KR20210075284A - 차량의 다중 모터 구동 시스템 - Google Patents

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KR20210075284A KR1020190166035A KR20190166035A KR20210075284A KR 20210075284 A KR20210075284 A KR 20210075284A KR 1020190166035 A KR1020190166035 A KR 1020190166035A KR 20190166035 A KR20190166035 A KR 20190166035A KR 20210075284 A KR20210075284 A KR 20210075284A
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곽헌영
박홍극
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현대자동차주식회사
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Abstract

배터리에 병렬 관계로 연결되어 상기 배터리의 전압을 각각 다상 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터 및 제2 인버터; 상기 제1 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제1 모터; 상기 제2 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제2 모터; 상기 배터리를 충전하기 위한 직류 전압이 인가되는 충전구의 제1 단자와 상기 배터리의 제1 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제1 릴레이; 상기 충전구의 제2 단자와 상기 배터리의 제2 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제2 릴레이를 포함하며, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나는 상기 배터리의 제1 단자 또는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 제1 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 결정하도록 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템이 개시된다.

Description

차량의 다중 모터 구동 시스템{MULTI MOTOR DRIVING SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 다중 모터 구동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 주행 중 다중 모터 중 하나 또는 다중 모터를 구동하기 위한 복수의 인버터 중 하나에 고장이 발생한 경우 고장난 인버터 또는 고장난 모터에 연결된 인버터와 배터리 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있는 차량의 다중 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적인 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 구조의 하이브리드 차량은 하이브리드 스타터 제너레이터(Hybrid Starter Generator: HSG)와 구동 모터를 활용하여 차량의 동력을 제공할 수 있다. 또한, 최근에는 차량의 전륜과 후륜에 각각 구동 모터를 장착하여 각각의 구동 모터를 개별 구동하여 차량의 동력을 생성하는 전기 차량이 개발되었다.
일반적인 TMED 구조 하이브리드 차량이나 전후륜 개별 구동 모터를 장착한 전기 차량은, 구동 모터 또는 구동 모터로 교류 전력을 공급하는 인버터가 고장나는 경우 스타터 제너레이터나 다른 차량륜에 구비된 구동 모터를 가동하여 차량의 주행을 주행할 수 있게 하는 페일 세이프(fail safe) 전략이 적용되고 있다. 특히, 전륜과 후륜에 개별 구동 모터를 구비한 차량에서는 구동 모터의 구동력을 차량의 휠에 전달되는 것을 차단하는 하드웨어인 디스커넥터를 구비하는 경우가 있으며, 이 경우에는 고장난 구동 모터 또는 인버터로 동작하는 차량륜의 디스커넥터를 이용하여 차량륜과 구동 모터를 분리하고 정상인 차량륜에 연결된 구동 모터를 구동하여 페일 세이프 주행이 이루어지게 하고 있다.
그러나 이러한 종래의 페일 세이프 전략은 인버터가 전기적으로 단선(개방)된 고장에 적합하게 적용할 수 있으며, 인버터가 전기적으로 단락된 고장에서는 적용할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 예를 들어, 단락 고장이 난 인버터는 배터리 및 다른 인버터와 직렬 연결된 직류단을 단락시켜 과전류를 유발하게 되며, 이에 배터리와 차량 구동 시스템을 연결하는 메인 릴레이를 개방시키게 되어 배터리가 직류단에 연결될 수 없게 만드는 문제가 있다.
