KR20190043733A - 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법 - Google Patents

컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190043733A
KR20190043733A KR1020170135662A KR20170135662A KR20190043733A KR 20190043733 A KR20190043733 A KR 20190043733A KR 1020170135662 A KR1020170135662 A KR 1020170135662A KR 20170135662 A KR20170135662 A KR 20170135662A KR 20190043733 A KR20190043733 A KR 20190043733A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
overcurrent
switch
low
satisfied
Prior art date
Application number
KR1020170135662A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102320892B1 (ko
Inventor
방효진
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020170135662A priority Critical patent/KR102320892B1/ko
Publication of KR20190043733A publication Critical patent/KR20190043733A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102320892B1 publication Critical patent/KR102320892B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y02T10/7216—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 고전압 전원 및 저전압 전원 간에 양방향으로 전력을 변환하는 컨버터부, 컨버터부 및 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 고전압 백투백 스위치, 및 컨버터부 및 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 저전압 백투백 스위치, 및 고전압 전원에 연결되는 DC-LINK단 전압에 기초하여 판단한, 저전압 전원으로부터 고전압 전원으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 고전압 백투백 스위치 및 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법{APPARATUS FOR PREVENTING OVER CURRENT OF CONVERTER SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 탑재되는 DC-DC 컨버터 시스템의 과전류를 방지하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 전력시스템은 차량 내의 전자 부품, 안전 부품 또는 각종 액세서리를 가동하기 위해 차량의 각 전장부하로 전력을 공급하는 시스템으로서, 일반적으로 직류전압을 공급하여 차량 내의 전자 부품들을 가동한다. 종래에는 차량의 전력시스템으로 12V 전력시스템이 사용되었으나, 최근에는 에너지 용량을 증가시키고, 고출력의 전자 부품을 사용하여 전력 효율성을 향상시키기 위해 48V 전력시스템이 보급되고 있다.
다만, 48V 전력시스템을 적용하는 경우, 종래의 12V 전압으로 가동되던 차량의 모든 전자 부품을 48V 용으로 교체해야 하는 문제점이 존재하여, 12V 및 48V의 전압을 함께 공급할 수 있는 12V/48V 듀얼 전원 시스템이 개발되었으며, 이에 따라 소모전력이 적은 부품은 기존과 같이 12V 전압으로 가동시키고, 전동식 조향장치, 공조시스템 및 BSG(Belt-driven Starter Generator)와 같이 소모전력이 큰 부품은 48V 전압으로 가동시켜 전력을 효율적으로 활용할 수 있게 되었다. 12V-48V 전력 변환 시스템으로는 통상적으로 DC-DC 컨버터가 사용되며, DC-DC 컨버터는 고용량을 수용하고 전력 변환의 빠른 응답성을 확보하며, 전류를 분담하여 효율성을 향상시키기 위해 멀티페이즈 구조로 사용되고 있다.
이러한 DC-DC 컨버터는 하이브리드 차량에 적용되어 48V 배터리 및 12V 배터리를 충전시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 일반 주행 시, 하이브리드 차량은 48V 배터리에서 전력을 받아 인버터를 통해 전기 모터를 구동시킨다. 구동된 전기 모터는 동력 분배기에 동력을 전달하여 엔진을 구동함으로써, 하이브리드 자동차는 주행할 수 있다. 그리고, 48V 배터리에 연결된 DC-DC 컨버터는 12V 배터리를 충전시켜 차량 내 저전압 전장 부하에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 목적은 차량에 탑재된 DC-DC 컨버터의 동작 과정에서 발생할 수 있는 로드 덤프(Load Dump), 역전류 및 과전류가 발생할 수 있는 조건을 사전에 감지하여 과전류를 방지함으로써 컨버터 소자의 소손을 방지하기 위한 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치는 고전압 전원 및 저전압 전원 간에 양방향으로 전력을 변환하는 컨버터부, 상기 컨버터부 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 고전압 백투백 스위치, 및 상기 컨버터부 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 저전압 백투백 스위치, 및 상기 고전압 전원에 연결되는 DC-LINK단 전압에 기초하여 판단한, 상기 저전압 전원으로부터 상기 고전압 전원으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 DC-LINK단 전압을 평활하는 링크 커패시터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 링크 커패시터에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 상기 컨버터부가 동작하는 컨버팅 모드의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 프리차지 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우, 상기 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 컨버팅 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제2 기준전압 이하인 경우, 상기 제2 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하되, 상기 제2 기준전압은 상기 제1 기준전압 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 컨버터부에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법은 제어부가, 상기 고전압 전원에 연결되는 DC-LINK단 전압에 기초하여, 상기 저전압 전원으로부터 상기 고전압 전원으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계, 및 상기 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨버터 시스템은, 상기 DC-LINK단을 평활하는 링크 커패시터를 더 포함하고, 상기 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 링크 커패시터에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 상기 컨버터부가 동작하는 컨버팅 모드의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 프리차지 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우, 상기 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 턴 오프시키는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 컨버터부에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부가, 상기 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 컨버터 시스템의 고전압 배터리 측의 전압에 기초하여 과전류 발생을 예측함으로써 과전류를 사전에 방지할 수 있는 동시에, 컨버터 시스템에 흐르는 과전류가 발생한 경우 스위치 제어를 통해 즉시 과전류를 제거하는 이중의 보호 로직을 통해 컨버터 소자의 소손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 부스트 모드에서의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 벅 모드에서의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 프리차지 모드에서의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 제어부의 구성을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치를 설명하기 위한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 부스트 모드에서의 등가 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 벅 모드에서의 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 프리차지 모드에서의 등가 회로도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치에서 제어부의 구성을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치는 고전압 전원(HV), 저전압 전원(LV), 컨버터부(CVT), 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET), 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET), 링크 커패시터(C_LINK) 및 제어부(ECU)를 포함할 수 있다.
고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 차량 내의 각 전자 부품에 각각 고전압 및 저전압을 공급할 수 있으며, 상호 간의 전력 변환을 위해 컨버터부(CVT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 통상적인 전력 변환 시스템에 따라 각각 48V 전원 및 12V 전원으로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 리튬 배터리, 납축전지, 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터가 단독 또는 조합되어 구성될 수 있으나 상기한 대상에 한정되지 않고 차량의 전자 부품에 전원을 공급할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.
컨버터부(CVT)는 도 1에 도시된 것과 같이 일단이 고전압 전원(HV)에, 타단이 저전압 전원(LV)에 전기적으로 연결되어 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 수행할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이 컨버터부(CVT)는 양방향 DC-DC 컨버터로 구현될 수 있으며, 이에 따라 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 벅 스위치(HSFET)와 부스트 스위치(LSFET), 및 벅 스위치(HSFET)와 부스트 스위치(LSFET)의 연결 단자에 접속되는 인덕터(L)를 포함할 수 있다.
컨버터부(CVT)는 후술할 제어부(ECU)에 의해 벅 스위치(HSFET) 및 부스트 스위치(LSFET)가 PWM(Pulse Width Modulation) 제어되어 상보적으로 동작되며, 이에 따라 인덕터(L)에 에너지가 저장되고 방전되는 과정을 반복 수행함으로써 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 전력 변환을 수행할 수 있다. 도 2 및 도 3은 저전압 전원(LV)이 컨버터부(CVT)에 의해 승압되어 고전압 전원(HV)이 충전되는 부스트 모드(Boost Mode), 및 고전압 전원(HV)이 컨버터부(CVT)에 의해 감압되어 저전압 전원(LV)이 충전되는 벅 모드(Buck Mode)에서의 등가 회로를 도시하고 있다. 한편, 벅 스위치(HSFET) 및 부스트 스위치(LSFET)는 FET(Field Effect Transitor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 스위치가 채용될 수 있다.
고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET)는 컨버터부(CVT)와, 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV) 간의 전기적 연결을 각각 단속(즉, 전기적으로 연결하거나 차단)할 수 있다. 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET)는 FET(Field Effect Transitor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 스위치가 채용될 수도 있다.
링크 커패시터(C_LINK)는 고전압 전원(HV)에 연결되는 DC-LINK단의 전압을 평활할 수 있다. 즉, 컨버터부(CVT)에 의한 전력 변환 시 DC-LINK단의 전압을 평활하여 일정한 전압 공급이 가능하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 링크 커패시터(C_LINK)는 컨버터 시스템의 기동 초기, 컨버터부(CVT)의 부스트 모드 동작에 따른 프리차지 모드에 의해 충전되며, 이에 따라 메인 릴레이(MR)가 단락될 때 고전압 전원(HV) 및 링크 커패시터(C_LINK)의 전위 차로 인한 돌입전류가 제거될 수 있다.
제어부(ECU)는 전술한 것과 같이 전력 변환 시스템에 포함된 벅 스위치(HSFET) 및 부스트 스위치(LSFET)를 PWM 제어하고, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET)의 턴 온/턴 오프를 각각 제어함으로써, 컨버터부(CVT)로 하여금 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 수행할 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예에서 제어부(ECU)는 고전압 전원(HV)에 연결되는 DC-Link단 전압에 기초하여 판단한, 저전압 전원(LV)으로부터 고전압 전원(HV)으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시켜 과전류를 제거함으로써 컨버터 시스템을 구성하는 소자의 소손을 방지할 수 있다.
구체적으로, 컨버터 시스템의 기동 초기로부터 링크 커패시터(C_LINK)에 대하여 프리차지를 수행하고, 컨버터부(CVT)에 의한 전력 변환이 수행되는 과정에서 메인 릴레이(MR)를 비롯하여 각 스위치의 턴 온/턴 오프 동작에 따라 DC-Link단 전압이 저전압 전원(LV)의 전압 이하로 감소하는 경우가 발생할 수 있으며, 이로 인해 저전압 전원(LV)으로부터 고전압 전원(HV)으로 흐르는 과전류가 발생할 수 있으므로, 본 실시예의 제어부(ECU)는 DC-Link단 전압에 기초하여 과전류 발생 조건의 충족 여부를 판단하고, 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단된 경우 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시켜 과전류를 제거함으로써 컨버터 시스템을 구성하는 소자의 소손을 방지할 수 있다.
이때, 제어부(ECU)는 링크 커패시터(C_LINK)에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 컨버터부(CVT)가 동작하는 컨버팅 모드(즉, 부스트 모드(Boost Mode) 및 벅 모드(Buck Mode))의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 기동 초기에 링크 커패시터(C_LINK)를 충전하는 프리차지 모드와, 컨버터부(CVT)가 전력 변환을 수행하는 컨버팅 모드에서 과전류가 발생하는 조건은 상이할 수 있으므로, 제어부(ECU)는 프리차지 모드 및 컨버팅 모드에서 각각 차별적으로 과전류 발생 조건을 판단함으로써 컨버터 시스템에서 발생할 수 있는 과전류를 보다 정밀하게 예측할 수 있다.
제어부(ECU)는, 프리차지 모드에서, DC-Link단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우, 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제1 기준전압은 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 제어부(ECU)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예: 6V).
또한, 제어부(ECU)는 컨버팅 모드에서(즉, 부스트 모드 또는 벅 모드에서), DC-Link단 전압이 미리 설정된 제2 기준전압 이하인 경우, 제2 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제2 기준전압은 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 제어부(ECU)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 프리차지 모드에 의해 DC-Link단에는 이미 일정 크기 이상의 전압이 형성된 점을 고려하여, 제1 기준전압 이상의 값으로 설정됨이 바람직할 수 있다(예: 17V). 또한, 제2 기준전압은 저전압 전원(LV)의 전압보다 소정의 허용 마진만큼 큰 값으로 설정됨이 바람직할 수 있다. 즉, 제2 기준전압을 저전압 전원(LV)의 전압 이하의 값으로 설정하는 경우, 과전류가 이미 발생한 상태에서 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 또는 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상이 턴 오프되는 사후적 방지가 되어 컨버터 소자의 소손 가능성을 완벽히 제거할 수 없기 때문에, 저전압 전원(LV)의 전압보다 소정의 허용 마진만큼 큰 값으로 설정하여 DC-Link단 전압이 제2 기준전압 이하로 도달한 경우, 과전류가 발생할 가능성이 있는 것으로 판단하여 사전에 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 또는 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상이 턴 오프시킴으로써, 컨버터 소자의 소손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 제어부(ECU)는 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 컨버터부(CVT)에 대한(즉, 벅 스위치(HSFET) 및 부스트 스위치(LSFET)에 대한) PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시킬 수 있다. 컨버터부(CVT)에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지함으로써 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시킬 때의 전류 불안정성을 제거할 수 있다.
이상에서는 제어부(ECU)가 DC-Link단 전압에 기초하여 과전류 발생 여부를 사전적으로 예측하여 백투백 스위치를 통해 과전류 발생을 방지하는 구성을 설명하였으며, 동시에 제어부(ECU)는 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시킬 수 있다. 상기 구성은 컨버터 시스템에서 발생한 과전류를 직접 검출하여 백투백 스위치를 턴 오프시킴으로써, DC-Link단 전압에 기초하여 과전류 발생을 사전에 방지하는 구성에 대한 리던던시(Redundancy) 로직으로서의 의미를 갖는다. 여기서, 기준전류는 컨버터 소자의 소손을 야기할 수 있을 정도의 크기를 갖는 전류로서, 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 제어부(ECU)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예: 75A).
한편, 제어부(ECU)에는 도 5에 도시된 것과 같이 DC-Link단 전압 및 폐루프에 흐르는 전류에 기초하여 백투백 스위치를 턴 오프시키기 위한 로직으로서, DC-Link단 전압과, 제1 기준전압 또는 제2 기준전압을 비교하는 제1 비교부(COMP1), 폐루프 전류와 기준전류를 비교하는 제2 비교부(COMP2), 및 제1 비교부(COMP1)와 제2 비교부(COMP2)의 비교 결과에 따라 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 또는 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET)를 턴 오프시키기 위한 스위치 구동 회로부(DRV_FET)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법을 설명하면, 먼저 제어부(ECU)는 고전압 전원(HV)에 연결되는 DC-Link단 전압에 기초하여, 저전압 전원(LV)으로부터 고전압 전원(HV)으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단한다(S100).
S100 단계에서, 제어부(ECU)는 링크 커패시터(C_LINK)에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 컨버터부(CVT)가 동작하는 컨버팅 모드의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(ECU)는 프리차지 모드에서는 DC-Link단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있고, 컨버팅 모드에서는 DC-Link단 전압이 미리 설정된 제2 기준전압 이하인 경우 제2 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있으며, 이때 제2 기준전압은 제1 기준전압 이상으로 설정됨이 바람직할 수 있다. 이에 대한 내용은 전술한 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.
이어서, 제어부(ECU)는 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단된 경우, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시킨다(S200).
S200 단계에서, 제어부(ECU)는 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 컨버터부(CVT)에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시킬 수 있다.
한편, 본 실시예는 제어부(ECU)가 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 고전압 백투백 스위치(HV_BTB_FET) 및 저전압 백투백 스위치(LV_BTB_FET) 중 하나 이상을 턴 오프시키는 S300 단계를 더 포함할 수 있으며, S300 단계는 DC-Link단 전압에 기초하여 과전류 발생을 사전에 방지하는 구성에 대한 리던던시(Redundancy) 단계로서의 의미를 갖는다.
이와 같이 본 실시예는 컨버터 시스템의 고전압 배터리 측의 전압에 기초하여 과전류 발생을 예측함으로써 과전류를 사전에 방지할 수 있는 동시에, 컨버터 시스템에 흐르는 과전류가 발생한 경우 스위치 제어를 통해 즉시 과전류를 제거하는 이중의 보호 로직을 통해 컨버터 소자의 소손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
HV: 고전압 전원
LV: 저전압 전원
MR: 메일 릴레이
CVT: 컨버터부
HSFET: 벅 스위치
LSFET: 부스트 스위치
L: 인덕터
HV_BTB_FET: 고전압 백투백 스위치
LV_BTB_FET: 저전압 백투백 스위치
C_LINK: 링크 커패시터
ECU: 제어부
COMP1: 제1 비교부
COMP2: 제2 비교부
DRV_FET: 스위치 구동 회로부

Claims (12)

  1. 고전압 전원 및 저전압 전원 간에 양방향으로 전력을 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 고전압 백투백 스위치, 및 상기 컨버터부 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 저전압 백투백 스위치; 및
    상기 고전압 전원에 연결되는 DC-LINK단 전압에 기초하여 판단한, 상기 저전압 전원으로부터 상기 고전압 전원으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-LINK단 전압을 평활하는 링크 커패시터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 링크 커패시터에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 상기 컨버터부가 동작하는 컨버팅 모드의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 프리차지 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우, 상기 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 컨버팅 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제2 기준전압 이하인 경우, 상기 제2 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하되, 상기 제2 기준전압은 상기 제1 기준전압 이상인 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 컨버터부에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치.
  7. 고전압 전원 및 저전압 전원 간에 양방향으로 전력을 변환하는 컨버터부; 및
    상기 컨버터부 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 고전압 백투백 스위치, 및 상기 컨버터부 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 저전압 백투백 스위치;를 포함하는 컨버터 시스템의 과전류를 방지하는 방법으로서,
    제어부가, 상기 고전압 전원에 연결되는 DC-LINK단 전압에 기초하여, 상기 저전압 전원으로부터 상기 고전압 전원으로 연결되는 폐루프에 대한 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계; 및
    상기 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단된 경우, 상기 제어부가, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨버터 시스템은, 상기 DC-LINK단을 평활하는 링크 커패시터;를 더 포함하고,
    상기 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 링크 커패시터에 대한 프리차지(Pre-Charge) 모드, 및 상기 컨버터부가 동작하는 컨버팅 모드의 각 모드에 대하여 각각 제1 과전류 발생 조건 및 제2 과전류 발생 조건이 충족되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 프리차지 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제1 기준전압 이하인 경우, 상기 제1 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 과전류 발생 조건이 충족되었는지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 컨버팅 모드에서, 상기 DC-LINK단 전압이 미리 설정된 제2 기준전압 이하인 경우, 상기 제2 과전류 발생 조건이 충족된 것으로 판단하되, 상기 제2 기준전압은 상기 제1 기준전압 이상인 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 턴 오프시키는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 과전류 발생 조건이 충족된 경우, 상기 컨버터부에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 중지한 후, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 폐루프를 흐르는 전류가 미리 설정된 기준전류 이상인 경우, 상기 고전압 백투백 스위치 및 상기 저전압 백투백 스위치 중 하나 이상을 턴 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 시스템의 과전류 방지 방법.



KR1020170135662A 2017-10-19 2017-10-19 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법 KR102320892B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170135662A KR102320892B1 (ko) 2017-10-19 2017-10-19 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170135662A KR102320892B1 (ko) 2017-10-19 2017-10-19 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190043733A true KR20190043733A (ko) 2019-04-29
KR102320892B1 KR102320892B1 (ko) 2021-11-03

Family

ID=66282668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170135662A KR102320892B1 (ko) 2017-10-19 2017-10-19 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102320892B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4160894A4 (en) * 2020-10-10 2023-11-22 Great Wall Motor Company Limited DIRECT CURRENT CONVERTER, CONTROL METHOD, VEHICLE, DEVICE, PROGRAM AND SUPPORT

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160121640A (ko) * 2015-04-09 2016-10-20 엘에스산전 주식회사 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치
KR20170078437A (ko) * 2015-12-29 2017-07-07 엘에스오토모티브 주식회사 양방향 dc-dc 컨버터를 보호하기 위한 방법 및 시스템
KR20170103440A (ko) * 2016-03-04 2017-09-13 엘에스산전 주식회사 Dc-dc 컨버터 및 이의 구동 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160121640A (ko) * 2015-04-09 2016-10-20 엘에스산전 주식회사 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치
KR20170078437A (ko) * 2015-12-29 2017-07-07 엘에스오토모티브 주식회사 양방향 dc-dc 컨버터를 보호하기 위한 방법 및 시스템
KR20170103440A (ko) * 2016-03-04 2017-09-13 엘에스산전 주식회사 Dc-dc 컨버터 및 이의 구동 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4160894A4 (en) * 2020-10-10 2023-11-22 Great Wall Motor Company Limited DIRECT CURRENT CONVERTER, CONTROL METHOD, VEHICLE, DEVICE, PROGRAM AND SUPPORT

Also Published As

Publication number Publication date
KR102320892B1 (ko) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6647912B2 (ja) ジャンプスタートのための車両電源制御方法及びシステム
JP5252540B2 (ja) 燃料電池ハイブリッド車両のシーケンス制御方法
JP5171578B2 (ja) 車両用バッテリー制御装置
JP4876773B2 (ja) 電源装置
JP2007028803A (ja) 電動車両の制御装置
JP7135722B2 (ja) 車両
US11211813B2 (en) Battery charge control apparatus for vehicle and method of controlling battery charging of vehicle
JP6428524B2 (ja) 車両用電源システム
JP4048787B2 (ja) 負荷駆動装置
JP2018164338A (ja) 電力変換装置、制御システム
JP5373692B2 (ja) 電源装置
JP7230635B2 (ja) 電力システムおよびその制御方法
WO2017154778A1 (ja) ハイブリッド車両の制御装置
KR20090062385A (ko) 차량 전원시스템 및 그 동작 방법
JP3661630B2 (ja) ハイブリッド車の駆動装置及びその制御方法
KR20190043733A (ko) 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법
KR20160040912A (ko) Ldc의 과열 방지를 위한 ldc 제어 장치 및 그 동작 방법
JP2004229461A (ja) 充電制御装置及び車両
JP4139290B2 (ja) 電気車輌用電源装置
KR101090701B1 (ko) Ｄｃ-ｄｃ 컨버터의 제어방법
JP5644131B2 (ja) 電源装置及び電源装置制御方法
KR100911581B1 (ko) 연료전지 하이브리드 차량의 보조동력원 방전 시퀀스 제어방법
JP7384192B2 (ja) 燃料電池車
JP2024031385A (ja) 電源システム
US11569768B2 (en) Generator control system and method of controlling the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant