WO2020013457A1 - 전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법 - Google Patents

전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2020013457A1
WO2020013457A1 PCT/KR2019/007019 KR2019007019W WO2020013457A1 WO 2020013457 A1 WO2020013457 A1 WO 2020013457A1 KR 2019007019 W KR2019007019 W KR 2019007019W WO 2020013457 A1 WO2020013457 A1 WO 2020013457A1
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flow rate
cooling water
electric vehicle
module
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PCT/KR2019/007019
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이정대
김현도
오재윤
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an inverter device for an electric vehicle and a method thereof.
  • an electric vehicle or a hybrid electric vehicle is provided with an inverter for converting DC power supplied from a high voltage battery into AC power.
  • an inverter includes a power element, and the power element is composed of a semiconductor element such as an Insulated Gate Bipolar mode Transistor (IGBT) and a diode.
  • the power device delivers high voltage and high current to the motor through fast switching.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar mode Transistor
  • the inverter device includes a base plate (base plate) formed with a cooling passage for moving the cooling water in the lower end of the printed circuit board in which the inverter is implemented.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0074815 of the prior art describes a method for protecting an inverter.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for protecting an inverter of an electric vehicle according to the prior art.
  • the controller calculates power loss of a power device including an IGBT and a diode (S10).
  • control unit calculates the thermal resistance of the NTC temperature sensor from the power loss calculated in step (S10) (S20).
  • the control unit calculates the temperature of the NTC temperature sensor from the thermal resistance of the NTC temperature sensor calculated in step S20 (S30).
  • the controller calculates a difference (delta T) between the measured temperature of the NTC temperature sensor and the calculated temperature of the NTC temperature sensor, and determines whether it is larger than the first set value (S40).
  • the delta T is less than the first set value, it is determined as a normal state. However, if the deltaT is greater than the first set value, it is determined that the flow rate of the cooling water supplied to the inverter is not normal. In addition, the amount of cooling water supplied to the inverter through the EWP is increased to lower the thermal resistance of the NTC temperature sensor (S50).
  • the prior art may increase only the flow rate of the cooling water based on the difference between the measured temperature and the calculated temperature (delta T) of the NTC temperature sensor, or determine only that a problem on the cooling flow path occurs.
  • the related art has a problem in that it is not possible to directly estimate the flow rate of the cooling water or detect an abnormality of the cooling water supply device supplying the cooling water according to the flow rate of the cooling water.
  • An object of the present invention is to provide an inverter device and method for an electric vehicle for estimating a flow rate of cooling water according to a temperature value of a power device.
  • the inverter device of the electric vehicle can estimate the flow rate supply value of the cooling water by the heat resistance value calculated based on the power loss value and the temperature value of the power device.
  • the electric vehicle inverter device it is possible to determine whether the abnormality of the cooling water supply module for supplying the cooling water based on the estimated flow rate of the cooling water and the flow rate set value of the cooling water actually supplied.
  • Inverter method for an electric vehicle comprises the steps of calculating the power loss value (P) of the power device using the control module of the inverter device; Calculating a thermal resistance value (rc) based on the power loss value (p) and the temperature value (c) measured by the thermistor using the control module; Estimating a flow rate estimation value LPD_m matching the thermal resistance value rc using the control module; Calculating a difference value d_v between the flow rate estimation value LPD_m and the flow rate setting value LPD_va transferred to control the cooling water supply module using the control module; Determining whether the difference value d_v is within a set reference difference value range by using the control module; If the difference value d_v is within the reference difference value range, confirming that the cooling water supply module is normal by using a control module, and outputting normal information to an output module; And if the difference value d_v does not fall within the reference difference value range, confirming that the cooling water supply module is out of order using a control module
  • the inverter device of the electric vehicle estimates the flow rate supply value of the cooling water by the heat resistance value calculated based on the power loss value and the temperature value of the power device, and the flow rate setting value and the flow rate supply value of the cooling water actually supplied. Compared to, there is an advantage that can confirm the abnormality of the cooling water supply module for supplying the cooling water, output to the user to prevent damage to the power device.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for protecting an inverter of an electric vehicle according to the prior art.
