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KR101298683B1 - Ｉｓｇ 시스템 - Google Patents

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KR101298683B1
KR101298683B1 KR1020110114510A KR20110114510A KR101298683B1 KR 101298683 B1 KR101298683 B1 KR 101298683B1 KR 1020110114510 A KR1020110114510 A KR 1020110114510A KR 20110114510 A KR20110114510 A KR 20110114510A KR 101298683 B1 KR101298683 B1 KR 101298683B1
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윤준철
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주식회사 져스텍
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Abstract

본 발명에서는 인버터에서 FAULT가 발생하는 경우 부가된 DC-DC컨버터의 스위치와 통합형 모터/발전기에 연결된 스위치의 동작하여 인버터 DC-Link 단에 걸리는 전압을 제어한다. 또한 역기전력으로 인해 인버터에 안전 범위를 초과하게 전압이 걸리는 경우의 문제점을 해결하는 방법을 제시한다.

Description

ＩＳＧ 시스템{Integrated starter-generator system}
본 발명은 새로운 자동차용 ISG시스템에서 사용되는 안전 회로에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 구동 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나, 엔진과 구동 모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 이러한 하이브리드 차량이 EV모드로 주행 시 동력원으로 이용되는 구동 모터는 배터리가 방전되면서 발생되는 배터리 파워를 인가받아 동력을 생성한다.
그리고 하이브리드 차량은 정차 시, 엔진을 정지시키는 아이들 스탑 앤드 고우(Idle stop and go, 이하 "ISG")모드로 진입하여 엔진이 공회전할 때 발생하는 에너지 소모를 제거하여, 신호 대기시 및 자동차 정지시에 엔진을 정지시키고, 자동차 기동시에는 다시 엔진시동이 가동되게 하여 연비 및 효율을 높인다.
이렇게 기존에 연구/개발/상용화 된 HEV의 동력 시스템은 기본적으로 200~600V의 고전압 배터리를 사용하고 있으며, 엔진도 기존의 엔진 상용차들과는 달리 하이브리드 전용 엔진을 사용하고 있어 기존의 엔진 상용차에는 적용이 불가능하다. 또한 하지만 현재의 배터리 기술로는 고전압을 유지하기 위한 비용이 너무 커서 하이브리드카의 대중화는 어려움이 많은 현실이다.
이에 기존의 엔진 승용차에 손쉽게 부품 교체만을 통하여 ISG의 기능을 구현하고자 많은 노력이 있어왔다. 기존의 엔진 상용차에 적용하고자 하는 이러한 ISG시스템에서는 이렇게 고압의 에너지원이 아닌 36V정도의 낮은 저압 에너지원을 사용하도록 기획되어졌으며, 에너지의 총 량도 차량의 기동이나 가속시 토크 보조, 그리고 제동시 회생 발전등의 목적만을 위해 저압, 저용량 배터리를 사용하도록 많은 연구가 진행되어 왔다.
그러나 이러한 저압 배터리는 모터/발전기의 전류를 제어하기 위한 충분한 전압을 갖고 있지 못하기 때문에 토크 발생 영역을 극단적으로 줄여서 오직 시동시에만 토크를 내고, 시동 후에는 발전모드로 전환하여 발전의 기능만을 수행할 수 밖에 없었다.
본 발명은 새로운 자동차용 ISG시스템에서 인버터에서 FAULT가 발생한 경우, 안전하게 스위치를 OFF하는 방식을 제안한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG시스템은 모터 및 발전기 역할이 모두 가능한 통합형모터/발전기에 연결된 인버터; 및 일단의 양 접점은 상기 인버터의 입력단인 DC-LINK의 양 출력 접점에 병렬로 연결되고, 타단의 양 접점은 에너지저장부에 연결된 제 1 DC-DC 컨버터;를 포함하고, ISG시스템 내의 통합형모터/발전기가 모터링 모드로 구현시, 상기 DC-LINK의 양 출력 전압 VDC가 기설정된 안전범위를 초과하면 상기 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치를 OFF 하고, 이 후 상기 VDC가 기설정된 안전범위 이내로 떨어지면 상기 통합형모터/발전기에 연결된 UVW스위치를 OFF 하며, 통합형모터/발전기가 발전 모드로 구현시, 상기 VDC가 기설정된 안전범위를 초과하면 상기 UVW스위치를 OFF하고, 이 후 상기 VDC가 기설정된 안전범위 이내로 떨어지면 상기 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치를 OFF하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, ISG시스템은 상기 모터링 모드에서 상기 제 1 DC-DC 컨버터는 상기 에너지저장부의 전압을 승압하고, 상기 발전 모드에서 상기 제 1 DC-DC 컨버터는 상기 VDC를 강압한다.
