[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102672552B1 - Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method - Google Patents

Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method Download PDF

Info

Publication number
KR102672552B1
KR102672552B1 KR1020220058107A KR20220058107A KR102672552B1 KR 102672552 B1 KR102672552 B1 KR 102672552B1 KR 1020220058107 A KR1020220058107 A KR 1020220058107A KR 20220058107 A KR20220058107 A KR 20220058107A KR 102672552 B1 KR102672552 B1 KR 102672552B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active short
short circuit
freewheeling
current
motor
Prior art date
Application number
KR1020220058107A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230159719A (en
Inventor
최종원
Original Assignee
한남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한남대학교 산학협력단 filed Critical 한남대학교 산학협력단
Priority to KR1020220058107A priority Critical patent/KR102672552B1/en
Publication of KR20230159719A publication Critical patent/KR20230159719A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102672552B1 publication Critical patent/KR102672552B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0061Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electrical machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/027Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10Electrical machine types
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429Current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/50Aeroplanes, Helicopters
    • B60Y2200/51Aeroplanes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30Sensors
    • B60Y2400/308Electric sensors
    • B60Y2400/3084Electric currents sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30Sensors
    • B60Y2400/308Electric sensors
    • B60Y2400/3086Electric voltages sensors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량축과 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터; 상기 구동모터를 제어하고, 상기 구동모터시스템의 안전상태 요청 여부에 따라 능동단락회로를 동작시키는 구동모터시스템; 및 상기 능동단락회로가 동작될 경우 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부에 따라 상기 구동모터의 전류정보와 각도정보를 이용하여 상기 구동모터시스템을 안정화시키기 위한 프리휠링비교값을 선택 생성하여 상기 구동모터시스템으로 출력하는 능동단락회로전류안정기;를 포함함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있다.The present invention relates to an active short-circuit control device and method for an electric motor drive system, comprising: a drive motor connected to a vehicle axle to provide driving force; a drive motor system that controls the drive motor and operates an active short circuit depending on whether a safety state of the drive motor system is requested; And when the active short circuit is operated, a freewheeling comparison value for stabilizing the drive motor system is selected and generated using current information and angle information of the drive motor depending on whether the active short circuit is in a transient state. By including an active short-circuit current stabilizer that outputs to the drive motor system, overcurrent and vibration current can be suppressed by reducing the size of the peak phase current and shortening the vibration time.

Description

전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치 및 그 방법{ACTIVE SHORT CIRCUIT CONTROL APPARATUS OF ELECTRIC MOTOR DRIVING SYSTEM AND ITS METHOD}Active short circuit control device and method of electric motor driving system {ACTIVE SHORT CIRCUIT CONTROL APPARATUS OF ELECTRIC MOTOR DRIVING SYSTEM AND ITS METHOD}

본 발명은 전기모터 구동 시스템에서 능동단락회로 운전 시 과도상태에서 발생하는 과전류와 진동 전류를 저감하기 위해 매우 짧은 시간동안 프리휠링을 능동단락회로 운전 사이에 출력 제어함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention controls the output of freewheeling between active short circuit operations for a very short period of time in order to reduce overcurrent and vibration current that occur in a transient state during active short circuit operation in an electric motor drive system, thereby reducing the size of the peak phase current. It relates to an active short-circuit control device and method for an electric motor drive system that can suppress overcurrent and vibration current by shortening the vibration time.

잘 알려진 바와 같이, 기후위기로 인한 위험이 커짐에 따라 전 세계적으로 많은 국가들이 탄소중립사회를 준비하고 있으며, 기존 내연기관 중심의 운송 산업이 큰 영향을 받고 있다.As is well known, as the risk from the climate crisis increases, many countries around the world are preparing for a carbon-neutral society, and the transportation industry centered on existing internal combustion engines is being greatly affected.

이러한 미래 운송산업 변화의 큰 특징은 탄소 발생이 없는 전기모터의 적극적 이용으로 나타나고 있는데, 기존 내연기관을 사용하던 자동차와 비행기는 고효율의 전기모터 시스템을 사용하는 전기차와 전기 비행기로 전환되고 있을 뿐만 아니라, 앞에서 언급한 어플리케이션은 기존 산업에서 사용하던 전기모터보다 더 높은 신뢰성, 고효율, 그리고 고출력 밀도를 요구하고 있다.A major characteristic of this change in the future transportation industry is the active use of carbon-free electric motors. Not only are cars and airplanes using existing internal combustion engines being converted to electric vehicles and airplanes using highly efficient electric motor systems. , the applications mentioned above require higher reliability, higher efficiency, and higher power density than the electric motors used in existing industries.

따라서 고효율 고출력 밀도를 가지는 영구자석 동기모터(permanent magnet synchronous motor, PMSM)가 미래 운송산업 분야에서 많이 사용될 것으로 예상되고 있다.Therefore, permanent magnet synchronous motors (PMSM) with high efficiency and high power density are expected to be widely used in the future transportation industry.

한편, 최근에 기능안전(functional safety)이 전기차의 구동시스템에서 준수해야 하는 규격으로써 중요성이 높아지고 있는데, 이 규격은 자동차 부품에서 전기전자시스템의 오류(fault)에 의한 사고를 방지하기 위한 안전 규격을 의미하고, 각 부품이 전체 시스템에 미치는 영향을 분석하여 기능안전 등급을 부여하게 되며, 이 등급은 ASIL(Automotive Safety Integrity Level)이라 지칭하고 있다.Meanwhile, functional safety has recently become increasingly important as a standard that must be complied with in the driving system of electric vehicles. This standard sets safety standards to prevent accidents caused by faults in the electrical and electronic systems of automobile parts. This means that a functional safety grade is assigned by analyzing the impact of each component on the overall system, and this grade is referred to as ASIL (Automotive Safety Integrity Level).

이러한 ASIL 등급은 QM(quality management)부터 ASIL D까지 있으며, 현재 전기차 시스템에서 구동모터 및 인버터 시스템에 부여한 등급은 ASIL C/D인데, 이는 매우 높은 수준이다. 예를 들면, 단일 오류(single point fault)인 경우 97-99%의 높은 오류커버러지비율(fault coverage ratio)을 가져야 한다.These ASIL grades range from QM (quality management) to ASIL D, and the grade currently given to drive motors and inverter systems in electric vehicle systems is ASIL C/D, which is a very high level. For example, in the case of a single point fault, it must have a high fault coverage ratio of 97-99%.

상술한 바와 같은 기능 안전에 대응하기 위해서 전기차 구동시스템에 안전상태(safe state)를 정의해야 하는데, 전기차 구동시스템에 위험한 오류가 감지될 경우 시스템은 정의한 안전 목표(safe goal)를 준수하기 위하여 정상상태에서 천이(transition)를 하게 되며, 이때를 안전상태라 한다.In order to respond to functional safety as described above, a safe state must be defined in the electric vehicle drive system. When a dangerous error is detected in the electric vehicle drive system, the system is placed in a normal state to comply with the defined safety goal. A transition occurs, and this is called a safe state.

도 1 및 도 2는 종래에 영구자석 동기모터의 두 가지 안전 상태를 예시한 도면으로, 도 1에서는 모든 스위치가 꺼져있는 프리휠링(freewheeling) 상태를 보여주고 있는데, 모터 코어에 저장된 에너지가 IGBT의 환류 다이오드(freewheeling diode)를 통전시켜 DC링크전압을 충전시킬 수 있다.Figures 1 and 2 are diagrams illustrating two safety states of a conventional permanent magnet synchronous motor. Figure 1 shows a freewheeling state in which all switches are turned off, and the energy stored in the motor core is transferred to the IGBT. The DC link voltage can be charged by energizing the freewheeling diode.

또한, 도 2는 인버터의 아래상의 모든 스위치가 온(On)이 된 상태인 아래상(low-side, 로우사이드) 능동단락회로(ASC : active short circuit)를 나타내는데, 이 경우는 모터의 전류가 인버터의 DC링크전압으로 전혀 흐르지 않는 것을 볼 수 있고, 이는 능동단락회로 알고리즘의 가장 큰 장점이지만, 능동단락회로 동작 시 인버터에서 출력전압은 0이 되며, 더 이상 전류제어는 불가능해지는 문제점이 있다.In addition, Figure 2 shows a low-side active short circuit (ASC) in which all switches on the lower side of the inverter are turned on. In this case, the current of the motor is You can see that there is no flow at all with the inverter's DC link voltage, which is the biggest advantage of the active short circuit algorithm. However, there is a problem in that when the active short circuit operates, the output voltage from the inverter becomes 0, and current control is no longer possible.

따라서, 역기전력 전압과 모터의 초기전류에 의해서 모터의 전류가 결정될 수 있고, 전류의 응답은 모터 속도에 따라서 변화할 수 있으며, 능동단락회로의 과도상태(transient state)에서 과전류와 진동 전류가 발생하는 문제점이 있다.Therefore, the current of the motor can be determined by the back electromotive force voltage and the initial current of the motor, the response of the current can change depending on the motor speed, and overcurrent and vibration current can occur in the transient state of the active short circuit. There is a problem.

1. 한국공개특허 제10-2017-0005414호(2017.01.13.공개)1. Korean Patent Publication No. 10-2017-0005414 (published on January 13, 2017)

