KR102324028B1 - 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템은 무선으로 연결된 외부 전원으로부터 교류전압을 수신하는 무선수신부, 및 무선충전모드에 따라 상기 교류전압을 직류전압으로 변환하는 PFC 회로와 변환된 직류전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 컨버터 회로를 구현하고, 모터제어모드에 따라 차량 구동용 모터를 제어하는 3상 인버터 토폴로지를 구현하도록 구성되는 컨버터겸용 인버터부를 포함한다.

Description

배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법{VEHICLE MOTOR CONTROL SYSTEM WITH BATTERY WIRELESS CHARGING FUNCTION AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 모터 제어 시스템에 관한 것으로서, 일례로 차량용 모터의 제어가 가능할 뿐만 아니라 배터리의 무선 충전이 가능한 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
친환경 차량은 HEV(Hybrid Electric vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric vehicle), 및 EV(Electric vehicle)와 같이 엔진 및 모터를 동시에 탑재하고, 모터 및 내부 전기시스템을 동작시키기 위하여 고전압 배터리를 탑재한다. 종래 친환경 차량 중에서 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 또는 전기 자동차(EV)의 경우, 외부 전원을 통하여 고전압 배터리를 충전한다.
종래 친환경 차량의 고전압 배터리를 무선 충전할 경우, 외부 무선충전 시스템의 코일에서 전달되는 에너지를 차량 내부에 장착된 차량 탑재형 무선충전 시스템을 통해 전달받아 충전을 수행한다.
차량 외부 무선충전 시스템의 세부동작은 다음과 같다.
첫째, 외부 상용전력계통에서 전달된 교류 전원에 대해 외부 무선충전 시스템의 PFC 시스템을 통해 교류-직류 에너지 변환을 수행한다.
둘째, 변환된 직류 에너지를 외부 무선충전 시스템의 전력변환장치를 통해 고주파 교류에너지로 변환한다.
셋째. 변환된 고주파 교류에너지를 외부 무선충전 시스템의 전력변환장치 내부의 송신 코일(TX Coil)을 통해 송신한다.
차량 내부 무선충전 시스템의 세부동작은 다음과 같다.
첫째, 외부 무선충전 시스템의 전력변환장치 내부의 송신 코일(TX Coil)에서 송신한 송신 에너지를 차량 내부 무선충전 시스템의 수신 코일(RX Coil)을 통해 수신한다.
둘째, 차량 내부 무선충전 시스템의 수신 코일(RX Coil)을 통해 수신된 에너지를 차량 내부 무선충전 시스템의 정류 시스템을 통하여 직류 에너지로 변환한다.
셋째. 변환된 직류 에너지를 배터리 전압의 레벨(Level)에 맞게 내부 직류-직류 전력변환장치를 통해 승압 또는 강압하여 배터리로 전달한다.
이러한 차량 탑재형 무선 충전시스템은 고전압 스위치, 인덕터, 커패시터, 릴레이, 제어 보드, 냉각 시스템과, 이를 구성하기 위한 별도의 패키징이 필요하다.
그리고 이러한 차량 탑재형 무선 충전시스템에 구성하는 각각의 부품은 고가 및 고중량의 부품으로 구성되어 친환경 차량의 전체적인 원가 상승을 초래하고, 차량 중량 증가로 인하여 차량 연비에 악영향을 준다는 문제가 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 모터 제어용 인버터를 이용한 충전방식이 새로운 기술분야로 연구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1974507호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차량 구동용 모터의 제어뿐만 아니라 배터리의 무선 충전이 가능한 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템은, 무선으로 연결된 외부 전원으로부터 교류전압을 수신하는 무선수신부; 및 무선충전모드에 따라 상기 교류전압을 직류전압으로 변환하는 PFC 회로와 변환된 직류전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 컨버터 회로를 구현하고, 모터제어모드에 따라 차량 구동용 모터를 제어하는 3상 인버터 토폴로지를 구현하도록 구성되는 컨버터겸용 인버터부;를 포함한다.
상기 무선수신부는, 외부 전원에 의해 전압이 인가되는 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일의 일단과 상기 컨버터겸용 인버터부의 사이에 LC 직렬 공진 회로가 구비될 수 있다.
상기 무선수신부는, 상기 수신 코일의 타단과 상기 컨버터겸용 인버터부의 사이에 배터리 무선 충전을 위한 연결 스위치가 구비될 수 있다.