바람직하게, ISG시스템은 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치 및 상기 UVW스위치가 모두 OFF된 이후 상기 통합형모터/발전기에서 발생되는 역기전력이 상기 기설정된 안전범위를 초과하는 경우, 계자권선에 흐르는 전류를 상기 역기전력이 작아지도록 감자전류로 제어하여 상기 VDC를 낮추는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 ISG시스템은 ISG(Integrated Starter and Generator)와 전기이중층커패시터(EDLC : Electric Double Layer Capacitor) 사이에 전압제어부를 추가함으로써 시동, 토크 보조 및 발전시 전지의 전압 변화가 급격하여 인버터의 제어 안정성을 높이는 효과가 있다.
또한, 인버터에서 FAULT가 발생하는 경우 인버터의 손실을 최소화 하며, 안전성을 유지하기 위해 별도의 에너지 소모를 위한 회생 저항을 인버터에 부착할 필요가 없어 비용이 절감되며 인버터의 사이즈를 최소화 할 수 있다.
도 1 은 ISG(Integrated Starter and Generator) 시스템에서 발전 모드(Generation Mode)의 일 예를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 ISG 시스템에서 모터링 모드(Motoring mode)의 일 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 저속 발전 모드를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 고속 발전 모드를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 모터링 모드를 도시한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 내부 상세 구조를 도시한다.
도 7에서는 도 6의 ISG 시스템에서 구동용 인버터에서 FAULT 발생시 안전하게 스위치를 OFF하는 방법의 일 예를 도시한다.
도 8 은 계자전류와 역기전력 간의 관계를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1 은 ISG(Integrated Starter and Generator) 시스템에서 발전 모드(Generation Mode)의 일 예를 도시한다.
자동차용 ISG에서는 전원 시스템으로 42V 전원 시스템을 적용하고 있다. 42V 전원 시스템은 주 배터리인 2차전지(100)와, 보조 배터리인 12V 배터리(120)가 채택되고 있다.
42V 전원시스템은 차량의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 ISG( Integrated Starter Generator)(이하, 통합형 모터/발전기)(140)가 스타터 모터로 대체되어 엔진을 시동시키는 기능을 하며, 이때 전원은 2차전지(100)를 사용하게 된다. 2차전지(100)의 예로는 리튬이온전지 또는 납산 전지 등이 있다. 또한 ISG(Integrated Starter and Generator)(140)는 모터 및 발전기 역할이 모두 가능하다.
보조 배터리인 12V 배터리(120)는 2차전지인 주 배터리를 충전을 위해 이용된다. 이 경우, DC-DC 컨버터(110)는 주 배터리인 2차전지(100)와 보조 배터리 12V 배터리(120) 간에 위치하며, 배터리 충전을 위해 12V~27V로 강압 제어를 수행한다.
즉, 42V 전원시스템에서는 평상시에 이용하지 않는 12V 보조 배터리(120)를 사용하여 2차전지(100)를 충전하나, 이 경우 주 배터리의 충전 전압이 보조 배터리 수준까지만 가능한 문제가 있다. 또한, 자동차용 ISG에서 발전모드(Generation Mode)와 모터링 모드(Motoring mode)를 동시에 만족시키기 어려운 문제가 있다.
도 2 는 도 1 의 ISG 시스템에서 모터링 모드(Motoring mode)의 일 예를 도시한다.
모터링 모드에서 DC-DC 컨버터(110)는 주 배터리인 2차전지(100)와 보조 배터리 12V 배터리(120) 간에 위치하며, 주 배터리(100)를 완속 충전한다. 그리고, 인버터(130)는 모터(140)의 토크를 제어하며 필요한 경우 약계자 제어를 병행한다.
이 경우 도 1 과 같은 ISG 시스템에서는 인버터(130)가 2차전지(100)에 직렬로 연결된 구조로 인해, 2차전지(100)의 전압 제한 하에서 모터의 토크를 제어해야 하는 제약이 발생하며, 고속 동작시 모터링이 안되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 도 1 및 2에 도시된 ISG시스템의 문제를 해결하기 위하여 새로운 ISG 시스템 구조를 제시한다. 도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예로 제시하는 ISG시스템에서 발전모드를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 저속 발전 모드를 도시한다.