본 발명은 전기모터 구동 시스템에서 능동단락회로 운전 시 과도상태에서 발생하는 과전류와 진동 전류를 저감하기 위해 매우 짧은 시간동안 프리휠링을 능동단락회로 운전 사이에 출력 제어함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention controls the output of freewheeling between active short circuit operations for a very short period of time in order to reduce overcurrent and vibration current that occur in a transient state during active short circuit operation in an electric motor drive system, thereby reducing the size of the peak phase current. The objective is to provide an active short-circuit control device and method for an electric motor drive system that can suppress overcurrent and vibration current by shortening the vibration time.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the embodiments of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 차량축과 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터; 능동단락회로를 이용하여 상기 구동모터를 제어하고, 상기 구동모터시스템의 안전상태 요청 여부에 따라 능동단락회로를 동작시키는 구동모터시스템; 및 상기 능동단락회로가 동작될 경우 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부에 따라 상기 구동모터의 전류정보와 각도정보를 이용하여 상기 구동모터시스템을 안정화시키기 위한 프리휠링비교값을 선택 생성하여 상기 구동모터시스템으로 출력하는 능동단락회로전류안정기;를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a drive motor connected to the vehicle axis to provide driving force; a drive motor system that controls the drive motor using an active short circuit and operates the active short circuit depending on whether a safety state of the drive motor system is requested; And when the active short circuit is operated, a freewheeling comparison value for stabilizing the drive motor system is selected and generated using current information and angle information of the drive motor depending on whether the active short circuit is in a transient state. An active short circuit control device for an electric motor drive system including an active short circuit current stabilizer outputting to the drive motor system may be provided.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 구동모터시스템은, 안정상태 요청 여부에 따라 정상상태출력 또는 안전상태출력을 선택 제어하는 모터제어기를 포함하되, 상기 모터제어기는, 상기 구동모터의 전류 및 토크를 제어하되, 정상상태에서 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 비교값을 출력하는 모터제어부; 상기 정상상태인 경우 상기 모터제어부에서 출력된 상기 비교값을 전달하고, 상기 구동모터시스템의 안전상태가 요청될 경우 능동단락회로로 동작하여 상기 능동단락회로전류안정기로부터 출력되는 상기 프리휠링비교값을 전달하는 절환부; 및 반송파와 상기 비교값 또는 프리휠링비교값을 이용하여 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력하는 PWM생성부;를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the driving motor system includes a motor controller that selects and controls a steady state output or a safe state output depending on whether a stable state is requested, and the motor controller includes the current and A motor control unit that controls torque and outputs a comparison value for driving control of the drive motor in a normal state; In the normal state, the comparison value output from the motor control unit is transmitted, and when the safety state of the driving motor system is requested, it operates as an active short circuit and receives the freewheeling comparison value output from the active short circuit current stabilizer. a switching unit that transmits; and a PWM generator that generates and outputs a PWM signal for driving control of the drive motor using a carrier wave and the comparison value or freewheeling comparison value. An active short-circuit control device for an electric motor drive system comprising a. there is.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 능동단락회로전류안정기는, 상기 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 상기 각도정보에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력하는 축변환계산부; 상기 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 상기 과도상태인지의 여부를 판단하고, 상기 과도상태일 경우 상기 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 상기 프리휠링비교값의 출력을 위한 프리휠링 시간 및 듀티를 계산하는 프리휠링듀티계산부; 및 상기 프리휠링 시간 및 듀티에 대응하는 상기 프리휠링비교값을 생성 및 출력하는 프리휠링비교값출력부;를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the active short circuit current stabilizer converts the a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit according to the angle information and outputs them as d-axis current and q-axis current. Axis transformation calculation unit; It is determined whether the transient state is present through the amplitude of the d-axis current and the q-axis current, and in the case of the transient state, only the transient state component is taken from the d-axis current, and a freewheeling time for output of the freewheeling comparison value is obtained. A freewheeling duty calculation unit that calculates duty; and a freewheeling comparison value output unit that generates and outputs the freewheeling comparison value corresponding to the freewheeling time and duty. An active short circuit control device for an electric motor driving system including a.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 프리휠링듀티계산부는, 상기 d축전류에서 하이패스필터를 이용하여 고주파성분인 상기 과도상태성분만 출력하는 하이패스필터블록; 상기 과도상태성분에 대응하는 프리휠링듀티를 계산하여 출력하는 프리휠링듀티계산블록; 및 상기 능동단락회로의 과전압 폴트를 방지하기 위해 상기 프리휠링듀티의 출력을 선택적으로 차단하는 프리휠링과전압보호블록;를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the freewheeling duty calculation unit includes a high-pass filter block that outputs only the transient component, which is a high-frequency component, in the d-axis current using a high-pass filter; a freewheeling duty calculation block that calculates and outputs a freewheeling duty corresponding to the transient state component; And a freewheeling overvoltage protection block that selectively blocks the output of the freewheeling duty to prevent an overvoltage fault of the active short circuit. An active short circuit control device for an electric motor driving system including a.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 프리휠링과전압보호블록은, 상기 능동단락회로에 대한 과전압폴트트립전압과 DC-링크전압을 비교하고, 비교 결과, 상기 DC-링크전압이 상기 과전압폴트트립전압만큼 높아진 경우 상기 프리휠링듀티의 출력을 차단하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the freewheeling overvoltage protection block compares the overvoltage fault trip voltage and the DC-link voltage for the active short circuit, and as a result of the comparison, the DC-link voltage meets the overvoltage fault trip. An active short circuit control device for an electric motor driving system may be provided that blocks the output of the freewheeling duty when the voltage rises.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 PWM생성부는, 상기 모터제어시스템의 정상상태 운전모드일 경우 윗상스위치와 아랫상스위치는 서로 상보적으로 동작하는 반면에, 상기 모터제어시스템의 안전상태 운전모드일 경우 능동단락과 프리휠링으로 동작하도록 전환되는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the PWM generator operates in a normal state operation mode of the motor control system, while the upper phase switch and the lower phase switch operate complementary to each other, while the PWM generator operates in a safe state of the motor control system. An active short-circuit control device for an electric motor drive system that switches to operate in active short-circuit and freewheeling mode may be provided.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 PWM생성부는, 상기 능동단락회로의 과도상태에서, 상기 능동단락회로가 로우사이드로 동작할 경우 아랫상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하거나, 혹은 상기 능동단락회로가 하이사이드로 동작할 경우 윗상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the PWM generator operates as the active short circuit or freewheeling through a lower phase switch when the active short circuit operates on the low side in a transient state of the active short circuit. , or when the active short circuit operates in the high side, an active short circuit control device of the electric motor driving system that operates in the active short circuit or freewheeling may be provided through an upper phase switch.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 구동모터시스템은, 상기 구동모터의 각도값을 측정하여 제공하는 각도센서; 상기 구동모터에 공급되는 전류값을 측정하여 제공하는 전류센서; 상기 구동모터에 구동전류를 공급 및 제어하는 파워모듈; PWM 노이즈와 기생인덕턴스 영향을 최소화하기 위해 고전압배터리와 상기 파워모듈의 사이에 구비되는 DC-링크 커패시터; 상기 고전압배터리와 모터제어시스템 사이의 전원 연결이 차단될 경우 기 설정된 시간 내에 상기 DC-링크 커패시터에 저장된 DC-링크 전압을 방전시키는 방전저항; 및 상기 DC-링크 커패시터에서 측정된 전압값을 제공하는 전압센서;를 더 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.Additionally, according to one aspect of the present invention, the drive motor system includes: an angle sensor that measures and provides an angle value of the drive motor; A current sensor that measures and provides a current value supplied to the driving motor; A power module that supplies and controls driving current to the driving motor; A DC-link capacitor provided between the high-voltage battery and the power module to minimize the effects of PWM noise and parasitic inductance; a discharge resistor that discharges the DC-link voltage stored in the DC-link capacitor within a preset time when the power connection between the high-voltage battery and the motor control system is cut off; And a voltage sensor that provides a voltage value measured at the DC-link capacitor. An active short-circuit control device for an electric motor driving system may be provided, further comprising a.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 능동단락회로 제어 장치는, 상기 직류전압을 방전시켜 상기 DC-링크 커패시터에 공급하는 상기 고전압배터리; 상기 고전압배터리와 상기 DC-링크 커패시터의 사이를 하이사이드에서 선택 연결하는 하이사이드릴레이; 및 상기 고전압배터리와 상기 DC-링크 커패시터의 사이를 로우사이드에서 선택 연결하는 로우사이드릴레이;를 더 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, the active short circuit control device includes: the high voltage battery discharging the direct current voltage and supplying it to the DC-link capacitor; a high-side relay selectively connecting the high-voltage battery and the DC-link capacitor on the high side; And a low-side relay for selectively connecting the high-voltage battery and the DC-link capacitor at the low side. An active short-circuit control device for an electric motor driving system may be provided, further comprising a.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 구동모터시스템과 능동단락회로전류안정기에서 안전상태가 요청되는지 체크하는 단계; 상기 안전상태가 요청되지 않을 경우 상기 구동모터시스템에서 정상상태 운전모드로 구동모터를 제어하는 단계; 상기 안정상태가 요청될 경우 상기 구동모터시스템과 상기 능동단락회로전류안정기를 연결하여 능동단락회로를 동작시키는 단계; 상기 능동단락회로를 동작시키는 중에 능동단말회로전류안정기에서 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크하는 단계; 상기 능동단락회로가 상기 과도상태일 경우 상기 능동단말회로전류안정기에서 상기 구동모터의 전류정보 및 각도정보에 대응하는 상기 프리휠링비교값을 출력하는 단계; 및 상기 구동모터시스템에서 반송파와 상기 프리휠링비교값을 이용하여 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계;를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, checking whether a safety state is requested in the driving motor system and the active short circuit current stabilizer; controlling a driving motor in a normal state operation mode in the driving motor system when the safe state is not requested; When the stable state is requested, connecting the driving motor system and the active short circuit current stabilizer to operate an active short circuit; Checking whether the active short circuit is in a transient state in an active terminal circuit current stabilizer while operating the active short circuit; When the active short circuit is in the transient state, outputting the freewheeling comparison value corresponding to current information and angle information of the driving motor from the active terminal circuit current stabilizer; and generating and outputting a PWM signal for driving control of the driving motor using a carrier wave and the freewheeling comparison value in the driving motor system. An active short-circuit control method of an electric motor driving system including a step may be provided. there is.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크하는 단계는, 상기 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 상기 각도정보에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력하고, 상기 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 상기 능동단락회로가 상기 과도상태인지의 여부를 판단하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the step of checking whether the active short circuit is in a transient state includes converting the a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit according to the angle information to generate d-axis power. An active short circuit control method of an electric motor driving system that outputs current and q-axis current and determines whether the active short circuit is in the transient state through the amplitude of the d-axis current and q-axis current may be provided. .

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 프리휠링비교값을 출력하는 단계는, 상기 과도상태일 경우 상기 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 상기 프리휠링비교값의 출력을 위한 프리휠링 시간 및 듀티를 계산하고, 상기 프리휠링 시간 및 듀티에 대응하는 상기 프리휠링비교값을 생성 및 출력하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the step of outputting the freewheeling comparison value, when in the transient state, takes only the transient state component from the d-axis current and determines the freewheeling time and duty for outputting the freewheeling comparison value. An active short-circuit control method of an electric motor driving system may be provided that calculates and generates and outputs the freewheeling comparison value corresponding to the freewheeling time and duty.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계는, 상기 능동단락회로의 과도상태에서, 상기 능동단락회로가 로우사이드로 동작할 경우 아랫상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하거나, 혹은 상기 능동단락회로가 하이사이드로 동작할 경우 윗상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the step of generating and outputting the PWM signal includes, in a transient state of the active short circuit, when the active short circuit operates on the low side, the active short circuit is connected through the lower phase switch. Alternatively, an active short circuit control method may be provided for an electric motor driving system that operates in freewheeling or, when the active short circuit operates in the high side, through an upper phase switch.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 능동단락회로의 능동단락 운전 사이에 상기 프리휠링 시간과 듀티에 대응하여 생성된 상기 프리휠링비교값에 따라 프리휠링 운전을 추가하여 동작하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, an electric motor driving system that operates by adding a freewheeling operation according to the freewheeling comparison value generated in response to the freewheeling time and duty between active short-circuit operations of the active short circuit. An active short circuit control method may be provided.

본 발명은 전기모터 구동 시스템에서 능동단락회로 운전 시 과도상태에서 발생하는 과전류와 진동 전류를 저감하기 위해 매우 짧은 시간동안 프리휠링을 능동단락회로 운전 사이에 출력 제어함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있다.The present invention controls the output of freewheeling between active short circuit operations for a very short period of time in order to reduce overcurrent and vibration current that occur in a transient state during active short circuit operation in an electric motor drive system, thereby reducing the size of the peak phase current. By shortening the vibration time, overcurrent and vibration current can be suppressed.

도 1 및 도 2는 종래에 영구자석 동기모터의 두 가지 안전 상태를 예시한 도면이고,
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치에서 영구자석 동기모터의 전류 응답 분석을 설명하기 위한 도면이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치의 블록구성도이고,
도 8 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치의 세부 구성 및 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이며,
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로를 제어하는 과정을 나타낸 플로우차트이다.
Figures 1 and 2 are diagrams illustrating two safety states of a conventional permanent magnet synchronous motor;
3 to 6 are diagrams for explaining the current response analysis of the permanent magnet synchronous motor in the active short circuit control device of the electric motor driving system according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a block diagram of an active short-circuit control device for an electric motor driving system according to an embodiment of the present invention;
8 to 18 are diagrams for explaining the detailed configuration and simulation results of the active short-circuit control device of the electric motor driving system according to an embodiment of the present invention;
Figure 19 is a flow chart showing a process for controlling an active short circuit of an electric motor drive system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing embodiments of the present invention, if a detailed description of a known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치에서 영구자석 동기모터의 전류 응답 분석을 설명하기 위한 도면이다.3 to 6 are diagrams for explaining current response analysis of a permanent magnet synchronous motor in an active short-circuit control device for an electric motor driving system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 영구자석 동기모터의 전류 응답 분석에 대해 설명하면, 매입형 영구자석 동기모터(interior PMSM)의 dq축 전압 방정식은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.First, if the current response analysis of the permanent magnet synchronous motor is described with reference to FIGS. 3 to 6, the dq-axis voltage equation of the embedded permanent magnet synchronous motor (interior PMSM) can be expressed as Equation 1 below.

여기에서, vd와 vq은 dq축 동기좌표계의 인버터 출력전압을 의미하고, id와 iq는 dq축 동기좌표계의 모터 상전류를 의미하며, rs는 모터 상저항을 의미하고, Ld와 Lq은 dq축 인덕턴스를 의미하고, ω은 모터의 전기 각속도를 의미하며, ψm은 모터의 자석상수를 의미한다.Here, v d and v q mean the inverter output voltage in the dq-axis synchronous coordinate system, i d and i q mean the motor phase current in the dq-axis synchronous coordinate system, r s means the motor phase resistance, and L d and L q mean the dq-axis inductance, ω means the electric angular velocity of the motor, and ψ m means the magnetic constant of the motor.

그리고, 모터에서 생성하는 토크방정식은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.And, the torque equation generated by the motor can be expressed as Equation 2 below.

여기에서, P는 모터의 극수를 나타낸다.Here, P represents the number of poles of the motor.

상기 수학식 1을 미분방적식의 표준형으로 변형할 경우 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.When Equation 1 above is transformed into the standard form of a differential equation, it can be expressed as Equation 3 below.

여기에서, 도 2에 도시한 바와 같은 아래상 능동단락회로에서 모터에 공급되는 인버터전압(vd, vq)은 0이 되고, 수식을 간략하게 유도하기 위해 초기조건 전류를 0이라고 가정한 상태에서 수학식 3을 라플라스변환(Laplace transform)을 적용할 경우 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Here, the inverter voltage (v d , v q ) supplied to the motor in the lower phase active short circuit as shown in FIG. 2 is 0, and the initial condition current is assumed to be 0 to simplify the equation. When applying the Laplace transform to Equation 3, it can be expressed as Equation 4 below.

또한, 모터의 속도가 일정한 것으로 가정할 경우 능동단락회로의 전류 응답을 계산하기 위해서 역행렬을 구할 경우 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Additionally, assuming that the speed of the motor is constant, the inverse matrix can be obtained to calculate the current response of the active short circuit, as shown in Equation 5 below.

다음에, 상기 수학식 5의 윗 식(즉, 역행렬)을 상기 수학식 4의 양변에 곱하고 정리할 경우 아래의 수학식 6을 유도할 수 있다.Next, when the upper equation (i.e., inverse matrix) of Equation 5 is multiplied by both sides of Equation 4 and rearranged, Equation 6 below can be derived.

이러한 상기 수학식 6에서 모터의 출력전류는 모터의 역기전력 전압(ωψm)에 의해 발생한 전류응답항이고, 전달함수 분모는 D(s)이며, D(s)의 해를 분석하게 될 경우 전달함수의 극점을 분석할 수 있다.In Equation 6 above, the output current of the motor is the current response term generated by the back electromotive force voltage (ωψ m ) of the motor, the denominator of the transfer function is D(s), and when analyzing the solution of D(s), the transfer function The extreme points of can be analyzed.

이를 위해 상기 수학식 6을 다음의 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.For this purpose, Equation 6 above can be defined as Equation 7 below.

