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KR100361456B1 - 전기모터차량의브레이크제어장치및그의제어방법 - Google Patents

전기모터차량의브레이크제어장치및그의제어방법 Download PDF

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KR100361456B1
KR100361456B1 KR1019930018917A KR930018917A KR100361456B1 KR 100361456 B1 KR100361456 B1 KR 100361456B1 KR 1019930018917 A KR1019930018917 A KR 1019930018917A KR 930018917 A KR930018917 A KR 930018917A KR 100361456 B1 KR100361456 B1 KR 100361456B1
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Abstract

본 발명은 직류전원의 충전상태에 따라 충전전류를 제어하여 직류전원의 과충전을 방지할 수 있는 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 재생 브레이크 시, 배터리의 충전상태는 충전상태 검출수단에 의해 검출되고, 이 수단은 충전신호를 제어부에 전송한다. 배터리의 충전상태는 미리 설정된 레벨을 초과하는 경우, 제어부는 인버터를 제어하여 배터리로의 충전전류가 감소된다. 그러나, 토크가 충분하지 못하면, 제어부는 제어토크 증가를 위해 전기부하를 턴온한다. 더 많은 부하 흡수가 필요하면, 제어부는 전기 브레이크 수단을 턴온 한다.

Description

전기 모터 차량의 브레이크 제어장치 및 그의 제어방법
본 발명은 배터리와 모터를 이용한 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
전기모터 차량은 배터리(직류전원)와 배터리로부터의 직류전류를 교류전류로 변환시키는 인버터와, 인버터로부터의 교류전류에 의해 구동되는 교류모터와, 인버터의 동작을 제어하는 제어부를 통상적으로 갖는다.
종래의 전기 모터 차량에 있어서는, 차량의 가속기로부터 지령신호에 따라 제어되는 인버터가 모터의 회전속도 및 다른 동작 파라미터 등을 차례로 제어한다. 또, 브레이크 시에는 전기 브레이크 제어유닛으로부터 지령신호에 따라 모터가 재생 브레이크(regenerative braked)를 행하여 배터리에 충전전류가 공급된다.
모터의 재생 브레이크 제어장치의 예로서는 예를 들면 특개 소57-211904호 공보와 특개 소61-262006호 공보에 기재된 것이 있다.
그러나 상기한 종래의 전기 모터 차량에 있어서, 재생 브레이크 되는 동안 배터리가 충전되는 것은 유용한 특성이기는 하지만, 또한 해로울 수도 있다. 즉, 배터리가 이미 완전 충전되었을 때에는, 배터리가 과충전될 수 있으므로 배터리가 파손될 가능성이 있었다.
전술한 것에 비추어, 본 발명의 목적은 배터리의 충전상태에 근거하여 충전전류를 제어할 수 있는 전기 모터 차량을 제공하여, 배터리가 과충전되는 것을 회피할 수 있는 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치를 실현하는데 있다.
요약하면, 전술한 목적은 본 발명의 일 형태에 따라서 직류전원의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출수단을 구비하여 모터의 브레이크 시에 제어부가 충전상태 검출수단으로부터의 검출신호에 따라 전력 인버터를 동작시켜, 직류전원으로의 충전전류를 조정하는 전기 모터 차량 브레이크장치에 의해서 성취된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 브레이크 제어 장치는 충전전류가 모터의 브레이크 시 제어토크에 따라 분류될 수 있게 하는 전기부하를 구성하고, 다른 실시예에서는 전기 브레이크 수단이 구비되어, 제어부가 전기부하 또는 전기 브레이크 수단 중 어느 한쪽 혹은 양쪽을 통해 충전전류를 분류한다.
상기한 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치에 있어서 전력 인버터는 반도체식 인버터이고 모터는 3상 교류모터인 것이 바람직하다.
또, 상기 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치에 있어서, 충전상태 검출수단이 직류전원의 소정의 충전전류 또는 방전전류에서의 직류전원의 전압치를 검출하여 직류전원의 충전상태를 검출하도록 구성하는 것이 바람직하다.