ISG 시스템에서 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 일단은 인버터(130)에 병렬로 연결되고, 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 타단은 에너지 저장부(100)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 에너지 저장부(100)는 2차 전지, 슈퍼커패시터 등의 형태로 구현될 수 있으며, 구체적인 일 예로는 전기이중층커패시터(EDLC : Electric Double Layer Capacitor)를 들 수 있다.
이상과 같이 인버터(130)와 에너지 저장부(100) 사이에 전압변환용 제 1 DC-DC 컨버터(150)가 추가된 ISG시스템에서는 전압이 낮은 2차전지(100)의 경우에도 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 전압 증폭기능을 이용하여 높은 DC-Link 전압을 얻을 수 있게 되어 전 속도 영역에서 발전모드와 모터링 모드를 동시에 만족시킬 수 있다. 상세히 설명하면 아래와 같다.
ISG 시스템의 저속 발전 모드에서 제 1 DC-DC 컨버터(150)는 인버터(130)에 걸리는 전압을 42V로 일정하게 유지시켜 음전류를 제어하여 능동 발전을 하고, 역기전력 또는 회생발전에 의해 생기는 에너지를 에너지 저장부(100)로 보내어 충전을 수행한다.
그리고, 에너지 저장부(100)는 제 2 DC-DC컨버터(110)를 통해 보조 배터리인 12V 배터리(120)에 연결된다. 보조 배터리인 12V 배터리(120)는 에너지 저장부(100)를 충전을 위해 이용된다. 이 경우, 제 2 DC-DC 컨버터(110)는 에너지 저장부(100)로부터 에너지를 충전하기 위해 12V로 강압 제어를 수행한다.
인버터(130)는 발전 모드에서 발전기(140)에 발생되는 역기전력의 크기를 제어하거나 모터의 마이너스(-) 전류를 제어하여 통합형 모터/발전기(140)의 에너지를 생성한다. 이 경우, 인버터(130)는 에너지 저장부(100)의 전압과 무관하게 발전(Generation) 가능 속도 영역을 유지할 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제 1 DC-DC 컨버터(150)가 인버터(130) 양단의 전압을 42V로 유지하므로, 인버터(130)에서는 마이너스(-) 전류를 제어할 있으므로 전 속도 영역에서 발전이 가능하다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 고속 발전 모드를 도시한다.
인버터(130)는 DC 전압이 42V를 넘지 않도록 약계자 발전 제어를 수행한다.
ISG 시스템의 고속 발전 모드에서 제 1 DC-DC 컨버터(150)는 인버터(130)에 걸리는 전압을 16~42V로 유지시키고, 에너지 저장부(100)에 전해지는 전압을 16~26V로 강압한다. 이 외의 구성요소는 도 3에 대응되는 구성요소와 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로 도 3을 참고한다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 모터링 모드를 도시한다.
ISG 시스템의 모터링 모드에서 제 1 DC-DC 컨버터(150)는 에너지 저장부(100)에 걸리는 전압을 인버터(130)에 걸리는 DC-Link전압 VDC를 42V로 일정하게 승압한다. 본 발명에서 제안하는 ISG 시스템에서는 VDC가 42V로 승압됨에 따라 기존 ISG 시스템에서는 불가능했던 전 속도 영역에서 토크 발생이 가능하게 된다.
모터링 모드에서, 인버터(130)는 모터(140)에 연결되며, 42V 전압제한 하에서 모터의 토크를 제어한다. 그리고 필요한 경우에는 모터의 토크 제어와 함께 약계자 제어를 수행한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISG 시스템의 내부 상세 구조를 도시하고, 도 7은 도 6의 ISG 시스템을 안전하게 구동하는 흐름도를 도시한다. 보다 상세히, 도 7에서는 ISG 시스템에서 구동용 인버터에서 FAULT 발생시 안전하게 스위치를 OFF하는 방법의 일 예를 도시한다.
제 1 DC-DC 컨버터(150)는 인덕터(152)와 제 1 및 제 2 스위치(151, 153)으로 구현된다. 인버터(130)는 DC-Link 커패시터(131)와 6개의 스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137)로 구현된다. 6개의 스위치는 구동용 인버터에서 생성되는 전류 지령대로 통합형 모터/발전기가 동작하도록 PWM펄스를 이용하여 UVW 각상(3상)의 전류 제어를 수행하는데 사용된다. 6개의 스위치에 대해서는 일반적으로 인버터에서 사용되는 것과 유사하므로 설명을 생략한다.
