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KR100559330B1 - 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치 및그것의 제어방법 - Google Patents

전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치 및그것의 제어방법 Download PDF

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KR100559330B1
KR100559330B1 KR1020030081821A KR20030081821A KR100559330B1 KR 100559330 B1 KR100559330 B1 KR 100559330B1 KR 1020030081821 A KR1020030081821 A KR 1020030081821A KR 20030081821 A KR20030081821 A KR 20030081821A KR 100559330 B1 KR100559330 B1 KR 100559330B1
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현대자동차주식회사
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Abstract

벡터 제어형 듀얼 인버터 시스템을 적용하는 전기자동차에서 제1인버터 또는 제2인버터의 고장시에 전압 패스의 전환을 통해 보상 전압을 확보함으로써 안정된 운행이 유지되도록 하는 것으로,
배터리와 유도 전동기 및 제1,제2인버터를 포함하는 듀얼 인버터 시스템에서 제1인버터와 배터리의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제1스위치 수단과, 유도 전동기와 제1인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제2스위치 수단과, 유도 전동기의 고정자 권선 일측단에 설치되어 상기 제2스위치에 의해 유도 전동기와 제1인버터간의 파워 라인이 오픈 되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제2인버터를 폐루프로 형성하는 제3스위치 수단과, 제2인버터와 DC 링크 커패시터의 사이에 설치되어 제2인버터에 공급되는 DC 링크 커패시터의 전압을 단속하는 제4스위치 수단과, 유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단과 제2인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제5스위치 수단과, 유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단에 설치되어 상기 제5스위치에 의해 유도 전동기와 제2인버터간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제1인버터를 폐루프로 형성하는 제6스위치 수단과, 배터리와 제2인버터의 DC 링크 커패시터를 직접 연결하는 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제7스위치 수단을 포함한다.
유도 전동기, 전기자동차, 벡터제어, 듀얼 인버터