직류전원이 완전 충전상태에서는 직류전원이 과충전되지 않도록 직류전원의 충전상태가 충전상태 검출수단에 의하여 검출된다. 전기 모터 차량의 재생 브레이크 시에 직류전원이 완전 충전상태인 경우는 제어부에 의하여 전력 인버터 동작이 제어되어 직류전원으로 충전전류가 제한된다. 이때 제어토크가 부족한 경우에는 전기부하 또는 전기 브레이크 수단에 전류가 분류되어 필요한 제어토크가 확보된다. 이렇게 함으로써, 본 발명에 의한 브레이크 제어장치는 직류전원의 충전상태에 따라 충전전류를 제어하여 직류전원이 과충전되는 것을 회피할 수 있다.
본 발명의 다른 목적 이점 및 새로운 특성을 첨부한 도면과 관련한 본원의 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
제1도는 본 발명에 의한 전기 모터 차량 브레이크 제어장치의 부분 개략 회로도로써, 재충전형 배터리(4)와, 이 배터리(4)에 병렬로 접속된 전기부하(9)와 전기 브레이크 수단(8)을 포함한다(전기 브레이크 수단(8)은 직렬 접속된 스위치(81)와 저항(82)으로 구성된다). 또, 3상 교류모터(1)를 구동시키는 전압 인버터(2)도배터리(4)에 병렬로 접속되어 있다. 전압 인버터(2)는 트랜지스터(21)∼(26)을 구비한 3상 반도체식 인버터이다.
배터리 전류 검출기(7)는 배터리(4)의 충전전류를 검출하고, 충전상태 검출기(5)는 배터리(4)의 충전상태를 검출한다. 충전상태 검출기(5)는 제3도에서 나타낸 바와 같이, 배터리(4)가 특정의 전류로 충전 또는 방전할 때의 전압치를 검출하여, 배터리(4)의 충전상태를 판정한다. 즉, 충전동안, 충전상태 검출기(5)는 충전전류(Ic)에서 배터리(4)의 전압치가 높은 VC1이면 완전 충전상태로, 최소한 VC2이면 충전 부족으로 판정한다. 방전동안에는, 충전상태 검출기(5)는 방전전류(Ib)인 경우 배터리(4)의 전압치가 VD1이면 여전히 충전되어 있는 것으로 결정하고 전압이 VD2이하이면 방전된 것으로 결정한다(본 기술에 숙련된 사람들에게 공지된 다른 방법은 배터리 전압을 표준 전지 전압과 비교하여 앰프-아워(amp-hour)에서 누적된 충전 및 방전전류를 연산하여 충전상태를 판정하는 방법이 있다).
제1도를 다시 참조하여, 전기 브레이크 지령유닛(6)은 브레이크 지령신호를 발생한다. 제어부(3)는 지령신호를 받아 전압 인버터(2), 전기 브레이크 수단(8) 그리고 전기부하(9)를 제어한다(이 경우 전기부하는 에어컨디셔너, 히터, 내부램프등과 같은 모터 차량의 전기 구동 보조기기로 이루어진다).
전기 모터 차량의 작동동안에, 제어부(3)는 전압 인버터(2)의 트랜지스터(21)∼(26)로 제어신호를 보내고, 전압 인버터(2)는 3상 교류전압을 공급하여 3상 모터(1)를 구동시킨다.
제2도는 주행상태에 있는 동안 교류 모터(1)에 공급되거나 모터(1)에 의해 발생되는 토크와 그 슬립율(slip rate) 사이의 관계를 나타내는 토크곡선(C1)을 나타낸다. 통상의 작동(브레이크 없는) 중에, 차량은 슬립율이 양(positive)상태로 구동된다. 여기에서 "슬립"은 로우터(rotor)의 회전속도와 동기속도(회전 필드의 주파수) 사이의 차로서, 소수(decimal fraction) 혹은 동기속도의 퍼센트로 나타낸다.
전기 브레이크 시, 제어부(3)는 본 기술에 숙련된 자에게 공지된 방식으로 전기 브레이크 지령수단(6)으로부터의 지령신호에 따라 인버터(2)를 제어한다. 제2도에서 나타낸 바와 같이, 전기 브레이크를 실행할 경우, 자동차는 슬립율이 음인 상태로 구동되고, 재생전류는 인버터(2)를 통해 배터리(4)에 통전된다. 배터리(4)로의 충전전류는 배터리 전류 검출수단(7)으로 검출되고, 이 배터리 전류 검출수단(7)은 그 출력신호를 제어부(3)에 공급한다. 다음에 제어부(3)는 이후에 논의되는 방법(제 4도 참조)으로 인버터(2)를 제어하여, 충전전류가 소정의 값인 것으로 가정한다.
