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KR101039678B1 - 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법 Download PDF

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KR101039678B1
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송홍석
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전신혜
최원경
박형준
김준환
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량용 전력변환장치의 CAN통신 오류 판단시, 전력변환장치의 상태에 따라 온도를 예측하여 전력변환장치를 냉각하는 냉각장치를 보다 효율적으로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 캔 통신 오류 시점의 전력변환장치의 온도를 전력변환장치의 현재온도로 추정하여, 이 추정 온도에 맞는 풍량으로 냉각장치를 제어하는 단계와; 상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 큰 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족하지 않은 것으로 판단하여, 냉각장치의 풍량 단수를 한 단계 아래로 제어하는 단계와; 상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 작은 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족한 것으로 판단하여, 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 위로 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 제공한다.
하이브리드, 차량, 전력변환장치, 냉각장치, 제어 방법, 캔 통신

Description

하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법{COOLING CONTROL METHOD FOR INVERTOR AND LDC OF HEV}
본 발명은 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량용 전력변환장치의 CAN통신 오류 판단시, 전력변환장치의 상태에 따라 온도를 예측하여 전력변환장치를 냉각하는 냉각장치를 보다 효율적으로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 병렬형 하이브리드 차량의 구동계(power train system) 구성을 살펴보면, 첨부한 도 4의 구성도에서 보는 바와 같이, 엔진(10), 모터(12), 자동변속기(14)가 구동축(16)상에 직결되어 있고, 상기 엔진(10) 및 모터(12)간에는 클러치(18)가 배열되어 있으며, 배터리 제어기(22)에 의하여 충전량 등이 관리되는 고전압배터리(20)가 인버터(24) 를 통해 상기 모터(12)와 충방전 가능하게 연결되어 있다.
또한, 12V 보조배터리(26)가 DC-DC 컨버터(28, 이하, LDC라 칭함)를 통해 배터리(20)와 인버터(24)간의 연결라인에 연결되어 있다.
또한, 상기 인버터(24) 및 LDC(28) 즉, 하이브리드용 전력변환장치에 대한 냉각을 위하여, 냉각장치(30, 냉각팬 또는 워터펌프) 및 이 냉각장치를 제어하는 냉각장치 제어기(32)가 포함되어 있다.
이때, 상기 배터리 제어기(22)와, 인버터(24) 및 LDC(28), 냉각장치 제어기(32)는 신호 인터페이스를 위한 캔 통신 라인(36)에 의하여 서로 연결되어 있다.
이렇게 배터리 제어기(22)와, 인버터(24) 및 LDC(28), 냉각장치 제어기(32)들이 캔(CAN) 통신을 이용하여 서로 정보를 주고 받을 수 있는 바, 첨부한 도 2의 순서도에서 보는 바와 같이 상기 냉각장치 제어기(32)는 각 하이브리드시스템의 온도정보를 캔 통신을 통해 받아서, 그 정보를 기반으로 냉각장치(30)의 단수 등을 제어하게 된다.
상기와 같이, 현재 하이브리드 차량에는 알터네이터를 대신하여 12V 배터리의 충전 및 전장회로에 전력 공급 제어을 담당하는 LDC(28)와, 차량을 구동시키기 위한 모터를 제어하는 인버터(24)가 적용되어 있는 바, 이 LDC(28) 및 인버터(24) 즉, 하이브리드용 전력변환장치는 그 내부 온도를 측정하는 온도센서(미도시됨)를 가지고 있으며, 측정된 온도데이터를 캔통신을 통해 냉각장치(30)를 제어하는 냉각장치 제어기(32)에 송신하고 있다.
이렇게 정상 상태에서는, 하이브리드용 전력변환장치는 그 온도센서의 정보 를 캔통신을 이용하여 냉각장치 제어기에 송신하고, 냉각장치 제어기에서는 각 전력변환장치의 온도를 받아 냉각량을 결정하여 냉각장치를 제어한다.
그러나, 상기 전력변환장치의 캔 통신 오류 발생시, 전력변환장치의 온도센서에서 검출된 온도정보를 더 이상 송신할 수 없게 되고, 이에 냉각장치 제어기는 온도정보를 받지 못하게 되므로, 전력변환장치의 과온 보호에 문제점을 발생시킬 수 있다.
즉, 캔통신 오류시 전력변환장치의 과온 방지를 위하여 냉각장치를 제어하는 냉각장치 제어기에서는 냉각을 위한 냉각장치 구동을 최대로 설정하여 운용하고 있지만, 이러한 전략은 냉각장치의 구동 소음이 크게 발생되는 원인이 되며, 불필요한 냉각장치의 전력소모를 초래하는 문제점이 있다.