그리고, 고유진동수(natural frequency)는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있고, 감쇠비(damping ratio)는 아래의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.And, the natural frequency can be expressed as Equation 8 below, and the damping ratio can be expressed as Equation 9 below.

여기에서, 만약 감쇠비 ζ가 라고 한다면, D(s)의 극점은 복소수의 형태를 가질 수 있으며, 실근 성분인 α와 허근 성분인 β는 아래의 수학식 10과 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.Here, if the damping ratio ζ is In this case, the pole of D(s) may have the form of a complex number, and the real root component α and the virtual root component β can be expressed as Equation 10 and Equation 11 below.

다음에, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로에서 모터 속도에 따른 극점의 변화를 나타내며, 모터 속도가 증가할수록, 감쇠비 ζ가 감소할 수 있고, d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스가 도일한 모터일 경우 상기 수학식 11을 통해 허근 성분 β가 모터의 전기각속도와 동일하게 된다(β=ω).Next, Figure 3 shows the change in pole according to motor speed in the active short circuit of the electric motor drive system according to an embodiment of the present invention. As the motor speed increases, the damping ratio ζ may decrease, and the d-axis inductance In the case of a motor in which the and q-axis inductances are equal, the virtual component β becomes equal to the electric angular velocity of the motor through Equation 11 above (β=ω).

그리고, 상기 수학식 6을 라플라스 역변환을 통해 일반해를 도출할 경우 아래의 수학식 12와 같이 유도할 수 있다.And, when deriving the general solution of Equation 6 above through the inverse Laplace transform, it can be derived as Equation 12 below.

다음에, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로에서 정상상태 전류를 해석하면, 상기 수학식 12에서 가 붙은 항은 지수로 감소하게 되며, 가 붙은 항은 모두 과도상태에 관련된 항이라는 것을 알 수 있다.Next, when analyzing the steady-state current in the active short circuit of the electric motor driving system according to an embodiment of the present invention, in Equation 12 above, The term attached to is reduced exponentially, It can be seen that all terms tagged with are terms related to transient states.

그리고, 가 없는 항만 고려할 경우 정상상태 능동단락 dq축 전류를 아래의 수학식 13과 수학식 14와 같이 계산할 수 있다.and, If only the term without is considered, the steady-state active short-circuit dq-axis current can be calculated as Equation 13 and Equation 14 below.

여기에서, tf는 정상상태 도달시간을 의미하고, 지수로 감소하기 때문에 수학적으로 최종시간은 무한대의 시간을 의미한다(tf=∞). 따라서, 은 능동단락회로에서 도달하는 최종 정상상태 전류값이라고 할 수 있으며, 상기 수학식 13과 상기 수학식 14에서는 모터의 속도에 따라 정상상태 dq축 전류값이 변화하는 것을 알 수 있다.Here, t f means the time to reach the steady state, and since it decreases exponentially, mathematically the final time means infinite time (t f =∞). thus, and can be said to be the final steady-state current value reached in the active short circuit, and from Equations 13 and 14 above, it can be seen that the steady-state dq-axis current value changes depending on the speed of the motor.

그리고, 상기 수학식 13과 상기 수학식 14를 제곱할 경우 능동단락회로에서 발생하는 정상상태 상전류 크기를 아래의 수학식 15와 같이 계산할 수 있다.Also, when Equation 13 and Equation 14 are squared, the magnitude of the steady-state phase current occurring in an active short circuit can be calculated as Equation 15 below.

상기 수학식 15에서 모터의 속도가 무한하게 증가할 경우 전류의 크기는 로 수렴하게 된다.In Equation 15 above, when the speed of the motor increases infinitely, the size of the current is It converges to .

또한, 상기 수학식 13을 보면 분모와 분자에 모두 모터속도의 제곱항이 존재하기 때문에, 모터의 속도증가에 따라 능동단락 시 d축 전류는 계속 증가하게 되며, 무한대의 모터속도를 가질 경우 최대 d축 전류의 크기는 아래의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.In addition, looking at Equation 13 above, since the square term of the motor speed exists in both the denominator and numerator, the d-axis current continues to increase during an active short circuit as the motor speed increases, and when the motor speed is infinite, the maximum d-axis current The magnitude of the current can be expressed as Equation 16 below.

한편, 상기 수학식 14를 통해 모터속도에 따라 q축 정상상태 전류가 변화한다는 것을 확인할 수 있는데, 가장 다른 점은 d축 전류는 분모의 속도항이 제곱의 형태를 가지고 있는 반면에, q축 전류는 분모의 속도항이 비례의 형태를 가지고 있는 것이다.Meanwhile, through Equation 14 above, it can be confirmed that the q-axis steady-state current changes depending on the motor speed. The biggest difference is that the d-axis current has a speed term in the denominator in the form of a square, while the q-axis current The velocity term in the denominator has the form of proportionality.

따라서, 능동단락회로에서 q축 전류의 정상상태 최대전류는 특정 모터속도값을 가지게 되고, 상기 수학식 14를 모터의 전기속도에 따라 미분할 경우 다음의 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the steady-state maximum current of the q-axis current in an active short circuit has a specific motor speed value, and when Equation 14 is differentiated according to the electric speed of the motor, it can be expressed as Equation 17 below.

여기에서, 상기 수학식 17이 0을 만족하는 해를 계산할 경우 다음의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.Here, when calculating a solution where Equation 17 satisfies 0, it can be expressed as Equation 18 below.

그리고, 상기 수학식 18은 능동단락회로에서 q축 전류의 크기가 최대가 되는 모터의 전기각속도를 의미하며, 상기 수학식 18을 상기 수학식 14에 대입할 경우 능동단락회로에서 최대 q축 전류크기를 다음의 수학식 19와 같이 획득할 수 있다.In addition, Equation 18 refers to the electrical angular velocity of the motor at which the size of the q-axis current in the active short circuit is maximum. When Equation 18 is substituted into Equation 14, the maximum q-axis current size in the active short circuit is can be obtained as in Equation 19 below.

또한, 상기 수학식 13과 상기 수학식 14를 모터의 토크수식인 상기 수학식 3에 대입할 경우 능동단락회로의 정상상태 토크는 다음의 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.In addition, when Equation 13 and Equation 14 are substituted into Equation 3, which is the motor torque formula, the steady-state torque of the active short circuit can be expressed as Equation 20 below.

다음에, 상기 수학식 13, 수학식 14, 수학식 16 및 수학식 19를 고려할 경우 속도에 따른 정상상태 dq축 전류의 궤적은 도 4에 도시한 바와 같이 나타낼 수 있는데, 속도가 0일 때 원점에서 시작하고, 속도가 증가될 경우 타원의 궤적으로 전류의 궤적이 나타나며, 모터의 속도가 무한대가 될 경우 q축 전류는 0이 되고, d축 전류는 이 되며, 돌극성(saliency)이 없는 표면 부착형 영구자석 동기모터(SPMSM : surface mounted PMSM)인 경우 q축 전류가 최대일 때 최대 제동(braking) 토크가 발생할 수 있다.Next, considering Equation 13, Equation 14, Equation 16, and Equation 19, the trajectory of the steady-state dq-axis current according to speed can be expressed as shown in FIG. 4. When the speed is 0, the origin It starts from , and when the speed increases, the current trace appears as an elliptical trace. When the speed of the motor becomes infinite, the q-axis current becomes 0, and the d-axis current becomes In the case of a surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) without saliency, the maximum braking torque can occur when the q-axis current is maximum.

한편, 능동단락회로의 과도상태 전류 해석에 대해 설명하면, 도 5에는 모터속도에 따른 감쇠비(damping ratio)의 변화와 모터의 파라미터를 나타내는데, 상기 수학식 9를 이용하여 계산하였고, 모터의 속도 증가에 따라 전류의 감쇠크기가 감소하기 때문에, 높은 모터속도에서 능동단락회로의 운전 시 과도상태에서 매우 높은 오버슛(overshoot) 전류가 발생할 수 있다.Meanwhile, when explaining the transient current analysis of an active short circuit, Figure 5 shows the change in damping ratio and motor parameters according to motor speed. It was calculated using Equation 9 above, and the increase in motor speed Because the magnitude of current attenuation decreases, a very high overshoot current may occur in a transient state when operating an active short circuit at high motor speeds.

그리고, 도 6은 상기 수학식 13을 이용하여 속도에 따른 dq축 전류의 궤적을 나타내는데, 모터의 속도가 각각 500, 1000, 2000, 3000 rev/min일 때 초기 모터전류가 0인 상태에서 능동단락을 실시할 경우의 전류파형을 나타낸다.And, Figure 6 shows the trajectory of the dq-axis current according to speed using Equation 13 above. When the motor speed is 500, 1000, 2000, and 3000 rev/min, respectively, the active short circuit occurs with the initial motor current being 0. Shows the current waveform when carrying out.

여기에서, 가장 중점적인 점은 전류의 진동이 모터속도에 다라 변화한다는 점인데, 정상상태 전류는 상기 수학식 13 및 수학식 14에 의해 결정되지만, 과도상태의 전류는 상기 수학식 12의 항까지 모두 포함될 수 있다.Here, the most important point is that the oscillation of the current changes depending on the motor speed. The steady-state current is determined by Equation 13 and Equation 14, but the transient current is determined by Equation 12 above. All clauses may be included.

그리고, 모터 구동 시 전류 제한원을 정상상태 전류가 넘지 않도록 제어하지만, 2000과 3000 rev/min일 때는 dq축 전류가 과도상태에서 모터의 전류 제한원을 넘어가게 되며, 이는 인버터 및 모터에 추가적인 고장을 유발시킬 수 있고, 인버터에는 탈포화폴트(desaturation fault), 과전류폴트(overcurrent fault) 등과 같은 추가적인 폴트를 발생시킬 수 있다.Also, when driving the motor, the current limit source is controlled so that the steady-state current does not exceed, but at 2000 and 3000 rev/min, the dq-axis current exceeds the motor's current limit source in a transient state, which may cause additional damage to the inverter and motor. and may cause additional faults such as desaturation fault, overcurrent fault, etc. in the inverter.

상술한 바와 같이 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로가 동작할 때, 과전류 발생을 저감시키기 위해 다른 안전상태인 프리휠링(freewheeling)을 사용하되, 영구자석 및 고정자 인덕턴스에 저장된 에너지가 인버터 DC-링크 전압으로 회생되어 인버터의 과전압이 유도되는 것을 방지하기 위해 최소한의 프리휠링 상태를 사용하는 본 발명의 실시예에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.As described above, when the active short circuit of the electric motor drive system operates, another safety state, freewheeling, is used to reduce overcurrent generation, but the energy stored in the permanent magnet and stator inductance is reduced by the inverter DC-link voltage. An embodiment of the present invention that uses a minimum freewheeling state to prevent overvoltage from being induced in the inverter will be described in detail below.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치의 블록구성도이고, 도 8 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치의 세부 구성 및 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a block diagram of an active short-circuit control device of an electric motor drive system according to an embodiment of the present invention, and Figures 8 to 18 are active short-circuit control of an electric motor drive system according to an embodiment of the present invention. This is a drawing to explain the detailed configuration of the device and simulation results.

도 7 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치는 구동모터(100), 구동모터시스템(200), 능동단락회로전류안정기(300), 고전압배터리(400) 등을 포함할 수 있다.7 to 18, the active short circuit control device of the electric motor drive system according to an embodiment of the present invention includes a drive motor 100, a drive motor system 200, an active short circuit current stabilizer 300, It may include a high voltage battery 400, etc.

구동모터(100)는 차량축과 연결되어 구동력을 제공할 수 있다.The drive motor 100 may be connected to the vehicle axis to provide driving force.

구동모터시스템(200)은 구동모터(100)를 제어하고, 구동모터시스템(200)의 안전상태 요청 여부에 따라 능동단락회로를 동작시키는 것으로, 각도센서(210), 전류센서(220), 파워모듈(230), DC-링크 커패시터(240), 방전저항(250), 전압센서(260), 모터제어기(270) 등을 포함할 수 있다.The driving motor system 200 controls the driving motor 100 and operates an active short circuit depending on whether the driving motor system 200 requests a safe state, and includes an angle sensor 210, a current sensor 220, and a power It may include a module 230, a DC-link capacitor 240, a discharge resistor 250, a voltage sensor 260, a motor controller 270, etc.

상술한 바와 같은 구동모터시스템(200)의 안전상태 요청은 내부와 외부로 나눌 수 있는데, 외부인 경우 VCU(Vehicle control unit), BMS(Batter manage system) 등에서 안전상태를 요청할 수 있다. 즉, 내부 또는 외부에 심각한 고장이 나서 정상적인 모터 제어를 못할 경우 구동모터시스템(200)의 안전상태를 요청할 수 있다.Safety status requests for the drive motor system 200 as described above can be divided into internal and external. In the case of external, the safety status can be requested from a VCU (Vehicle control unit), BMS (Batter management system), etc. In other words, if normal motor control is not possible due to a serious internal or external failure, the safe state of the driving motor system 200 can be requested.