상기 컨버터겸용 인버터부는, 서로 직렬 연결되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 일단이 연결되는 제1 폴 회로와, 서로 직렬 연결되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 타단이 연결되는 제2 폴 회로를 포함하고, 상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로를 이용하여 상기 PFC 회로를 구현할 수 있다.
상기 컨버터겸용 인버터부는, 서로 직렬 연결되는 제5 스위칭 소자와 제6 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로에 병렬 연결되는 제3 폴 회로를 포함하고, 상기 제3 폴 회로를 이용하여 상기 컨버터 회로를 구현할 수 있다.
상기 제3 폴 회로는 배터리에 병렬 연결되고, 상기 제3 폴 회로와 상기 배터리의 사이에 모터 제어를 위한 연결 스위치가 구비될 수 있다.
상기 제3 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제1 상에 연결되고, 상기 제2 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제2 상에 연결되고, 상기 제3 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제3 상에 연결되며, 상기 제1 폴 회로, 상기 제2 폴 회로, 및 상기 제3 폴 회로는 상기 3상 인버터 토폴로지를 구현할 수 있다.
상기 제2 폴 회로와 상기 차량 구동용 모터의 제2 상 사이에, 및 상기 제3 폴 회로와 상기 차량 구동용 모터의 제3 상 사이에 모터 제어를 위한 연결 스위치가 구비될 수 있다.
상기 배터리와 상기 차량 구동용 모터의 중성점 사이에 배터리 무선 충전을 위한 연결 스위치가 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법은 무선수신부와 컨버터겸용 인버터부를 구비하는 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법에 있어서, 무선 충전 모드에 따라 상기 무선수신부가 외부 전원으로부터 교류 전압을 수신하는 전압 수신 단계; 상기 컨버터겸용 인버터부의 적어도 일부 구성이 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 단계; 및 상기 정류 단계에서 이용되지 않은 상기 컨버터겸용 인버터부의 일부 구성이 상기 정류 단계에서 변환된 직류 전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 변압 단계;를 포함할 수 있다.
제어부가 무선 충전 모드 또는 모터 제어 모드 중에서 어느 하나의 모드로 동작하는 모드 동작 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모터 제어 모드에 따라 상기 컨버터겸용 인버터부가 배터리의 전압을 이용하여 차량 구동용 모터를 제어하는 모터 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정류 단계에서, 상기 컨버터겸용 인버터부의 적어도 일부 구성을 이용하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 PFC 회로를 구현할 수 있다.
상기 변압 단계에서, 상기 정류 단계에서 이용되지 않은 상기 컨버터겸용 인버터부의 일부 구성을 이용하여 상기 직류 전압의 변압을 위한 컨버터 회로를 구현할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템 및 그것의 동작 방법에 의하면, 친환경 차량의 고전압 배터리를 무선충전방식으로 충전할 경우, 기존 친환경 차량 내에 탑재되어 있는 모터 제어용 인버터 시스템을 이용하여 무선충전을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존 무선충전을 위해 차량 내부에 탑재된 정류 시스템 및 직류-직류 전력변환장치를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터 제어 시스템의 부피와 무게를 줄이고 가격을 절감할 수 있으며, 모터 제어 및 배터리 충전 효율 상승이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템의 회로도이다.
도 2는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 PFC 회로의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 3은 무선 충전 모드에 따라 구현되는 PFC 회로의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 4는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 컨버터 회로의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 5는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 컨버터 회로의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 6은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 7은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 8은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제3 도면이다.
도 9는 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제4 도면이다.
도 10은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제5 도면이다.
도 11은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제6 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템의 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템(100)은 배터리의 무선 충전이 가능할 뿐만 아니라 차량 구동용 모터의 제어가 가능한 것으로서, 무선수신부(110), 및 컨버터겸용 인버터부(120)를 포함한다.
무선수신부(110)는 차량 배터리(BATT)의 충전이 필요한 경우, 무선으로 연결된 외부 전원으로부터 교류전압을 전달받을 수 있다. 무선수신부(110)는 외부 전원으로부터 자기유도방식으로 전압을 인가받는 수신 코일(Ls)을 구비할 수 있다. 무선수신부(110)는 컨버터겸용 인버터부(120)와 수신 코일(Ls)의 일단 사이에 직렬 연결되는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 구비할 수 있다. 여기서, 인덕터(L1)와 커패시터(C1)는 LC 직렬 공진 회로를 구현할 수 있다. 무선수신부(110)는 컨버터겸용 인버터부(120)와 수신 코일(Ls)의 타단 사이에 연결되는 제1 연결 스위치(SW1)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 연결 스위치(SW1)는 무선충전모드에 따라 턴 온(Turn On) 동작하도록 제어될 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 무선충전모드에 따라 무선수신부(110)의 교류전압을 직류전압으로 변환하는 PFC(Power Factor Correction) 회로와 변환된 직류전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 컨버터 회로를 구현할 수 있다. 컨버터겸용 인버터부(120)는 모터제어모드에 따라 차량 구동용 모터를 제어하는 3상 인버터 토폴로지를 구현할 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 평상시 복수의 스위칭 소자를 포함하여 3상 인버터 토폴로지를 구성할 수 있다. 여기서, 복수의 스위칭 소자는 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3), 제4 스위칭 소자(S4), 제5 스위칭 소자(S5), 및 제6 스위칭 소자(S6)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)는 서로 직렬 연결되어 3상 인버터 토폴로지의 제1 폴 회로(PL1)를 구성할 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)와 제4 스위칭 소자(S4)는 서로 직렬 연결되어 3상 인버터 토폴로지의 제2 폴 회로(PL2)를 구성할 수 있다.
제5 스위칭 소자(S5)와 제6 스위칭 소자(S6)는 서로 직렬 연결되어 3상 인버터 토폴로지의 제3 폴 회로(PL3)를 구성할 수 있다.
제1 폴 회로(PL1), 제2 폴 회로(PL2), 및 제3 폴 회로(PL3)는 서로 병렬 연결되며, 적절한 조합을 통해 상술한 바 있는 PFC 회로 및 컨버터 회로를 구현할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)가 조합되는 경우, 무선충전모드에서 교류전압을 직류전압으로 변환하는데 이용되는 PFC 회로가 구현될 수 있다.
또한, 제3 폴 회로(PL3)는 직류전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 컨버터 회로로 이용될 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 제5 스위칭 소자(S5)와 배터리(BATT) 사이에 연결되는 제2 연결 스위치(SW2)를 구비할 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 제5 스위칭 소자(S5)와 제6 스위칭 소자(S6)의 사이에 차량 구동용 모터(MOT)의 제1 상(U 상)이 연결될 수 있다. 즉, 제3 폴 회로(PL3)에는 차량 구동용 모터(MOT)의 제1 상(U 상)이 연결될 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 제3 스위칭 소자(S3)와 제4 스위칭 소자(S4)의 사이에 차량 구동용 모터(MOT)의 제2 상(V 상)이 연결될 수 있다. 즉, 제2 폴 회로(PL2)에는 차량 구동용 모터(MOT)의 제2 상(V 상)이 연결될 수 있다. 여기서, 제2 폴 회로(PL2)와 차량 구동용 모터(MOT)의 사이에는 제3 연결 스위치(SW3)가 구비될 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)의 사이에 차량 구동용 모터(MOT)의 제3 상(W 상)이 연결될 수 있다. 즉, 제1 폴 회로(PL1)에는 차량 구동용 모터(MOT)의 제3 상(W 상)이 연결될 수 있다. 여기서, 제1 폴 회로(PL1)와 차량 구동용 모터(MOT)의 사이에는 제4 연결 스위치(SW4)가 구비될 수 있다.
또한, 차량 구동용 모터(MOT)의 중성점(NP)과 배터리(BATT)의 사이에는 제5 연결 스위치(SW5)가 구비될 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 배터리(BATT)와 병렬 연결되는 커패시터(C2)를 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템(100)은, 3상 인버터 토폴로지를 이용하여 차량 구동용 모터(MOT)의 제어가 가능할 뿐만 아니라, 3상 인버터 토폴로지의 일부 구성의 조합을 통해 PFC 회로와 컨버터 회로를 구현함으로써 배터리(BATT)의 무선 충전이 가능한 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템(100)의 모터 제어 및/또는 배터리 충전에 따른 신호 흐름을 설명한다.
도 2는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 PFC 회로의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 2에서, 모터 제어 시스템(100)이 무선 충전 모드로 동작하는 경우, 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)는 PFC 회로를 구현한다. 또한, PFC 회로의 제1 정류 동작 모드에 따른 신호 흐름을 확인할 수 있다. 이때 무선수신부(110)의 제1 연결 스위치(SW1)는 턴 온(Turn On) 동작한다. 또한 제2 연결 스위치(SW2), 제3 연결 스위치(SW3), 제6 연결 스위치(SW6), 및 제5 연결 스위치(SW5)는 턴 오프(Turn Off) 상태이다.
제1 폴 회로(PL1)의 제1 스위칭 소자(S1)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 제2 폴 회로(PL2)의 제3 스위칭 소자(S3)는 턴 오프(Turn Off) 동작하고, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 온(Turn On) 동작한다.
도 3은 무선 충전 모드에 따라 구현되는 PFC 회로의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 3에서, PFC 회로의 제2 정류 동작 모드에 따른 신호 흐름을 확인할 수 있다. 제1 폴 회로(PL1)의 제1 스위칭 소자(S1)는 턴 오프(Turn Off) 동작하고, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 온(Turn On) 동작한다. 이때 제2 폴 회로(PL2)의 제3 스위칭 소자(S3)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다.
도 2 및 도 3의 제1 정류 동작 모드와 제2 정류 동작 모드에 따라, 무선수신부(110)에서 수신한 교류 전압이 직류 전압으로 변환될 수 있다.
도 4는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 컨버터 회로의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 4에서, 모터 제어 시스템(100)이 무선 충전 모드로 동작하는 경우, 제3 폴 회로(PL3)는 컨버터 회로를 구현한다. 또한, 컨버터 회로의 제1 강압 동작 모드에 따른 신호 흐름을 확인할 수 있다.
제1 강압 동작 모드에 따라 제3 폴 회로(PL3)의 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 제5 연결 스위치(SW5)는 턴 온(Turn On) 동작한다. 또한, 제2 연결 스위치(SW2), 제3 연결 스위치(SW3), 및 제4 연결 스위치(SW4)는 턴 오프(Turn Off) 상태를 유지한다.
도 5는 무선 충전 모드에 따라 구현되는 컨버터 회로의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 5에서, 컨버터 회로의 제2 강압 동작 모드에 따른 신호 흐름을 확인할 수 있다.
제2 강압 동작 모드에 따라 제3 폴 회로(PL3)의 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 오프(Turn Off) 동작하고, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 온(Turn On) 동작한다.
도 2 및 도 3에서 PFC 회로에 의해 변환된 직류전압은 도 4 및 도 5와 같은 제1 강압 동작 모드와 제2 강압 동작 모드에 따라 적절히 강압되어 배터리(BATT)에 충전될 수 있다.
도 6 내지 도 11은 모터 제어 모드에 따라 구현되는 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여준다.
도 6은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제1 도면이다.
도 6에서, 차량 주행에 따라 모터 제어 시스템(100)이 모터 제어 모드로 동작하는 경우, 제1 폴 회로(PL1), 제2 폴 회로(PL2), 및 제3 폴 회로(PL3)의 경우 3상 인버터 토폴로지를 구현한다. 이때 제1 연결 스위치(SW1)와 제5 연결 스위치(SW5)는 턴 오프(Turn Off) 동작하고, 제2 연결 스위치(SW2), 제3 연결 스위치(SW3), 및 제4 연결 스위치(SW4)는 턴 온(Turn On) 동작한다. 이를 통해 무선수신부(110)의 교류 전원 수신이 중지되고, 3상 인버터 토폴로지와 차량 구동용 모터(MOT)가 연결된다. 즉, 제1 폴 회로(PL1), 제2 폴 회로(PL2)와 제3 폴 회로(PL3) 각각은 차량 구동용 모터(MOT)의 제1 상(U 상), 제2 상(V 상), 제3 상(W 상)에 연결된다.
그런 다음, 각종 모터동작모드의 모터 제어 신호에 따라 제1 폴 회로(PL1), 제2 폴 회로(PL2)와 제3 폴 회로(PL3) 각각의 스위칭 소자는 모터 제어를 위한 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
도 6에서 모터 제어 시스템(100)이 제1 모터동작모드로 동작하는 경우, 제1 스위칭 소자(S1), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제3 상(W 상)을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 7은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제2 도면이다.
도 7에서, 모터 제어 시스템(100)이 제2 모터동작모드로 동작하는 경우, 제1 스위칭 소자(S1), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제2 스위칭 소자(S2), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제2 상(V 상)과 제3 상(W 상)을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 8은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제3 도면이다.
도 8에서, 모터 제어 시스템(100)이 제3 모터동작모드로 동작하는 경우, 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제1 스위칭 소자(S1), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제2 상(V 상)을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 9는 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제4 도면이다.
도 9에서, 모터 제어 시스템(100)이 제4 모터동작모드로 동작하는 경우, 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제1 스위칭 소자(S1), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제1 상(U 상)과 제2 상(V 상)을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 10은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제5 도면이다.
도 10에서, 모터 제어 시스템(100)이 제5 모터동작모드로 동작하는 경우, 제2 스위칭 소자(S2), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제1 스위칭 소자(S1), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제1 상(U 상) 을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 11은 차량 구동용 모터의 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지의 신호 흐름을 보여주는 제6 도면이다.
도 11에서, 모터 제어 시스템(100)이 제6 모터동작모드로 동작하는 경우, 제1 스위칭 소자(S1), 제4 스위칭 소자(S4)와, 제5 스위칭 소자(S5)는 턴 온(Turn On) 동작하고, 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3)와, 제6 스위칭 소자(S6)는 턴 오프(Turn Off) 동작한다. 이때 배터리(BATT)의 전압 신호는 제1 상(U 상)과 제3 상(W 상)을 통해 차량 구동용 모터(MOT)에 인가된다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 12를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법은, 모드 동작 단계(S1210), 전압 수신 단계(S1220), 정류 단계(S1230), 및 변압 단계(S1240)를 포함할 수 있다.
먼저 모드 동작 단계(S1210)에서, 제어부(미도시)는 무선 충전 모드 또는 모터 제어 모드 중에서 어느 하나의 모드로 동작한다. 여기서, 제어부는 차량 정차 시에 무선 충전 모드로 동작할 수 있다. 또한, 제어부는 차량 주행 중에 모터 제어 모드로 동작할 수 있다.
전압 수신 단계(S1220)에서, 무선수신부(110)는 외부 전원으로부터 교류 전압을 수신할 수 있다. 여기서, 제어부는 무선 충전 모드로 동작하여 제1 연결 스위치(SW1)를 턴 온(Turn On) 동작하도록 제어할 수 있다. 이를 통해 무선수신부(110)는 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)에 연결되어 교류 전압 전달이 가능하다.
정류 단계(S1230)에서, 컨버터겸용 인버터부(120)는 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)를 이용하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 여기서, 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 PFC 회로를 구현할 수 있다. 또한, 제1 폴 회로(PL1)와 제2 폴 회로(PL2)는 스위칭 소자들(S1, S2, S3, S4)의 스위칭 동작을 통해 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다.
변압 단계(S1240)에서, 컨버터겸용 인버터부(120)는 제3 폴 회로(PL3)를 이용하여 직류 전압을 배터리 충전 전압으로 변압할 수 있다. 여기서, 제어부는 제5 연결 스위치(SW5)를 턴 온(Turn On) 동작하도록 제어할 수 있다. 제3 폴 회로(PL3)는 직류 전압의 변압을 위한 컨버터 회로를 구현할 수 있다. 또한, 제3 폴 회로(PL3)는 스위칭 소자들(S5, S6)의 스위칭 동작을 통해 직류 전압을 강압 또는 승압할 수 있다. 이를 통해 배터리(BATT)는 적합한 전압이 인가되어 충전될 수 있다.
한편, 모드 동작 단계(S1210)에서, 제어부(미도시)는 모터 제어 모드로 동작할 수 있다. 제어부는 모터 제어 모드에 따라 제2 연결 스위치(SW2), 제3 연결 스위치(SW3), 및 제4 연결 스위치(SW4)의 턴 온(Turn On) 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 제1 연결 스위치(SW1)와 제5 연결 스위치(SW5)의 턴 오프(Turn Off) 동작을 제어할 수 있다.
컨버터겸용 인버터부(120)는 모터 제어 모드에 따라 배터리(BATT)의 전압을 이용하여 차량 구동용 모터(MOT)를 제어할 수 있다. 컨버터겸용 인버터부(120)는 제1 폴 회로(PL1), 제2 폴 회로(PL2) 및 제3 폴 회로(PL3)를 이용하여 모터 제어를 위한 3상 인버터 토폴로지를 구현할 수 있다. 컨버터겸용 인버터부(120)는 스위칭 소자들(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 스위칭 동작을 통해 차량 구동용 모터(MOT)를 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템
110: 무선수신부
Ls: 수신 코일
L1: 인덕터
C1: 커패시터
120: 컨버터겸용 인버터부
PL1: 제1 폴 회로
PL2: 제2 폴 회로
PL3: 제3 폴 회로
SW1, SW2, SW3, SW4, SW5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 연결 스위치
MOT: 차량 구동용 모터

Claims (14)

  1. 무선으로 연결된 외부 전원으로부터 교류전압을 수신하는 무선수신부; 및
    무선충전모드에 따라 상기 교류전압을 직류전압으로 변환하는 PFC(Power Factor Correction) 회로와 변환된 직류전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 컨버터 회로를 구현하고, 모터제어모드에 따라 차량 구동용 모터를 제어하는 3상 인버터 토폴로지를 구현하도록 구성되는 컨버터겸용 인버터부;
    를 포함하고,
    배터리와 상기 차량 구동용 모터의 중성점 사이에 배터리 무선 충전을 위한 연결 스위치가 구비되고,
    상기 컨버터겸용 인버터부와 상기 배터리의 사이에 상기 차량 구동용 모터의 제어를 위한 연결 스위치가 구비되고,
    상기 컨버터겸용 인버터부는,
    서로 직렬 연결되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 일단이 연결되는 제1 폴 회로와,
    서로 직렬 연결되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 타단이 연결되는 제2 폴 회로, 및
    서로 직렬 연결되는 제5 스위칭 소자와 제6 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로에 병렬 연결되는 제3 폴 회로를 포함하고,
    상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로를 이용하여 상기 PFC(Power Factor Correction) 회로를 구현하고,
    상기 제3 폴 회로를 이용하여 상기 컨버터 회로를 구현하는 것을 특징으로 하는 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선수신부는,
    외부 전원에 의해 전압이 인가되는 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일의 일단과 상기 컨버터겸용 인버터부의 사이에 LC 직렬 공진 회로가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선수신부는, 상기 수신 코일의 타단과 상기 컨버터겸용 인버터부의 사이에 배터리 무선 충전을 위한 연결 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 폴 회로는 상기 배터리에 병렬 연결되고,
    상기 차량 구동용 모터의 제어를 위한 연결 스위치는, 상기 제3 폴 회로와 상기 배터리의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제1 상에 연결되고, 상기 제2 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제2 상에 연결되고, 상기 제3 폴 회로는 상기 차량 구동용 모터의 제3 상에 연결되며,
    상기 제1 폴 회로, 상기 제2 폴 회로, 및 상기 제3 폴 회로는 상기 3상 인버터 토폴로지를 구현하는 것을 특징으로 하는 배터리 무선 충전 기능을 구비하는 차량 모터 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 폴 회로와 상기 차량 구동용 모터의 제2 상 사이에, 및 상기 제3 폴 회로와 상기 차량 구동용 모터의 제3 상 사이에 모터 제어를 위한 연결 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량 모터 제어 시스템.
  9. 삭제
  10. 무선수신부와 컨버터겸용 인버터부를 구비하는 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법에 있어서,
    제어부가 무선 충전 모드 또는 모터 제어 모드 중에서 어느 하나의 모드로 동작하는 모드 동작 단계;
    상기 무선 충전 모드에 따라 상기 무선수신부가 외부 전원으로부터 교류 전압을 수신하는 전압 수신 단계;
    상기 컨버터겸용 인버터부의 적어도 일부 구성이 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 단계;
    상기 정류 단계에서 이용되지 않은 상기 컨버터겸용 인버터부의 일부 구성이 상기 정류 단계에서 변환된 직류 전압을 배터리 충전 전압으로 변압하는 변압 단계; 및
    상기 모터 제어 모드에 따라 상기 컨버터겸용 인버터부가 배터리의 전압을 이용하여 차량 구동용 모터를 제어하는 모터 제어 단계;
    를 포함하고,
    상기 변압 단계에서, 상기 배터리와 상기 차량 구동용 모터의 중성점이 연결되고,
    상기 모터 제어 단계에서, 상기 컨버터겸용 인버터부와 상기 배터리가 연결되며,
    상기 컨버터겸용 인버터부는,
    서로 직렬 연결되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 일단이 연결되는 제1 폴 회로와,
    서로 직렬 연결되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 사이에 상기 무선수신부의 타단이 연결되는 제2 폴 회로, 및
    서로 직렬 연결되는 제5 스위칭 소자와 제6 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로에 병렬 연결되는 제3 폴 회로를 포함하고,
    상기 정류 단계에서, 상기 제1 폴 회로와 상기 제2 폴 회로를 이용하여 PFC(Power Factor Correction) 회로를 구현하고,
    상기 변압 단계에서, 상기 제3 폴 회로를 이용하여 컨버터 회로를 구현하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 제어 시스템의 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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