다시 말해서, 하이브리드용 전력변환장치의 캔 통신 오류가 발생하면, 냉각장치 제어기가 각 전력변환장치의 실제온도와 상관없이 냉각장치(냉각팬 및 워터펌프)를 최대 출력으로 제어하여 전력변환장치를 냉각하고 있는 바, 이러한 냉각 로직은 냉각장치의 소음을 필요 이상 유발시킨과 함께 냉각장치의 내구수명 및 효율성을 크게 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전력변환장치의 캔 통신 오류 판단시, 전력변환장치의 현재 온도를 추정하고, 이 추정온도에 맞는 풍 량을 내도록 냉각장치를 제어하되, 전력변환장치의 과온보호로직에 따른 출력값을 검출하여 냉각 풍량을 증가 또는 감소시켜서, 캔 통신 오류시에도 전력변환장치에 대한 냉각이 보다 효율적으로 이루어지도록 한 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 캔 통신 오류 시점의 전력변환장치의 온도를 전력변환장치의 현재온도로 추정하여, 이 추정 온도에 맞는 풍량으로 냉각장치를 제어하는 단계와; 상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 큰 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족하지 않은 것으로 판단하여, 냉각장치의 풍량 단수를 한 단계 아래로 제어하는 단계와; 상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 작은 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족한 것으로 판단하여, 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 위로 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 과온보호로직은: 전력변환장치의 내부온도센서에서 과온을 감지하는 과정과; 감지온도가 과온인 경우 전력변환장치의 출력을 기준치인 최소동작출력치 이하로 제한하여 전력변환장치의 온도가 하강되도록 한 과정; 으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 전력변환장치의 온도가 정상 운용 온도로 복귀하여 과온보호로직이 해제되면, 냉각장치의 풍량 단수를 낮추는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 캔 통신 오류 판단시점의 전력변환장치의 온도를 현재온도로 추정하고, 이 추정온도에 맞는 냉각풍량을 내도록 냉각장치를 제어하고, 또한 전력변환장치의 과온보호로직에 따른 출력값을 검출하여 냉각 풍량을 증가 또는 감소시키도록 함으로써, 캔 통신 오류시에도 전력변환장치에 대한 과온을 방지할 수 있는 냉각이 이루어질 수 있다.
특히, 전력변환장치(인버터, DC-DC 컨버터)의 캔 통신 오류시, 기존과 같이 냉각장치의 냉각량을 최대로 제어하는 방식이 아닌 전력변환장치의 출력(전압,전류,전력) 상태에 따라 과온상태를 추정하여 그에 맞는 냉각량을 제어하도록 함으로써, 냉각장치인 냉각팬의 냉각 부하를 절감하는 동시에 소음 저감 및 내구성 향상을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 4를 참조로 전술한 바와 같이, 인버터(24) 및 LDC(28) 즉, 하이브 리드용 전력변환장치에 대한 냉각을 위하여, 냉각장치(30, 냉각팬 또는 워터펌프) 및 이 냉각장치를 제어하는 냉각장치 제어기(32)가 포함되어 있고, 각종 제어기(배터리 제어기 등)를 비롯하여, 인버터(24) 및 LDC(28), 냉각장치 제어기(32)는 신호 인터페이스를 위한 캔 통신 라인(36)에 의하여 서로 연결되어 있다.
이에, 전력변환장치의 냉각을 위한 냉각장치 제어는 전력변환장치의 온도정보를 캔통신을 통하여 냉각장치 제어기(32)가 수신한 후, 그 온도정보에 따른 냉각장치의 풍량을 내도록 냉각장치를 제어하는 방식을 채택하고 있다.
즉, 첨부한 도 3에서 보듯이, 전력변환장치의 온도정보를 7단계(T1~T7)로 구분하고, 이 온도정보에 맞는 냉각량도 7단계(Step1~Step7)로 구분하여, 전력변환 장치의 온도에 맞추어 냉각장치의 풍량 조절이 이루어지면서 전력변환장치의 냉각이 이루어진다.
그러나, 전력변환장치의 캔 통신 오류가 발생한 경우, 냉각장치 제어기는 온도정보를 수신할 수 없기 때문에 특정 풍량 즉, 최대 풍량(T7, step 7)으로 제어를 하도록 그 로직이 구성되어 있는 바, 이런한 제어기법은 전력변환장치의 실제 온도에 무관하게 최대 풍량으로 냉각 제어가 이루어지므로, 팬부하를 필요 이상으로 소비할 뿐이나라 팬소음 및 내구에 매우 불리한 제어기법이라 할 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 전력변환장치의 캔통신 오류시, 보다 효과적이고 효율적인 냉각 제어가 이루어지도록 한 점에 특징이 있다.
물론, 본 발명에서도 캔통신이 정상적으로 이루어지는 경우에는 냉각장치 제어기가 전력변환장치의 온도정보를 캔 통신을 통해 받아서, 그 정보를 기반으로 냉 각장치의 풍량 단수 등을 제어하게 된다.
여기서, 캔 통신 오류시 본 발명의 전력변환장치에 대한 냉각 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 전력변환장치 냉각 제어 방법은 캔 통신의 오류시 온도에 따른 냉각제어 맵을 역으로 이용하여 오류발생 시점의 냉각값에 대한 온도를 최초 온도로 추정하여 냉각팬을 제어한다.