Description

전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치 및 그것의 제어방법{EMERGENCY DRIVING DEVICE OF DUAL INVERTOR SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전 제어 실행에 대한 흐름도.
도 3은 종래의 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 구성도.
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 유도 전동기 벡터 제어형 듀얼 인버터 시스템을 적용하는 차량에서 제1인버터 또는 제2인버터의 고장시에 전압 패스의 전환을 통해 보상 전압을 확보함으로써 안정된 운행이 유지되도록 하는 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치 및 그것의 제어방법에 관한 것이다.
전기자동차에서 유도 전동기를 벡터 제어하기 위하여 듀얼 인버터 시스템(Dual Invertor System)을 적용하고 있다.
이는 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 유도 전동기(1)의 고정자 권선 일측단에 배터리(4)의 전원이 연결되는 제1인버터(2)가 연결되고, 다른 일측단에 제2인버터(3)가 연결된다.
상기 배터리(4)의 전원이 연결되는 제1인버터(2)는 자속, 속도 및 전류 제어기로 구성되어, 도시되지 않은 모터 제어기(Motor Control Unit)에서 인가되는 제어신호에 따라 유도 전동기(1)의 토크 및 속도를 벡터 제어한다.
이때, 속도가 증가함에 따라 역기전력이 증가되므로, 이에 따른 보상 제어가 수행된다.
또한, 유도 전동기(1)의 다른 일측단에 연결되는 제2인버터(3)는 내부에 DC 링크 전압수단과 무효전력 보상수단을 포함하며, 제어에 필요한 전원을 직류전원 공급수단인 DC 링크 커패시터(C2)로부터 공급받아 유도 전동기(1)의 무효 전력만을 제어한다.
따라서, 제1인버터(2)에서 요구되는 무효전력 성분을 제2인버터(3)에서 보상함으로써, 제1인버터(2)에서 고속 운전에서의 전압 제한에 따른 정출력 구간을 확대하여 준다.
그러나, 운행중에 제1인버터(2) 또는 제2인버터(3)의 고장이 발생하는 경우 비상 운전에 필요한 보조 전압을 공급할 수 없도록 설계되어 있어 비상 운전이 수행되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 유도 전동기 벡터 제어형 듀얼 인버터 시스템을 적용하는 차량에서 제1인버터 또는 제2인버터의 고장시에 전압 패스의 전환을 통해 보상 전압을 확보함으로써 안정된 전압 공급이 유지되어 비상 운행이 수행될 수 있도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전기자동차에 있어서, 배터리; 유도 전동기 및; 상기 유도 전동기를 벡터 제어하기 위한 제1,제2인버터를 포함하며,
제1인버터와 배터리의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제1스위치 수단과; 유도 전동기와 제1인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제2스위치 수단과; 유도 전동기의 고정자 권선 일측단에 설치되어 상기 제2스위치에 의해 유도 전동기와 제1인버터간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제2인버터를 폐루프로 형성하는 제3스위치 수단과; 제2인버터와 DC 링크 커패시터의 사이에 설치되어 제2인버터에 공급되는 DC 링크 커패시터의 전압을 단속하는 제4스위치 수단과; 유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단과 제2인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제5스위치 수단과; 유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단에 설치되어 상기 제5스위치에 의해 유도 전동기와 제2인버터간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제1인버터를 폐루프로 형성하는 제6스위치 수단과; 배터리와 제2인버터의 DC 링크 커패시터를 직접 연결하는 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제7스위치 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치 를 제공한다.
또한, 본 발명은 듀얼 인버터 시스템을 적용하는 전기자동차에 있어서, 인버터의 상태를 검출하여 고장이 검출되는지 판단하는 과정과; 인버터의 고장이 검출되면 비상 운전 모드로 진입하여 고장이 발생된 인버터와 배터리의 파워 라인을 분리하는 과정 및; 유도 전동기와 정상 상태를 유지하는 인버터를 폐루프로 형성시켜 정상 상태의 인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전 제어방법을 제공한다.
상기에서 제1인버터의 고장이면 배터리와 제1인버터의 전원을 분리시키는 과정; 제1인버터와 유도 전동기의 전원 패스를 분리하는 과정; 제1인버터에 연결되는 유도 전동기의 고정자 권선을 제2인버터에 대하여 폐루프로 형성하는 과정; 제2인버터와 배터리의 전원을 연결하여 제2인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2인버터의 고장이면 제2인버터와 DC 링크 커패시터의 전원을 분리하는 과정; 유도 전동기와 제2인버터의 전원 패스를 분리하는 과정; 제2인버터에 연결되는 유도 전동시의 고정자 권선을 제1인버터에 대하여 폐루프로 형성하는 과정; 배터리와 제2인버터의 DC 링크 커패시터를 직접 연결하여, 제1인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 동력원인 유도 전동기(10)와 제1인버터(20), 제2인버터(30), 전압원인 배터리(40), 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4), 제5스위치(SW5), 제6스위치(SW6) 및 제7스위치(SW7)로 이루어진다.