따라서, 인버터의 단락 고장이 발생한 경우에는 배터리 자체를 차량 구동 시스템에 연결하는 것이 불가능하여 시스템 자체가 셧다운 되므로 두 구동 모터 중 정상 상태인 하나를 활용하는 페일 세이프 전략을 적용하는 것이 불가능하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0113363 A KR 10-1601491 B1
이에 본 발명은, 차량 구동에 사용되는 두 모터에 각각 다상 교류 전력을 공급하는 두 인버터 중 하나에 단락 고장이 발생한 경우에도 고장난 인버터를 배터리의 직류단에서 전기적으로 분리시켜 나머지 하나의 인버터 및 모터를 활용하여 페일 세이프 주행이 가능하게 할 수 있는 차량의 다중 모터 구동 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
배터리에 병렬 관계로 연결되어 상기 배터리의 전압을 각각 다상 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터 및 제2 인버터;
상기 제1 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제1 모터;
상기 제2 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제2 모터;
상기 배터리를 충전하기 위한 직류 전압이 인가되는 충전구의 제1 단자와 상기 배터리의 제1 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제1 릴레이;
상기 충전구의 제2 단자와 상기 배터리의 제2 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제2 릴레이를 포함하며,
상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나는 상기 배터리의 제1 단자 또는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 제1 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 결정하도록 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충전구의 제1 단자는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 릴레이는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제1 직류 단자와 상기 배터리의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 릴레이는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 충전구의 제2 단자 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 단락되고 상기 제2 릴레이가 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 제2 인버터가 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되고, 상기 배터리는 별도의 완속 충전기에 의해 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충전구의 제2 단자는 상기 제1 인버터의 제2 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 릴레이는 상기 제1 인버터의 제2 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제2 직류 단자와 상기 배터리의 제2 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제1 릴레이는 상기 배터리의 제1 단자와 상기 충전구의 제1 단자 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 개방되고 상기 제2 릴레이가 단락될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 제2 인버터가 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되고, 상기 배터리는 별도의 완속 충전기에 의해 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충전구의 제1 단자는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 릴레이는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제1 직류 단자와 상기 배터리의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 릴레이는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 충전구의 제2 단자 사이에 연결되며, 상기 제2 모터의 중성점은 상기 충전구의 제1 단자에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 단락되고 상기 제2 릴레이가 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상이며, 상기 충전구로 인가되는 충전 전력의 전압이 상기 배터리를 충전할 수 있는 크기를 갖는 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우 또는 상기 충전구로 인가되는 충전 전력의 전압이 상기 배터리를 충전할 수 있는 전압보다 작은 크기를 갖는 경우, 상기 제1 릴레이는 개방되고 상기 제2 릴레이는 단락되어 상기 충전구를 통해 상기 모터의 중성점에 인가되는 충전 전압을 상기 모터에 포함된 인덕터와 상기 제2 인버터의 스위칭 소자에 의해 형성되는 전압 컨버터를 구동하여 변환하여 상기 배터리로 인가할 수 있다.
상기 차량의 다중 모터 구동 시스템에 따르면, 차량 구동에 사용되는 두 모터에 각각 다상 교류 전력을 공급하는 두 인버터 중 하나에 단락 고장이 발생한 경우에도 고장난 인버터를 배터리의 직류단에서 전기적으로 분리시켜 과전류 발생을 차단함으로써 나머지 하나의 정상 인버터 및 모터를 활용하여 페일 세이프 주행이 가능하게 할 수 있다.
특히, 상기 차량의 다중 모터 구동 시스템에 따르면, 일반적인 전기 차량 또는 플러그인 하이브리드 차량에 구비된 직류 충전구와 배터리를 연결하는 릴레이를 활용하여 배터리 직류단과 고장난 인버터의 전기적 분리를 가능하게 하므로, 고장난 인버터를 배터리의 직류단에서 분리하기 위한 별도의 릴레이를 필요로 하지 않으며, 고장난 인버터를 배터리 직류단 분리하는 기능을 부가하여 차량의 상품성을 향상시키면서도 추가적인 비용이 발생하지 않는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 통상의 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템에 대한 이해를 돕기 위해 먼저 도 1을 참조하여 통상의 차량의 다중 모터 구동 시스템을 간략하게 설명하기로 한다.
도 1은 통상의 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 배터리(10)와 배터리의 출력단, 즉 직류단에 병렬 관계로 연결된 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)와, 제1 인버터(21)로부터 다상 교류 전력을 제공받아 구동되는 제1 모터(31)와, 제2 인버터(22)로부터 다상 교류 전력을 제공받아 구동되는 제2 모터(32) 및 외부로부터 배터리(10)를 충전하기 위한 직류 전압이 인가되는 충전구(40) 및 배터리(10) 충전 시 충전기(40)의 제1 단자(+ 단자)와 배터리(10)의 제1 단자(+ 단자)를 전기적으로 연결하기 위해 단락되고 충전이 종료되면 개방되는 제1 릴레이(R11)와 배터리(10) 충전 시 충전기(40)의 제2 단자(- 단자)와 배터리(10)의 제2 단자(- 단자)를 전기적으로 연결하기 위해 단락되고 충전이 종료되면 개방되는 제2 릴레이(R12)를 포함할 수 있다. 더하여, 배터리(20)와 직류단 사이에는 메인 릴레이(R10)이 구비될 수 있다. 메인 릴레이(R10)는 차량이 주행 중인 경우 및 배터리(10)를 충전하는 경우 배터리(10)와 직류단을 전기적으로 연결하기 위해 단락되고, 차량의 시동이 오프되는 경우에 개방될 수 있다.
