KR20160123125A - 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20160123125A
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템은, 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터에 전기적으로 연결되어, 상기 모터의 온도를 추정하는 온도 추정부 및, 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 제어부를 포함한다.
또한, 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 방법은 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터를 구동시키는 구동단계와, 상기 모터와 전기적으로 연결된 온도 추정부를 이용해 상기 모터의 온도를 추정하는 온도추정단계 및, 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 구동제어단계를 포함한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법{MOTOR TEMPERATURE ESTIMATION METHOD FOR MILD HYBRID VEHICLE AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추정된 모터의 온도가 기준온도범위 초과하는 경우, 모터의 온도가 더 이상 상승하지 않도록 차량의 구동 방식을 가변 시킴으로써, 온도 상승에 의해 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 모터의 온도 상승에 의해 출력 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 마일드 하이브리드 시스템은 엔진과 연동되는 모터-발전기가 구성되는 것으로, 모터-발전기는 엔진 스타트 기능으로 동작하는 경우, 인버터를 통해 구동 전원을 공급받아 엔진 동력을 보조하는 역할을 한다.
반면, 마일드 하이브리드 시스템은 발전기 기능으로 동작하는 경우, 차량이 제동할 때 발생하는 에너지를 발전하여 전기에너지로 저장한 후, 차량의 전장에 필요한 전기를 공급한다.
이를 위한 종래의 마일드 하이브리드 시스템은, 모터-발전기를 제어하기 위한 인버터와, 발전된 전기에너지를 저장하기 위한 슈퍼캐퍼시티 또는 고전압 배터리와 같은 에너지 저장장치 및, 약 30V 수준의 고전압과 실제 차량의 전장부하(약 14V)를 연결하는 DC/DC 컨버터 등으로 구성된다.
이와 같은 종래의 마일드 하이브리드 시스템은, 슈퍼캐퍼시티 또는 고전압 배터리와 같은 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지로 차량을 가속시키는 경우, 모터-발전기의 모니터링을 통해 엔진의 토크를 보조해 줄 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 종래의 마일드 하이브리드 시스템에 사용되는 모터(동기 모터 또는 유도 모터)는 엔진 룸 내의 열과, 운전 조건에 따라 발생되는 열로 인해 모터의 인덕턴스 특성과 영구자석의 자속 특성이 변할 염려가 있었다.
예를 들어, 모터의 인덕턴스 특성과 영구자석의 자속 특성이 변하는 경우, 제어 특성(MTPA곡선, 약계자제어 등)에 영향을 줄 수 있고, 이로 인해 모터의 토크 제어 성능에 영향을 줄 수 있었다.
따라서, 종래의 마일드 하이브리드 차량에서는 계자 권선형 모터의 온도추정을 통해 온도가 일정온도 이상으로 올라가지 않도록 제어하고, 온도 상승시 내부 권선 저항으로 인한 효율을 감소시킬 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0062529호(2012년 06월 14일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 추정된 모터의 온도가 기준온도범위 초과하는 경우, 모터의 온도가 더 이상 상승하지 않도록 차량의 구동 방식을 가변 시킴으로써, 온도 상승에 의해 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 모터의 온도 상승에 의해 출력 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 추정온도가 기준온도범위 초과하는 경우, 차량의 재시동을 방지함과 아울러, 운전자에게 재시동 불가 상태를 알려줌으로써, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 장치가 구동되는 것을 미연에 방지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 회전자의 추정온도와 고정자 및 인버터의 추정온도를 비교 분석함으로써, 온도 센서의 이상 유무와 단선 여부를 용이하게 판별할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템은, 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터에 전기적으로 연결되어, 상기 모터의 온도를 추정하는 온도 추정부 및, 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도 추정부는 상기 모터에 설치된 회전자에 전기적으로 연결되며, 상기 회전자의 전기적 저항 변화 값을 감지하여 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 온도 추정부는 상기 모터에 설치된 고정자 및 인버터에 설치된 상기 온도 센서를 이용해, 상기 고정자 및 인버터의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 회전자의 추정온도와 상기 고정자와 상기 인버터의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 상기 온도 센서의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 파워 또는 토크 지령을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보에 따른 상기 모터의 필요 출력량이 기설정되며, 상기 필요 출력량과 상기 추정온도의 비교하여 상기 모터의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 불가 상태로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 외기온도범위가 기설정되며, 상기 차량의 외기온도가 설정된 상기 