일반적으로 인버터에서는 기본적으로 매 제어주기마다 DC-Link 커패시터(131)의 전압을 감지하여 안전범위를 초과하는 순간 FAULT를 발생시키는 로직 혹은 회생저항으로 전류를 흘려서 에너지를 소모시키는 방법을 사용하지만, ISG 시스템의 인버터(130)와 같은 제 1 DC-DC컨버터를 내장하고 있는 구조에서는 부하단의 스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137) 및 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치(151, 153)를 동시에 OFF할 경우에는 DC-Link 커패시터(131)에 과충전이 발생하여 수명이 단축될 수 있는 문제점이 있다.
기존의 ISG 시스템(도 1 및 2 참고)의 경우 2차 전지(100)와 인버터(130)가 직결되므로, DC-Link 커패시터(131)가 수백 F 이상의 매우 큰 값을 갖게 되어 DC-Link의 전압 변동 시정수 값이 수백 ms에 달할 정도로 매우 컸다. 따라서, DC-Link 전압이 기설정된 허용치 값을 초과할 경우 등과 같이 FAULT 조건을 만족시킬 경우, 인버터(130) 동작을 중단시키는 방식으로 DC-Link 전압을 안정화시켰다.
그러나, 본 발명에서 제시하는 ISG 시스템에서는 제 1 DC-DC 컨버터(150)가 추가됨에 따라 2차 전지(100)와 인버터(130) 사이가 분리되면서 DC-Link 커패시터(131)가 수만 uF 이하로 작아지게되어, 전류의 변동이 작은 경우에도 DC-Link 전압이 급격하게 변하게 될 수 있다.
또한, 기존의 ISG시스템에서와 같이 FAULT 조건에 해당시 인버터(130) 동작을 중단시켜 모터링 구동 중 전류를 한번에 끊어버릴 경우, DC-Link 커패시터(131)에 전압이 급격하게 상승하게 될 수 있다.
일 예로, 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 제 1 스위치(151)가 ON되면 화살표 방향으로 전류루프가 형성되어(S150), 2차전지(100)의 에너지가 인덕터(L)(151)에 가두어지게 되고, 제1 스위치(151)가 OFF되면 제 2 스위치(153)의 ON/OFF와 관계없이 제 2 스위치(153)의 다이오드를 통해 전류루프가 형성되어(S151) DC link로 전류가 흘러버리는 경우가 발생할 수 있다.
이 경우, DC-Link 커패시터(131)에 전류를 흘리면 전압이 상승하므로 DC-Link 커패시터(131)의 전압이 상승하게 되며, DC-Link 커패시터(131)의 전압은 부하단의 스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137)가 먼저 OFF된 시점부터 DC-DC가 인덕터(L)(152)에 에너지를 얼마나 가두었느냐에 따라 변화량이 달라진다.
본 발명에서는 ISG시스템의 인버터에 문제가 발생한 경우 이를 해결하는 방법을 함께 제시한다. 설명을 위해 도 6 및 7을 참고하여 설명하면 아래와 같다.
인버터(130)에 걸리는 DC-Link전압 VDC가 기설정된 안전범위를 초과하는지 판단한다(S710). 예를 들어 DC-Link 커패시터(131)가 정격 50V이고, 안전범위를 45V로 설정한 경우, 인버터(130)를 구성하는 DC-Link 커패시터(131)에 걸리는 전압VDC이 45V를 초과하는지 판단한다. 이 경우,VDC는 스위칭 등으로 인해 노이즈의 영향을 받을 수 있으므로, 저역통과필터(LPF)를 사용하여 노이즈를 제거한 후 전압을 측정할 수 있다.
VDC가 기설정된 안전범위를 초과하는 경우, 인버터(130)에서는 현재 ISG 시스템의 모드가 모터링모드로 구현되는지 발전모드로 구현되는지를 판단한다(S720).
● 모터링 모드
모터링 모드인 경우, VDC가 기설정된 안전범위를 초과되면 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 스위치(151, 153)를 OFF 한다(S730). 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 스위치(151, 153)가 OFF된 이후에도, 통합형모터/발전기(140)에 연결된 모터링 스위치인 UVW스위치는 계속 동작을 수행하고 있으므로 VDC가 낮아지게 된다.