또한, 재생 브레이크 시에는, 배터리(4)의 충전상태가 배터리 충전상태 검출기(5)에 의하여 검출되고 이 검출신호가 신호부(3)에 공급된다. 그리고 배터리(4)가 완전 충전상태(제3도에서 나타냄)인 동안에 배터리(4)의 충전상태에 따라 제어부(3)가 인버터(2)를 제어하여, 배터리(4)의 충전전류를 감소시킨다. 그러나, 인버터(2)의 동작 제어에 의한 전류 감소만으로는, 인버터(2)에 교류모터에 의해 공급된 에너지는 필요한 제어(브레이크)토크를 발생시키는데 충분하지 않을 수 있다.이러한 경우에, 제어부(3)는 전기부하(9)에 동작신호를 공급하여 충전전류의 일부를 분류한다. 이로써, 전기부하(9)는 전류를 분류하여 부하 흡수동작을 실행시켜 제어토크를 상승시킨다.
만약, 부하 흡수동작이 더욱 필요하다면, 제어부(3)는 전기 브레이크 수단(8)에 동작신호를 공급한다. 그러면 전기 브레이크 수단(8)의 스위치(81)가 온으로 되어 저항(82)이 인버터(2)에 병렬로 접속된다. 이렇게 함으로써 저항기(82)에도 전류가 분류되어 전력이 소비되고, 이로써 3상 모터(1)에 필요한 제어토크가 발생된다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 전기 모터 차량의 브레이크 시에 배터리(4)의 충전상태가 충전상태 검출수단(5)에 의하여 검출된다. 제어부(3)는 배터리(4)의 충전상태에 따라 충전전류를 감소시키지 않도록 인버터(2)를 제어할 수 있어, 배터리(4)는 과충전되지 않고, 이로써 배터리가 손상되지 않게 한다. 그러나, 인버터(2)의 그러한 제어가 교류모터의 제어토크를 원하는 브레이크 동작을 수행하기에 충분하지 않은 경우에는, 전기부하(9) 또는 전기 브레이크 수단(8)에 의하여 전력이 소비되어 3상 모터(1)에 필요한 제어토크가 부족하게 되는 사태를 방지한다. 전기 부하(9)와 전기 브레이크 수단(8)의 한쪽이나 양쪽이 배터리(4)와 병렬로 접속될 수 있다.
물론, 배터리(4)의 충전상태에 대한 검출은 제3도에 나타낸 것과는 다른 방법으로 실행될 수 있다. 더욱, 위에 기술된 실시예의 인버터(2)는 다른 전압 인버터를 이용하는 것이 가능하며 3상 반도체 인버터만으로 제한되지 않는다.
제4도는 제어부(3)에 의해 실행되는 제어기능을 포함하여, 본 발명의 동작을 설명하는 흐름도이다. 단계 101에서, 브레이크 지령유닛(6)으로부터 제어부(3)에 의해 브레이크 명령신호가 수신되는지를 판정한다. 단계 102에서 인버터(2)는 인버터 브레이크 모드로 설정되고, 브레이크 토크(τBO)에 대한 소정의 수치, 즉 모터 입력전압(Vm)과 슬립율(S)은 단계 103에서 설정된다. 전술한 바와 같이, 배터리 전압(VBA) 및 전류(IBA)가 다음에 측정되고(단계 104), 배터리(4)의 충전상태(CG)가 결정된다(단계 105). 단계 106에서, 충전상태(CG)가 소정의 목표치(CGO)보다 큰지 판정된다. 크지 않으면, 단계 104 및 105는 CG가 목표치 이하인 동안 반복된다. CG>CGO(배터리 전하가 허용된 레벨을 초과)이면, 단계 107에서 Vm과 S를 변경하여 모터(1)의 작동점이 덜 효과적인 상태로 조정되어, 충전전류(IBA)를 감소시키는 효과를 얻는다. 다음에 배터리 전하(CG)는 전술한 방식으로 측정되고(단계 108), IBA가 제5C도에 나타낸 한계보다 낮은 지를 판정한다(단계 109), 낮지 않은 경우, 단계 107 내지 109가 반복되어 허용되는 한계 내에 있을 때까지 IBA를 감소시킨다.
다음에 단계 110에서는 단계 107∼109후의 결과적인 브레이크 토크(τB)의 수치가 미리 설정된 목표치(τBO) 보다 낮은지를 판정한다. 낮지 않은 경우(즉, 브레이크 토크가 허용 가능한 레벨로 유지), 단계 108∼110가 반복된다. 반면에, 단계 107∼109에서의 IBA의 감소가 단계 110에서 브레이크 토크를 목표치(τBO) 이하로 떨어뜨리면, 전기부하(9)가 단계 111에서 턴온 되고, 모터의 작동 점은 단계 112에서 재 설정되고 브레이크 토크는 단계 113에서 다시 구해진다. 목표치(τBO) 아래로 유지되면, 브레이크 저항(8)은 단계 116에서 작동되고, 모터의 작동점이 다시 조정된다(단계 117). IBA가 허용 가능한 레벨로 유지되는지에 대해 단계 118에서 판정된다(제5C도). 유지되지 않으면, 단계 117 및 118이 반복되고, 유지되면, 배터리(4)의 충전상태가 단계 119에서 측정되어, 단계 118이 반복된다.
브레이크 토크가 단계 113에서 목표치(τBO) 이상이면, 배터리 전류 IBA가 허용 가능한지 판정된다(제5C도). 허용 가능하면, CG는 단계 115에서 측정되고, 단계 114가 반복된다. IBA가 허용 가능한 레벨 아래로 떨어지면, 위에 기술한 바와 같이 단계 116으로 진행한다.
비록 본 발명이 이와 같이 상세히 기술되고 설명되었지만, 이는 단지 설명을 위한 예시적인 것일 뿐 이에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 영역은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
제1도는 본 발명에 의한 전기 모터 차량의 브레이크 제어장치의 부분 개략 회로도;
제2도는 모터의 주행상태에 따른 슬립율과 토크와의 관계를 나타내는 그래프;
제3도는 배터리의 충전상태와 배터리의 전류 및 전압과의 관계를 나타내는 도면;
제4도는 본 발명에 따른 브레이크 제어장치의 작동을 나타내는 흐름도;
제5a도 내지 제5f도는 제4도를 참고로 하여 파라미터의 작동을 나타내는 그래픽이다.

Claims (25)

  1. 모터, 상기 모터에 전력을 공급하도록 연결된 전원공급유닛, 상기 전원공급유닛을 제어하는 제어유닛, 그리고 상기 전원공급유닛에 전력을 공급하도록 연결되며 상기 전원공급유닛이 상기 모터에 의해 구동될 때 충전전류로 재충전되는 재충전형 전원을 구비한 전기 모터 시스템을 작동하는 장치에 있어서,
    상기 재충전형 전원의 충전상태를 검출하는 검출기; 및
    상기 충전전류를 검출하고 그것으로부터 전류신호 표시를 제공하는 전류 검출수단을 포함하여 이루어지고;
    상기 제어유닛이 상기 충전상태 신호와 상기 전류신호를 수신하도록 연결되어, 상기 충전신호와 상기 전류신호에 따라 상기 충전전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 전원공급유닛이 상기 모터에 의해 구동될 때 상기 전원공급유닛과 상기 모터에 의한 전력소비를 제어하는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재충전형 전원으로부터의 상기 충전전류를 분류시키도록 연결된 최소한하나의 전기부하 소자를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어유닛은 상기 최소한 하나의 전기부하를 통해 충전 전류의 흐름을 제어하는 수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 재충전형 전원으로부터 상기 충전전류를 분류시키도록 연결된 최소한 하나의 전기부하 소자를 더욱 포함하여 이루어지고,
    상기 제어유닛은 상기 최소한 하나의 전기부하를 통해 충전 전류의 흐름을 제어하는 수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 최소한 하나의 전기부하 소자는 복수의 전기부하 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 전기부하 소자는 서로 병렬로 연결되며 또한, 상기 재충전형 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 재충전형 전원으로부터의 상기 충전전류를 분류시키기 위한 상기 전기부하 소자를 선택적으로 작동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 모터는 차량을 구동시키도록 연결되고, 상기 전기부하 소자 중 최소한 하나는 상기 차량 중 최소한 하나의 보조 전기 시스템을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어유닛은 상기 충전상태 신호가 제 1의 임계치를 초과할 때 상기 전원공급유닛과 상기 모터의 상기 전력소비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충전전류를 제어하는 상기 수단은 상기 충전상태 신호가 최소한 제 2의 임계치를 초과한 경우 상기 최소한 하나의 전기부하 소자를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 최소한 하나의 전기부하 소자는 복수의 전기부하 소자를 포함하여 이루어지고, 상기 최소한 제 2 임계치는 복수의 임계치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    충전상태를 검출하는 상기 검출수단은 소정 레벨의 충전 또는 방전전류에서 상기 재충전형 전원의 전압을 측정하는 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 재충전형 전원은 배터리인 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 재충전형 전원은 배터리인 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 모터의 브레이크 토크를 미리 설정된 최소치 브레이크 토크와 비교하는 수단과, 상기 브레이크 토크가 상기 미리 설정된 최소치 보다 작은 경우 재충전형 전원으로부터의 상기 충전전류를 분류하는 제 1 전기부하 소자를 작동시키는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어유닛은;
    상기 브레이크 토크가 상기 제 1 전기부하 소자의 작동 후 상기 소정의 최소치 이하로 유지되는 경우, 상기 재충전형 전원으로부터 충전전류를 더욱 분류하는 제 2 전기부하 소자를 작동시키는 수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전기부하 소자 중 하나는 상기 차량의 보조 전기 시스템을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동장치.
  18. 전기 모터와, 상기 전기 모터에 전력을 공급하도록 연결된 전원공급유닛과, 상기 전원공급유닛에 전력을 공급하도록 연결되고 상기 모터에 의해 구동될 때 충전전류로 재충전되는 재충전형 전원을 구비한 전기 모터 시스템을 작동하는 방법에 있어서,
    상기 재충전형 전원의 충전상태를 검출하는 단계;
    상기 충전전류를 검출하고 그것으로부터 전류신호 표시를 공급하는 단계; 및
    상기 충전상태 신호와 상기 전류신호에 응답하여 상기 충전전류를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 전기 모터 시스템 작동방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어단계는 상기 충전상태 신호와 상기 전류신호에 응답하여 상기 전원공급유닛과 상기 모터에 의한 전력소비를 제어하는 것으로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 재충전형 전류원으로부터의 충전전류를 분류하는 최소한 하나의 전기부하 소자를 제공하는 단계; 및
    상기 충전상태 신호와 상기 전류신호에 응답하여 상기 최소한 하나의 부하소자를 통하는 충전전류의 흐름을 제어하는 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 전기 모터 시스템 작동방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 모터는 차량을 구동시키고, 상기 최소한 하나의 전기부하 소자는 상기 차량의 최소한 하나의 보조 전기 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 재충전형 전원의 충전상태를 검출하는 상기 단계는,
    충전 또는 방전 전류의 소정의 레벨에서 상기 재충전형 전원의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 전압을 소정의 임계치와 비교하는 단계를 포함하여 이루어지는 전기 모터 시스템 작동방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 재충전형 전원은 배터리인 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 충전전류를 제어하는 상기 단계는,
    상기 모터의 브레이크 토크를 소정의 최소 브레이크 토크치와 비교하는 단계; 및
    상기 브레이크 토크가 상기 소정의 최소치보다 작은 경우 상기 재충전형 전원으로부터 상기 충전전류를 분류시키는 제 1 전기부하 소자를 작동시키는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템 작동방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 충전전류를 제어하는 상기 단계는,
    상기 브레이크 토크가 상기 제 1 전기부하 소자의 작동 후 상기 소정의 최소치 이하로 유지되는 경우, 상기 재충전형 전원으로부터의 충전전류를 더욱 분류하는 제 2의 전기부하 소자를 작동시키는 단계로 더욱 이루어지는 전기 모터 시스템 작동방법.
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