통상의 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 구조의 하이브리드 차량에서 제1 모터는 하이브리드 스타터 제너레이터이고 제2 모터는 차량 변속기와 직결되는 구동 모터일 수 있다. 또한, 전륜과 후륜을 개별 구동하는 전기 차량에서, 제1 모터는 전륜 구동 모터이고 제2 모터는 후륜 구동 모터일 수 있다.
이러한 통상의 시스템에서, 차량이 주행 중인 경우 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)는 개방되고, 제1 인버터(21)와 제2 인버터(22) 내의 스위칭 소자(전력 반도체 소자)를 적절하게 온/오프 제어하여 제1 모터(31) 및 제2 모터(32)로 각각 다상 교류 전력을 공급함으로써 제1 모터(31) 및 제2 모터(32)가 구동되게 할 수 있다.
차량이 충전 중인 경우에는 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)를 단락시켜 충전구(40)에서 제공되는 직류 충전 전력이 배터리(10)로 직접 제공되게 하여 배터리(10)가 충전되게 할 수 있다.
제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 상태 제어 및 제1 인버터(21)와 제2 인버터(22)의 제어는 차량 내에 마련되는 각종 제어기(미도시)에 의해 적절하게 수행될 수 있으며, 도시하지 않은 제어기의 구체적 동작은 공지의 내용이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
이러한, 통상의 시스템은 제1 인버터(21) 또는 제2 인버터(22)에 단락 고장이 발생하는 경우 고장난 인버터에 의해 배터리(10)로부터 전류가 계속 출력되게 함으로써 과전류의 위험이 있어 메인 릴레이(R10)를 개방시켜 배터리(10)를 다른 요소들로부터 전기적으로 분리시켜야 한다. 따라서, 통상의 시스템에서 인버터 중 하나에 단락 고장이 발생하면 고장 나지 않은 인버터를 구동할 수 없으며, 나아가 직류 전력을 직류단에 직접 공급하여 배터리(10)를 충전하는 급속 충전도 불가능하게 된다.
이러한 문제를 해소하고자 본 발명의 여러 실시형태는 통상의 시스템에서 충전구(40)와 직류단을 선택적으로 연결하도록 마련된 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 위치를 적절하게 설정하여 추가적으로 릴레이를 설치하지 않고서도 고장난 인버터나 모터를 직류단에서 전기적으로 분리시키고자 한다.
본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 제1 릴레이 및 제2 릴레이 중 하나를 배터리와 인버터 사이에 배치하여 적절하게 단락/개방 상태를 제어함으로써 인버터 고장 시 인버터와 직류단의 연결을 차단하여 고장 나지 않은 나머지 하나의 인버터와 모터를 활용하여 차량의 페일 세이프 주행이 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 충전구(40)의 제1 단자는 제1 인버터(21)의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 제1 릴레이(R11)는 제1 인버터(21)의 제1 직류 단자 및 제2 인버터(22)의 제1 직류 단자와 배터리(10)의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 제2 릴레이(R12)는 배터리(10)의 제2 단자와 충전구(40)의 제2 단자 사이에 연결될 수 있다.
이하의 설명에서, 메인 릴레이(R10)은 단락 상태인 것으로 간주될 수 있으며, 제1 단자 또는 제1 직류단자는 각 요소의 + 단자를 의미하고 제2 단자 또는 제2 직류 단자는 각 요소의 - 단자를 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 것과 같은 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 연결 구조에 의해 차량의 주행 중 또는 배터리(10)의 충전 중에 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 상태를 적절히 제어함으로써, 제1 인버터(21)에 고장이 발생하는 경우에도 제1 인버터(21)를 배터리(10)와 분리시켜 페일 세이프 주행 또는 배터리 충전이 가능하게 할 수 있다.
