의 전류센서에서 검출한 모터전류를 이용해 단선 및 단락이 검출된 전류센서의 모터전류를 계산한다(S406).
즉, 인버터(110)를 통해 견인모터(TM)에 출력되는 3상 모터전류의 합은 0인 것을 이용해, 예를 들어 U상 전류센서의 단선 및 단락이 검출된 경우 U상의 모터전류는 V상과 W상의 모터전류를 이용해 Iu = -Iv -Iw와 같이 구할 수 있다.
이와 같이 하여 3상의 모터전류를 모두 알게 되면 인버터(110)를 정상 작동 수 있으므로, 제어부(130)는 고장(Fault)을 해제하고 각 상의 모터전류를 이용해 인버터(110)에 대한 PWM 전류 제어를 재개한다(S408).
이에 의해 인버터(110)가 작동하여(S410) 견인모터(TM)에 3상의 교류 전원을 공급함으로써 견인모터(TM)를 포함한 장비가 정상 구동하게 된다.
이상에서는 인버터(110)와 견인모터(TM) 사이에 구비되어 인버터(110)에서 견인모터(TM)로 출력되는 3상의 모터전류를 검출하는 전류센서(120)의 단선 및 단락에 대해 설명하였으나, 발전기와 컨버터 사이에 구비되어 발전기에서 컨버터로 출력되는 3상의 전류를 검출하는 전류센서에 대해서도 단선 및 단락을 검출할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 의하면 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치 즉, 고전압 인버터나 컨버터의 전류센서 단선 및 단락을 하드웨어 수정없이 소프트웨어적으로 실시간 검출할 수 있다.
또한, 고장(Fault) 검출 루틴에서 전류센서의 단선 및 단락이 검출되면 전류 제어를 중지하고, 이 상태에서 3상 중 어느 상의 전류센서가 단선 및 단락되었는지 확인하여, 고장이 발생한 하나의 전류센서를 배제한 후 나머지 정상적인 2개의 전류센서로만으로 장비 운용을 정상화시킬 수 있다.
그리고 소프트웨어 수정만으로 고장 검출이 가능하므로 고장 검출회로 추가로 인한 회로 복잡성 및 제작비용 상승이 발생하지 않는다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110: 인버터 120: 전류센서
130: 제어부 TM: 경인모터
130: 제어부 TM: 경인모터
Claims (9)
- (a) 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치의 뒷 단에 구비되는 전류센서에서, 전력변환장치에서 출력되는 3상(U,V,W)의 전류를 각각 검출하여 제어부에 피드백하는 단계;
(b) 상기 제어부에서 전류센서가 피드백한 각 상의 전류를 더하여 3상 전류의 합을 구하는 단계;
(c) 상기 제어부에서 3상 전류의 합을 기저장된 한계치와 비교하는 단계; 및
(d) 상기 제어부에서 3상 전류의 합이 한계치를 초과하는 경우 어느 하나 이상의 전류센서를 이용하여 이상이 있는 것으로 판단하는 단계; 를 포함하되,
(e) 상기 (d)단계에서 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단한 경우, 제어부에서 전력변환장치의 전류 제어를 중지하고 고장(Fault)을 발생하는 단계;
(f) 상기 전류센서에서 각 상의 오프셋전류를 n회 반복 검출하여 제어부에 피드백하는 단계;
(g) 상기 제어부에서 각 상의 오프셋전류를 n회만큼 더한 후 n으로 나누어 각 상의 오프셋전류 평균치를 구하는 단계;
(h) 상기 제어부에서 각 상의 오프셋전류 평균치에서 오프셋전류 기준치를 뺀 값의 절대치가 정상범위를 초과하는지 확인하는 단계; 및
(i) 상기 제어부에서 절대치가 정상범위를 초과하는 경우 그 상의 오프셋전류를 검출한 전류센서가 단선이나 단락인 것으로 판단하는 단계; 를
더 수행하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
(j) 상기 (i)단계에서 단선이나 단락이 검출된 전류센서가 하나인 경우, 정상적인 2개의 전류센서에서 검출한 전류(예를 들어 Iv,Iw)를 이용해 단선 및 단락이 검출된 전류센서의 전류(예를 들어 Iu)를 구하는 단계; 및