또한, 내부에서 폴트가 발생하는 경우는 예를 들면, 인버터에서 6상 스위치 중 하나 이상이 폴트 신호를 출력하는 경우, 전류센서(220)에서 이상이 발생한 경우 등이 있는데, 예를 들면, 인버터(모터제어기, 전력변환 장치)의 6개의 스위치 중 a상에 윗상스위치가 오픈(Open)으로 고장이 날 경우 더 이상 전기모터를 정상적으로 제어할 수 없으며, 이 경우 아래상 능동단락회로를 통하여 안전상태에 도달 할 수 있다.In addition, there are cases where an internal fault occurs, for example, when one or more of the 6-phase switches in the inverter outputs a fault signal, or when an error occurs in the current sensor 220, for example, in the inverter ( If the upper phase switch in phase A of the six switches (motor controller, power conversion device) breaks down in the open position, the electric motor can no longer be controlled normally. In this case, the safety state is restored through the lower phase active short circuit. can be reached

한편, 각도센서(210)는 구동모터(100)의 각도값(즉, 각도정보)을 측정하여 제공할 수 있고, 전류센서(220)는 구동모터(100)에 공급되는 전류값(즉, 전류정보)을 측정하여 제공할 수 있으며, 파워모듈(230)은 전력반도체(power semiconductor)를 포함하여 구동모터(100)에 구동전류를 공급 및 제어할 수 있다.Meanwhile, the angle sensor 210 can measure and provide the angle value (i.e., angle information) of the driving motor 100, and the current sensor 220 can measure and provide the angle value (i.e., angle information) supplied to the driving motor 100. information) can be measured and provided, and the power module 230 can supply and control a driving current to the driving motor 100 by including a power semiconductor.

또한, DC-링크 커패시터(240)는 고전압배터리(400)와 파워모듈(230) 사이에 구비되어 전류제어를 위해 사용하는 PWM(pulse-width modulation) 노이즈와 고전압케이블에서 발생하는 기생인덕턴스(parasitic/stay inductance) 영향을 최소화하기 위해 구비될 수 있고, 방전저항(250)은 고전압배터리(400)와 모터제어시스템(200) 사이의 전원 연결이 하이사이드 릴레이(410)와 로우사이드 릴레이(420)를 통해 차단될 경우 기 설정된 시간 내에 수동적으로 DC-링크 커패시터(240)에 저장된 DC-링크 전압을 방전시킬 수 있으며, 전압센서(260)는 DC-링크 커패시터(240)에서 측정된 전압값(즉, 전압정보)을 제공할 수 있다.In addition, the DC-link capacitor 240 is provided between the high-voltage battery 400 and the power module 230 to prevent PWM (pulse-width modulation) noise used for current control and parasitic inductance (parasitic/ stay inductance), and the discharge resistor 250 connects the high-voltage battery 400 and the motor control system 200 to the high-side relay 410 and the low-side relay 420. When blocked, the DC-link voltage stored in the DC-link capacitor 240 can be discharged passively within a preset time, and the voltage sensor 260 detects the voltage value measured in the DC-link capacitor 240 (i.e. voltage information) can be provided.

한편, 모터제어기(270)는 구동모터(100)의 각도값과, 구동모터(100)로 공급되는 전류값과, DC-링크 커패시터(240)에서 측정된 전압값을 제공받으며, 안정상태(safe state) 요청 여부에 따라 정상상태출력 또는 안전상태출력을 선택 제어할 수 있는데, 모터제어부(271), 절환부(transition part, 272), PWM생성부(273) 등을 포함할 수 있다.Meanwhile, the motor controller 270 receives the angle value of the driving motor 100, the current value supplied to the driving motor 100, and the voltage value measured at the DC-link capacitor 240, and receives the stable state (safe). Depending on whether state) is requested, normal state output or safe state output can be selected and controlled, and may include a motor control unit 271, a transition part 272, a PWM generator 273, etc.

여기에서, 모터제어부(271)는 구동모터(100)의 전류 및 토크를 제어하되, 정상상태(normal state)에서 구동모터(100)의 구동 제어를 위한 비교값을 출력할 수 있다.Here, the motor control unit 271 controls the current and torque of the drive motor 100 and can output a comparison value for driving control of the drive motor 100 in a normal state.

그리고, 절환부(272)는 모터제어시스템(200)이 정상상태인 경우 모터제어부(271)와 PWM생성부(273)를 연결하여 모터제어부(271)에서 출력된 비교값을 PWM생성부(273)로 전달하고, 구동모터시스템(200)의 안전상태가 요청될 경우 능동단락회로로 동작하여 능동단락회로전류안정기(300)와 PWM생성부(273)를 연결하여 능동단락회로전류안정기(300)로부터 출력되는 프리휠링비교값을 전달할 수 있다.In addition, when the motor control system 200 is in a normal state, the switching unit 272 connects the motor control unit 271 and the PWM generator 273 and uses the comparison value output from the motor control unit 271 to the PWM generator 273. ), and when the safety state of the driving motor system 200 is requested, it operates as an active short circuit and connects the active short circuit current stabilizer 300 and the PWM generator 273 to create an active short circuit current stabilizer 300. The freewheeling comparison value output from can be transmitted.

또한, PWM생성부(273)는 반송파와 비교값 또는 프리휠링비교값을 이용하여 구동모터(100)의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력할 수 있는데, 모터제어시스템(200)의 정상상태 운전모드일 경우 윗상스위치와 아랫상스위치는 서로 상보적(complementary)으로 동작하는 반면에, 모터제어시스템(200)의 안전상태 운전모드일 경우 능동단락과 프리휠링으로 동작하도로 전환될 수 있다. 여기에서, 모터제어시스템(200)에서 아랫상 능동단락회로와 프리휠링으로 동작하는 경우 위상 스위치들은 모두 오프(off)되도록 설정(세팅)될 수 있다.In addition, the PWM generator 273 can generate and output a PWM signal for driving control of the drive motor 100 using the carrier wave and the comparison value or the freewheeling comparison value, which is in the normal state of the motor control system 200. In the operation mode, the upper phase switch and the lower phase switch operate complementary to each other, while in the safe state operation mode of the motor control system 200, the operation mode can be switched to active short-circuiting and freewheeling. Here, when the motor control system 200 operates with a lower phase active short circuit and freewheeling, all phase switches can be set to be off.

그리고, PWM생성부(273)는 모터제어시스템(200)이 안전상태로 동작할 경우 능동단락회로가 동작하되, 능동단락회로가 로우사이드로 동작하는 경우 윗상스위치를 항상오프시킬 수 있으며, PWM 안전상태모드에서 아랫상스위치가 온될 경우 능동단락회로가 동작할 수 있고, 아랫상스위치가 오프될 경우 프리휠링으로 동작할 수 있다.In addition, the PWM generator 273 operates an active short circuit when the motor control system 200 operates in a safe state, but when the active short circuit operates on the low side, the upper phase switch can always be turned off, and the PWM safety In status mode, when the lower phase switch is on, an active short circuit can operate, and when the lower phase switch is off, it can operate as freewheeling.

한편, PWM생성부(273)는 모터제어시스템(200)이 안전상태로 동작할 경우 능동단락회로가 동작하되, 능동단락회로가 하이사이드로 동작하는 경우 아랫상스위치를 항상 오프시킬 수 있으며, PWM 안전상태모드에서 윗상스위치가 온될 경우 능동단락회로가 동작할 수 있고, 윗상스위치가 오프될 경우 프리휠링으로 동작할 수 있다.Meanwhile, the PWM generator 273 operates an active short circuit when the motor control system 200 operates in a safe state, but when the active short circuit operates in the high side, the lower phase switch can always be turned off, and the PWM generator 273 operates in a safe state. In safe state mode, when the upper phase switch is turned on, an active short circuit can operate, and when the upper phase switch is turned off, it can operate as freewheeling.

예를 들어 모터제어기(270)에 대해 설명하면, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 정상상태에서 구동모터(100)를 제어할 경우 PWM 형태로 출력할 수 있고, PWM은 반송파(Carrier wave)와 비교레지스터값(Compx)을 이용하여 생성할 수 있는데, 모터제어부(271)는 A상, B상 및 C상에 각각 대응하는 A상비교값(CompA'), B상비교값(CompB') 및 C상비교값(CompC')을 반송파와 비교하여 각각 생성할 수 있고, 절환부(272)는 구동모터(100)가 정상상태일 경우 모터제어부(271)에서 생성된 A상비교값(CompA'), B상비교값(CompB') 및 C상비교값(CompC')을 정상상태비교값으로 하여 PWM생성부(273)에 전달하고, PWM생성부(273)는 A상비교값(CompA'), B상비교값(CompB') 및 C상비교값(CompC')과 반송파를 비교하여 PWM을 출력할 수 있다.For example, when describing the motor controller 270, as shown in FIGS. 8 and 9, when controlling the drive motor 100 in a normal state, it can output in the form of PWM, and the PWM is a carrier wave. It can be generated using the comparison register value (Compx), and the motor control unit 271 generates the A-phase comparison value (CompA') and B-phase comparison value (CompB') corresponding to the A-phase, B-phase, and C-phase, respectively. and C-phase comparison value (CompC') can be generated by comparing them with the carrier wave, and the switching unit 272 can generate the A-phase comparison value (CompA) generated by the motor control unit 271 when the driving motor 100 is in a normal state. '), B-phase comparison value (CompB'), and C-phase comparison value (CompC') as steady-state comparison values are transmitted to the PWM generator 273, and the PWM generator 273 generates the A-phase comparison value (CompA '), B-phase comparison value (CompB'), and C-phase comparison value (CompC') and the carrier wave can be compared to output PWM.

하지만, 능동단락회로전류안정기(300)로부터 모터제어기(270)에 능동단락회로의 안전상태가 요청될 경우 능동단락회로전류안정기(300)를 통해 생성된 프리휠링비교값(CompFre)을 절환부(272)에서 PWM생성부(273)에 전달하고, PWM생성부(273)는 이러한 프리휠링비교값과 반송파를 이용하여 PWM을 출력할 수 있다.However, when the safety state of the active short circuit is requested from the active short circuit current stabilizer 300 to the motor controller 270, the freewheeling comparison value (CompFre) generated through the active short circuit current stabilizer 300 is changed to the switching unit ( 272), it is transmitted to the PWM generator 273, and the PWM generator 273 can output PWM using this freewheeling comparison value and the carrier wave.

한편, PWM생성부(273)는 도 10에 도시한 바와 같이 능동단락회로의 정상 운전 시 반송파와 비교레지스터값(Compx)을 비교하고, 반송파가 비교레지스터값(Compx)보다 상대적으로 큰 경우 위상스위치()가 켜지며(on), 아랫상스위치()는 서로 상보적(complementary)으로 동작하여 꺼지게(off) 되는데, 능동단락회로전류안정기(300)로부터 안전상태모드로의 전환을 요청받을 경우 PWM동작모드가 PWM 정상상태모드에서 PWM 안전상태모드로 전환될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 10, the PWM generator 273 compares the carrier wave and the comparison register value (Compx) during normal operation of the active short circuit, and when the carrier wave is relatively larger than the comparison register value (Compx), the phase switch ( ) turns on, and the lower switch ( ) operate complementary to each other and are turned off. When a change to the safe state mode is requested from the active short circuit current stabilizer 300, the PWM operation mode changes from the PWM normal state mode to the PWM safe state mode. can be converted.

여기에서, 로우사이드(low-side) 능동단락회로(ASC)로 동작하는 경우 PWM 안전상태모드에서는 윗상스위치를 항상 끄도록(off) 설정할 수 있고(예를 들면, 실제 컨트롤러에서 구현하는 경우 위상스위치출력포트를 PWM동작에서 GPIO로 변경하도록 설정할 수 있음), 도 10에 도시한 바와 같이 비교레지스터값(Compx)은 위상스위치 출력()에 영향을 주지 않고, 아랫상스위치 출력()에만 영향을 주게 된다.Here, when operating as a low-side active short circuit (ASC), the top phase switch can be set to always turn off in the PWM safety state mode (for example, when implemented in an actual controller, the phase switch The output port can be set to change from PWM operation to GPIO), and as shown in Figure 10, the comparison register value (Compx) is the phase switch output ( ) without affecting the lower switch output ( ) only affects.

그리고, 아랫상스위치가 켜진 경우(on) 능동단락회로(ASC)로 동작할 수 있고, 아랫상스위치가 꺼진 경우(off) 프리휠링으로 동작할 수 있다.And, when the lower phase switch is turned on (on), it can operate as an active short circuit (ASC), and when the lower phase switch is turned off (off), it can operate as freewheeling.

한편, 하이사이드(high-side) 능동단락회로(ASC)로 동작하는 경우에는 로우사이드(low-side) 능동단락회로(ASC)와는 반대로 동작할 수 있다.Meanwhile, when operating as a high-side active short circuit (ASC), it can operate in the opposite way to the low-side active short circuit (ASC).

능동단락회로전류안정기(300)는 구동모터시스템(200)의 안전상태 요청에 따라 능동단락회로로 동작할 경우 능동단락회로가 과도상태인지의 여부에 따라 구동모터의 전류정보와 속도정보를 이용하여 구동모터시스템(200)을 안정화시키기 위한 프리휠링비교값을 선택 생성하여 구동모터시스템(200)으로 출력할 수 있는데, 축변환계산부(310), 프리휠링듀티계산부(320), 프리휠링비교값출력부(330) 등을 포함할 수 있다.When operating as an active short circuit according to the safety state request of the driving motor system 200, the active short circuit current stabilizer 300 uses the current information and speed information of the driving motor depending on whether the active short circuit is in a transient state. A freewheeling comparison value for stabilizing the drive motor system 200 can be selected and output to the drive motor system 200, which includes an axis conversion calculation unit 310, a freewheeling duty calculation unit 320, and a freewheeling comparison value. It may include a value output unit 330, etc.

여기에서, 축변환계산부(310)는 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 각도정보(θ)에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력할 수 있다.Here, the axis conversion calculation unit 310 can convert the a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit to the axis according to the angle information (θ) and output them as d-axis current and q-axis current.

여기에서, 축변환계산부(310)는 전류센서(220)로부터 전류정보(즉, a상전류, b상전류 및 c상전류)와 각도센서(210)로부터 각도정보(θ)가 제공될 경우 a상전류, b상전류 및 c상전류를 각도(θ)에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 계산 및 출력할 수 있다.Here, when current information (i.e., a-phase current, b-phase current, and c-phase current) and angle information (θ) are provided from the current sensor 220, the axis conversion calculation unit 310 generates a-phase current, The b-phase current and c-phase current can be converted according to the angle (θ) to calculate and output as d-axis current and q-axis current.

그리고, 프리휠링듀티계산부(320)는 축변환계산부(310)로부터 출력되는 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 판단하고, 능동단락회로가 과도상태일 경우 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 프리휠링비교값의 출력을 위해 프리휠링 시간과 듀티(duty)를 계산할 수 있는데, 하이패스필터블록(321), 프리휠링듀티계산블록(322), 프리휠링과전압보호블록(323) 등을 포함할 수 있다.In addition, the freewheeling duty calculation unit 320 determines whether the active short circuit is in a transient state through the amplitude of the d-axis current and the q-axis current output from the axis conversion calculation unit 310, and determines whether the active short circuit is in a transient state. In this case, only the transient component of the d-axis current can be taken to calculate the freewheeling time and duty to output the freewheeling comparison value. The high-pass filter block 321, the freewheeling duty calculation block 322, It may include a freewheeling overvoltage protection block 323, etc.

여기에서, 하이패스필터블록(321)은 축변환계산부(310)로부터 출력되는 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 판단하고, 능동단락회로가 과도상태일 경우 d축전류에서 하이패스필터를 이용하여 고주파성분인 과도상태성분만 출력할 수 있다.Here, the high-pass filter block 321 determines whether the active short circuit is transient through the amplitude of the d-axis current and q-axis current output from the axis conversion calculation unit 310, and determines whether the active short circuit is transient. In this case, only the transient state component, which is a high-frequency component, can be output from the d-axis current using a high-pass filter.

그리고, 프리휠링듀티계산블록(322)은 하이패스필터블록(321)으로부터 출력되는 과도상태성분에 대응하는 프리휠링듀티를 계산하여 출력할 수 있는데, d축전류에 대한 과도상태성분의 크기를 계산하여 프리휠링시간을 결정할 수 있고, 능동단락회로전류(IASC)와 d축의 전류의 크기를 빼주어 프리휠링듀티를 계산하여 출력할 수 있다.In addition, the freewheeling duty calculation block 322 can calculate and output the freewheeling duty corresponding to the transient component output from the high-pass filter block 321, and calculates the size of the transient component for the d-axis current. Thus, the freewheeling time can be determined, and the freewheeling duty can be calculated and output by subtracting the size of the active short circuit current (I ASC ) and the d-axis current.

또한, 도 12에서 kd는 알고리즘의 게인을 의미하고, 은 리미터로서 역할하기 위한 비선형함수를 의미하며, 그 결과 d축에서의 프리휠링듀티를 계산할 수 있고, 이러한 프리휠링듀티는 프리휠링과전압보호블록(323)으로 출력될 수 있다.Additionally, in Figure 12, k d means the gain of the algorithm, means a non-linear function to serve as a limiter, and as a result, the freewheeling duty on the d-axis can be calculated, and this freewheeling duty can be output to the freewheeling overvoltage protection block 323.

한편, 프리휠링과전압보호블록(323)은 능동단락회로의 과전압 폴트를 방지하기 위해 프리휠링듀티의 출력을 선택적으로 차단할 수 있는데, 능동단락회로에 대한 과전압폴트트립전압과 DC-링크전압을 비교하고, 비교 결과, DC-링크전압이 과전압폴트트립전압만큼 높아진 경우(즉, DC-링크전압이 과전압폴트트립전압보다 상대적으로 더 큰 값을 가진 경우) 프리휠링듀티의 출력을 차단할 수 있다.Meanwhile, the freewheeling overvoltage protection block 323 can selectively block the output of the freewheeling duty to prevent overvoltage faults in the active short circuit. The overvoltage fault trip voltage for the active short circuit is compared with the DC-link voltage. , As a result of the comparison, if the DC-link voltage becomes as high as the overvoltage fault trip voltage (i.e., if the DC-link voltage has a relatively larger value than the overvoltage fault trip voltage), the output of the freewheeling duty can be blocked.

예를 들면, 도 12에 도시한 바와 같이 프리휠링과전압보호블록(323)은 프리휠링 때문에 발생할 수 있는 인버터의 과전압폴트를 방지하기 위해 과전압폴트트립전압()과 현재 인버터 DC-링크전압()을 비교할 수 있고, 비교 결과 과전압폴트트립전압()보다 인버터 DC-링크전압()이 상대적으로 더 큰 값인 경우(즉, 과전압 상태인 경우) 프리휠링 동작을 금지할 수 있다.For example, as shown in FIG. 12, the freewheeling overvoltage protection block 323 uses an overvoltage fault trip voltage ( ) and the current inverter DC-link voltage ( ) can be compared, and as a result of the comparison, the overvoltage fault trip voltage ( ) than the inverter DC-link voltage ( ) is a relatively larger value (i.e., in an overvoltage state), freewheeling operation can be prohibited. .

즉, 프리휠링과전압보호블록(323)은 과전압폴트트립전압()보다 인버터 DC-링크전압()이 상대적으로 더 큰 값인 경우 프리휠링듀티선택블록(322)로부터 입력되는 최종 프리휠링듀티()의 출력을 차단할 수 있으며, 과전압폴트트립전압()보다 인버터 DC-링크전압()이 상대적으로 더 작은 값인 경우(즉, 과전압 상태가 아닌 경우) 프리휠링듀티를 결정()하여 출력할 수 있다.That is, the freewheeling overvoltage protection block 323 protects against overvoltage fault trip voltage ( ) than the inverter DC-link voltage ( ) is a relatively larger value, the final freewheeling duty input from the freewheeling duty selection block 322 ( ) can block the output of overvoltage fault trip voltage ( ) than the inverter DC-link voltage ( ) is a relatively smaller value (i.e., not in an overvoltage state), determine the freewheeling duty ( ) can be printed.

프리휠링비교값출력부(330)는 프리휠링 시간과 듀티에 대응하는 프리휠링비교값을 생성 및 출력할 수 있는데, 프리휠링과전압보호블록(323)으로부터 출력되는 프리휠링듀티를 프리휠링비교값으로 생성한 후 모터구동제어기(200)의 모터제어기(270)에 구비되는 절환부(272)로 출력하여 PWM생성부(273)에 전달할 수 있다.The freewheeling comparison value output unit 330 can generate and output a freewheeling comparison value corresponding to the freewheeling time and duty. The freewheeling duty output from the freewheeling overvoltage protection block 323 is converted to a freewheeling comparison value. After being generated, it can be output to the switching unit 272 provided in the motor controller 270 of the motor drive controller 200 and transmitted to the PWM generation unit 273.

고전압배터리(400)는 직류전압을 방전시켜 DC-링크 커패시터(240)에 공급할 수 있고, 고전압배터리(400)와 DC-링크 커패시터(240)의 사이를 하이사이드에서 선택 연결하는 하이사이드릴레이(410)가 구비될 수 있으며, 고전압배터리(400)와 DC-링크 커패시터(240)의 사이를 로우사이드에서 선택 연결하는 로우사이드릴레이(420)가 구비될 수 있다.The high-voltage battery 400 can discharge direct current voltage and supply it to the DC-link capacitor 240, and a high-side relay 410 selectively connects the high-side between the high-voltage battery 400 and the DC-link capacitor 240. ) may be provided, and a low-side relay 420 may be provided to selectively connect the high-voltage battery 400 and the DC-link capacitor 240 on the low side.

한편, 상술한 바와 같은 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치의 시뮬레이션 결과에 대해 도 13 내지 도 18을 참조하여 설명하면, 먼저 시뮬레이션에서 사용된 모터의 파라미터는 도 5의 표에 나타낸 바와 같고, 마진전류(Im)는 1A로 설정하였는데, 이 마진전류는 프리휠링 시간 주입이 과도상태인 경우에만 동작하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.Meanwhile, when explaining the simulation results of the active short-circuit control device of the electric motor drive system as described above with reference to FIGS. 13 to 18, the parameters of the motor used in the simulation are as shown in the table of FIG. 5, The margin current (I m ) is set to 1A, and this margin current can serve to operate only when the freewheeling time injection is transient.

여기에서, 작은 마진전류는 프리휠링 상태가 정상상태에도 동작할 수 있게 하여 인버터에 고전압을 유발할 수 있고, 큰 마진전류는 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘(즉, 능동단락회로 제어 기법)의 동작 범위를 제한시켜 동작 성능이 떨어지게 한다.Here, a small margin current allows the freewheeling state to operate even in a normal state, which can cause high voltage in the inverter, and a large margin current can cause the algorithm proposed in one embodiment of the present invention (i.e., active short-circuit control technique). It limits the range of motion and reduces motion performance.

한편, 모든 시뮬레이션은 모터의 속도를 1200 rev/min으로 고정하여 수행하였고, 프리휠링 여부를 결정하는 경계전류값(IASC)은 상기 수학식 15와 마진전류를 고려하여 선정하였으며, 게인값(kd)의 선정은 허용 가능한 최대전류값과 밀접하고, 계자전류()는 약 40A이며, 전류제한(Imax)은 45A이다.Meanwhile, all simulations were performed with the motor speed fixed at 1200 rev/min, and the boundary current value (I ASC ) that determines freewheeling was selected considering Equation 15 and the margin current, and the gain value (k The selection of d ) is close to the maximum allowable current value, and the field current ( ) is about 40A, and the current limit (I max ) is 45A.

또한, 상전류를 45A 이내로 동작하기 위해서 을 이용하여 계산하였고, 그 게인(kd)은 0.2로 산출될 수 있다.Additionally, in order to operate the phase current within 45A, It was calculated using , and the gain (k d ) can be calculated as 0.2.

한편, 도 13은 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘을 적용하지 않은 경우 능동단락회로가 동작할 때 모터의 a상, b상, c상 전류와 dq축 전류를 나타내는데, 능동단락회로가 동작할 경우 인버터에서 출력전압이 0이 되고, 상기 수학식 12와 같이 전류가 발생될 수 있으며, 낮은 감쇠비(ζ) 때문에 과도상태에서 모터의 b상 전류는 49A까지 오버슛과 진동이 발생한 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, Figure 13 shows the a-phase, b-phase, and c-phase currents of the motor and the dq-axis current when the active short circuit operates when the algorithm proposed in an embodiment of the present invention is not applied. In this case, the output voltage from the inverter becomes 0, and current can be generated as shown in Equation 12 above. Due to the low damping ratio (ζ), it can be confirmed that the b-phase current of the motor overshoots and oscillates up to 49A in the transient state. .

그리고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘을 적용한 경우 능동단락회로가 동작할 때 모터의 a상, b상, c상 전류와 dq축 전류를 나타내는데, b상 전류의 최대전류는 39.8A이며, 도 13과 비교해 보면 피크전류가 약 9.2A 감소한 것을 알 수 있다.And, Figure 14 shows the a-phase, b-phase, c-phase currents and dq-axis current of the motor when the active short circuit operates when the algorithm proposed in one embodiment of the present invention is applied, and the maximum current of the b-phase current is 39.8. A, and when compared with Figure 13, it can be seen that the peak current has decreased by about 9.2A.

또한, 도 15에 도시한 바와 같은 dq축 전류의 궤적을 통해 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘 성능의 유효성을 분석하면, 제안된 알고리즘을 적용하지 않은 경우 과도상태에서 dq축 전류는 전류제한원 밖으로 나가게 되지만, 제안된 알고리즘을 적용할 경우 dq축 전류는 전류제한원 내부로 들어오게 된다.In addition, when analyzing the effectiveness of the algorithm performance proposed in an embodiment of the present invention through the trajectory of the dq-axis current as shown in FIG. 15, if the proposed algorithm is not applied, the dq-axis current in the transient state is the current limiting source. It goes out, but when the proposed algorithm is applied, the dq-axis current comes into the current limiting source.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘을 검증하기 위해서 다음과 같은 실험을 수행하였는데, 마이크컨트롤러는 TMS28377D를 사용하였으며, 스위칭 주파수는 5 kHz로 선정하였고, 시뮬레이션과 동일하게 알고리즘 게인(kd)은 0.2이며, 마진전류(Im)는 1A로 설정하였으며, 다이나모용 모터에서 1200 rev/min으로 속도제어를 하고 있고, 알고리즘을 수행한 시료모터는 토크제어 모드로 동작시켰으며, 시료모터는 자체 제작한 3상 인버터에 의해서 제어되었고, 파워모듈로는 PM100RL1A060을 사용하였다.Meanwhile, the following experiment was performed to verify the algorithm proposed in an embodiment of the present invention. The microphone controller was TMS28377D, the switching frequency was selected at 5 kHz, and the algorithm gain (k d ) was the same as in the simulation. is 0.2, the margin current (I m ) is set to 1A, the speed is controlled at 1200 rev/min in the dynamo motor, the sample motor that performed the algorithm is operated in torque control mode, and the sample motor is self-driving. It was controlled by a manufactured three-phase inverter, and PM100RL1A060 was used as the power module.

그리고, 도 10은 실제 로우사이드 능동단락회로(Low-side ASC)와 프리휠링 모드를 혼합하여 PWM을 출력하는 기법에 대해 나타내고 있는데, 정상운전 시, 반송파와 비교 레지스터값인 CompA와 비교하여 반송파가 CompA보다 큰 경우 윗상스위치()가 켜지며(on), 아랫상 스위치()는 서로 상보적으로 동작하여 꺼지게 된다(off).And, Figure 10 shows a technique for outputting PWM by mixing an actual low-side active short circuit (Low-side ASC) and freewheeling mode. During normal operation, the carrier wave is compared with CompA, which is the carrier wave comparison register value. If it is greater than CompA, the upper phase switch ( ) turns on, and the lower switch ( ) operate complementary to each other and turn off.

다음에, 안전상태모드 전환을 요청 받을 경우 PWM 동작모드는 정상에서 안전상태모드로 전환되는데, 로우사이드 능동단락회로(Low-side ASC)로 동작하는 경우 안전상태에서는 윗상 스위치를 항상 끄도록 설정(예를 들면, 실제 마이크로 컨트롤러에서 구현할 경우 위상 스위치 출력포트를 PWM 동작에서 GPIO로 변경하도록 설정함)할 수 있고, 도 10에 도시한 바와 같이 CompA는 윗상스위치 출력에 영향을 주지 않고 오로지 아랫상 PWM에만 영향을 주게 되며, 아랫상이 켜진 경우는 ASC로 동작할 수 있고, 아랫상이 꺼지면 프리휠링으로 동작할 수 있다.Next, when a request is made to switch to the safe state mode, the PWM operation mode is switched from normal to safe state mode. When operating with a low-side active short circuit (Low-side ASC), the upper phase switch is set to always turn off in the safe state ( For example, when implemented in an actual microcontroller, the phase switch output port can be set to change from PWM operation to GPIO), and as shown in Figure 10, CompA does not affect the upper phase switch output and only lower phase PWM. It only affects the , and when the lower phase is turned on, it can operate as ASC, and when the lower phase is turned off, it can operate as freewheeling.

따라서 기존 인버터 시스템에서 마이크로 컨트롤러의 세팅만을 변경하여서 능동단락회로(ASC)와 프리휠링의 시간을 자유롭게 제어할 수 있다.Therefore, in the existing inverter system, the active short circuit (ASC) and freewheeling time can be freely controlled by only changing the settings of the microcontroller.

한편, 도 16 내지 도 18에는 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘 실험결과 파형을 나타내는데, 모터는 1200 rev/min으로 동작 중이며, 능동단락회로의 운전 시 a상, b상, c상 및 dq축 모터 전류를 나타내고 있다.Meanwhile, Figures 16 to 18 show waveforms of algorithm experiment results proposed in an embodiment of the present invention. The motor is operating at 1200 rev/min, and when operating an active short circuit, the a-phase, b-phase, c-phase, and dq axis Indicates motor current.

여기에서, 도 16은 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘을 적용하지 않은 상태로 능동단락회로(ASC)를 동작할 경우를 나타내는데, 도 13에 도시한 바와 같은 시뮬레이션 결과와 유사하게 능동단락회로(ASC)가 동작하고, 과도상태에서 큰 전류가 발생하게 되며, 최대 약 52 A까지 b상에 큰 전류가 발생하는 것을 확인할 수 있다.Here, Figure 16 shows a case where the active short circuit (ASC) is operated without applying the algorithm proposed in an embodiment of the present invention. Similar to the simulation result as shown in Figure 13, the active short circuit (ASC) ASC) operates, a large current is generated in a transient state, and it can be confirmed that a large current is generated in the b phase up to approximately 52 A.

또한, 토크성분이 생성되는 q축 전류에서는 능동단락회로(ASC) 동작 시 최소 q축 전류는 33 A이며, 그 이후 진동전류의 크기는 약 23 A 진폭으로 흔들리게 되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the q-axis current where the torque component is generated, the minimum q-axis current during active short circuit (ASC) operation is 33 A, and it can be seen that the magnitude of the vibration current thereafter fluctuates at an amplitude of about 23 A.

한편, 도 17은 본 발명의 일 실시예에서 제안한 알고리즘을 적용한 상태에서 능동단락회로(ASC)의 동작할 경우를 나타내는데, 그 전류 파형은 도 16에 도시한 바와 같은 전류파형에 대비하여 본 발명의 일 실시예에서 제안된 알고리즘을 사용함에 따라 프리휠링듀티가 능동단락회로(ASC) 동작 사이에 들어가게 됨으로써, 그 결과 a상, b상, c상 전류의 크기가 모두 약 40A 이내로 제한되었음을 확인할 수 잇다.Meanwhile, Figure 17 shows a case of operation of an active short circuit (ASC) with the algorithm proposed in an embodiment of the present invention applied, and the current waveform of the present invention is compared to the current waveform shown in Figure 16. In one embodiment, by using the proposed algorithm, the freewheeling duty falls within the active short circuit (ASC) operation, and as a result, it can be confirmed that the magnitudes of the a-phase, b-phase, and c-phase currents are all limited to within about 40A. .

또한, q축 전류진동의 진폭이 도 16에 도시한 바와 같은 진폭에 비해 감소한 것을 확인할 수 있으며, 도 14에 도시한 바와 같은 시뮬레이션 결과와 비교하면 상전류와 dq전류는 매우 동일한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있지만, 프리휠링듀티값은 약간에 차이가 존재하며, 그 이유는 모터의 비선형성에 의해서 발생한 모터 모델에 차이와 인버터의 내부에 존재하는 기생인덕턴스(stray Inductance)때문이다.In addition, it can be seen that the amplitude of the q-axis current oscillation has decreased compared to the amplitude shown in FIG. 16, and when compared to the simulation results shown in FIG. 14, it can be seen that the phase current and dq current show very similar results. However, there is a slight difference in the freewheeling duty value, which is due to differences in the motor model caused by nonlinearity of the motor and parasitic inductance (stray inductance) that exists inside the inverter.

그리고, 도 18은 본 발명의 일 실시예에서 제안된 알고리즘 사용유무에 따른 dq전류의 궤적에 대한 실험결과를 내고 있는데, 도 18의 (a)는 기존 방법으로 능동단락회로(ASC)를 동작한 경우이며, 그 dq전류는 전류제한원을 벗어나는 것을 확인할 수 있는 반면에, 본 발명의 일 실시예에서 제안된 알고리즘을 사용하는 경우 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이 dq축 전류의 궤적이 전류제한원 안으로 들어오는 것을 확인할 수 있다.In addition, Figure 18 shows experimental results of the trajectory of dq current depending on whether or not the algorithm proposed in an embodiment of the present invention is used. Figure 18 (a) shows the results of an experiment in which an active short circuit (ASC) is operated using the existing method. In this case, it can be confirmed that the dq current is outside the current limiting source, while when using the algorithm proposed in an embodiment of the present invention, the trajectory of the dq-axis current is as shown in (b) of FIG. 18. You can confirm that it comes within the current limiting source.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치에서는 모터의 안전상태 중 하나인 프리휠링을 사용하되, 프리휠링 주입시간을 결정하고, 프리휠링 듀티를 능동단락 회로 운전 시 과도상태에 주입함으로써, 그 결과 과전류를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 진동시간도 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 최대 모터 상전류의 감소를 통하여 모터의 전류가 전류제한원 안으로 운전이 가능하도록 제어할 수 있고, 프리휠링 듀티를 결정하는 과정에서 상전류만을 사용함으로써, 모터의 각도나 다른 추가적인 센싱정보 없이도 능동단락회로의 안전상태를 실행할 수 있으며 이는 센서폴트에 대한 알고리즘의 강인성(robustness)을 증가시킬 수 있다.As described above, the active short circuit control device of the electric motor driving system according to an embodiment of the present invention uses freewheeling, which is one of the safety states of the motor, determines the freewheeling injection time, and sets the freewheeling duty to the active short circuit. By injecting the transient state during circuit operation, not only can the overcurrent be reduced, but also the vibration time can be reduced. As a result, the motor current can be controlled to operate within the current limit source by reducing the maximum motor phase current. By using only the phase current in the process of determining the freewheeling duty, the safe state of the active short circuit can be implemented without the motor angle or other additional sensing information, which can increase the robustness of the algorithm against sensor faults. there is.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 전기모터 구동 시스템에서 능동단락회로 운전 시 과도상태에서 발생하는 과전류와 진동 전류를 저감하기 위해 매우 짧은 시간동안 프리휠링을 능동단락회로 운전 사이에 출력 제어함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있다.Therefore, in one embodiment of the present invention, in order to reduce overcurrent and vibration current that occur in a transient state during active short-circuit operation in an electric motor drive system, freewheeling is controlled for a very short period of time between active short-circuit operations, thereby reducing the peak By reducing the size of the phase current and shortening the vibration time, overcurrent and vibration current can be suppressed.

도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로를 제어하는 과정을 나타낸 플로우차트이다.Figure 19 is a flow chart showing a process for controlling an active short circuit of an electric motor drive system according to another embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 구동모터시스템(200)과 능동단락회로전류안정기(300)에서는 구동모터시스템(200)의 안전상태가 요청되는지를 체크한다(단계1910).Referring to FIG. 19, the driving motor system 200 and the active short circuit current stabilizer 300 check whether the safety state of the driving motor system 200 is requested (step 1910).

여기에서, 구동모터시스템(200)의 안전상태 요청은 내부와 외부로 나눌 수 있는데, 외부인 경우 VCU(Vehicle control unit), BMS(Batter manage system) 등에서 안전상태를 요청할 수 있다. 즉, 내부 또는 외부에 심각한 고장이 나서 정상적인 모터 제어를 못할 경우 구동모터시스템(200)의 안전상태를 요청할 수 있다.Here, the safety status request of the driving motor system 200 can be divided into internal and external. In the case of external, the safety status can be requested from a VCU (Vehicle control unit), BMS (Batter management system), etc. In other words, if normal motor control is not possible due to a serious internal or external failure, the safe state of the driving motor system 200 can be requested.

또한, 내부에서 폴트가 발생하는 경우는 예를 들면, 인버터에서 6상 스위치 중 하나 이상이 폴트 신호를 출력하는 경우, 전류센서(220)에서 이상이 발생한 경우 등이 있는데, 예를 들면, 인버터(모터제어기, 전력변환 장치)의 6개의 스위치 중 a상에 윗상스위치가 오픈(Open)으로 고장이 날 경우 더 이상 전기모터를 정상적으로 제어할 수 없으며, 이 경우 아래상 능동단락회로를 통하여 안전상태에 도달 할 수 있다.In addition, there are cases where an internal fault occurs, for example, when one or more of the 6-phase switches in the inverter outputs a fault signal, or when an error occurs in the current sensor 220, for example, in the inverter ( If the upper phase switch in phase A of the six switches (motor controller, power conversion device) breaks down in the open position, the electric motor can no longer be controlled normally. In this case, the safety state is restored through the lower phase active short circuit. can be reached

상기 단계(1910)에서의 체크 결과, 구동모터시스템(200)의 안전상태가 요청되지 않을 경우 구동모터시스템(200)에서는 정상상태의 운전모드로 구동모터(100)를 제어할 수 있다(단계1920)As a result of the check in step 1910, if the safety state of the drive motor system 200 is not requested, the drive motor system 200 can control the drive motor 100 in a normal operation mode (step 1920). )

예를 들면, 모터제어기(270)의 모터제어부(271)에서는 정상상태에서 구동모터(100)의 구동 제어를 위한 비교값을 출력할 수 있고, 절환부(272)에서는 모터제어부(271)와 PWM생성부(273)를 연결하여 모터제어부(271)에서 출력된 비교값을 PWM생성부(273)로 전달하며, PWM생성부(273)에서는 반송파와 비교값을 이용하여 구동모터(100)의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력할 수 있다.For example, the motor control unit 271 of the motor controller 270 can output a comparison value for driving control of the drive motor 100 in a normal state, and the switching unit 272 can output the motor control unit 271 and the PWM The generation unit 273 is connected to transmit the comparison value output from the motor control unit 271 to the PWM generation unit 273, and the PWM generation unit 273 uses the carrier wave and the comparison value to drive the drive motor 100. A PWM signal for control can be generated and output.

여기에서, 모터제어시스템(200)의 정상상태 운전모드일 경우 윗상스위치와 아랫상스위치는 서로 상보적(complementary)으로 동작할 수 있다.Here, in the normal operation mode of the motor control system 200, the upper phase switch and the lower phase switch may operate complementary to each other.

한편, 상기 단계(1910)에서의 체크 결과, 구동모터시스템(200)의 안전상태가 요청될 경우 구동모터시스템(200)에서는 구동모터제어기(270)의 절환부(272)를 통해 능동단말회로전류안정기(300)와 PWM생성부(273)를 연결함으로써, 능동단락회로를 동작시킬 수 있다(단계1930).Meanwhile, as a result of the check in step 1910, if the safe state of the drive motor system 200 is requested, the drive motor system 200 generates an active terminal circuit current through the switching unit 272 of the drive motor controller 270. By connecting the stabilizer 300 and the PWM generator 273, the active short circuit can be operated (step 1930).