VDC를 낮추는 일 예는 다음과 같다. 통합형모터/발전기(140)는 모터링 동작을 수행하므로써 에너지를 소모하게 되고, 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 스위치(151, 153)를 OFF하기 이전에 흐르고 있던 DC-DC 전류와 에너지저장부(100)의 전압을 센싱하는 방식으로 VDC Link로 전달되는 에너지를 예측할 수 있다. 또한, R/L값을 통해 시정수를 계산하여 전달될 에너지를 예측할 수 있다. 에너지가 예측되면, 에너지를 감소시키는 방향으로 프로파일을 생성하여 통합형모터/발전기(140)에 명령을 보내는 방식을 통해 에너지 소모가 가능하다.
또한, 인버터(130)는 내장된 모터링 운전 테이블에 위에서 계산한 프로파일을 모터링 명령으로 사용하여 인버터(130)에서 모터링 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 2KW로 5초간 모터링 동작 수행등과 같은 프로파일을 보낼 수 있다. 이상의 모터링 운전 테이블은 속도별 최적효율 운전 포인트를 실험적으로 탐색하여 정의해놓은 테이블로서, 인버터제어용 CPU의 내부 메모리에 기록되어 있다.
VDC가 안전 범위 내에 들어오게 되면(S740), 이 후 모터링 스위치인 UVW스위치를 OFF 한다(S750). UVW스위치를 OFF 하면 통합형모터/발전기(140)의 스위치(MOSFET)의 FREE-WHEEL DIODE를 통해 3상 정류 회로로서만 동작하게 된다(도 6 참고). 그에 따라 AC 형태의 역기전력을 정류하게 되며, 정류된 DC전압이 VDC와 같게된다.
이 후 역기전력이 안전범위를 초과하는지 판단한다(S760).
제 1 DC-DC 컨버터(150)의 스위치(151, 153) 및 UVW스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137)를 OFF하더라도, 벨트로 체결된 엔진의 속도로 인해 통합형모터/발전기(140)의 속도가 높아지면 역기전력이 상승하게 된다.
상승된 역기전력의 크기가 FREE-WHEEL DIODE를 통해 정류되어 DC-Link 커패시터(131)에 남아있는 전압보다 높아지면 DC-Link 커패시터(131)로 전류가 흐르게 되어 충전이 이루어진다.
즉, FREE-WHEEL DIODE는 스위칭 소자(MOSFET)에 내장되어 있는 능동 소자이므로, 모터의 UVW 케이블을 제거하지 않는 한 통합형모터/발전기(140)가 회전하는 동안 정류회로로 구동될 수 밖에 없다. 그 결과 고속 영역에서는 통합형모터/발전기(140)에서 발생되는 역기전력만으로도 VDC가 안전 범위를 초과하는 경우가 발생할 수 있다. 계자전류와 역기전력 간의 관계는 도 8의 관련 설명을 참고한다.
이러한 경우가 발생하는 경우에 대비하기 위하여, 역기전력이 안전범위를 초과하는지 판단한 후(S760), 초과하는 경우에는 계자권선에 흐르는 전류를 역기전력이 작아지는 방향으로 감자전류로 제어하여 DC-Link 커패시터(131)에 최대한 낮은 전압이 유기되도록 구현한다(S770). 이 경우, 전류량은 계자권선의 정격전류가 되도록 구현하여야 계자권선의 손상을 막을 수 있다.
감자는 자석을 약하게 하는 효과로 통합형모터/발전기(140)의 계자권선에 자속량이 줄어들도록 전류를 흘려 회전 속도 대비 작은 역기전력을 얻는 방법을 일겉는다.
● 발전 모드
발전 모드인 경우, VDC가 기설정된 안전범위를 초과되면, UVW스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137)를 OFF 한다(S731). UVW스위치(132, 133, 134, 135, 136, 137)가 OFF된 이후에도, 제 1 DC-DC 컨버터(150)는 계속 동작하므로 DC-Link 커패시터(131)에서 에너지저장부(100)로 전류가 제어되므로 VDC가 낮아지게 된다.
VDC가 안전 범위 내에 들어오게 되면(S741), 이 후 제 1 DC-DC 컨버터(150)의 스위치(151, 153)를 OFF 한다(S751). 이 후 역기전력이 안전범위를 초과하는지 판단하여(S760), 초과하는 경우에는 계자권선에 흐르는 전류를 역기전력이 작아지는 방향으로 감자전류로 제어하여 DC-Link 커패시터(131)에 최대한 낮은 전압이 유기되도록 구현한다(S770).
도 8 은 계자전류와 역기전력 간의 관계를 도시한 그래프이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 정격 전류 및 계자전류와 역기전력 상수 간의 상관관계를 수식화하여 고속영역에서 DC-Link 커패시터(131, 도 6 참고)에 걸리는 전압을 안전하게 제어할 수 있다.
