KR20030089902A - Control electronics unit diagnosis method of electric vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for diagnosing a power part of an electric vehicle is provided to diagnose a lifetime and an abnormal state of an electrolytic capacitor by using a voltage sensor for measuring a voltage of a DC bus. CONSTITUTION: A ripple voltage is extracted from a voltage of a DC bus which is detected by a voltage sensor in a system enable state of an electric vehicle(S100-S120). An abnormal state is decided by comparing the detected ripple voltage to the ripple voltage of an electrolytic capacitor in a normal state(S130). The present state is changed to an initial state if the ripple voltage is in the normal state. The counted value is compared to a reference value by counting the detected number if the ripple voltage is in the abnormal state(S140). An abnormal state of the electrolytic capacitor is outputted as a message if the counted value is more than the reference value and exceeds the setup time(S150-S170).

Description

전기자동차의 전력부 진단방법{CONTROL ELECTRONICS UNIT DIAGNOSIS METHOD OF ELECTRIC VEHICLE}CONTROL ELECTRONICS UNIT DIAGNOSIS METHOD OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차의 진단방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력부에 구비되는 전해 콘덴서의 노화를 예측하여 그에 대한 정보를 지시하도록 하는 전기자동차의 전력부 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing an electric vehicle, and more particularly, to a method for diagnosing a power unit of an electric vehicle for predicting aging of an electrolytic capacitor provided in a power unit and instructing information thereof.

일반적으로, 차량 대수의 폭발적인 증가에 따라 배기가스에 의한 대기 오염이 사회적 문제로 대두되고 있어, 한정된 천연자원을 사용하지 않는 전기자동차 (EV)나 연비 고효율의 하이브리드 전기자동차(HEV), 연료전지 자동차(FCEV)의 연구 개발이 활발하게 진행되어 실용화 단계까지 진행되고 있다.In general, due to the explosive increase in the number of vehicles, air pollution caused by exhaust gas has become a social problem, such as electric vehicles (EV) that do not use limited natural resources, hybrid electric vehicles (HEV), fuel cell vehicles that have high fuel efficiency, etc. (FCEV) research and development is actively progressing to the commercialization stage.

전기자동차나 하이브리드 전기자동차는 배터리를 주동력원으로 사용하여 모터의 구동으로 동력을 발생시키고 있으며, 제동시 모터를 발전기로 활용하여 회생 에너지를 전압으로 변환시켜 배터리를 충전하도록 하고 있다.Electric vehicles or hybrid electric vehicles generate power by driving a motor using a battery as a main power source, and use a motor as a generator when braking to convert regenerative energy into voltage to charge a battery.

상기의 전기자동차나 하이브리드 전기 자동차는 모터측에 공급되는 주동력원인 배터리의 전압을 제어하는 모터 제어기의 전력부에 전압 리플(Ripple)의 감소를 위한 목적과 순간적인 전압의 공급 중단시에도 모터측에는 연속적인 전압의 공급이 유지되도록 하기 위하여 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 PWM 스위칭 인버터의 선단에 소정의 용량을 갖는 소정 개수의 전해 콘덴서(C)가 설치된다.The above-mentioned electric vehicle or hybrid electric vehicle has a purpose to reduce voltage ripple in the power unit of the motor controller that controls the voltage of the battery which is the main power source supplied to the motor side, In order to maintain the continuous supply of voltage, a predetermined number of electrolytic capacitors C having a predetermined capacity are provided at the tip of the PWM switching inverter as shown in FIG.

이러한 전해 콘덴서는 다른 종류의 콘덴서에 비하여 가격이 저렴하고, 용량이 큰 장점이 있어 현재 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 통상적으로 사용되고 있다.Such electrolytic capacitors are inexpensive and have a large capacity compared to other types of capacitors, and thus are commonly used in electric vehicles and hybrid electric vehicles.