그리고, 구동모터시스템(200)에서 능동단락회로를 동작시키는 중에 능동단말회로전류안정기(300)에서 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크할 수 있다(단계1940).Additionally, while operating the active short circuit in the drive motor system 200, it is possible to check whether the active short circuit is in a transient state in the active terminal circuit current stabilizer 300 (step 1940).

상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크하는 단계(1940)에서는, 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 각도정보에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력하고, d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 판단할 수 있다.In the step 1940 of checking whether the active short circuit is in a transient state, the a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit are converted into axis according to angle information and output as d-axis current and q-axis current, It is possible to determine whether the active short circuit is in a transient state through the amplitude of the d-axis current and q-axis current.

예를 들면, 축변환계산부(310)에서는 전류센서(220)로부터 전류정보(즉, a상전류, b상전류 및 c상전류)와 각도센서(210)로부터 각도정보(θ)가 제공될 경우 a상전류, b상전류 및 c상전류를 각도(θ)에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 계산 및 출력할 수 있다.For example, in the axis conversion calculation unit 310, when current information (i.e., a-phase current, b-phase current, and c-phase current) from the current sensor 220 and angle information (θ) are provided from the angle sensor 210, the a-phase current , b-phase current and c-phase current can be converted according to the angle (θ) to calculate and output as d-axis current and q-axis current.

그리고, 프리휠링듀티계산부(320)는 축변환계산부(310)로부터 출력되는 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 판단할 수 있는데, 하이패스필터블록(321)에서는 축변환계산부(310)로부터 출력되는 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 판단하고, 능동단락회로가 과도상태일 경우 d축전류에서 하이패스필터를 이용하여 고주파성분인 과도상태성분만 출력할 수 있다.In addition, the freewheeling duty calculation unit 320 can determine whether the active short circuit is in a transient state through the amplitude of the d-axis current and q-axis current output from the axis conversion calculation unit 310, and the high-pass filter Block 321 determines whether the active short circuit is in a transient state through the amplitude of the d-axis current and q-axis current output from the axis conversion calculation unit 310, and if the active short circuit is in a transient state, the d-axis current By using a high-pass filter, only the transient component, which is a high-frequency component, can be output.

다음에, 상기 단계(1940)의 체크 결과, 능동단락회로가 과도상태일 경우 능동단말회로전류안정기(300)에서 프리휠링비교값을 출력할 수 있다(단계1950).Next, as a result of the check in step 1940, if the active short circuit is in a transient state, the active terminal circuit current stabilizer 300 can output a freewheeling comparison value (step 1950).

상기 프리휠링비교값을 출력하는 단계(1950)에서는, 능동단락회로가 과도상태일 경우 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 프리휠링비교값의 출력을 위한 프리휠링 시간 및 듀티를 계산하고, 프리휠링 시간과 듀티에 대응하는 프리휠링비교값을 생성 및 출력할 수 있다.In the step (1950) of outputting the freewheeling comparison value, when the active short circuit is in a transient state, only the transient state component is taken from the d-axis current to calculate the freewheeling time and duty for output of the freewheeling comparison value, and calculate the freewheeling time and duty for output of the freewheeling comparison value. Freewheeling comparison values corresponding to time and duty can be generated and output.

예를 들면, 프리휠링듀티계산블록(322)에서는 하이패스필터블록(321)으로부터 출력되는 과도상태성분에 대응하는 프리휠링듀티를 계산하여 출력할 수 있는데, d축전류에 대한 과도상태성분의 크기를 계산하여 프리휠링시간을 결정할 수 있고, 능동단락회로전류(IASC)와 d축의 전류의 크기를 빼주어 프리휠링듀티를 계산하여 출력할 수 있다.For example, the freewheeling duty calculation block 322 can calculate and output the freewheeling duty corresponding to the transient component output from the high-pass filter block 321, and the size of the transient component for the d-axis current. The freewheeling time can be determined by calculating, and the freewheeling duty can be calculated and output by subtracting the size of the active short circuit current (I ASC ) and the d-axis current.

또한, 프리휠링과전압보호블록(323)에서는 과전압폴트트립전압보다 인버터 DC-링크전압이 상대적으로 더 큰 값인 경우 프리휠링듀티선택블록(322)로부터 입력되는 최종 프리휠링듀티의 출력을 차단할 수 있으며, 과전압폴트트립전압보다 인버터 DC-링크전압이 상대적으로 더 작은 값인 경우(즉, 과전압 상태가 아닌 경우) 프리휠링듀티를 결정하여 출력할 수 있다.In addition, the freewheeling overvoltage protection block 323 can block the output of the final freewheeling duty input from the freewheeling duty selection block 322 when the inverter DC-link voltage is relatively larger than the overvoltage fault trip voltage. If the inverter DC-link voltage is relatively smaller than the overvoltage fault trip voltage (i.e., not in an overvoltage state), the freewheeling duty can be determined and output.

다음에, 구동모터시스템(200)에서 반송파와 프리휠링비교값을 이용하여 구동모터의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력할 수 있다(단계1960).Next, the driving motor system 200 can generate and output a PWM signal for driving control of the driving motor using the carrier wave and the freewheeling comparison value (step 1960).

상기 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계(1960)에서는, 능동단락회로의 과도상태에서, 능동단락회로가 로우사이드로 동작할 경우 아랫상스위치를 통해 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하거나, 혹은 능동단락회로가 하이사이드로 동작할 경우 윗상스위치를 통해 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작할 수 있다.In the step (1960) of generating and outputting the PWM signal, in the transient state of the active short circuit, when the active short circuit operates on the low side, it operates as an active short circuit or freewheeling through the lower phase switch, or When the circuit operates on the high side, it can operate as an active short circuit or freewheeling through the upper phase switch.

예를 들면, PWM생성부(273)에서는 능동단락회로의 정상 운전 시 반송파와 비교레지스터값을 비교하고, 반송파가 비교레지스터값보다 상대적으로 큰 경우 위상스위치가 켜지며(on), 아랫상스위치는 서로 상보적으로 동작하여 꺼지게(off) 되는데, 능동단락회로전류안정기(300)로부터 안전상태모드로의 전환을 요청받을 경우 PWM동작모드가 PWM 정상상태모드에서 PWM 안전상태모드로 전환될 수 있다.For example, the PWM generator 273 compares the carrier wave and the comparison register value during normal operation of the active short circuit, and when the carrier wave is relatively larger than the comparison register value, the phase switch is turned on, and the lower phase switch is They operate complementary to each other and are turned off. When a change to the safe state mode is requested from the active short circuit current stabilizer 300, the PWM operation mode can be switched from the PWM normal state mode to the PWM safe state mode.

여기에서, 로우사이드(low-side) 능동단락회로(ASC)로 동작하는 경우 PWM 안전상태모드에서는 윗상스위치를 항상 끄도록(off) 설정할 수 있고(예를 들면, 실제 컨트롤러에서 구현하는 경우 위상스위치출력포트를 PWM동작에서 GPIO로 변경하도록 설정할 수 있음), 비교레지스터값은 위상스위치 출력에 영향을 주지 않고, 아랫상스위치 출력에만 영향을 주게 된다.Here, when operating as a low-side active short circuit (ASC), the top phase switch can be set to always turn off in the PWM safety state mode (for example, when implemented in an actual controller, the phase switch The output port can be set to change from PWM operation to GPIO), and the comparison register value does not affect the phase switch output, but only the lower phase switch output.

그리고, 아랫상스위치가 켜진 경우(on) 능동단락회로(ASC)로 동작할 수 있고, 아랫상스위치가 꺼진 경우(off) 프리휠링으로 동작할 수 있다.And, when the lower phase switch is turned on (on), it can operate as an active short circuit (ASC), and when the lower phase switch is turned off (off), it can operate as freewheeling.

한편, 하이사이드(high-side) 능동단락회로(ASC)로 동작하는 경우에는 로우사이드(low-side) 능동단락회로(ASC)와는 반대로 동작할 수 있다.Meanwhile, when operating as a high-side active short circuit (ASC), it can operate in the opposite way to the low-side active short circuit (ASC).

즉, 상술한 바와 같은 모터제어시스템(200)의 안전상태모드에서는 능동단락회로의 능동단락 운전 사이에 프리휠링비교값에 대응하는 프리휠링 운전을 추가하여 동작할 수 있으며, 이러한 프리휠링은 인버터에 과전압을 유발할 수 있기 때문에 매우 짧은 시간으로 추가할 수 있다.That is, in the safety state mode of the motor control system 200 as described above, a freewheeling operation corresponding to the freewheeling comparison value can be added between the active short circuit operations of the active short circuit, and this freewheeling can be operated by adding a freewheeling operation to the inverter. It can be added in a very short time as it can cause overvoltage.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 전기모터 구동 시스템에서 능동단락회로 운전 시 과도상태에서 발생하는 과전류와 진동 전류를 저감하기 위해 매우 짧은 시간동안 프리휠링을 능동단락회로 운전 사이에 출력 제어함으로써, 피크 상전류의 크기를 감소시키면서 진동시간을 단축하여 과전류와 진동 전류를 억제할 수 있다.Therefore, in another embodiment of the present invention, in order to reduce overcurrent and vibration current that occur in a transient state during active short-circuit operation in an electric motor drive system, freewheeling is controlled for a very short period of time between active short-circuit operations, thereby reducing the peak By reducing the size of the phase current and shortening the vibration time, overcurrent and vibration current can be suppressed.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, various embodiments of the present invention have been presented and explained, but the present invention is not necessarily limited thereto, and those skilled in the art will understand various embodiments without departing from the technical spirit of the present invention. It will be easy to see that branch substitutions, transformations, and changes are possible.

100 : 구동모터
200 : 구동모터시스템
210 : 각도센서
220 : 전류센서
230 : 파워모듈
240 : DC-링크 커패시터
250 : 방전저항
260 : 전압센서
270 : 모터제어기
271 : 모터제어부
272 : 절환부
273 : PWM생성부
300 : 능동단락회로전류안정기
310 : 축변환계산부
320 : 프리휠링듀티계산부
321 : 하이패스필터블록
322 : 프리휠링듀티계산블록
323 : 프리휠링과전압보호블록
330 : 프리휠링비교값출력부
400 : 고전압배터리
410 : 하이사이드릴레이
420 : 로우사이드릴레이
100: driving motor
200: Drive motor system
210: Angle sensor
220: current sensor
230: Power module
240: DC-link capacitor
250: Discharge resistance
260: Voltage sensor
270: motor controller
271: Motor control unit
272: switching unit
273: PWM generation unit
300: Active short circuit current stabilizer
310: Axis transformation calculation unit
320: Freewheeling duty calculation unit
321: High-pass filter block
322: Freewheeling duty calculation block
323: Freewheeling overvoltage protection block
330: Freewheeling comparison value output unit
400: High voltage battery
410: High side relay
420: Low side relay

Claims (14)