외기온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 추정부의 추정온도가 상기 기준온도범위를 초과하는 경우, 광을 점등하거나 진동을 발생시키는 알람부에 동작신호를 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 모터에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따른 샘플링정보를 기설정한 후, 상기 계자 전류의 응답성 변동되는 경우, 상기 샘플링정보를 기초로 상기 모터의 온도를 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 방법은 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터를 구동시키는 구동단계와, 상기 모터와 전기적으로 연결된 온도 추정부를 이용해 상기 모터의 온도를 추정하는 온도추정단계 및, 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 구동제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도추정단계는 상기 모터에 설치된 회전자의 전기적 저항 변화 값을 감지하여 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 온도추정단계는 상기 모터에 설치된 고정자 및 인버터에 설치된 온도 센서를 이용해, 상기 고정자 및 인버터의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 회전자의 추정온도와 상기 고정자와 상기 인버터의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 상기 온도 센서의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 파워 또는 토크 지령을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보를 이용해 기설정한 상기 모터의 필요 출력량과 상기 추정온도를 비교하여, 상기 모터의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측할 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 불가 상태로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 차량의 외기온도가 기설정된 외기온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 온도 추정부의 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 광을 점등하거나 진동을 발생시키는 알람부에 동작신호를 인가할 수 있다.
또한, 상기 구동제어단계는 상기 계자 전류의 응답성이 변동되는 경우, 상기 모터에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따라 기설정된 샘플링정보를 기초로 상기 모터의 온도를 추정할 수 있다.
본 발명은 계자 권선 타입 회전자의 온도를 추정하여, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 하이브리드 차량의 구동 방식을 가변시킴으로써, 온도 상승에 의해 장치가 손상되는 것을 방지하여 내구성을 확보할 수 있고, 출력 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 차량의 재시동을 방지함과 아울러, 운전자에게 재시동 불가 상태를 알려줌으로써, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 장치가 비정상적인 상태에서 구동되는 것을 미연에 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 회전자의 추정온도와 고정자 및 인버터의 추정온도를 비교 분석함으로써, 온도 센서의 이상 유무와 단선 여부를 용이하게 판별할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 각 구성들의 연결관계를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 회전자 온도 추정시 일차식으로 추정된 결과 비교표를 보여주기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 저항과 온도계수와의 관계를 보여주기 위한 시험 결과표이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 고정자와 인버터의 온도를 추정하는 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 방법을 순차적으로 보여주기 위한 블럭도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 각 구성들의 연결관계를 보여주기 위한 도면이다.
그리고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 회전자 온도 추정시 일차 식으로 추정된 결과 비교표를 보여주기 위한 그래프이다.
또한, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템에서 저항과 온도계수와의 관계를 보여주기 위한 시험 결과표이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템은 온도 추정부(100) 및, 제어부(200)를 포함한다.
먼저, 상기 온도 추정부(100)는 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터(10)에 전기적으로 연결된 상태로 해당 모터(10)의 온도를 추정한다.
상세하게 설명하면, 상기 온도 추정부(100)는 차량에 설치된 계좌 권선형 모터(10)의 회전자(11)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 통해, 상기 온도 추정부(100)는 모터(10)의 구동시 고정자(12)와의 자기력 형성에 의해 회전하는 회전자(11)의 온도를 추정할 수 있다.
여기서, 상기 온도 추정부(100)는 모터(10)의 회전자(11)가 회전할 때 발생하는 저항 값을 이용해 회전자(11)의 온도를 추정할 수 있다.
이때, 상기 온도 추정부(100)는 회전자(11)에 적용된 전압과 전류를 이용하여 전기적인 저항 변화 값을 측정(Rrc=Vrc/Irc)(회전자에 적용된 전압, Irc: 회전자에 흐르는 전류)할 수 있으며, 이때 측정된 저항 변화 값을 이용하여 회전자(11)의 온도를 추정 할 수 있다.
그리고, 상기 온도 추정부(100)는 일차 식(Trc=a*Rrc+b) 등을 이용하여 모터(10)의 회전자(11) 온도를 추정할 수 있다.
또한, 도 2와 도 3에서처럼 온도 계수를 이용해 온도를 추정하는 경우, 온도 변화에 따라 온도 계수가 변동되므로, 이를 기억하기 위한 메모리(Memory) 용량 및 보관 알고리즘을 필요로 할 수 있다.
아울러, 상기 회전자(11)에 가해지는 전압 및 전류는 센서(미도시)로 측정할 수 있고, 후술 될 제어부(200)의 전압은 지령 전압으로 대체할 수 있다.
예를 들어, 상기와 같이 지령 전압으로 대체 할 경우, 스위칭 소자로부터의 손실, 데드 타임(Dead time) 등의 제어방법에 의한 손실 반영 방식을 사용할 수 있다.
이와 다르게, 온도 추정부(100)는 도 4에서처럼 온도 센서(400)를 이용해 모터(10)의 고정자(12) 및 인버터(20)의 온도를 추정할 수 있다.
상기 온도 센서(400)는, 모터(10)의 고정자와 인버터(20)의 기판 및 소자에 직접적으로 설치되거나 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 온도 센서(400)는 모터(10)가 구동할 때 고정자(12)의 온도와 인버터(20)의 온도를 감지한 후, 온도 감지 신호를 온도 추정부(100)로 전달할 수 있다.
이때, 상기 온도 추정부(100)는 기존 시험 데이터를 통해 얻은 정보(Map) 또는 관계식을 메모리(MCU 등)에 저장하여 온도 추정에 활용할 수 있다.
이와 같은 상기 온도 추정부(100)는, 전술한 회전자(11)의 전기적 저항 변화를 이용하여 계자 권선 모터(10)의 온도를 추정하는 방식과, 모터(10)의 고정자(12) 및 인버터(20)의 온도를 이용하여 계자 권선 모터(10)의 온도를 추정하는 방식을 단독 또는 조합하여 온도를 추정할 수 있다.
제어부(200)는, 온도 추정부(100)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 모터(10)의 출력을 감소시켜 추정온도의 상승을 방지시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어부(200)는 온도 추정부(100)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 모터(10)에 공급되는 계자 전류 값을 감소시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(200) 추정온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 순간 계자 전류 값을 감소시켜 회전자(11)의 구동시 발생하는 저항을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)는 온도 추정부(10)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시키는 방식을 사용할 수 있다.
이때, 상기 제어부(200)는 엔진 속도 증가 신호를 생성하여, 엔진 속도를 높이면 동일 출력을 위한 전류 낮추는 방식을 사용할 수 있다.(P=T*ω, T:토크, ω:모터 각속도)
이와 다르게, 상기 제어부(200)는 온도 추정부(100)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 모터(10)의 파워 또는 토크 지령을 감소시키는 방식을 사용할 수도 있다.
이와 다르게, 상기 제어부(200)는 위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보에 따른 모터(10)의 필요 출력량이 기설정될 수 있으며, 필요 출력량과 추정온도의 비교하여 모터(10)의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측하는 방법을 사용할 수도 있다.
예를 들어, 도로 정보를 이용하여 설정된 BSG(Belt Starter Generator) 필요 출력량을 근거로 하여, 상기 모터(10) 및 인버터(20)의 온도를 기준으로 회전자(11)의 온도를 추정할 수도 있다.
이와 다르게, 상기 제어부(200)는 모터(10)에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따른 샘플링(Sampling) 정보를 기설정한 후, 상기 계자 전류의 응답성 변동되는 경우, 상기 샘플링정보를 기초로 모터(21)의 온도를 추정하는 방법을 사용할 수도 있다.
이를 상세히 설명하면, 상기 온도 추정부(100)는 후술 될 제어부(200)의 게인에 따른 응답 지연 고려하여 계자 전류의 응답성을 샘플링할 수 있다.
예를 들어, 크로스 오버(Cross over) 주파수(wcc)의 역수만큼 지연(1/wcc)시와, 계자 전류 레퍼런스 변동시(1/wcc) 이후 샘플링(Sampling) 한 값으로 온도를 추정할 수 있다.
한편, 상기 제어부(200)는 회전자(11)의 추정온도와 고정자(12)와 인버터(20)의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 온도 센서(400)의 고장으로 판단할 수 있다.
또 한편, 상기 제어부(200)는 온도 추정부(100)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, ISG(Idle Stop & Go) 정차기능이 수행된 차량의 엔진을 시동불능 상태로 전환시킬 수 있다.
여기서, ISG 정차기능은 차량 정차 시 엔진을 오프(Off) 시키고, 차량이 재출발시 모터(10)를 이용하여 엔진을 다시 온(On) 시키는 기능을 말한다.
이와 함께, 상기 제어부(200)는 차량의 외기온도가 기설정된 외기온도범위를 초과하는 경우, 차량의 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시킬 수도 있다.
즉, 상기 제어부(200)는 차량의 외기온도가 외기온도범위를 초과하는 경우, 차량 엔진의 부하가 낮아지므로, 모터(10)와 인버터(20)의 온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하더라도 재시동 가능 상태로 전환시킬 수 있다.
또 한편, 상기 제어부(200)에는 온도 추정부(100)의 추정온도가 상기 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 운전자에게 경고 표시를 알리기 위한 알람부(300)가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
상기 알람부(300)는, 온도 추정부(100)의 추정온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 별도의 램프를 이용해 적색, 녹색 등의 광을 출력하거나 소리 등을 출력할 수 있으며, 상기 알람부(300)는 시트 등에 설치된 모터(10)의 회전을 통해 운전자에게 진동을 전달할 수도 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 방법을 설명하면 다음과 같으며, 전술한 구성과 동일 구성에 대해서는 반복적으로 설명하지 않도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 방법은 구동단계(S100)와, 온도추정단계(S200) 및, 제어단계(S300)를 포함한다.
먼저, 상기 구동단계(S100)는 도 5에서처럼 마일드 하이브리드 차량의 시동 온(ON) 상태에서 계좌 권선형 모터(10)를 구동시킨다.
다음으로, 온도추정단계(S200)는 온도 추정부(100)를 이용해 차량에 설치된 계좌 권선형 모터(10)의 온도를 추정한 후, 추정된 상기 모터(10)의 온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는지 여부를 판단(S210)한다.
이때, 상기 온도추정단계(S200)에서 온도 추정부(100)는 모터(10)의 구동시 고정자(12)와의 자기력 형성에 의해 회전하는 회전자(11)의 온도를 추정한다.
여기서, 상기 온도추정단계(S200)에서는 온도 추정부(100)를 이용해 회전자(11)에 적용된 전압과 전류를 이용하여 전기적인 저항 변화 값을 측정(Rrc=Vrc/Irc)(회전자에 적용된 전압, Irc: 회전자에 흐르는 전류)할 수 있으며, 이때 측정된 저항 변화 값을 이용하여 회전자(11)의 온도를 추정할 수 있다.
그리고, 상기 온도추정단계(S200)에는 일차 식(Trc=a*Rrc+b) 등을 이용하여, 모터(10)에 설치된 회전자(11)의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 온도추정단계(S200)에서 회전자(11)에 가해지는 전압 및 전류는 센서(미도시)로 측정할 수 있고, 전압은 지령 전압으로 대체할 수 있다.
이와 다르게, 상기 온도추정단계(S200)에서는 온도 센서(400)를 이용해 모터(10)의 고정자(12) 및 인버터(20)의 온도를 추정할 수도 있다.
이와 같이, 상기 온도추정단계(S200)에서 온도 센서(400)는 모터(10)가 구동할 때 고정자(12)의 온도와 인버터(20)의 온도를 감지한 후, 온도 감지 신호를 온도 추정부(100)로 전달할 수도 있다.
아울러, 상기 온도추정단계(S200)에서는 회전자(11)의 전기적 저항 변화를 이용하여 계자 권선 모터(10)의 온도를 추정하는 방식과, 모터(10)의 고정자(12) 및 인버터(20)의 온도를 이용하여 계자 권선 모터(10)의 온도를 추정하는 방식을 단독 또는 조합하여 온도를 추정할 수 있다.
최종적으로, 구동제어단계(S300)는 온도추정단계(S200)에서 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 모터(10)의 출력을 감소시켜 추정온도의 상승을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 구동제어단계(S300)에서는 온도추정단계(S200)에서 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 모터(10)에 공급되는 계자 전류 값을 감소시키는 방식을 사용할 수 있다.
즉, 상기 구동제어단계(S300)에서는 제어부(200) 추정온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 순간, 계자 전류 값을 감소시켜 회전자(11)의 구동시 발생하는 저항을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 구동제어단계(S300)에서는 온도추정단계(S200)에서 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시키는 방식을 사용할 수 있다.
이때, 상기 구동제어단계(S300)에서는 엔진 속도 증가 신호를 생성하여, 엔진 속도를 높이면 동일 출력을 위한 계좌 전류를 낮추는 방식을 사용할 수 있다.(P=T*ω, T:토크, ω:모터 각속도)
이와 다르게, 상기 구동제어단계(S300)에서는 온도추정단계(S200)에서 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 모터(10)의 파워 또는 토크 지령을 감소시키는 방식을 사용할 수도 있다.
이와 다르게, 상기 구동제어단계(S300)에서는 위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보에 따른 모터(10)의 필요 출력량이 기설정될 수 있으며, 필요 출력량과 추정온도의 비교하여 모터(10)의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측하는 방법을 사용할 수도 있다.
예를 들어, 도로 정보를 이용하여 설정된 BSG(Belt Starter Generator) 필요 출력량을 근거로 하여, 상기 모터(10) 및 인버터(20)의 온도를 기준으로 회전자(11)의 온도를 추정할 수도 있다.
이와 다르게, 상기 구동제어단계(S300)에서는 모터(10)에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따른 샘플링(Sampling)정보가 기설정될 수 있으며, 상기 구동제어단계(S300)에서는 계자 전류의 응답성 변동되는 경우, 샘플링정보를 기초로 모터(10)의 온도를 추정하는 방법을 사용할 수도 있다.
이를 상세히 설명하면, 상기 구동제어단계(S300)에서는 제어부(200)의 게인에 따른 응답 지연 고려하여 계자 전류의 응답성을 샘플링할 수 있다.
예를 들어, 상기 구동제어단계(S300)에서는 크로스 오버(Cross over) 주파수(wcc)의 역수만큼 지연(1/wcc)시와, 계자 전류 레퍼런스 변동시(1/wcc) 이후 샘플링(Sampling) 한 값으로 온도를 추정할 수 있다.
한편, 상기 구동제어단계(S300)에서는 회전자(11)의 추정온도와 고정자(12)와 인버터(20)의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 온도 센서(400)의 고장으로 판단할 수 있다.
또 한편, 상기 구동제어단계(S300)에서는 온도 추정부(100)에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, ISG(Idle Stop & Go) 정차기능이 수행된 차량의 엔진을 시동불능 상태로 전환시킬 수 있다.
이와 함께, 상기 구동제어단계(S300)에서는 차량의 외기온도가 기설정된 외기온도범위를 초과하는 경우, 차량의 ISG 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시킬 수도 있다.
즉, 상기 구동제어단계(S300)에서는 차량의 외기온도가 외기온도범위를 초과하는 경우, 차량 엔진의 부하가 낮아지므로, 모터(10)와 인버터(20)의 온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하더라도 재시동 가능 상태로 전환시킬 수 있다.
또 한편, 상기 구동제어단계(S300)에서는 온도추정단계(S200)에서의 추정온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 운전자에게 경고 표시를 알리기 위한 알람부(300)가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
상기 알람부(300)는, 온도 추정부(100)의 추정온도가 기준온도범위(Twarn)를 초과하는 경우, 별도의 램프를 이용해 적색, 녹색 등의 광을 출력하거나 소리 등을 출력할 수 있으며, 시트 등에 설치된 모터(10)의 회전을 통해 운전자에게 진동을 전달할 수도 있다.
결과적으로, 본 발명은 계자 권선 타입 회전자(11)나 고정자(12) 및 인버터(20)의 온도를 선택적으로 추정하여, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 모터(10)의 온도가 더 이상 상승하지 않도록 하이브리드 차량의 구동 방식을 가변 시킴으로써, 온도 상승에 의해 장치가 손상되는 것을 방지하여 내구성을 확보할 수 있고, 모터(10)의 온도가 일정 온도 이상으로 올라가지 않게 되므로 출력 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우 차량의 재시동을 방지함과 아울러, 운전자에게 재시동 불가 상태를 알려줌으로써, 추정온도가 기준온도범위를 초과하는 경우, 차량이 비정상적인 상태에서 구동되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 회전자(11)의 추정온도와 고정자(12) 및 인버터(20)의 추정온도를 비교 분석함으로써, 온도 센서(400)의 이상 유무와 단선 여부를 용이하게 판별할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터 온도 추정 시스템 및 그 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 모터 11: 회전자
12: 고정자 20: 인버터
100: 온도 추정부 200: 제어부
300: 알람부 400: 온도 센서

Claims (23)

  1. 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터에 전기적으로 연결되어, 상기 모터의 온도를 추정하는 온도 추정부; 및
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 추정부는,
    상기 모터에 설치된 회전자에 전기적으로 연결되며, 상기 회전자의 전기적 저항 변화 값을 감지하여 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 추정부는,
    상기 모터에 설치된 고정자 및 인버터에 설치된 상기 온도 센서를 이용해, 상기 고정자 및 인버터의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 회전자의 추정온도와 상기 고정자와 상기 인버터의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 상기 온도 센서의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 파워 또는 토크 지령을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보에 따른 상기 모터의 필요 출력량이 기설정되며, 상기 필요 출력량과 상기 추정온도의 비교하여 상기 모터의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 불가 상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는,
    외기온도범위가 기설정되며, 상기 차량의 외기온도가 설정된 상기 외기온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 온도 추정부의 추정온도가 상기 기준온도범위를 초과하는 경우, 광을 점등하거나 진동을 발생시키는 알람부에 동작신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 측정 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따른 샘플링정보를 기설정한 후, 상기 계자 전류의 응답성 변동되는 경우, 상기 샘플링정보를 기초로 상기 모터의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 시스템.
  12. 마일드 하이브리드 차량의 계좌 권선형 모터를 구동시키는 구동단계;
    상기 모터와 전기적으로 연결된 온도 추정부를 이용해 상기 모터의 온도를 추정하는 온도추정단계; 및
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 출력을 감소시켜 상기 추정온도의 상승을 방지시키는 구동제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서
    상기 온도추정단계는,
    상기 모터에 설치된 회전자의 전기적 저항 변화 값을 감지하여 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 온도추정단계는,
    상기 모터에 설치된 고정자 및 인버터에 설치된 온도 센서를 이용해, 상기 고정자 및 인버터의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 회전자의 추정온도와 상기 고정자와 상기 인버터의 추정온도를 비교하여, 기설정된 기준온도범위를 초과하는 차이 값이 발생하는 경우, 상기 온도 센서의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  16. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 동일 출력이 유지되도록 상기 차량 엔진의 속도 증가 신호를 생성시킴과 동시에, 상기 모터에 공급되는 계자 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 모터의 파워 또는 토크 지령을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    위성항법장치(global positioning system: GPS)의 도로 정보를 이용해 기설정한 상기 모터의 필요 출력량과 상기 추정온도를 비교하여, 상기 모터의 온도 증가 값 또는 감소 값을 예측하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 온도 추정부에 의해 추정된 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 불가 상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 차량의 외기온도가 기설정된 외기온도범위를 초과하는 경우, 상기 차량의 정차기능 수행 후 재시동 가능 상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  22. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 온도 추정부의 추정온도가 기설정된 기준온도범위를 초과하는 경우, 광을 점등하거나 진동을 발생시키는 알람부에 동작신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
  23. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어단계는,
    상기 계자 전류의 응답성이 변동되는 경우, 상기 모터에 공급되는 계자 전류의 응답 신호에 따라 기설정된 샘플링정보를 기초로 상기 모터의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 온도 추정 방법.
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KR20200053237A (ko) * 2018-11-08 2020-05-18 현대자동차주식회사 차량 및 그 제어방법

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