이 경우, 실험을 통해 계자전류에 따른 역기전력 상수(V/rpm) 값은 측정하고, 계자 권선의 면적을 계산하여 환산된정격 전류값 등을 이용한다.
제 1 DC-DC 컨버터(150, 도 5 참고) 등이 스위칭 소자가 손상되는 등과 같이 물리적으로 손상되어 역기전력으로 충전되는 에너지를 전기이중층커패시터(EDLC)와 같은 에너지 저장부로 빼내지 못하는 경우, 역기전력이 줄어드는 감자 방향으로 계자권선에 정격전류를 흘리도록 제어할 수 있다(도 8 참고). 이 경우에도, VDC가 상승하여 안전범위를 초과할 경우, 모터링 모드와 관련하여 이상에서 서술한 방식을 통해 에너지를 소모시킨다.
도 8은 통합형모터/발전기(140, 도 5 참고)가 5000rpm으로 등속운전을 할 때, 계자전류를 -5A~5A까지 1A단위로 변화할때 측정된 역기전력 실효치를 도시한다.
계자전류를 0A로 제어할 때, 10Vrms(810)이던 역기전력이 -1A(감자)로 제어를 하면 약 5Vrms(820)로 역기전력이 낮아지고, +1A(증자)로 제어를 하면 35Vrms(830)로 역기전력이 높아진다.
제 1 DC-DC 컨버터 및 인버터의 스위치들을 모두 OFF하더라도 차량 엔진의 힘으로 고속 운전을 하는 경우에는 DC-Link 커패시터(131, 도 6 참고)는 안전 범위로 설정된 전압 용량을 초과할 수 있다. 따라서, 이런 경우 DC-Link 커패시터(131, 도 6 참고)의 안전을 위해 계자권선의 정격정류가 2A인 경우 -2A(840)로 제어를 수행할 수 있다.
또 다른 일 실시예로는, 엔진RPM과 통합형모터/발전기RPM은 1:2.5의 풀리비를 통해 벨트로 연결되므로, 엔진 RPM이 7000rpm이면 모터/알터네이터는 17500rpm이 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 안전 범위를 45V로 설정시 역기전력 상수가 0.003V/rpm인 모터를 17500rpm으로 운전할 경우 0.003 x 17500 = 52.5V가 되어안전범위가 초과되는 경우상기에서 서술한 방식을 통해 계자권선의 전류를 이용하여 역기전력을 낮출 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.　

Claims (4)

  1. 모터 및 발전기 역할이 모두 가능한 통합형모터/발전기에 연결된 인버터; 및
    일단의 양 접점은 상기 인버터의 입력단인 DC-LINK의 양 출력 접점에 병렬로 연결되고, 타단의 양 접점은 에너지저장부에 연결된 제 1 DC-DC 컨버터;를 포함하고,
    상기 통합형모터/발전기가 모터링 모드로 구현시, 상기 DC-LINK의 양 출력 전압 VDC가 기설정된 안전범위를 초과하면 상기 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치를 OFF 하고, 이 후 상기 VDC가 기설정된 안전범위 이내로 떨어지면 상기 통합형모터/발전기에 연결된 3상제어스위치를 OFF 하며,
    상기 통합형모터/발전기가 발전 모드로 구현시, 상기 VDC가 기설정된 안전범위를 초과하면 상기 3상제어스위치를 OFF하고, 이 후 상기 VDC가 기설정된 안전범위 이내로 떨어지면 상기 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치를 OFF하는 것을 특징으로 하는 ISG시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터링 모드에서 상기 제 1 DC-DC 컨버터는 상기 에너지저장부의 전압을 승압하고, 상기 발전 모드에서 상기 제 1 DC-DC 컨버터는 상기 VDC를 강압하는 것을 특징으로 하는 ISG시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 DC-DC 컨버터의 스위치 및 상기 3상제어스위치가 모두 OFF된 이후 상기 통합형모터/발전기에서 발생되는 역기전력이 상기 기설정된 안전범위를 초과하는 경우, 계자권선에 흐르는 전류를 상기 역기전력이 작아지도록 감자전류로 제어하여 상기 VDC를 낮추는 것을 특징으로 하는 ISG시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 3상제어스위치를 OFF하면
    상기 3상제어스위치의 프리 휠 다이오드(FREE-WHEEL DIODE)를 통해 3상 전류 회로로 동작하여 역기전력을 정류하는 것을 특징으로 하는 ISG시스템.
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