더욱 상세하게, 차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)가 정상 구동 중인 경우, 제1 릴레이(R11)를 단락시키고 제2 릴레이(R2)를 개방시켜 배터리(10)의 출력단, 즉 배터리(10)의 제1 단자와 제2 단자 사이의 직류 전압이 인가되는 직류단과 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)를 전기적으로 연결하고 충전구(40)를 전기적으로 차단할 수 있다.
또한, 차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 또는 제1 모터(31)가 고장인 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)가 개방될 수 있다. 이에 의해, 제1 인버터(21)는 배터리(11)와 전기적으로 분리되고 제2 인버터(22)만 배터리(10)에서 전력을 공급받아 제2 모터(32)를 구동할 수 있게 된다. 즉, 제1 인버터(21)에 단락 고장이 발생하는 경우에도 제1 릴레이(R11)을 개방함으로 인해 제1 인버터(21)가 배터리(11)에서 전기적으로 분리되게 함으로써 제2 인버터(22)를 이용하여 제2 모터(32)를 구동할 수 있게 된다.
또한, 차량이 정지된 상태에서 배터리(10)를 충전하는 경우에, 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)가 정상이면 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)를 단락시켜 충전구(40)로부터 제공되는 직류 충전 전력이 배터리(10)로 제공되게 할 수 있다.
더하여, 차량이 정지된 상태에서 배터리(10)가 충전 중이고 제1 인버터(21)가 고장인 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)는 개방되어 충전구(40)는 배터리(10) 전기적으로 분리되고 배터리(10)는 별도의 완속 충전기에 의해 충전될 수 있다. 종래에는, 제1 인버터(21)가 단락 고장인 경우에 완속 충전기에 의해 배터리(10)를 충전하더라도 제1 인버터(21)가 단락 상태이므로 제1 인버터(21)와 제1 모터(31)로 충전 전류가 흐를 수 있어 충전이 불가능하다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태는, 고장난 인버터 자체를 배터리와 완전히 전기적으로 분리 시킴으로써 완속 충전기를 이용하여 배터리(10)를 충전할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 두번째 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 충전구(40)의 제2 단자는 제1 인버터(21)의 제2 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 제2 릴레이(R12)는 제1 인버터(21)의 제2 직류 단자 및 제2 인버터(22)의 제2 직류 단자와 배터리(10)의 제2 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 제1 릴레이(R11)는 배터리(10)의 제1 단자와 충전구(40)의 제1 단자 사이에 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같은 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 연결 구조에 의해 차량의 주행 중 또는 배터리(10)의 충전 중에 제1 릴레이(R11)와 제2 릴레이(R12)의 상태를 적절히 제어함으로써, 제1 인버터(21)에 고장이 발생하는 경우에도 제1 인버터(21)를 배터리(10)와 분리시켜 페일 세이프 주행 또는 배터리 충전이 가능하게 할 수 있다.
더욱 상세하게, 차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)가 정상 구동 중인 경우, 제1 릴레이(R11)를 단락시키고 제2 릴레이(R2)를 개방시켜 배터리(10)의 출력단, 즉 배터리(10)의 제1 단자와 제2 단자 사이의 직류 전압이 인가되는 직류단과 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)를 전기적으로 연결하고 충전구(40)를 전기적으로 차단할 수 있다.
또한, 차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 또는 제1 모터(31)가 고장인 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)가 개방될 수 있다. 이에 의해, 제1 인버터(21)는 배터리(11)와 전기적으로 분리되고 제2 인버터(22)만 배터리(10)에서 전력을 공급받아 제2 모터(32)를 구동할 수 있게 된다. 즉, 제1 인버터(21)에 단락 고장이 발생하는 경우에도 제1 릴레이(R11)을 개방함으로 인해 제1 인버터(21)가 배터리(11)에서 전기적으로 분리되게 함으로써 제2 인버터(22)를 이용하여 제2 모터(32)를 구동할 수 있게 된다.
또한, 차량이 정지된 상태에서 배터리(10)를 충전하는 경우에, 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)가 정상이면 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)를 단락시켜 충전구(40)로부터 제공되는 직류 충전 전력이 배터리(10)로 제공되게 할 수 있다.
더하여, 차량이 정지된 상태에서 배터리(10)가 충전 중이고 제1 인버터(21)가 고장인 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)는 개방되어 충전구(40)는 배터리(10) 전기적으로 분리되고 배터리(10)는 별도의 완속 충전기에 의해 충전될 수 있다. 종래에는, 제1 인버터(21)가 단락 고장인 경우에 완속 충전기에 의해 배터리(10)를 충전하더라도 제1 인버터(21)가 단락 상태이므로 제1 인버터(21)와 제1 모터(31)로 충전 전류가 흐를 수 있어 충전이 불가능하다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태는, 고장난 인버터 자체를 배터리와 완전히 전기적으로 분리 시킴으로써 완속 충전기를 이용하여 배터리(10)를 충전할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템을 도시한 구성도이다. 도 4에 도시된 다중 모터 구동 시스템은 제2 모터(32) 내의 인덕터와 제2 인버터(22) 내의 스위칭 소자가 직류 컨버터로써 구동되게 하여 제2 모터(32)의 중성점에 인가된 직류 충전 전력의 전압을 배터리(10) 충전 전압으로 변환하여 배터리(10)에 인가되게 함으로써 배터리(10)를 충전할 수 있는 시스템이다. 이 시스템은 본 출원의 출원인과 동일한 출원인에 의해 출원된 한국공개특허 제10-2019-0119778호 등에 공지되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 세번째 실시형태에 따른 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 충전구(40)의 제1 단자는 제1 인버터(21)의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 제1 릴레이(R11)는 제1 인버터(21)의 제1 직류 단자 및 제2 인버터(22)의 제1 직류 단자와 배터리(10)의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 제2 릴레이(R12)는 배터리(10)의 제2 단자와 충전구(40)의 제2 단자 사이에 연결되며, 제2 모터(32)의 중성점은 충전구의 제1 단자(40)에 연결될 수 있다.
차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)가 정상 구동 중인 경우, 제1 릴레이(R11)가 단락되고 제2 릴레이(R12)가 개방됨으로써 제1 인버터(21) 및 제2 인버터(22)에 배터리(10)의 직류 전력이 공급되게 하여 제1 모터(31) 및 제2 모터(32)를 필요에 따라 적절하게 구동되게 할 수 있다.
또한, 차량이 주행 중이고 제1 인버터(21) 또는 제1 모터(31)가 고장인 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)는 개방될 수 있다. 이에 따라 제1 인버터(21)는 배터리(10)와 전기적으로 분리되고 제2 인버터(22)가 제2 모터(32)를 구동하여 차량의 페일 세이프 주행이 가능해진다.
차량이 주행 중인 경우에, 중성점 릴레이(R13)는 개방될 수 있다.
또한, 차량이 정지하여 배터리를 충전이고 제1 인버터(R11) 및 제2 인버터(R12)가 정상이고 충전구(40)에서 공급되는 직류 전력의 전압이 배터리(10)를 충전할 수 있는 크기를 갖는 경우, 제1 릴레이(R11) 및 제2 릴레이(R12)는 단락되어 충전구(40)가 배터리(10)와 전기적으로 연결되어 충전구(40)에서 제공되는 충전 전력으로 배터리(10)가 충전될 수 있다. 이 경우에도 중성점 릴레이(R13)는 개방될 수 있다.
더하여, 차량이 정지하여 배터리를 충전 중이고 제1 인버터(R11)가 고장인 경우 또는 충전구(40)에서 제공되는 직류 충전 전력의 전압 크기가 배터리를 충전 가능한 전압 크기보다 작은 경우, 제1 릴레이(R11)를 개방하고 제2 릴레이(R12)를 개방할 수 있다. 우선, 제1 릴레이(R11)을 개방함으로써 제1 인버터(21)에서 단락 고장이 발생한 경우에도 제1 인버터(21)를 배터리(10)와 전기적으로 분리하여 전류가 제1 인버터(21)를 통해 흘러 나가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전구(40)로 제공되는 충전 전압을 모터(32)에 포함된 인덕터와 제2 인버터(22) 내의 스위칭 소자에 의해 형성되는 전압 컨버터를 구동하여 적절한 크기로 승압한 후 배터리(10)로 인가하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. 충전구(40)로 제공되는 전압이 배터리(10)를 충전 가능한 크기를 갖더라도 모터(32)에 포함된 인덕터와 제2 인버터(22) 내의 스위칭 소자에 의해 형성되는 전압 컨버터의 스위칭 듀티를 적절하게 제어하여 배터리(10)로 인가되게 할 수 있다. 물론, 이 경우에는 제2 모터(32)의 중성점으로 충전 전력이 인가되어야 하므로 중성점 릴레이(R13)는 단락될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시형태에 의한 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 차량 구동에 사용되는 두 모터에 각각 다상 교류 전력을 공급하는 두 인버터 중 하나에 단락 고장이 발생한 경우에도 고장난 인버터를 배터리의 직류단에서 전기적으로 분리시켜 과전류 발생을 차단함으로써 나머지 하나의 정상 인버터 및 모터를 활용하여 페일 세이프 주행이 가능하게 할 수 있다.