차량축과 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터;
상기 구동모터를 제어하고, 안전상태 요청 여부에 따라 능동단락회로를 동작시키는 구동모터시스템; 및
상기 능동단락회로가 동작될 경우 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부에 따라 상기 구동모터의 전류정보와 각도정보를 이용하여 상기 구동모터시스템을 안정화시키기 위한 프리휠링비교값을 선택 생성하여 상기 구동모터시스템으로 출력하는 능동단락회로전류안정기;를 포함하며,
상기 구동모터시스템은, 안전상태 요청 여부에 따라 정상상태출력 또는 안전상태출력을 선택 제어하는 모터제어기를 포함하되,
상기 모터제어기는,
상기 구동모터의 전류 및 토크를 제어하되, 정상상태에서 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 비교값을 출력하는 모터제어부;
상기 정상상태인 경우 상기 모터제어부에서 출력된 상기 비교값을 전달하고, 상기 구동모터시스템의 안전상태가 요청될 경우 능동단락회로로 동작하여 상기 능동단락회로전류안정기로부터 출력되는 상기 프리휠링비교값을 전달하는 절환부; 및
반송파와 상기 비교값 또는 프리휠링비교값을 이용하여 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력하는 PWM생성부;를 포함하고,
상기 능동단락회로전류안정기는,
상기 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 상기 각도정보에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력하는 축변환계산부;
상기 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 상기 과도상태인지의 여부를 판단하고, 상기 과도상태일 경우 상기 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 상기 프리휠링비교값의 출력을 위한 프리휠링 시간 및 듀티를 계산하는 프리휠링듀티계산부; 및
상기 프리휠링 시간 및 듀티에 대응하는 상기 프리휠링비교값을 생성 및 출력하는 프리휠링비교값출력부;를 포함하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
A drive motor connected to the vehicle axle to provide driving force;
a drive motor system that controls the drive motor and operates an active short circuit depending on whether a safety state is requested; and
When the active short circuit is operated, a freewheeling comparison value for stabilizing the drive motor system is selected and generated using current information and angle information of the drive motor depending on whether the active short circuit is in a transient state, thereby driving the drive. It includes an active short circuit current stabilizer that outputs to the motor system,
The driving motor system includes a motor controller that selects and controls a normal state output or a safe state output depending on whether a safety state is requested,
The motor controller is,
a motor control unit that controls the current and torque of the driving motor and outputs a comparison value for driving control of the driving motor in a normal state;
In the normal state, the comparison value output from the motor control unit is transmitted, and when the safety state of the driving motor system is requested, it operates as an active short circuit and receives the freewheeling comparison value output from the active short circuit current stabilizer. a switching unit that transmits; and
It includes a PWM generator that generates and outputs a PWM signal for driving control of the drive motor using a carrier wave and the comparison value or freewheeling comparison value,
The active short circuit current stabilizer is,
An axis conversion calculation unit that converts the a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit according to the angle information and outputs them as d-axis current and q-axis current;
Determine whether the transient state is present through the amplitude of the d-axis current and the q-axis current, and if the transient state is the transient state, only the transient state component is taken from the d-axis current and a freewheeling time for output of the freewheeling comparison value. A freewheeling duty calculation unit that calculates duty; and
Comprising a freewheeling comparison value output unit that generates and outputs the freewheeling comparison value corresponding to the freewheeling time and duty.
Active short-circuit control device for electric motor drive system.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 프리휠링듀티계산부는,
상기 d축전류에서 하이패스필터를 이용하여 고주파성분인 상기 과도상태성분만 출력하는 하이패스필터블록;
상기 과도상태성분에 대응하는 프리휠링듀티를 계산하여 출력하는 프리휠링듀티계산블록; 및
상기 능동단락회로의 과전압 폴트를 방지하기 위해 상기 프리휠링듀티의 출력을 선택적으로 차단하는 프리휠링과전압보호블록;
를 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
In claim 1,
The freewheeling duty calculation unit,
a high-pass filter block that outputs only the transient component, which is a high-frequency component, from the d-axis current using a high-pass filter;
a freewheeling duty calculation block that calculates and outputs a freewheeling duty corresponding to the transient state component; and
a freewheeling overvoltage protection block that selectively blocks the output of the freewheeling duty to prevent an overvoltage fault of the active short circuit;
An active short-circuit control device for an electric motor drive system including a.
청구항 4에 있어서,
상기 프리휠링과전압보호블록은,
상기 능동단락회로에 대한 과전압폴트트립전압과 DC-링크전압을 비교하고, 비교 결과, 상기 DC-링크전압이 상기 과전압폴트트립전압만큼 높아진 경우 상기 프리휠링듀티의 출력을 차단하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
In claim 4,
The freewheeling overvoltage protection block is,
Compares the overvoltage fault trip voltage and DC-link voltage for the active short circuit, and as a result of the comparison, blocks the output of the freewheeling duty when the DC-link voltage becomes as high as the overvoltage fault trip voltage.
Active short-circuit control device for electric motor drive system.
청구항 5에 있어서,
상기 PWM생성부는,
상기 구동모터시스템의 정상상태 운전모드일 경우 윗상스위치와 아랫상스위치는 서로 상보적으로 동작하는 반면에, 상기 구동모터시스템의 안전상태 운전모드일 경우 능동단락과 프리휠링으로 동작하도록 전환되는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
In claim 5,
The PWM generator,
In the normal state operation mode of the drive motor system, the upper phase switch and the lower phase switch operate complementary to each other, while in the safe state operation mode of the drive motor system, they are switched to operate in active short-circuiting and freewheeling.
Active short-circuit control device for electric motor drive system.
청구항 6에 있어서,
상기 PWM생성부는,
상기 능동단락회로의 과도상태에서,
상기 능동단락회로가 로우사이드로 동작할 경우 아랫상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하거나, 혹은
상기 능동단락회로가 하이사이드로 동작할 경우 윗상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
In claim 6,
The PWM generator,
In the transient state of the active short circuit,
When the active short circuit operates on the low side, it operates as the active short circuit or freewheeling through the lower phase switch, or
When the active short circuit operates in the high side, the active short circuit or freewheeling operates through the upper phase switch.
Active short-circuit control device for electric motor drive system.
청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동모터시스템은,
상기 구동모터의 각도값을 측정하여 제공하는 각도센서;
상기 구동모터에 공급되는 전류값을 측정하여 제공하는 전류센서;
상기 구동모터에 구동전류를 공급 및 제어하는 파워모듈;
PWM 노이즈와 기생인덕턴스 영향을 최소화하기 위해 고전압배터리와 상기 파워모듈의 사이에 구비되는 DC-링크 커패시터;
상기 고전압배터리와 상기 구동모터시스템 사이의 전원 연결이 차단될 경우 기 설정된 시간 내에 상기 DC-링크 커패시터에 저장된 DC-링크 전압을 방전시키는 방전저항; 및
상기 DC-링크 커패시터에서 측정된 전압값을 제공하는 전압센서;
를 더 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
The method according to any one of claims 1, 4 to 7,
The driving motor system is,
An angle sensor that measures and provides an angle value of the drive motor;
A current sensor that measures and provides a current value supplied to the driving motor;
A power module that supplies and controls driving current to the driving motor;
A DC-link capacitor provided between the high-voltage battery and the power module to minimize the effects of PWM noise and parasitic inductance;
a discharge resistor that discharges the DC-link voltage stored in the DC-link capacitor within a preset time when the power connection between the high-voltage battery and the driving motor system is cut off; and
A voltage sensor providing a voltage value measured at the DC-link capacitor;
An active short-circuit control device for an electric motor drive system further comprising a.
청구항 8에 있어서,
상기 능동단락회로 제어 장치는,
직류전압을 방전시켜 상기 DC-링크 커패시터에 공급하는 상기 고전압배터리;
상기 고전압배터리와 상기 DC-링크 커패시터의 사이를 하이사이드에서 선택 연결하는 하이사이드릴레이; 및
상기 고전압배터리와 상기 DC-링크 커패시터의 사이를 로우사이드에서 선택 연결하는 로우사이드릴레이;
를 더 포함하는 전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 장치.
In claim 8,
The active short circuit control device,
The high voltage battery discharging direct current voltage and supplying it to the DC-link capacitor;
a high-side relay selectively connecting the high-voltage battery and the DC-link capacitor on the high side; and
a low-side relay selectively connecting the high-voltage battery and the DC-link capacitor on the low side;
An active short-circuit control device for an electric motor drive system further comprising a.
구동모터시스템과 능동단락회로전류안정기에서 안전상태가 요청되는지 체크하는 단계;
상기 안전상태가 요청되지 않을 경우 상기 구동모터시스템에서 정상상태 운전모드로 구동모터를 제어하는 단계;
상기 안전상태가 요청될 경우 상기 구동모터시스템과 상기 능동단락회로전류안정기를 연결하여 능동단락회로를 동작시키는 단계;
상기 능동단락회로를 동작시키는 중에 상기 능동단락회로전류안정기에서 상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크하는 단계;
상기 능동단락회로가 상기 과도상태일 경우 상기 능동단락회로전류안정기에서 상기 구동모터의 전류정보 및 각도정보에 대응하는 프리휠링비교값을 출력하는 단계; 및
상기 구동모터시스템에서 반송파와 상기 프리휠링비교값을 이용하여 상기 구동모터의 구동 제어를 위한 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 능동단락회로가 과도상태인지의 여부를 체크하는 단계는,
상기 능동단락회로의 a상전류, b상전류 및 c상전류를 상기 각도정보에 따라 축변환하여 d축전류 및 q축전류로 출력하고, 상기 d축전류 및 q축전류의 진폭을 통해 상기 능동단락회로가 상기 과도상태인지의 여부를 판단하며,
상기 프리휠링비교값을 출력하는 단계는,
상기 과도상태일 경우 상기 d축전류에서 과도상태성분만 취하여 상기 프리휠링비교값의 출력을 위한 프리휠링 시간 및 듀티를 계산하고, 상기 프리휠링 시간 및 듀티에 대응하는 상기 프리휠링비교값을 생성 및 출력하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법.
Checking whether a safe state is requested in the drive motor system and the active short-circuit current stabilizer;
controlling a driving motor in a normal state operation mode in the driving motor system when the safe state is not requested;
When the safety state is requested, connecting the driving motor system and the active short circuit current stabilizer to operate an active short circuit;
Checking whether the active short circuit is in a transient state in the active short circuit current stabilizer while operating the active short circuit;
When the active short circuit is in the transient state, outputting a freewheeling comparison value corresponding to current information and angle information of the driving motor from the active short circuit current stabilizer; and
A step of generating and outputting a PWM signal for driving control of the driving motor in the driving motor system using a carrier wave and the freewheeling comparison value,
The step of checking whether the active short circuit is in a transient state is:
The a-phase current, b-phase current, and c-phase current of the active short circuit are converted according to the angle information and output as d-axis current and q-axis current, and the active short circuit is generated through the amplitudes of the d-axis current and q-axis current. Determine whether the above transient state is present,
The step of outputting the freewheeling comparison value is,
In the case of the transient state, only the transient state component is taken from the d-axis current to calculate the freewheeling time and duty for output of the freewheeling comparison value, and to generate the freewheeling comparison value corresponding to the freewheeling time and duty. printing
Active short circuit control method of electric motor drive system.
삭제delete 삭제delete 청구항 제10에 있어서,
상기 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계는,
상기 능동단락회로의 과도상태에서,
상기 능동단락회로가 로우사이드로 동작할 경우 아랫상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하거나, 혹은
상기 능동단락회로가 하이사이드로 동작할 경우 윗상스위치를 통해 상기 능동단락회로 또는 프리휠링으로 동작하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법.
The method of claim 10,
The step of generating and outputting the PWM signal is,
In the transient state of the active short circuit,
When the active short circuit operates on the low side, it operates as the active short circuit or freewheeling through the lower phase switch, or
When the active short circuit operates in the high side, the active short circuit or freewheeling operates through the upper phase switch.
Active short circuit control method of electric motor drive system.
청구항 제13에 있어서,
상기 PWM신호를 생성하여 출력하는 단계는,
상기 능동단락회로의 능동단락 운전 사이에 상기 프리휠링 시간과 듀티에 대응하여 생성된 상기 프리휠링비교값에 따라 프리휠링 운전을 추가하여 동작하는
전기모터 구동 시스템의 능동단락회로 제어 방법.
The method of claim 13,
The step of generating and outputting the PWM signal is,
Operating by adding a freewheeling operation according to the freewheeling comparison value generated in response to the freewheeling time and duty between the active short circuit operations of the active short circuit.
Active short circuit control method of electric motor drive system.
KR1020220058107A 2022-05-12 2022-05-12 Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method KR102672552B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058107A KR102672552B1 (en) 2022-05-12 2022-05-12 Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058107A KR102672552B1 (en) 2022-05-12 2022-05-12 Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230159719A KR20230159719A (en) 2023-11-22
KR102672552B1 true KR102672552B1 (en) 2024-06-07

Family

ID=88974001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220058107A KR102672552B1 (en) 2022-05-12 2022-05-12 Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102672552B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200036315A1 (en) 2017-03-22 2020-01-30 Aisin Aw Co., Ltd. Vehicle drive control device
CN113492678A (en) 2020-04-07 2021-10-12 蜂巢传动系统(江苏)有限公司保定研发分公司 Drive motor control system and method for ensuring safety thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216008A1 (en) * 2012-09-10 2014-03-13 Robert Bosch Gmbh Operating state circuit for inverters and method for setting operating states of an inverter
DE102014208747A1 (en) 2014-05-09 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Method for changing an operating state of an electrical machine and device for changing the operating state of an electrical machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200036315A1 (en) 2017-03-22 2020-01-30 Aisin Aw Co., Ltd. Vehicle drive control device
CN113492678A (en) 2020-04-07 2021-10-12 蜂巢传动系统(江苏)有限公司保定研发分公司 Drive motor control system and method for ensuring safety thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230159719A (en) 2023-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8281886B2 (en) Electric motor control device, drive device and hybrid drive device
US9950627B2 (en) Power conversion device
WO2011010687A1 (en) Semiconductor element controller and in-vehicle electric system
EP2562928A1 (en) Control device for motor drive system and vehicle having same
JP5633650B2 (en) Vehicle and vehicle control method
JP2004015892A (en) Inverter controlling device and electric vehicle
US8487559B2 (en) Diesel-electric drive system
JP4372812B2 (en) Drive control device for semiconductor switching element
CN110752795A (en) Derating control method and device for permanent magnet synchronous motor and permanent magnet synchronous motor
US11558000B2 (en) Motor control device and electric vehicle system using the same
US10224849B2 (en) System and method for an inverter for self-excitation of an induction machine
JP5191351B2 (en) Power converter
CN108809156A (en) A kind of method, storage medium and equipment for controlling motor
US10903772B2 (en) Multigroup-multiphase rotating-electric-machine driving apparatus
CN115085610B (en) Linear brake control method and device applied to competition-level remote control model car
KR102672552B1 (en) Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method
KR102672905B1 (en) Active short circuit control apparatus of electric motor driving system and its method
US6239575B1 (en) Induction motor power/torque clamping for electric vehicle performance
EP3258593B1 (en) System and method for an inverter for self-excitation of an induction machine
CN111585496B (en) Control device, vehicle system, and control method
Itoh et al. Suppression method of rising DC voltage for the halt sequence of an inverter in the motor regeneration
Zhang et al. Robust control of winding-based DC-bus capacitor discharge for PMSM drives in electric vehicles
Kulkarni et al. A DC-Link Hybrid Active Discharge Scheme for Traction Inverters
EP4425784A1 (en) Method and system for controlling braking of an electric motor
Geissler et al. Winding switching strategy for electric wheel drives in agricultural machinery

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant