KR20160071067A - 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법은, 연료전지의 공기 공급계에 사용되는 블로워를 구동하는 PMSM(Permanent Magnet Syncronous Motor)에 인가하는 전류를 차단하는 관성제동단계; 상기 관성제동단계시 Vd_syn와 Vq_syn을 측정하여 오프셋 각도를 계산하는 각도계산단계; 및 상기 계산된 동기좌표계의 각도에 기초하여 홀센서의 각도를 보정하는 보정단계를 포함한다.

Description

연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법{Offset correction method of the inverter hall sensors for air blower of fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법에 관한 것이다.

연료전지의 공기공급계에 사용되는 블로워는 PMSM(Permanent Magnet Syncronous Motor)로 구동된다. PMSM를 제어하기 위해 로터의 현재 위치를 센싱해야 하는데 패키징 및 원가를 고려하여 크기가 비교적 작고 저가형인 홀센서를 이용하여 로터의 현재 위치를 센싱한다. 홀센서는 위치 센서를 로터와 스테이터에 부착하여 로터의 위치를 판단하는데 PMSM에 위치센서를 부착하는 제작 편차에 의해 홀센서의 로터 위치 센싱 시 옵셋이 존재한다.

이러한 옵셋을 보정하기 위해 PMSM의 초기 제작 샘플의 홀센서 각도 옵셋을 측정하여 s/w의 각도 계산 시 각도에 옵셋값을 더하여 홀센서의 위치를 보정한다. 그러나 현실적으로 PMSM간 제작 편차에 의해 홀센서 옵셋의 제품간 편차가 보통 5~6º 정도 존재하는데 위와 같은 방식으로 모든 PMSM에 일괄적으로 같은 홀센서 각도 옵셋 값을 적용하게 되므로 제품간 편차에 의해 발생하는 옵셋 각도는 반영할 수 없다.

또한 PMSM의 사용 시간에 따라 홀센서의 위치가 틀어지는 문제가 발생할 수 있다. 이는 로터 위치 센싱에 오차가 존재하게 되는 것이므로 인버터내 전류제어 정밀도 저하를 초래하여 인버터 효율을 떨어뜨리게 된다. 따라서 PMSM의 전류 제어 전에 홀센서 옵셋을 측정하여 보정할 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소프트웨어 로직을 통해 PMSM의 전류 제어 전에 홀센서 옵셋을 측정하여 보정하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법은, 연료전지의 공기 공급계에 사용되는 블로워를 구동하는 PMSM(Permanent Magnet Syncronous Motor)에 인가하는 전류를 차단하는 관성제동단계; 상기 관성제동단계시 Vd_syn와 Vq_syn을 측정하여 오프셋 각도를 계산하는 각도계산단계; 및 상기 계산된 동기좌표계의 각도에 기초하여 홀센서의 각도를 보정하는 보정단계를 포함한다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, PMSM의 전류제어의 정밀도를 향상시키는 것이다.

둘째, 홀센서 옵셋을 보정하여 인버터 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 PMSM 및 인버터 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 3phase의 홀센서 출력 파형의 예시를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법의 순서도이다.
도 4는 관성제동 시 Vd_syn, Vq_syn의 거동을 나타낸 도표이다.
도 5은 도4의 측정된 데이터에 이동평균을 실시한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 연료전지차량 공기블로워용 인버터(5) 홀센서(3)의 옵셋 보정방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 PMSM(1) 및 인버터(5) 시스템의 구성을 나타낸 것이다. 도 2는 3phase의 홀센서(3) 출력 파형의 예시를 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터(5) 홀센서(3)의 옵셋 보정방법의 순서도이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 홀센서(3)의 각도가 로터의 실제 위치보다 틀어져 있다면 좌표변환이 틀어지게 된다. PMSM(1)은 q축 전류제어를 실시할 때 가장 효율이 좋다. 즉 전류제어기의 d축에 입력하는 커맨드는 0을 대입해야 한다.

3phase 홀센서(3)의 경우 60º 간격으로 센서를 부착하여 센서를 부착한 위치를 중심으로 로터의 기준점 위치가 60º 사이에 들어올 경우 출력값을 1로 내보내게 된다. 이런 특성을 가진 홀센서(3) 신호의 A, B, C상을 조합하여 로터의 각속도 및 위치 각도를 계산하게 된다.

관성제동시, 홀센서(3)가 정확한 위치를 센싱하게 될 경우 Vd_syn은 0의 값을 나타낸다. 그러나 홀센서(3)의 위치가 틀어질 경우 Vd_syn 은 관성제동 초기에 0이 아닌 다른 값을 가지게 되며 점점 0으로 수렴하게 된다. 그리고 Vd_syn의 값은 홀센서(3)의 옵셋 각도에 따라 결정된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터(5) 홀센서(3)의 옵셋 보정방법은, 연료전지의 공기 공급계에 사용되는 블로워를 구동하는 PMSM(1)(Permanent Magnet Syncronous Motor)에 인가하는 전류를 차단하는 관성제동단계(S1); 관성제동단계시 Vd_syn와 Vq_syn을 측정하여 오프셋 각도를 계산하는 각도계산단계(S3); 및 계산된 동기좌표계의 각도에 기초하여 홀센서(3)의 각도를 보정하는 보정단계(S5)를 포함한다.

각도계산단계는, id=0, iq=0으로 가정하여 오프셋 각도를 계산한다.

각도계산단계(S5)는, 아래와 같은 수식에 의해 Vd_syn와 Vq_syn를 측정한다.

각도계산단계(S5)는, 아래와 같은 수식에 의해 오프셋 각도를 계산한다.

도 4는 관성제동 시 Vd_syn, Vq_syn의 거동을 나타낸 도표이다. 도 5은 도4의 측정된 데이터에 이동평균을 실시한 결과를 나타낸 그래프이다.

도4 및 도5를 참조하면, 로깅된 데이터는 도4와 같이 노이즈 성분이 심하므로 이동평균을 실시하여 각도를 추출하는 것이 바람직하다. 즉, 각도계산단계(S5)는, 노이즈 제거를 위해 Vd_syn와 Vq_syn에 관한 측정값의 평균을 기초로 오프셋 각도를 계산한다. 측정값의 평균을 구하는 방법은, 시계열의 각 항에 대하여 그것을 중심으로 하는 전후 일정 항 수의 평균값을 연결하여 경향선을 구하는 이동평균에 의하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 이동평균된 데이터를 가지고 같은 시점의 Vd_syn, Vq_syn의 비를 구하여 역 tan을 취하여 옵셋각을 구하고 여러 샘플을 average하여 최종 옵셋 각을 계산한다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지차량 공기블로워용 인버터(5) 홀센서(3)의 옵셋 보정방법을 효과를 설명하면 아래와 같다.

먼저 PMSM(1)의 관성제동 여부를 확인하여 PMSM(1)가 관성제동에 진입했다고 판단되면 옵셋각 계산을 시작한다. 이동평균을 실시해야 하므로 이동평균 sample 수 만큼의 Vd_syn, Vq_syn의 buffer를 메모리에 할당하여 이동평균을 실시한다. 이후 이동평균 sample 만큼 이동평균을 실시한 이후 부터 옵셋각을 계산한다. 그리고 PMSM(1) 관성제동 옵셋각 계산을 누적하여 일정 sample의 누적이 완료되거나 Vd_syn이 0이 되면 누적된 옵셋각을 average를 실시하여 최종 옵셋각을 구하고 홀센서(3) 각도에 반영한다.

상기와 같은 과정을 통해 0.5º 이내로 옵셋 각도를 정확하게 계산함을 확인할 수 있다. 따라서 연료전지차량에서 쓰이는 공기블로워의 경우 연료전지제어 시 관성제동이 수시로 일어나므로 주행 중에도 실시간으로 홀센서(3)의 각도 옵셋을 측정하여 보정을 실시할 수 있어 홀센서(3)의 각도 틀어짐으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다. 그리고 이러한 효과를 통해 연료전지차량의 연비 개선에도 도움이 된다. 또한 모터 제작 시 홀센서(3)의 틀어진 각도를 수동으로 측정하여 s/w의 calibration 변수에 반영하는 과정을 거치는데 이러한 과정을 생략함으로써 개발 편의성 증대 및 개발 시간 단축 등의 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1: PMSM
3: 홀센서
5: 인버터

Claims (6)

1. 연료전지의 공기 공급계에 사용되는 블로워를 구동하는 PMSM(Permanent Magnet Syncronous Motor)에 인가하는 전류를 차단하는 관성제동단계;
   상기 관성제동단계시 Vd_syn와 Vq_syn을 측정하여 오프셋 각도를 계산하는 각도계산단계; 및
   상기 계산된 동기좌표계의 각도에 기초하여 홀센서의 각도를 보정하는 보정단계를 포함하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 각도계산단계는,
   id=0, iq=0으로 가정하여 상기 오프셋 각도를 계산하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 각도계산단계는,
   아래와 같은 수식에 의해 상기 Vd_syn와 상기 Vq_syn를 측정하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.
   

   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 각도계산단계는,
   아래와 같은 수식에 의해 상기 오프셋 각도를 계산하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.
   

   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 각도계산단계는,
   노이즈 제거를 위해 상기 Vd_syn와 상기 Vq_syn에 관한 측정값의 평균을 기초로 상기 오프셋 각도를 계산하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 각도계산단계에서 측정값의 평균을 구하는 방법은,
   시계열의 각 항에 대하여 그것을 중심으로 하는 전후 일정 항 수의 평균값을 연결하여 경향선을 구하는 이동평균법에 의하는 연료전지차량 공기블로워용 인버터 홀센서의 옵셋 보정방법.

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