특히, 본 발명의 다양한 실시형태에 의한 차량의 다중 모터 구동 시스템은, 일반적인 전기 차량 또는 플러그인 하이브리드 차량에 구비된 직류 충전구와 배터리를 연결하는 릴레이를 활용하여 배터리 직류단과 고장난 인버터의 전기적 분리를 가능하게 하므로, 고장난 인버터를 배터리의 직류단에서 분리하기 위한 별도의 릴레이를 필요로 하지 않으며, 이에 따라 추가적인 비용 상승 없이 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리 21: 제1 인버터
22: 제2 인버터 31: 제1 모터
32: 제2 모터 40: 충전구
R10: 메인 릴레이 R11: 제1 릴레이
R12: 제2 릴레이 R13: 중성점 릴레이

Claims (16)

  1. 배터리에 병렬 관계로 연결되어 상기 배터리의 전압을 각각 다상 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터 및 제2 인버터;
    상기 제1 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제1 모터;
    상기 제2 인버터가 변환한 다상 교류 전압을 제공받아 구동하는 제2 모터;
    상기 배터리를 충전하기 위한 직류 전압이 인가되는 충전구의 제1 단자와 상기 배터리의 제1 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제1 릴레이;
    상기 충전구의 제2 단자와 상기 배터리의 제2 단자 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제2 릴레이를 포함하며,
    상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나는 상기 배터리의 제1 단자 또는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 제1 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 결정하도록 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전구의 제1 단자는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 릴레이는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제1 직류 단자와 상기 배터리의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 릴레이는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 충전구의 제2 단자 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 단락되고 상기 제2 릴레이가 개방되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 제2 인버터가 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되고, 상기 배터리는 별도의 완속 충전기에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전구의 제2 단자는 상기 제1 인버터의 제2 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 릴레이는 상기 제1 인버터의 제2 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제2 직류 단자와 상기 배터리의 제2 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제1 릴레이는 상기 배터리의 제1 단자와 상기 충전구의 제1 단자 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 개방되고 상기 제2 릴레이가 단락되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 제2 인버터가 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되고, 상기 배터리는 별도의 완속 충전기에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전구의 제1 단자는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 릴레이는 상기 제1 인버터의 제1 직류 단자 및 상기 제2 인버터의 제1 직류 단자와 상기 배터리의 제1 단자가 상호 연결된 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 릴레이는 상기 배터리의 제2 단자와 상기 충전구의 제2 단자 사이에 연결되며, 상기 제2 모터의 중성점은 상기 충전구의 제1 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상 구동 중인 경우, 상기 제1 릴레이가 단락되고 상기 제2 릴레이가 개방되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 차량이 주행 중이고 상기 제1 인버터 또는 상기 제1 모터가 고장인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 개방되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터가 정상이며, 상기 충전구로 인가되는 충전 전력의 전압이 상기 배터리를 충전할 수 있는 크기를 갖는 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이는 단락되는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리가 충전 중이고 상기 제1 인버터가 고장인 경우 또는 상기 충전구로 인가되는 충전 전력의 전압이 상기 배터리를 충전할 수 있는 전압보다 작은 크기를 갖는 경우, 상기 제1 릴레이는 개방되고 상기 제2 릴레이는 단락되어 상기 충전구를 통해 상기 모터의 중성점에 인가되는 충전 전압을 상기 모터에 포함된 인덕터와 상기 제2 인버터의 스위칭 소자에 의해 형성되는 전압 컨버터를 구동하여 변환하여 상기 배터리로 인가하는 것을 특징으로 하는 차량의 다중 모터 구동 시스템.
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