상기 제1인버터(20)는 자속, 속도 및 전류 제어기를 포함하며, 유도 전동기(10)의 고정자 권선 일측단과 배터리(40)의 전원에 연결되어, 도시되지 않은 모터 제어기에서 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 유도 전동기(10)의 토크 및 속도를 벡터 제어한다.
제2인버터(30)는 DC 링크 전압 제어기와 무효전력 보상기를 포함하며, 유도 전동기(10)의 고정자 권선 다른 일측단에 연결되어 DC 링크 커패시터(C12)로부터 전원을 공급받아 유도 전동기(10)의 무효 전력만을 제어한다.
제1스위치(SW1)는 제1인버터(20)와 배터리(40)의 파워 라인(Power Line)에 설치되어 상위 제어기인 도시되지 않은 모터 제어기의 제어에 의해 제1인버터(20)와 배터리(40)간의 전압 패스를 단속한다.
제2스위치(SW2)는 유도 전동기(10)와 제1인버터(20)의 파워 라인에 설치되어 상위 제어기인 모터 제어기의 제어에 의해 유도 전동기(10)와 제1인버터(20)간의 전압 패스를 단속한다.
제3스위치(SW3)는 유도 전동기(10)의 고정자 권선 일측단에 설치되어 제2스위치(SW2)에 의해 유도 전동기(10)와 제1인버터(20)간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기(10)와 제2인버터(30)를 폐루프로 형성한다.
제4스위치(SW4)는 제2인버터(30)와 DC 링크 커패시터(C12)의 사이에 설치되어 상위 제어기인 모터 제어기의 제어에 의해 제2인버터(30)에 공급되는 DC 링크 커패시터(C12)의 전압을 단속한다.
제5스위치(SW5)는 유도 전동기(10)의 고정자 권선 다른 일측단과 제2인버터(30)의 파워 라인에 설치되어 상위 제어기인 모터 제어기의 제어에 의해 유도 전동기(10)와 제2인버터(30)간의 전압 패스를 단속한다.
제6스위치(SW6)는 유도 전동기(10)의 고정자 권선 다른 일측단에 설치되어 제5스위치(SW5)에 의해 유도 전동기(10)와 제2인버터(30)간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기(10)와 제1인버터(20)를 폐루프로 형성한다.
제7스위치(SW7)는 배터리(40)와 제2인버터(30)의 DC 링크 커패시터(C12)를 직접 연결되는 파워 라인에 설치되어 상위 제어기인 모터 제어기의 제어에 의해 전압 패스를 단속한다.
상기한 각 스위치는 양방향 전력용 반도체 스위칭 소자로 구성된다.
전술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 듀얼 인버터 시스템에서 비상 운전을 실행하는 동작은 다음과 같다.
배터리(40)의 전압에 의해 유도 전동기(10)가 제어되는 속도 및 토크로 작동되어 주행하고 있는 상태에서 도시되지 않은 모터 제어기는 제1인버터(20) 및 제2인버터(30)의 상태를 검출 분석하여(S101) 어느 하나에 고장이 발생되었는지를 판단한다(S102).
제1인버터(20) 및 제2인버터(30)의 고장이 검출되지 않으면, 현재의 모드로 유도 전동기(10)의 벡터 제어를 실행하여 주행을 유지한다(S103).
이때, 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2), 제4스위치(SW4) 및 제5스위치(SW5)의 접점은 스위칭 온 상태를 유지하고, 제3스위치(SW3)와 제6스위치(SW6) 및 제7스위치(SW7)의 접점은 오프 상태를 유지한다.
그러나, 상기 S102에서 어느 하나의 인버터에 고장이 검출되면 제1인버터(20)의 고장인지를 판단한다(S104).
제1인버터(20)의 고장으로 판단되면 비상 운전 모드로 진입하여 제1스위치(SW1)의 접점을 오프시켜 배터리(40)와 제1인버터(20) 사이의 파워 라인을 차단시켜 전원을 분리한다(S105).
동시에 제2스위치(SW2)의 접점을 오프시켜 제1인버터(20)와 유도 전동기(10) 사이의 전원 패스를 분리한다(S106).
또한, 오프 상태를 유지하고 있는 제3스위치(SW3)의 접점을 온 상태로 절환시켜 유도 전동기(10)의 고정자 권선 일측단자를 제2인버터(30)에 대응하여 폐루프로 형성한다(S107).
그리고, 오프 상태를 유지하고 있는 제7스위치(SW7)의 접점을 온 상태로 절환시켜 제2인버터(30)와 배터리(40)의 파워 라인을 직접적으로 연결한다(S108).
따라서, 제1인버터(20)에 고장이 발생된 상태에서도 배터리(40)와 제2인버터(30)간의 전압이 패스가 연결되며, 제2인버터(30)만의 독립적인 폐루프가 형성되므로, 제2인버터(30)에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기(10)의 동작이 안정되게 유지되어 지속적인 운행이 가능하게 된다.
또한, 상기 S104의 판단에서 제1인버터(20)의 고장이 아닌 것으로 판단되면 제2인버터(30)의 고장으로 판단하여 비상 운전 모드로 진입한다.
이때, 제4스위치(SW4)의 접점을 오프시켜 제2인버터(30)와 DC 링크 커패시터(C12)를 분리한다(S109).
동시에 제5스위치(SW5)의 접점을 오프시켜 유도 전동기(10)와 제2인버터(30) 사이의 전원 패스를 분리한다(S110).
또한, 오프 상태를 유지하고 있는 제6스위치(SW6)의 접점을 온 상태로 절환시켜 유도 전동기(10)의 고정자 권선 다른 일측단자를 제1인버터(20)에 대응하여 폐루프로 형성한다(S111).
그리고, 오프 상태를 유지하고 있는 제7스위치(SW7)의 접점을 온 상태로 절환시켜 제2인버터의 DC 링크 커패시터(C12)에 배터리(40)의 파워 라인을 직접적으로 연결한다(S112).
따라서, 제2인버터(30)에 고장이 발생된 상태에서도 제1인버터(20)만의 독립적인 폐루프의 형성에 의해 제1인버터(20)에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기(10)의 동작이 안정되게 유지되어 지속적인 운행이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 벡터 제어형 듀얼 인버터 시스템을 적용하여 유도 전동기를 제어함에 있어, 어느 하나의 인버터에 고장이 발생되더라도 정상 상태를 유지하는 인버터에 의한 대체 제어로 안정적인 비상 운전이 수행되므로, 전기자동차의 운행에 있어 안정성 및 신뢰성이 제공된다.

Claims (6)

  1. 전기자동차에 있어서,
    배터리;
    유도 전동기 및;
    상기 유도 전동기를 벡터 제어하기 위한 제1,제2인버터를 포함하며,
    제1인버터와 배터리의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제1스위치 수단과;
    유도 전동기와 제1인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제2스위치 수단과;
    유도 전동기의 고정자 권선 일측단에 설치되어 상기 제2스위치에 의해 유도 전동기와 제1인버터간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제2인버터를 폐루프로 형성하는 제3스위치 수단과;
    제2인버터와 DC 링크 커패시터의 사이에 설치되어 제2인버터에 공급되는 DC 링크 커패시터의 전압을 단속하는 제4스위치 수단과;
    유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단과 제2인버터의 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제5스위치 수단과;
    유도 전동기의 고정자 권선 다른 일측단에 설치되어 상기 제5스위치에 의해 유도 전동기와 제2인버터간의 파워 라인이 오픈되는 경우 접점이 온 되어 유도 전동기와 제1인버터를 폐루프로 형성하는 제6스위치 수단과;
    배터리와 제2인버터의 DC 링크 커패시터를 직접 연결하는 파워 라인에 설치되어 전압 패스를 단속하는 제7스위치 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기의 각 스위치 수단은 양방향 전력용 반도체 소자로 구성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기의 각 스위치 수단은 상위 제어기인 모터 제어기의 제어에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는 자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전장치.
  4. 듀얼 인버터 시스템을 적용하는 전기자동차에 있어서,
    인버터의 상태를 검출하여 고장이 검출되는지 판단하는 과정과;
    인버터의 고장이 검출되면 비상 운전 모드로 진입하여 고장이 발생된 인버터와 배터리의 파워 라인을 분리하는 과정 및;
    유도 전동기와 정상 상태를 유지하는 인버터를 폐루프로 형성시켜 정상 상태의 인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    인버터의 고장이 제1인버터의 고장이면 배터리와 제1인버터의 전원을 분리시키는 과정;
    제1인버터와 유도 전동기의 전원 패스를 분리하는 과정;
    제1인버터에 연결되는 유도 전동기의 고정자 권선을 제2인버터에 대하여 폐루프로 형성하는 과정;
    제2인버터와 배터리의 전원을 연결하여 제2인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    인버터의 고장이 제2인버터의 고장이면 제2인버터와 DC 링크 커패시터의 전원을 분리하는 과정;
    유도 전동기와 제2인버터의 전원 패스를 분리하는 과정;
    제2인버터에 연결되는 유도 전동기의 고정자 권선을 제1인버터에 대하여 폐루프로 형성하는 과정;
    배터리와 제2인버터의 DC 링크 커패시터를 직접 연결하여, 제1인버터에 의한 PWM 스위칭으로 유도 전동기를 벡터 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차에서 듀얼 인버터 시스템의 비상 운전 제어방법.
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