  • FIG. 2 is a control block diagram illustrating a control configuration of an inverter device of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the characteristic curve for the heat resistance and the flow rate set in the inverter device of the electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating an inverter device of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a control block diagram illustrating a control configuration of an inverter device of an electric vehicle according to the present invention.
  • 3 is a graph showing an example of a characteristic curve for heat resistance and flow rate set in an inverter device of an electric vehicle according to the present invention.
  • the inverter device 100 of the electric vehicle may include a battery 110, an inverter module 130, a coolant supply module 150, and a control module 170.
  • the inverter module 130 may include a plurality of power devices 132 and a thermistor 136 that measures temperature values for at least one of the plurality of power devices 132.
  • the power device 132 may include a semiconductor switch sw and a diode d.
  • the semiconductor switch sw may convert a DC voltage output from the battery 110 into an AC voltage. In order to convert the DC voltage into the AC voltage, the semiconductor switch sw may operate in switching turn on and off.
  • the semiconductor switch sw may be a field effect transistor (FET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • FET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the diode d may be connected in parallel with the semiconductor switch sw. Here, the diode d may prevent the reverse current from being supplied to the battery 110.
  • the thermistor 136 may be connected to an input terminal or an output terminal of the semiconductor switch sw. In this case, the thermistor 136 may have a low or high resistance value according to heat generated from the semiconductor switch sw.
  • the thermistor 136 may be an NTC thermistor or a PCT thermistor. In the embodiment, the thermistor 136 will be described as being an NCT thermistor whose resistance value decreases with heat.
  • the thermistor 136 may output a temperature value c corresponding to a variable resistance value.
  • the temperature value c may be a voltage or a current applied to a variable resistance value.
  • the inverter module 130 may be mounted on a printed circuit board (not shown).
  • a base plate on which a cooling flow path through which cooling water moves may be disposed below the printed circuit board.
  • the cooling water supply module 150 may supply the cooling water to the cooling passage.
  • the cooling water supply module 150 may supply the flow rate of the cooling water corresponding to the flow rate set value LPD_va transmitted from the control module 170 to the cooling flow path.
  • the control module 170 may include a calculator 172, a flow estimator 174, and a controller 176.
  • the calculator 172 may calculate a power loss value p of the power device 132 based on an input parameter value that determines a motor driving condition.
  • the input parameter may be a load current, an input voltage, a variable switching frequency, or the like.
  • the power loss value p may be a value set according to the type of the semiconductor switch sw included in the power device 132.
  • the power loss value p may be calculated as the sum of the conduction loss occurring in the conduction situation and the switching loss occurring during the switching.
  • the power loss value p of the power device 132 may be the sum of the conduction loss and the switching loss of the semiconductor switch sw, and the sum of the conduction loss and the switching loss of the diode d.
  • P avg.IGBT is the sum of the conduction loss and the switching loss of the semiconductor switch sw
  • P avg.Diode is the sum of the conduction loss and the switching loss of the diode d.
  • the calculating unit 172 may calculate P avg.IGBT and P avg.Diode shown in Equation 1 through Equations 2 to 5 below.
  • P Cond.IGBT is the conduction loss of the semiconductor switch sw
  • V ceo is the voltage when the current is 1A
  • I pk is the current
  • R 0 is the ratio of voltage and current
  • m is the voltage utilization
  • ⁇ is the voltage and current It may be a phase difference of.
  • P sw_IGBP may be a switching loss of the semiconductor switch sw
  • E on may be an energy loss amount at power on
  • E off may be an energy loss amount at power off
  • I nom may be a nominal current
  • V nom may be a nominal voltage
  • P cond.Diode may be a conduction loss of the diode d
  • V D0 may be a voltage at an initial time.
  • P sw.Diode may be a switching loss of the diode d
  • E rec may be a recovery loss of the diode.
  • the calculator 172 may calculate a power loss value p of the power device 132.
  • the calculator 172 may calculate the thermal resistance value rc based on the power loss value p and the temperature value c.
  • the calculator 172 may calculate the thermal resistance value rc through Equation 6 below.
  • rc may be a thermal resistance value
  • P may be a power loss value
  • c may be a temperature value
  • the flow rate estimating unit 174 may estimate the flow rate estimation value LPD_m matching the thermal resistance value rc among the flow rate values set according to the thermal resistance.
  • the flow rate estimating unit 174 may estimate the flow rate estimation value LPD_m based on the thermal resistance and the flow rate curve preset for each of the power devices 132 shown in FIG. 3.
  • thermal resistance and flow rate curves shown in FIG. 3 may be different from each other depending on the power device 132.
  • the controller 176 may calculate a difference value d_v between the flow rate estimation value LPD_m estimated by the flow rate estimating unit 174 and the flow rate setting value LPD_va transferred to control the coolant supply module 150.
  • the controller 176 may determine whether the difference value d_v is within a set reference difference value range. Thereafter, the controller 176 may check that the coolant supply module 150 is normal when the difference value is within the reference difference value range.
  • the inverter device 100 of the electric vehicle may further include an output module 180.
  • the controller 176 may output normal information about the coolant supply module 150 to the output module 180.
  • control unit 176 may determine that the cooling water supply module 150 is broken when the difference value d_v does not fall within the reference difference value range. In this case, the controller 176 may output failure information to the output module 180.
  • the embodiment has the advantage that the user can check the information on the operation of the cooling water supply module 150 for supplying the cooling water through the output module 180.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating an inverter device of an electric vehicle according to the present invention.
  • control module 170 of the inverter device may calculate a power loss value P of the power device 132 (S310).
  • control module 170 may calculate a power loss value p of the power device 132 based on an input parameter value that determines a motor driving condition.
  • the input parameter may be a load current, an input voltage, a variable switching frequency, or the like.
  • the power loss value p of the power device 132 may be the sum of the conduction loss and the switching loss of the semiconductor switch sw, and the sum of the conduction loss and the switching loss of the diode d.
  • the control module 170 may calculate the thermal resistance value rc based on the power loss value p and the temperature value c measured by the thermistor 136 (S320).
  • control module 170 may estimate the flow rate estimation value LPD_m matching the thermal resistance value rc (S330).
  • control module 170 may estimate the flow rate estimation value LPD_m matching the heat resistance value rc.
  • the control module 170 may calculate a difference value d_v between the flow rate estimation value LPD_m and the flow rate setting value LPD_va transmitted to control the coolant supply module 150 (S340).
  • the control module 170 may determine whether the difference value d_v is within a set reference difference value range (S350).
  • control module 170 may determine that the cooling water supply module 150 is normal, and output normal information to the output module 180 (S360).
  • control module 170 may determine that the cooling water supply module 150 is broken, and output failure information to the output module 180 ( S370).

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Abstract

본 발명은, 배터리로부터 공급된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터로 출력하는 전력 소자 및 상기 전력 소자의 온도값을 측정하는 서미스터를 포함하는 인버터 모듈, 상기 인버터 모듈이 냉각되도록 유량 설정값에 따라 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈 및 상기 모터의 구동 조건을 결정하는 입력 파라미터값을 기반으로 연산한 상기 전력 소자의 파워손실값 및 상기 온도값을 기반으로 상기 전력 소자의 열저항값을 연산하고, 상기 열저항값에 따라 추정한 상기 냉각수의 유량 추정값과 상기 유량 설정값을 기반으로 상기 냉각수 공급 모듈의 이상 여부를 확인하는 제어모듈을 포함하는 전기 자동차의 인버터 장치를 제공한다.

Description

전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법
본 발명은 전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 차량 또는 하이브리드 전기 차량에는 고전압 배터리로부터 공급되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환시키는 인버터가 구비된다. 이러한, 인버터는 파워 소자를 구비하며, 전력 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 및 다이오드와 같은 반도체 소자로 구성된다. 또한, 전력 소자는 고전압 및 고전류를 빠른 스위칭을 통해 모터로 전달한다.