그러나, 전해 콘덴서는 다른 소자에 비하여 상대적으로 수명이 짧으며, 고장의 확률이 높은 단점을 갖고 있어 전체 시스템의 고장을 초래하는 치명적인 문제점을 발생시킨다.However, electrolytic capacitors have a shorter lifespan than other devices and have a high probability of failure, resulting in a fatal problem that causes failure of the entire system.

특히, 사용시간이 오래 경과함에 따라 전해 콘덴서가 노후되어 온도와 사용시간에 비례해서 증가하는 등가직렬저항(Equivalent Series Resistance : ESR)의 변화로 수명이 단축되고, 이로 인하여 전기적 특성에 변화가 발생하게 된다.In particular, as the use time elapses, the electrolytic capacitor becomes old and the life is shortened by the change of the equivalent series resistance (ESR), which increases in proportion to the temperature and the use time, thereby causing a change in electrical characteristics. do.

즉, 등가직렬저항(ESR)이 커지면 모터제어기 전력부에서 전압을 평활하는 능력이 저하되어 리플이나 노이즈가 커지고, 이로 인하여 전체 시스템에 악영향을 미치게 된다.In other words, when the equivalent series resistance (ESR) is increased, the ability of the motor controller power unit to smooth the voltage decreases, thereby increasing ripple or noise, thereby adversely affecting the entire system.

따라서, 전해 콘덴서의 노후화에 따라 등가직렬저항(ESR)의 증가로 인하여 콘덴서의 용량은 감소하게 된다.Therefore, the capacity of the capacitor decreases due to an increase in the equivalent series resistance (ESR) as the electrolytic capacitor ages.

또한, 등가직렬저항(ESR)은 전해 콘덴서 내부의 열 발생에 직접적인 영향을 미치게 되어 수명 단축에 간접적인 영향을 미치고 있으며, 등가직렬저항(ESR)의 경우 전해 콘덴서의 수명 말기에 급격하게 증가한다.In addition, the equivalent series resistance (ESR) has a direct effect on the heat generation inside the electrolytic capacitor, which has an indirect effect on the shortening of the life.

상기한 바와 같은 특성을 갖는 전해 콘덴서가 장착되는 종래의 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에서는 전해 콘덴서의 충전 용량이나 등가직렬저항(ESR)의 증가를 측정하여 이상 여부를 진단하는 기능이 포함되어 있지 않다.Conventional electric vehicles and hybrid electric vehicles equipped with the electrolytic capacitor having the above characteristics do not include a function of diagnosing abnormality by measuring an increase in the charge capacity or equivalent series resistance (ESR) of the electrolytic capacitor.

따라서, 전해 콘덴서의 용량 감소로 인한 충전용량의 부족으로 순간적인 전압 공급의 중단시에 모터측에 연속적인 안정된 전압을 공급하지 못하는 문제점이 있으며, 전해 콘덴서의 급작스런 파손으로 인하여 전체 시스템에 치명적인 악영향을 초래하게 되는 문제점이 발생한다.Therefore, there is a problem in that it is impossible to supply a stable voltage continuously to the motor side at the moment of interruption of the voltage supply due to the lack of the charging capacity due to the decrease of the capacity of the electrolytic capacitor. A problem arises that results.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 전해 콘덴서의 출력단에서 구비되어 DC 버스(BUS)의 전압을 측정하는 전압 센서를 통해 전압 리플 파형을 검출한 다음 이를 분석하여 등가직렬저항의 증가 여부를 판단함으로써 전해 콘덴서의 수명 및 이상 여부를 진단하도록 한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is provided at the output terminal of the electrolytic capacitor to detect the voltage ripple waveform through a voltage sensor for measuring the voltage of the DC bus (BUS) and then analyze the equivalent By determining whether the series resistance is increased, the life and abnormality of the electrolytic capacitor are diagnosed.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 전력부 진단장치에 대한 일 실시예의 구성도.1 is a configuration diagram of an embodiment of a power unit diagnostic apparatus for an electric vehicle according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차에서 전력부 진단을 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flowchart of an embodiment of performing a power unit diagnosis in an electric vehicle according to the present invention;

도 3은 일반적인 전기자동차에서 인버터부에 대한 상세 구성도.3 is a detailed configuration diagram of the inverter unit in a general electric vehicle.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전기자동차의 시스템 인에이블 상태에서 전압 센서로 검출되는 DC 버스의 전압으로부터 리플 전압을 추출하는 과정과; 검출되는 리플 전압을 전해 콘덴서의 정상 상태 리플 전압과 비교하여 이상여부를 판단하는 과정과; 리플 전압이 정상이면 초기의 과정으로 리턴하고 리플 전압이 이상상태이면 그 검출 횟수를 카운터하여 카운터값이 기준값 이상이고 설정시간 경과하였는지를 판단하는 과정과; 카운터값이 기준값 이상이고 설정시간 경과하였으면 전해 콘덴서의 등가직렬저항 증가에 의한 이상으로 판단하여 메시지를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of extracting the ripple voltage from the voltage of the DC bus detected by the voltage sensor in the system enable state of the electric vehicle; Comparing the detected ripple voltage with a steady state ripple voltage of the electrolytic capacitor to determine whether an abnormality is present; If the ripple voltage is normal, returning to the initial process; if the ripple voltage is abnormal, counting the number of detections to determine whether the counter value is equal to or greater than the reference value and the set time has elapsed; If the counter value is greater than or equal to the reference value and the set time has elapsed, determining that the counter value is due to an increase in the equivalent series resistance of the electrolytic capacitor, and outputting a message.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차는 동력원인 배터리(10)와, 갑작스런 시스템 부하의 급상승이나 시스템 오프시 상위 프로세서에서 인가되는 제어신호에 따라 내부의 접점을 오프시켜 배터리(10)의 전압이 부하측으로 공급되는 것을 차단시키는 SDU(Safety Disconnect Unit : 20)와, 상기 배터리(10)에서 부하측으로 공급되는 전압과 배터리(10)로부터 차량 전장용 전원을 담당하는 보조 배터리(AUX.BATTERY)의 충전시 충전 전압을 일정 전압으로 안정되게 조절하는 DC/DC 컨버터(30)와, 배터리(10) 내부의 전압 선세로부터 배터리 모듈의 셀 전압을 검출하고, 각 배터리 모듈의 출력 전류를 검출하여 각종 한계값의 설정과 모터 제어에 필요한 충전상태(SOC)의 정보를 출력하는 BMS(40)와, 상기 BMS(40)로부터 인가되는 배터리(10)의 충전상태(SOC) 정보와 SDU(20)의 출력단에서 검출되는 DC버스의 전류 정보 및 전해 콘덴서(C)의 출력단에 접속되어 있는 전압센서(S1)로부터 DC 버스의 전압 및 각종 피드백 제어정보를 검출 분석하여 모터(M)의 구동및 전반적인 동작을 제어하며, 상기 DC 버스의 전압으로부터 전해 콘덴서(C)의 등가직렬저항(ESR)의 증가 여부를 검출하여 전해 콘덴서(C)의 이상여부를 판단하는 메인 제어부(50)와, 상기 메인 제어부(50)의 제어신호에 따라 모터(M) 구동 제어를 위한 드라이브 신호를 출력하는 게이트 드라이버(60) 및 상기 게이트 드라이버(60)의 구동 신호에 따라 PWM 스위칭을 수행하여 모터(M)의 구동을 수행시키는 PWM 인버터(70)로 구성된다.As can be seen in FIG. 1, the electric vehicle according to the present invention may turn off the internal contact according to a battery 10 as a power source and a control signal applied from a higher processor when a sudden system load suddenly rises or the system is turned off. SDU (Safety Disconnect Unit: 20) for blocking the supply of the voltage to the load side, and the auxiliary battery (AUX) that is responsible for the power supply for the vehicle from the battery (10) and the voltage supplied from the battery (10) to the load side. The battery voltage of the battery module is detected from the voltage predecessor of the battery 10 and the DC / DC converter 30 which stably adjusts the charging voltage to a predetermined voltage during charging of the battery, and the output current of each battery module is detected. The BMS 40 for outputting information of the state of charge (SOC) necessary for setting various threshold values and controlling the motor, the state of charge (SOC) of the battery 10 applied from the BMS 40 and the SDU (2). The current information of the DC bus detected at the output terminal of 0) and the voltage of the DC bus and various feedback control information are detected and analyzed from the voltage sensor S1 connected to the output terminal of the electrolytic capacitor C to drive and drive the motor M. A main controller 50 for controlling overall operation and determining whether an electrolytic capacitor C is abnormal by detecting whether an equivalent series resistance ESR of the electrolytic capacitor C is increased from the voltage of the DC bus; The drive of the motor M is performed by performing PWM switching according to the gate driver 60 for outputting the drive signal for controlling the motor M driving according to the control signal of the controller 50 and the drive signal of the gate driver 60. It consists of a PWM inverter 70 to perform the.

또한, 배터리(10)의 방전으로 인한 충전시 BMS(40)를 접속하며 전원 소오스 (90)에 연결되는 충전장치(80)가 더 포함된다.In addition, the charging device 80 is connected to the power source 90 to connect the BMS 40 when charging due to the discharge of the battery 10 is further included.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전기자동차에서 전해 콘덴서의 이상을 진단하는 동작은 다음과 같다.The operation of diagnosing the abnormality of the electrolytic capacitor in the electric vehicle of the present invention having the configuration as described above is as follows.

배터리(10)를 주동력원으로 사용하는 전기자동차나 하이브리드 전기자동차의 이그니션 키 접점이 온 접점을 유지하는 시스템의 인에이블 상태에서(S100) 메인 제어부(50)는 전해 콘덴서(C)의 출력단 DC 버스에 접속되어 있는 전압센서(S1)로부터 DC 버스의 전압을 측정한다(S110).In the enabled state of the system in which the ignition key contact of the electric vehicle or the hybrid electric vehicle using the battery 10 as the main power source is kept on (S100), the main control unit 50 is connected to the output bus DC bus of the electrolytic capacitor C. The voltage of the DC bus is measured from the voltage sensor S1 connected to (S110).

이후, 측정되는 DC 버스의 전압으로부터 리플 전압을 검출하여(S120) 정상 상태의 리플 전압의 파형과 비교한 다음 리플 전압에 이상이 있는지를 판단한다 (S130).Thereafter, the ripple voltage is detected from the measured voltage of the DC bus (S120) and compared with the waveform of the ripple voltage in the normal state, and then it is determined whether there is an abnormality in the ripple voltage (S130).

즉, DC 버스의 전압은 전해 콘덴서의 등가직렬저항(ESR)과 거의 비례적으로 변동하므로, 리플 전압의 변동으로부터 전해 콘덴서의 이상여부를 진단하게 된다.That is, since the voltage of the DC bus fluctuates almost in proportion to the equivalent series resistance (ESR) of the electrolytic capacitor, it is diagnosed whether the electrolytic capacitor is abnormal from the variation of the ripple voltage.

상기에서 리플 전압에 이상이 검출되지 않은 전해 콘덴서(C)의 정상적인 상태로 판정하여 초기의 과정으로 리턴하고, 리플 전압에 이상이 있는 것으로 판단되면 검출되는 비정상 횟수를 카운터하여(S140), 카운터값이 설정된 기준값을 초과하였고 카운터 시간이 설정시간 경과하였는지를 판단한다(S150).In the above, it is determined that the electrolytic capacitor C has no abnormality detected in the ripple voltage, and returns to the initial process. If it is determined that there is an abnormality in the ripple voltage, the number of abnormalities detected is counted (S140). It is determined whether the set reference value has been exceeded and the counter time has elapsed (S150).

상기에서 카운터 횟수가 기준값을 초과하지 않거나 설정시간을 경과하지 않은 상태이면 리플 전압 이상의 검출 및 카운터를 반복적으로 실행하고, 카운터 횟수가 기준값을 초과하고 설정시간이 경과한 것으로 판단되면 메인 제어부(50)는 전해 콘덴서(C)가 등가직력저항(ESR)의 증가에 의해 충전 용량이 현격하게 줄어든 이상 상태인 것으로 판단하여(S160) 소정의 방법을 통해 전해 콘덴서의 이상 메시지를 출력하여 준다(S170).If the counter number does not exceed the reference value or the set time has not elapsed, the ripple voltage abnormality is detected and the counter is repeatedly executed. If the counter count exceeds the reference value and the set time elapses, the main controller 50 It is determined that the electrolytic capacitor C is in an abnormal state in which the charging capacity is significantly reduced due to the increase in the equivalent series resistance (ESR) (S160), and outputs an error message of the electrolytic capacitor through a predetermined method (S170).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에서 전압 리플의 제거와 순간적인 전압의 공급 중단시 부하측에 지속적인 전압이 공급되도록 하기 위하여 모터제어기의 전력부에 설치되는 전해 콘덴서의 이상 여부를 진단하여 그에 대한 정보를 출력함으로써 차량의 운행에 있어 안정성이 제공되고, 전해 콘덴서의 노후화로 인한 등가직렬저항의 증가시 신속한 교체를 수행할 수 있다.As described above, the present invention is to determine whether the electrolytic capacitor installed in the power unit of the motor controller in order to supply a continuous voltage to the load side when the voltage ripple is removed and the supply of the instantaneous voltage in the electric vehicle, hybrid electric vehicle. Diagnosis and outputting information on it provide stability in the running of the vehicle, and it is possible to perform a quick replacement when the equivalent series resistance increases due to the aging of the electrolytic capacitor.

Claims (2)

전기자동차의 시스템 인에이블 상태에서 전압 센서로 검출되는 DC 버스의 전압으로부터 리플 전압을 추출하는 과정과;Extracting a ripple voltage from a voltage of a DC bus detected by a voltage sensor in a system enable state of the electric vehicle; 상기 검출되는 리플 전압을 전해 콘덴서의 정상 상태 리플 전압과 비교하여 이상여부를 판단하는 과정과;Comparing the detected ripple voltage with a steady state ripple voltage of an electrolytic capacitor to determine whether an abnormality is present; 상기에서 리플 전압이 정상이면 초기의 과정으로 리턴하고 리플 전압이 이상상태이면 그 검출 횟수를 카운터하여 카운터값이 기준값 이상이고 설정시간 경과하였는지를 판단하는 과정과;If the ripple voltage is normal, returning to the initial process; if the ripple voltage is abnormal, counting the number of detections and determining whether the counter value is equal to or greater than the reference value and the set time has elapsed; 상기에서 카운터값이 기준값 이상이고 설정시간 경과하였으면 전해 콘덴서의 등가직렬저항 증가에 의한 이상으로 판단하여 메시지를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력부 진단방법.And if the counter value is equal to or greater than the reference value and the set time has elapsed, determining that the counter value is due to an increase in the equivalent series resistance of the electrolytic capacitor and outputting a message. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리플전압 이상에 대한 카운터값이 기준값 이하이거나 설정시간이 경과하지 않은 상태이면 카운터 업 동작을 반복하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력부 진단방법.And a counter-up operation is repeated if the counter value for the ripple voltage or more is equal to or less than the reference value or the set time has not elapsed.
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