(k) 상기 제어부에서 고장(Fault)을 해제하고 2개의 검출한 전류와 하나의 계산한 전류를 이용해 전력변환장치의 전류 제어를 재개하는 단계;
를 더 수행하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력변환장치는 직류 전원을 입력받아 3상 교류 전원으로 변환하여 견인모터에 공급하는 인버터이고, 상기 제어부는 인버터를 PWM 전류 제어하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - (a') 직렬형 하이브리드 전기차량에 탑재되는 전력변환장치의 앞 단에 구비되는 전류센서에서, 발전기에서 생성되어 전력변환장치에 입력되는 3상(U,V,W)의 전류를 각각 검출하여 제어부에 피드백하는 단계;
(b') 상기 제어부에서 전류센서가 피드백한 각 상의 전류를 더하여 3상 전류의 합을 구하는 단계;
(c') 상기 제어부에서 3상 전류의 합을 기저장된 한계치와 비교하는 단계; 및
(d') 상기 제어부에서 3상 전류의 합이 한계치를 초과하는 경우 어느 하나 이상의 전류센서를 이용하여 이상이 있는 것으로 판단하는 단계; 를 포함하되,
(e') 상기 (d')단계에서 어느 하나 이상의 전류센서에서 이상이 있는 것으로 판단한 경우 제어부에서 발전기의 전류 제어를 중지하고 고장(Fault)을 발생하는 단계;
(f') 상기 전류센서에서 각 상의 오프셋전류를 n회 반복 검출하여 제어부에 피드백하는 단계;
(g') 상기 제어부에서 각 상의 오프셋전류를 n회만큼 더한 후 n으로 나누어 각 상의 오프셋전류 평균치를 구하는 단계;
(h') 상기 제어부에서 각 상의 오프셋전류 평균치에서 오프셋전류 기준치를 뺀 값의 절대치가 정상범위를 초과하는지 확인하는 단계; 및
(i') 상기 제어부에서 절대치가 정상범위를 초과하는 경우 그 상의 오프셋전류를 검출한 전류센서가 단선이나 단락인 것으로 판단하는 단계; 를
더 수행하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - 삭제
- 제5항에 있어서,
(j') 상기 (i')단계에서 단선이나 단락이 검출된 전류센서가 하나인 경우, 정상적인 2개의 전류센서에서 검출한 전류(예를 들어 Iv,Iw)를 이용해 단선 및 단락이 검출된 전류센서의 전류(예를 들어 Iu)를 구하는 단계; 및
(k') 상기 제어부에서 고장(Fault)을 해제하고 2개의 검출한 전류와 하나의 계산한 전류를 이용해 발전기의 전류 제어를 재개하는 단계;
를 더 수행하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력변환장치는 3상 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하는 컨버터이고, 상기 제어부는 발전기를 PWM 전류 제어하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법. - 제3항 또는 제7항에 있어서,
상기 (j)단계나 (j')단계에서 3상 전류의 합은 0인 것을 이용하여 단선이나 단락이 검출된 전류센서의 전류를 Iu = -Iv -Iw에 의해 계산하는 직렬형 하이브리드 전기차량 탑재용 전력변환장치의 전류센서 단선 및 단락 검출방법.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102686280B1 (ko) * | 2023-02-28 | 2024-07-19 | 삼진정밀(주) | 칩 컨베이어 제어 시스템 |
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2014
- 2014-07-28 KR KR1020140095704A patent/KR101572910B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102686280B1 (ko) * | 2023-02-28 | 2024-07-19 | 삼진정밀(주) | 칩 컨베이어 제어 시스템 |
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