모터로 흐르는 일부 전류는 손실이 발생하고, 손실된 전류는 반도체 소자를 가열시켜 높은 온도가 발생한다. 이때, 발생하는 온도는 인버터의 온도를 상승시킨다. 이때, 인버터의 온도가 정격 온도를 넘게 되면, 인버터를 구성하는 회로 부품을 파손시키거나 인버터의 내구 수명을 단축시키는 문제가 발생한다.
인버터의 파손을 방지하기 위하여, 인버터 장치는 인버터가 구현된 인쇄회로기판의 하단부에 냉각수가 이동하는 냉각 유로가 형성된 베이스판(base plate)을 구비한다.
종래 기술의 한국 공개특허공보 제2015-0074815호에는 인버터를 보호하는 방법에 대해 기술하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량의 인버터 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 제어부는 IGBT 및 다이오드를 포함하는 전력 소자의 파워 손실을 계산한다(S10).
그리고, 제어부는 (S10) 단계에서 계산된 파워 손실로부터 NTC 온도 센서의 열저항을 계산한다(S20).
제어부는 (S20) 단계에서 계산된 NTC 온도 센서의 열저항으로부터 상기 NTC 온도 센서의 온도를 계산한다(S30)
그리고 제어부는 NTC 온도 센서의 측정 온도와 상기 NTC 온도 센서의 계산 온도의 차이(delta T)를 계산하여, 제1 설정값보다 큰지 여부를 판단한다(S40).
상기 delta T가 제1 설정값보다 작으면 정상 상태로 판단한다. 그러나 상기 deltaT가 제1설정값보다 크면, 인버터에 공급되는 냉각수의 유량이 정상적이지 않은 것으로 판단한다. 그리고 상기 EWP를 통해 상기 인버터에 공급되는 냉각수량을 늘려 상기 NTC 온도 센서의 열저항을 낮추도록 한다(S50).
만약, 상기 delta T가 제1 설정값보다 큰 제2 설정값보다 크면(S60), 냉각 유로 상에서 발생한 문제가 심각한 것으로 판단하고, 경고부를 통해 운전자에게 즉시 경고 신호를 발생한다(S70).
그리고 상기 delta T가 제2 설정값보다 큰 제3 설정값보다 크면(S80), 배터리에서 공급되는 전원을 디레이팅(derating)시켜 모터의 토크를 지속적으로 줄여 차량을 안전한 곳으로 이동할 수 있도록 유도한다(S90).
종래 기술은 NTC 온도 센서의 측정 온도 및 계산 온도의 차이(delta T)를 기반으로 냉각수의 유량을 증가시키거나, 냉각 유로 상의 문제가 발생된 것만을 판단할 수 있다.
하지만, 종래 기술은 직접적으로 냉각수의 유량을 추정하거나, 냉각수의 유량에 따라 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치의 이상 여부를 감지할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 전력 소자의 온도값에 따라 냉각수의 유량을 추정하는 전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 추정한 냉각수의 유량과 설정된 냉각수의 유량을 비교하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈의 이상 유무를 확인하는 전기 자동차의 인버터 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치는 전력 소자의 파워손실값 및 온도값을 기반으로 연산한 열저항값으로 냉각수의 유량 공급값을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자동차이 인버터 장치는, 추정한 냉각수의 유량과 실제 공급되는 냉각수의 유량 설정값을 기반으로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈의 이상 유무를 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 방법은 인버터 장치의 제어 모듈을 이용하여 전력 소자의 파워손실값(P)을 연산하는 단계; 상기 제어 모듈을 이용하여 상기 파워손실값(p) 및 서미스터에서 측정한 온도값(c)를 기반으로 열저항값(rc)을 연산하는 단계; 상기 제어 모듈을 이용하여 열저항값(rc)와 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정하는 단계; 상기 제어 모듈을 이용하여 상기 유량 추정값(LPD_m)과 냉각수 공급 모듈을 제어하기 위해 전달한 유량 설정값(LPD_va) 사이의 차이값(d_v)를 산출하는 단계; 상기 제어 모듈을 이용하여 상기 차이값(d_v)이 설정된 기준 차이값 범위 내에 속하는지 판단하는 단계; 상기 차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하면, 제어 모듈을 이용하여 상기 냉각수 공급 모듈이 정상인 것으로 확인하고, 출력 모듈로 정상 정보를 출력하는 단계; 및 상기 차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하지 않으면, 제어 모듈을 이용하여 냉각수 공급 모듈이 고장인 것으로 확인하고, 상기 출력 모듈로 고장 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치는, 전력 소자의 파워손실값 및 온도값을 기반으로 연산한 열저항값으로 냉각수의 유량 공급값을 추정하고, 실제 공급되는 냉각수의 유량 설정값과 유량 공급값을 비교하여, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈의 이상유무를 확인하여, 사용자에게 출력하여 전력 소자의 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량의 인버터 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 대한 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 설정된 열저항 및 유량에 대한 특성 곡선에 대한 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 대한 동작방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 인버터 장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 대한 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다. 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 설정된 열저항 및 유량에 대한 특성 곡선에 대한 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전기 자동차의 인버터 장치(100)는 배터리(110), 인버터 모듈(130), 냉각수 공급 모듈(150) 및 제어 모듈(170)을 포함할 수 있다.
인버터 모듈(130)은 복수의 전력 소자(132) 및 복수의 전력 소자(132) 중 적어도 하나에 대한 온도값을 측정하는 서미스터(136)를 포함할 수 있다.
전력 소자(132)는 반도체 스위치(sw) 및 다이오드(d)를 포함할 수 있다.
반도체 스위치(sw)는 배터리(110)에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 직류 전압을 상기 교류 전압으로 변환하기 위하여, 반도체 스위치(sw)는 스위칭 턴온 및 턴오프로 동작할 수 있다.
반도체 스위치(sw)는 전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated gate bipolar transistor)일 수 있다.
다이오드(d)는 반도체 스위치(sw)와 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 다이오드(d)는 배터리(110)로 역전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
서미스터(136)는 반도체 스위치(sw)의 입력단 또는 출력단에 연결될 수 있다. 이때, 서미스터(136)는 반도체 스위치(sw)에서 발생되는 열에 따라 저항값이 낮아지거나, 또는 높아질 수 있다.
즉, 서미스터(136)는 NTC 서미스터 또는 PCT 서미스터일 수 있다, 실시 예에서 서미스터(136)는 열에 따라 저항값이 낮아지는 NCT 서미스터인 것으로 설명한다.
서미스터(136)는 가변되는 저항값에 대응하는 온도값(c)를 출력할 수 있다. 상기 온도값(c)는 가변되는 저항값에 인가되는 전압 또는 전류일 수 있다.
여기서, 인버터 모듈(130)은 인쇄회로기판(미도시)에 실장될 수 있다. 상기 인쇄회로기판의 하부에는 냉각수가 이동하는 냉각 유로가 형성된 베이스판(base plate)이 배치될 수 있다.
냉각수 공급 모듈(150)은 상기 냉각 유로로 상기 냉각수를 공급할 수 있다. 여기서, 냉각수 공급 모듈(150)은 제어 모듈(170)로부터 전달된 유량 설정값(LPD_va)에 대응하는 상기 냉각수의 유량을 상기 냉각 유로로 공급할 수 있다.
제어 모듈(170)은 연산부(172), 유량 추정부(174) 및 제어부(176)를 포함할 수 있다.
연산부(172)는 모터 구동 조건을 결정하는 입력 파라미터(parameter)값을 기반으로 전력 소자(132)의 파워손실값(p)을 연산할 수 있다. 상기 입력 파라미터는 부하전류, 입력전압, 가변 스위칭 주파수 등일 수 있다.
또한, 파워손실값(p)은 전력 소자(132)에 포함된 반도체 스위치(sw)의 종류에 따라 설정된 값일 수 있다.
파워손실값(p)은 도통(conduction) 상황에서 발생하는 도통손실 및 스위칭(switching)시 발생하는 스위칭손실의 합으로 연산될 수 있다.
즉, 전력 소자(132)의 파워손실값(p)는 반도체 스위치(sw)의 도통손실 및 스위칭손실의 합과, 다이오드(d)의 도통손실 및 스위칭손실의 합을 합한 값일 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000001
여기서, P는 파워손실값, Pavg.IGBT는 반도체 스위치(sw)의 도통손실 및 스위칭손실의 합 및 Pavg.Diode는 다이오드(d)의 도통손실 및 스위칭손실의 합이다.
연산부(172)는 [수학식 1]에 나타낸 Pavg.IGBT 및 Pavg.Diode 를 아래의 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 통하여 연산할 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000002
여기서, PCond.IGBT는 반도체 스위치(sw)의 도통손실, Vceo는 전류가 1A일때의 전압, Ipk는 전류, R0는 전압과 전류의 비율, m은 전압 이용율, Φ는 전압과 전류의 위상차일 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000003
여기서, Psw_IGBP는 반도체 스위치(sw)의 스위칭 손실, Eon은 전원 온 시의 에너지 손실량, Eoff는 전원 오프 시의 에너지 손실량, Inom은 공칭 전류, Vnom은 공칭 전압일 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000004
여기서, Pcond.Diode는 다이오드(d)의 도통 손실, VD0는 초기 시간에서의 전압일 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000005
여기서, Psw.Diode는 다이오드(d)의 스위칭 손실, Erec는 다이오드의 회복 손실일 수 있다.
상술한 [수학식 1] 내지 [수학식 5]를 기반으로, 연산부(172)는 전력 소자(132)의 파워손실값(p)을 연산할 수 있다.
이때, 연산부(172)는 파워손실값(p) 및 온도값(c)를 기반으로 열저항값(rc)을 연산할 수 있다.
즉, 연산부(172)는 아래의 [수학식 6]을 통하여, 열저항값(rc)을 연산할 수 있다.
Figure PCTKR2019007019-appb-M000006
여기서, rc는 열저항값, P는 파워손실값 및 c는 온도값일 수 있다.
유량 추정부(174)는 열저항에 따라 설정된 유량값들 중 열저항값(rc)에 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정할 수 있다.
즉, 유량 추정부(174)는 도 3에 나타낸 전력 소자(132)별로 기 설정된 열저항 및 유량 곡선을 기반으로 유량 추정값(LPD_m)을 추정할 수 있다.
여기서, 도 3에 나태난 열저항 및 유량 곡선은 전력 소자(132)에 따라 서로 다를 수 있다.
제어부(176)는 유량 추정부(174)에서 추정한 유량 추정값(LPD_m)과 냉각수 공급 모듈(150)을 제어하기 위해 전달한 유량 설정값(LPD_va) 사이의 차이값(d_v)를 산출할 수 있다.
제어부(176)는 차이값(d_v)이 설정된 기준 차이값 범위 내에 속하는지 여부를 판단할 수 있다. 이후, 제어부(176)는 차이값이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하면 냉각수 공급 모듈(150)이 정상인 것으로 확인할 수 있다.
전기 자동차의 인버터 장치(100)는 출력 모듈(180)을 더 포함할 수 있다. 냉각수 공급 모듈(150)이 정상인 것으로 확인하면, 제어부(176)는 출력 모듈(180)로 냉각수 공급 모듈(150)에 대한 정상 정보를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(176)는 차이값(d_v)가 상기 기준 차이값 범위 내에 속하지 않으면 냉각수 공급 모듈(150)이 고장인 것으로 확인할 수 있다. 이때, 제어부(176)는 출력 모듈(180)로 고장 정보를 출력할 수 있다.
실시 예는 출력 모듈(180)을 통하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈(150)의 동작에 대한 정보를 사용자가 확인할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전기 자동차의 인버터 장치에 대한 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 인버터 장치의 제어 모듈(170)은 전력 소자(132)의 파워손실값(P)을 연산할 수 있다(S310).
즉, 제어 모듈(170)은 모터 구동 조건을 결정하는 입력 파라미터(parameter)값을 기반으로 전력 소자(132)의 파워손실값(p)을 연산할 수 있다. 상기 입력 파라미터는 부하전류, 입력전압, 가변 스위칭 주파수 등일 수 있다.
전력 소자(132)의 파워손실값(p)은 반도체 스위치(sw)의 도통손실 및 스위칭손실의 합과, 다이오드(d)의 도통손실 및 스위칭손실의 합을 합한 값일 수 있다.
제어 모듈(170)은 파워손실값(p) 및 서미스터(136)에서 측정한 온도값(c)를 기반으로 열저항값(rc)을 연산할 수 있다(S320).
이후, 제어 모듈(170)은 열저항값(rc)와 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정할 수 있다(S330).
즉, 도 3에 나타낸 열저항 및 유량에 대한 특성 곡선을 기반으로, 제어 모듈(170)은 열저항값(rc)와 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정할 수 있다.
제어 모듈(170)은 유량 추정값(LPD_m)과 냉각수 공급 모듈(150)을 제어하기 위해 전달한 유량 설정값(LPD_va) 사이의 차이값(d_v)를 산출할 수 있다(S340).
제어 모듈(170)은 차이값(d_v)이 설정된 기준 차이값 범위 내에 속하는지 판단할 수 있다(S350)
차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하면, 제어 모듈(170)은 냉각수 공급 모듈(150)이 정상인 것으로 확인하고, 출력 모듈(180)로 정상 정보를 출력할 수 있다(S360).
또한, 차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하지 않으면, 제어 모듈(170)은 냉각수 공급 모듈(150)이 고장인 것으로 확인하고, 출력 모듈(180)로 고장 정보를 출력할 수 있다(S370).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (16)

  1. 배터리로부터 공급된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터로 출력하는 전력 소자 및 상기 전력 소자의 온도값을 측정하는 서미스터를 포함하는 인버터 모듈;
    상기 인버터 모듈이 냉각되도록 유량 설정값에 따라 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 모듈; 및
    상기 모터의 구동 조건을 결정하는 입력 파라미터값을 기반으로 연산한 상기 전력 소자의 파워손실값 및 상기 온도값을 기반으로 상기 전력 소자의 열저항값을 연산하고, 상기 열저항값에 따라 추정한 상기 냉각수의 유량 추정값과 상기 유량 설정값을 기반으로 상기 냉각수 공급 모듈의 이상 여부를 확인하는 제어모듈을 포함하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 소자는,
    상기 직류 전압을 상기 교류 전압으로 변환되도록 스위칭 동작하는 반도체 스위치; 및
    상기 반도체 스위치와 병렬 연결되며, 상기 배터리로 역전류가 공급되는 것을 방지하는 다이오드를 포함하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치는,
    전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated gate bipolar transistor)인,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 서미스터는,
    상기 반도체 스위치의 열에 따라 저항값이 가변되는 NTC 서미스터 또는 PTC 서미스터인,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 서미스터는,
    상기 반도체 스위치에 대응하는 상기 온도값을 출력하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급 모듈은,
    상기 제어 모듈로부터 출력된 상기 유량 설정값에 따라 상기 냉각수를 공급하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 입력 파라미터값으로 상기 파워손실값 및 상기 열저항값을 연산하는 연산부;
    상기 열저항값에 따라 상기 유량 추정값을 추정하는 유량 추정부; 및
    상기 유량 설정값과 상기 유량 추정값 사이의 차이값이 설정된 기준 차이값 범위 내에 속하면, 상기 냉각수 공급 모듈이 정상인 것으로 확인하는 제어부를 포함하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 소자는,
    반도체 스위치 및 다이오드를 포함하고,
    상기 파워손실값은,
    상기 반도체 스위치에서 발생되는 도통 손실 및 스위치 손실의 합과, 상기 다이오드에서 발생되는 도통 손실 및 스위치 손실의 합을 합한 값인,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 온도값을 상기 파워손실값으로 나누어 상기 열저항값을 연산하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 추정부는,
    열저항에 따라 설정된 유량값들을 기반으로 상기 열저항값에 매칭되는 상기 유량 추정값을 추정하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차이값이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하지 않으면, 상기 냉각수 공급 모듈이 고장인 것으로 확인하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    출력 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 냉각수 공급 모듈이 고장인 것으로 확인하면, 상기 출력 모듈에 고장 정보를 출력하는,
    전기 자동차의 인버터 장치.
  13. 인버터 장치의 제어 모듈을 이용하여 전력 소자의 파워손실값(P)을 연산하는 단계;
    상기 제어 모듈을 이용하여 상기 파워손실값(p) 및 서미스터에서 측정한 온도값(c)를 기반으로 열저항값(rc)을 연산하는 단계;
    상기 제어 모듈을 이용하여 열저항값(rc)와 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정하는 단계;
    상기 제어 모듈을 이용하여 상기 유량 추정값(LPD_m)과 냉각수 공급 모듈을 제어하기 위해 전달한 유량 설정값(LPD_va) 사이의 차이값(d_v)를 산출하는 단계;
    상기 제어 모듈을 이용하여 상기 차이값(d_v)이 설정된 기준 차이값 범위 내에 속하는지 판단하는 단계;
    상기 차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하면, 제어 모듈을 이용하여 상기 냉각수 공급 모듈이 정상인 것으로 확인하고, 출력 모듈로 정상 정보를 출력하는 단계; 및
    상기 차이값(d_v)이 상기 기준 차이값 범위 내에 속하지 않으면, 제어 모듈을 이용하여 냉각수 공급 모듈이 고장인 것으로 확인하고, 상기 출력 모듈로 고장 정보를 출력하는 단계를 포함하는 전기 자동차의 인버터 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    전력 소자의 파워손실값(P)은
    모터 구동 조건을 결정하는 입력 파라미터(parameter)값을 기반으로 전력 소자의 파워손실값(p)을 연산하며,
    상기 입력 파라미터는 부하전류, 입력전압, 가변 스위칭 주파수를 포함하는 전기 자동차의 인버터 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 전력 소자의 파워손실값(p)은 반도체 스위치(sw)의 도통손실 및 스위칭손실의 합과, 다이오드(d)의 도통손실 및 스위칭손실의 합을 합한 값을 포함하는 전기 자동차의 인버터 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 유량 추정값(LPD_m)은
    열저항 및 유량에 대한 특성 곡선을 기반으로, 열저항값(rc)와 매칭되는 유량 추정값(LPD_m)을 추정하는 전기 자동차의 인버터 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113691192A (zh) * 2021-07-07 2021-11-23 华为数字能源技术有限公司 一种动力总成、冷却液流量估算方法及电动车辆
US11423203B2 (en) * 2019-07-23 2022-08-23 Delphi Technologies Ip Limited System and method for modeling thermal circuits
CN116068453A (zh) * 2023-03-20 2023-05-05 广州锐速智能科技股份有限公司 用于直流生态的igbt大功率电源模块检测方法及***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004136877A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Visteon Global Technologies Inc ハイブリッド電気自動車のパワートレインの熱制御
JP2004257511A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
KR20150074815A (ko) * 2013-12-24 2015-07-02 현대자동차주식회사 전기 차량의 인버터 보호 방법
KR101567256B1 (ko) * 2014-11-06 2015-11-13 현대자동차주식회사 인버터의 정션온도 예측 장치 및 방법
KR20170047491A (ko) * 2015-10-23 2017-05-08 현대자동차주식회사 냉각수 상태 진단 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004136877A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Visteon Global Technologies Inc ハイブリッド電気自動車のパワートレインの熱制御
JP2004257511A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
KR20150074815A (ko) * 2013-12-24 2015-07-02 현대자동차주식회사 전기 차량의 인버터 보호 방법
KR101567256B1 (ko) * 2014-11-06 2015-11-13 현대자동차주식회사 인버터의 정션온도 예측 장치 및 방법
KR20170047491A (ko) * 2015-10-23 2017-05-08 현대자동차주식회사 냉각수 상태 진단 시스템 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11423203B2 (en) * 2019-07-23 2022-08-23 Delphi Technologies Ip Limited System and method for modeling thermal circuits
CN113691192A (zh) * 2021-07-07 2021-11-23 华为数字能源技术有限公司 一种动力总成、冷却液流量估算方法及电动车辆
CN116068453A (zh) * 2023-03-20 2023-05-05 广州锐速智能科技股份有限公司 用于直流生态的igbt大功率电源模块检测方法及***

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