예를 들어, 도 3을 참조로 설명하면 캔 통신 오류 시점에서 전력변환장치의 온도가 T4이고, 이 T4에 맞는 냉각장치(냉각팬)의 풍량이 Step4이었다면, 냉각 제어기에서 캔 통신 오류시점의 현재 냉각풍량인 Step4에 대응하는 T4를 최초 온도(=전력변환장치의 현재온도)로 추정한 후, 이 최초 온도에 맞는 Step4만큼의 풍량이 계속 발생되도록 냉각팬의 속도를 제어하게 된다.
한편, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량 부족으로 인하여, 전력변환장치의 온도가 상승할 때, 각 전력변환장치의 내부온도센서에서 과온을 감지하게 되면, 별도의 과온보호로직이 동작하게 되며, 이 과온보호로직에 의하여 전력변환장치의 온도를 낮추기 위해 전력변환장치의 출력(전압,전류,전력)이 정해진 기준값 이하로 제한된다.
이러한 과온보호로직에 의하여 전력변환장치의 출력이 변화되는 것을 냉각장치 제어기에서도 검출할 수 있는데, 그 이유는 전력변환장치와 냉각장치 제어기 모 두 12V 보조배터리에 라인으로 연결되어 있어, 냉각장치 제어기에서 전력변환장치의 과온보호로직에 따른 출력 변화를 검출할 수 있다.
이때, 상기 전력변환장치가 과온보호로직에 해당하지 않는 출력(전압,전류,전력) 즉, 과온보호로직이 실행되는 기준값(최소동작출력)보다 더 큰 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족하지 않은 것으로 판단하여, 냉각장치 제어기는 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 아래로 제어하게 된다.
즉, 상기과 같이 추정된 최초 온도 즉, 전력변환장치의 현재온도에 맞는 풍량보다 한 단계 낮은 풍량으로 냉각팬을 제어하여, 냉각팬의 소음 저감 및 전력 소모를 도모할 수 있도록 한다.
반면에, 상기 전력변환장치가 과온보호로직에 해당하는 출력(전압,전류,전력) 즉, 과온보호로직이 실행되는 기준값(최소동작출력)보다 더 작은 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족한 것으로 판단하여, 냉각장치 제어기는 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 위로 제어하여, 전력변환장치에 대한 냉각이 신속하게 이루어지도록 한다.
즉, 전력변환장치의 출력이 과온보호로직에 해당되는 출력(전압,전류,전력)으로 검출되면, 전력변환장치의 추정온도를 현재 냉각량에서 STEP1만큼 증가된 값에 해당하는 온도로 추정하여, 냉각장치에 대한 냉각이 신속하게 이루어지도록 한다.
이때, 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 위로 제어하여, 전력변환장치에 대한 냉각이 이루어지도록 한 후, 전력변환장치가 정상 운용 온도로 복귀하여 과온보호 로직이 해제되었을 경우, 전력변환장치의 출력값이 정상범위에서 일정시간 이상으로 동작중일 경우에는 다시 냉각량을 줄이는 제어를 하여, 냉각팬 제어를 상황에 따라 유연하게 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 설명하는 순서도,
도 2는 종래의 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 설명하는 순서도,
도 3은 종래의 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법을 설명하는 그래프,
도 4는 하이브리드 차량의 시스템 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 12 : 모터
14 : 자동변속기 16 : 구동축
18 : 클러치 20 : 배터리
22 : 배터리 제어기 24 : 인버터
26 : 12V 보조배터리 28 : DC-DC 컨버터
30 : 냉각장치 32 : 냉각장치 제어기
36 : 캔 통신 라인

Claims (3)

  1. 캔 통신 오류 시점의 전력변환장치의 온도를 전력변환장치의 현재온도로 추정하여, 이 추정 온도에 맞는 풍량으로 냉각장치를 제어하는 단계와;
    상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 큰 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족하지 않은 것으로 판단하여, 냉각장치의 풍량 단수를 한 단계 아래로 제어하는 단계와;
    상기 전력변환장치가 과온보호로직이 실행되는 기준치인 최소동작출력치보다 작은 출력을 내는 경우, 전력변환장치의 실제 요구 냉각량이 부족한 것으로 판단하여, 냉각팬의 풍량 단수를 한 단계 위로 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 과온보호로직은:
    전력변환장치의 내부온도센서에서 과온을 감지하는 과정과;
    감지온도가 과온인 경우 전력변환장치의 출력을 기준치인 최소동작출력치 이하로 제한하여 전력변환장치의 온도가 하강되도록 한 과정;
    으로 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력변환장치의 온도가 정상 운용 온도로 복귀하여 과온보호로직이 해제되면, 냉각장치의 풍량 단수를 낮추는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전력변환장치 냉각 제어 방법.
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