KR20160066433A - 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 컨버터 제어 장치는, 컨버터에 구비된 센서의 고장을 검출하는 고장 검출부, 고장 검출에 따라 입력 측 센서에서 고장이 검출된 경우에는 컨버터의 입력 측과 연결된 고전압 배터리 내 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하고, 출력 측 센서의 고장인 경우에는 적어도 하나의 부하에 연결된 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하는 대체인자 산출부, 및 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 동작을 제어하는 비상동작 제어부를 포함한다.

Description

컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법{Apparatus for controlling converter and method for controlling converter}
본 발명은 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리와 부하 및 연료 전지 스택 사이에 위치한 고전압 변환 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지 자동차의 제어는 크게 연료전지 시스템으로의 공기공급, 수소공급 및 열관리 기능을 포함한 연료전지 시스템 제어기능, 고전압 배터리와 연료전지 시스템의 전력분배를 위한 전력분배 제어기능 그리고 운전자의 의지에 따른 차량 운행을 위한 차량제어기능으로 나눌 수 있다. 이러한 제어기능을 수행하기 위해서는 센서입력을 기반으로 제어기의 판단을 통해 구동기(actuator)를 구동시키게 된다. 그러나 센서의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있으며, 이를 감지하지 못하는 경우 시스템의 효율적인 운전이 불가능하며 나아가 운전자나 보행자에게 상해를 입힐 수 있는 근본 원인이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연료전지 자동차의 컨버터 내에 구비된 센서의 고장이 감지되어 기존의 제어를 수행할 수 없는 경우, 컨버터 주변 장치들의 정보를 이용하여 비상 운전을 가능하도록 하는 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 컨버터 내 센서들의 고장으로 인한 오동작을 방지하고 차량 시스템 내에서 각 구성요소들 상호간의 협조 제어 성능을 향상시킴으로써 전체 차량 시스템의 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있는 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치는 컨버터에 구비된 센서의 고장을 검출하는 고장 검출부, 상기 고장 검출에 따라 입력 측 센서에서 고장이 검출된 경우에는 상기 컨버터의 입력 측과 연결된 고전압 배터리 내 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하고, 출력 측 센서의 고장인 경우에는 적어도 하나의 부하에 연결된 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하는 대체인자 산출부, 및 상기 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 동작을 제어하는 비상동작 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법은 고장 검출부가, 컨버터에 구비된 센서의 고장을 검출하는 단계, 대체인자 산출부가, 상기 고장 감지에 따라 상기 컨버터 내 입력 측 센서의 고장인 경우에는 상기 컨버터와 연결된 고전압 배터리 내 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하고, 상기 컨버터 내 출력 측 센서의 고장인 경우에는 적어도 하나의 부하에 연결된 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하는 단계, 및 비상동작 제어부가, 상기 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법은 컨버터 내의 센서에 고장이 발생하는 경우에도 컨버터와 연결된 입력 측 또는 출력 측의 센서로부터의 측정 값을 활용하여 컨버터의 전압/전류 값을 예측하여 비상 시 제어 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 컨버터 내의 고장이 발생하는 경우라고 하더라도, 순수 연료전지 스택 에너지에 의해서만 차량이 구동되어 차량의 가속 또는 감속 시에 출력을 제한하는 상황을 피할 수 있다.
아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치가 구비되는 차량 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치가 구비되는 차량 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량 시스템은 컨버터 제어 장치(100), 컨버터(200). 고전압 배터리(300), 연료전지 스택(400) 및 부하(500)를 포함할 수 있다.
컨버터(200)는 이른 바 고전압 DC-DC 컨버터로서 하이브리드 차량(HEV), 연료전지 차량, 연료전지 하이브리드 차량 등의 전기자동차에 있어서 고전압 배터리(300)를 충전하거나 및 고전압 배터리(300)로부터의 전력을 부하(500)에 제공하는 기능을 한다.
컨버터(200)는 고전압 배터리(300)로부터 수신된 전압을 승압하여 부하(500)에 제공하거나, 부하(500)를 통하여 연료전지 스택(400)에 제공할 수 있다.
컨버터(200)는 입력 측 전압/전류 센서(210)를 구비하여 고전압 배터리(300)와 연결된 입력 측의 전압 측정 값(Vinput) 및 전류 측정 값(Iinput)을 감지할 수 있다. 또한, 컨버터(200)는 출력 측 전압/전류 센서(220)를 구비하여 부하(500)와 연결된 출력 측의 전압 측정 값(Voutput) 및 전류 측정 값(Ioutput)을 감지할 수 있다.
컨버터 제어 장치(100)는 컨버터(200), 컨버터(200)의 입력 측의 고전압 배터리(300) 및 컨버터(200)의 출력 측의 부하(500)로부터 측정된 값들을 수신하여 컨버터(200) 내의 센서(210, 220)에서 고장이 검출된 경우라고 하더라도 적절한 대체인자 값을 산출하여 비상 모드로 제어를 수행할 수 있다.
종래는 컨버터 제어 장치(100)가 컨버터(200) 내부 센서(210, 220)의 단선 또는 단락에 관한 고장 검출만 수행함으로써, 센서(210, 220)의 단선 또는 단락이 검출되면 즉각적으로 컨버터(200)의 제어를 멈추는 동시에 고전압 배터리(300)의 에너지 공급 및 브레이킹에 의해 발생되는 회생에너지 전달 또한 정지시킨다. 이 경우에는, 순수 연료전지 스택 에너지에 의해서만 차량이 구동되기 때문에 차량은 가/감속 시 출력 제한을 하는 비상 모드 운전으로 주행을 수행하고, 운전자에게 인지시키는 림폼 제어를 수행한다.
현재의 차량 시스템은 하이브리드 모드 주행 상태에서 고전압 배터리 컨버터의 고장으로 인해 두 소스원에서 단일 소스원 구동을 선택할 수 밖에 없는 상태이지만, 컨버터 내에 구비된 센서(210, 220)의 오동작 상태에서 핵심 하드웨어(IGBT, 전원 회로, 제어회로, CPU 등)가 정상으로 동작하는 경우라면, 제어 및 모니터링을 위한 다른 방법을 모색할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치(100)는 컨버터(200) 내의 센서(210, 220) 중 고장이 발생한 센서의 위치(즉, 입력 측 센서(210)인지 출력 측 센서(220)인지)와 고장이 발생한 센서의 종류(전압 센서인지 전류 센서인지)를 파악하여 각각의 경우에 필요한 대체인자를 산출한다.
대체인자 산출을 통하여 비상 모드 제어를 수행하기 때문에 컨버터(200)의 센서에서 고장이 검출된 경우라고 하더라도 고전압 배터리(300) 및 연료전지 스택(400)의 두 소스원을 모두 활용할 수 있을 것이다.
컨버터(200)의 입력 측과 연결된 고전압 배터리(300)는 전압 및 전류 센서(310)를 구비하여 고전압 배터리 전압 센서 측정 값(Vbatt) 및 고전압 배터리 전류 센서 측정 값(Ibatt)을 제공한다.
컨버터(200)의 출력 측과 연결된 부하(500)도 전압 및 전류 센서(510)를 구비할 수 있다. 부하(500)는 적어도 하나의 부하들로 구성될 수 있으며, 각각의 부하에 센서들이 각각 구비되어 전압 측정 값과 전류 측정 값을 제공할 수 있다. 이에 따라 적어도 하나 이상의 부하들의 전체 전압 측정 값은 각 부하에 구비된 전압 센서들로부터 측정된 값의 평균 값(Vload_avg)이며, 전류 측정 값은 각 부하에 구비된 전류 센서들로부터 측정된 값(Iload_avg)의 합(Iload)으로 나타낼 수 있다.
연료전지 스택(400)은 하이브리드 차량의 주동력원으로 사용되며 고전압 배터리(300) 및 차량을 구동하는 모터에 대하여 연료전지 에너지를 공급한다. 연료전지 스택(400)에도 센서(410)가 포함되어 연료전지 스택 전압(Vstack) 및 연료전지 스택 전류(Istack)를 감지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 컨버터 제어 장치(100)는 고장 검출부(110), 대체인자 산출부(120) 및 비상동작 제어부(130)를 포함할 수 있다.
고장 검출부(110)는 컨버터(200)에 구비된 입력 측 센서(210) 또는 출력 측 센서(220)의 고장을 검출한다. 상술한 바와 같이 입력 측 센서(210)와 출력 측 센서(220)는 각각 전압 센서와 전류 센서를 포함할 수 있다. 고장 검출부(110)는 고장이 발생한 센서가 입력 측 센서(210)인지 출력 측 센서(220)인지를 검출하고 그 중의 어떠한 종류의 센서에 대하여 고장이 발생한 지를 검출할 수 있다.
고장 검출부(110)에 의하여 고장이 검출된 센서의 위치 및 종류에 따라서 대체인자 산출부(120)의 대체인자 산출 방법이 달라질 수 있다.
대체인자 산출부(120)는 고장 검출부(110)의 고장 검출에 따라, 입력 측 센서(210)의 고장인 경우에는 컨버터(200)의 입력 측과 연결된 고전압 배터리(300)에 구비된 센서(310)의 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출할 수 있다. 반대로 대체인자 산출부(120)는 출력 측 센서(220)의 고장인 경우에는 컨버터(200)의 출력 측과 연결된 부하(500)와 연결된 센서(510) 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출할 수 있다. 대체인자 산출 방식에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
비상동작 제어부(130)는 대체인자 산출부(120)에서 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 컨버터(200)의 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 대체인자 산출부(120)에서 산출된 대체인자가 기설정된 범위 이내인 경우에 비상동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨버터(200)의 전류 센서에서 고장이 검출된 경우에는 대체인자가 전류 기반 값에 상응할 수 있다. 이 경우에는 전류 값을 컨버터(200) 주변 장치로부터 수신한 값을 추정하여 활용하는 것이기 때문에 차량 상태에 따라서 전류 제한 결정을 한 이후에 출력전압을 제어하는 정전류 운전을 수행할 수 있다.
다른 방식으로 컨버터(200)의 전압 센서에서 고장이 검출된 경우에는 대체인자가 전압 기반 값에 상응할 수 있다. 이 경우에는 전압 값이 추정 값이므로 차량 상태에 따라서 출력전압을 고정한 이후에 입력제한전류를 제어하는 정전압 운전을 수행함으로써 비상동작을 제어할 수 있다.
반대로 비상동작 제어부(130)는 대체인자가 기설정된 범위를 벗어나면 고장 발생을 확정하고 컨버터(200)의 제어를 중단할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 비상동작 제어부(130)는 사용자에게 고장 발생이 확정되었다는 것을 디스플레이나 스피커와 같은 출력 장치를 통하여 알릴 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 3을 참조하면, 고장 검출부(110)가 컨버터(200) 내의 센서(210, 220) 중 적어도 하나의 고장을 검출한다 (단계 S310). 고장이 검출되지 않으면 (단계 S310, 아니오), 고장 검출부(110)는 기설정된 주기에 기초하여 반복적으로 고장을 검출한다.
고장이 검출된 경우 (단계 S310, 예), 고장이 검출된 위치를 확인한다 (단계 S320). 고장이 입력 측에서 검출된 경우 (단계 S320, 입력 측)에는 고장 센서의 종류를 파악한다 (단계 S330). 고장이 출력 측에서 검출된 경우 (단계 S320, 출력 측)의 동작은 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
고장이 검출된 센서가 전류 센서인 경우 (단계 S330, 전류), 대체인자 산출부(120)는 고전압 배터리(300)의 전류 센서 측정 값(Ibatt), 상위 제어기로부터 수신한 입력 전력량(Pinput) 및 컨버터(200)의 입력 측 전압 센서 측정 값(Vinput)에 기초하여 대체인자를 산출한다.
실시예에 따라, 컨버터 제어 장치(100)에 포함된 대체인자 산출부(120)는 입력 측에서 고장이 검출된 경우에 고전압 배터리(300)의 센서(310)로부터 측정 값을 수신하고 출력 측에서 고장이 검출된 경우에 부하(500)의 센서(510)로부터 측정 값을 수신할 수 있다. 다시 말하면 대체인자 산출부(120)는 고장이 검출된 위치에 따라 선택적으로 외부의 센서 측정 값을 수신할 수 있다.
유사한 방식으로 대체인자 산출부(120)는 컨버터(200)의 입력 측 센서(210)에서 고장이 검출된 경우에는 상위 제어기로부터 입력 전력량(Pinput)을 수신하고, 컨버터(200)의 출력 측 센서(220)에서 고장이 검출된 경우에는 상위 제어기로부터 출력 전력량(Poutput)을 수신하는 등으로, 고장이 검출된 위치에 따라서 상위 제어기로부터 선택적으로 상이한 종류의 정보를 수신할 수 있다.
대체인자 산출부(120)의 대체인자 산출 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.
컨버터(200)의 입력 측 전류 센서에 고장이 발생하면, 대체인자 산출부(120)는, 입력 측과 근접한 고전압 배터리(300)에 흐르는 전류 값에 상응하는 전류 센서 측정 값(Ibatt)을 전류 추정 값의 하나로 간주한다.
또한 대체인자 산출부(120)는 상위 제어기에서 실제 고전압 배터리(300)의 입력 전력량으로 제공한 값(Pinput)과 컨버터(200)에서 정상적으로 동작하는 입력 측 전압 센서 측정 값(Vinput)을 활용하여 또 다른 전류 추정 값을 산출한다. 대체인자 산출부(120)는 여기서 산출된 입력 전류 추정 값(Ical_input=Pinput/Vinput)과 고전압 배터리(300)의 전류 센서 측정 값(Ibatt)의 차이를 대체인자로 산출한다 (단계 S340).
다시 말하면, 대체인자 산출부(120)는 고장이 발생한 입력 측 전류 센서의 값을 대체할 수 있는 값들로서 고전압 배터리(300)의 전류 센서 측정 값(Ibatt)과 산출된 입력 전류 값(Ical_input=Pinput/Vinput)의 두 가지 전류 값들을 추정 값으로 간주하고 이들 사이의 차이를 대체인자(｜Ibatt-Ical_input｜)로 산출하여 비상동작 제어부(130)에 제공한다.
비상동작 제어부(130)는 대체인자 산출부(120)로부터 제공된 대체인자를 수신하여 컨버터(200)의 전류 센서에서 직접 측정하지 않은 전류 추정 값들이 신뢰할 수 있을 정도인지를 판단하도록 한다. 비상동작 제어부(130)는 대체인자(｜Ibatt-Ical_input｜)가 기설정된 오차 범위(예를 들어 5%) 이내에 있는 지를 판단한다 (단계 S342).
대체인자가 오차 범위 이내에 있다면 (단계 S342, 예), 비상동작 제어부(130)는 대체인자 산출부(120)에서 차선으로 추정한 두 가지 전류 값들이 어느 정도의 신뢰도를 가진다고 보아 전류 센서 측정 값(Ibatt)과 산출된 입력 전류 값(Ical_input=Pinput/Vinput) 중 적어도 하나에 기초하여 정전류 운전을 수행한다 (단계 S344).
대체인자가 오차 범위를 벗어난다면 (단계 S342, 아니오), 비상동작 제어부(130)는 전류 값들이 믿을 만 하지 못하기 때문에 고장 발생을 확정하고 컨버터(200)의 제어를 중단한다 (단계 S360).
컨버터(200)의 제어를 중단하게 되면 결국 차량은 연료전지 스택(400)에만 의존하여 전원을 공급하게 된다.
고장 검출부(110)가 컨버터(200)의 입력 측 센서(210) 중에서 전압 센서에서 고장을 검출한 경우 (단계 S330, 전압), 대체인자 산출부(120)는 고전압 배터리(300)의 전압 센서 측정 값(Vbatt)을 하나의 전압 추정 값으로 수신하고, 상위 제어기로부터 수신한 입력 전력량(Pinput)과 컨버터(200)의 입력 측 전류 센서 측정 값(Iinput)에 기초하여 산출된 입력 전압 추정 값(Vcal_input=Pinput/Iinput)의 차이를 대체인자로 산출한다.
컨버터(200)의 입력 측 전류 센서에서 고장이 검출된 경우와 마찬가지로, 입력 측 전압 센서에서 고장이 검출된 경우 역시, 고전압 배터리(300)의 전압 측정 값(Vbatt)을 하나의 전압 추정 값으로 수신하고, 입력 전력량(Pinput)과 컨버터(200)의 입력 측 전류 센서 측정 값(Iinput)에 기초하여 산출된 입력 전압 추정 값(Vcal_input=Pinput/Iinput)을 또 하나의 추정 값으로 간주한다.
대체인자 산출부(120)는 두 전압 추정 값 사이의 차이를 대체인자(｜Vbatt - Vcal_input｜)로 산출하여 비상동작 제어부(130)에 제공한다 (단계 S350).
비상동작 제어부(130)는 대체인자가 기설정된 오차 범위, 예를 들어 5% 이내인 경우 (단계 S352, 예), 해당 전압 추정 값을 신뢰할만한 값으로 판단하여 차량 상태에 따라 출력전압을 고정한 후 입력제한전류를 제한하는 정전압 운전을 수행한다 (단계 S354).
반면, 대체인자가 기설정된 오차 범위를 벗어나는 경우 (단계 S352, 아니오), 비상동작 제어부(130)는 고장 발생을 확정하고 컨버터(200)의 제어를 중단한다 (단계 S360).
도 4는 컨버터(200)의 출력 측 센서에서 고장이 발생한 경우의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 고장 검출부(110)는 출력 측에서도 고장이 검출된 센서의 종류를 판단한다. 고장이 검출된 센서가 출력 측 전류 센서인 경우 (단계 S335, 전류), 입력 측 전류 센서에서 고장이 검출된 경우와 유사하게 대체인자를 산출할 수 있다.
구체적으로, 대체인자 산출부(120)는 컨버터(200)의 출력 측과 연결된 부하(500)의 전류 센서 측정 값의 합(Iload)을 획득한다. 컨버터(200)의 출력 측에는 적어도 하나의 부하들이 연결될 수 있으며, 이들 부하들에 흐르는 전류들의 전체 합(Iload)에서 연료전지 스택(400)에 흐르는 전류(Istack)의 차이 값을 컨버터(200)의 출력 측에 흐르는 전류 추정 값의 하나로 간주한다.
도 1에서 확인할 수 있듯이, 컨버터(200)는 부하(500)를 통하여 연료전지 스택(400)과 연결되는 바, 부하(500) 전체에 흐르는 전류(Iload)에서 연료전지 스택(400)에 흐르는 전류(Istack)를 뺀 값이 컨버터(200)에서 출력된 전류라고 추정할 수 있기 때문이다.
대체인자 산출부(120)는 컨버터(200)의 출력 측 전압 센서 측정 값(Voutput)과 상위 제어기로부터 수신한 출력 전력량(Poutput)에 기초하여 산출된 전류 추정 값(Ical_output=Poutput/Voutput)을 또 다른 하나의 전류 추정 값으로 간주한다.
마지막으로, 대체인자 산출부(120)는 부하(500)의 전류 센서 측정 값의 합(Iload)과 연료전지 스택(400)에 흐르는 전류(Istack)의 차이 값에서 산출된 전류 추정 값(Ical_output=Poutput/Voutput)을 뺀 값을 대체인자로 산출한다 (단계 S345).
비상동작 제어부(130)는 대체인자 산출부(120)로부터 수신된 대체인자가 기설정된 오류 범위 이내, 예를 들어 5% 오차 이내인 경우 (단계 S347, 예), 차량 상태에 따라 전류 제한 결정 후 출력전압을 제어하는 정전류 운전을 수행한다 (단계 S349).
대체인자가 기설정된 오류 범위를 벗어나는 경우 (단계 S347, 아니오), 비상동작 제어부(130)는 고장 발생을 확정하고 컨버터(200)의 제어를 중단하며, 실시예에 따라 고장 발생이 확정된 사실을 운전자에게 통보할 수 있다 (단계 S365).
출력 측의 전압 센서에서 고장이 검출된 경우 (단계 S335, 전압), 마찬가지로 대체인자 산출부(120)는 두 가지의 전압 추정 값을 활용할 수 있다. 하나는 컨버터(200)의 출력 측과 연결된 적어도 하나의 부하(500)에서 감지되는 전압의 평균 값(Vload_avg)이다. 출력 측에 흐르는 전류 값을 산출할 때에는 적어도 하나의 부하(500)에 흐르는 전류 값들을 모두 더했으나, 전압의 경우에는 각각의 부하(500)에 걸리는 전압의 값을 평균내면 된다. 그리고 다른 하나의 전압 추정 값은 상위 제어기로부터 수신한 출력 전력량(Poutput)과 컨버터(200)의 출력 측 전류 센서 측정 값(Ioutput)에 기초하여 산출한다. 대체인자 산출부(120)는 산출된 전압 추정 값(Vcal_output=Poutput/Ioutput)과 부하(500)의 전압 평균 값(Vload_avg)의 차이를 대체인자(｜Vload_avg - Vcal_output｜)로 산출한다 (단계 S355).
비상동작 제어부(130)는 대체인자 산출부(120)에서 수신한 대체인자가 기설정된 오차 범위 이내인지를 판단한다 (단계 S357).
대체인자가 오차 범위 이내인 경우 (단계 S357, 예), 비상동작 제어부(130)는 차량 상태에 따라 출력전압을 고정한 후에 입력제한전류제어를 통한 정전압 운전을 수행한다 (단계 S359).
반면에 대체인자가 오차 범위를 벗어나는 경우 (단계 S357, 아니오), 비상동작 제어부(130)는 고장 발생을 확정하고 컨버터(200) 제어를 중단한다 (단계 S365).
설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치 및 컨버터 제어 방법은 연료전지 차량에서 컨버터(200) 내의 센서 중 일부에 고장이 검출된 경우, 입력 측인 고전압 배터리(300)의 전압 전류를 측정하는 센서와 출력 측인 부하(500)의 전압 전류를 측정하는 센서의 값을 활용한다. 또한 상위 제어기로부터 CAN 통신과 같은 차량 내 통신을 통하여 수신한 컨버터(200)의 입력 전력량과 출력 전력량과 컨버터(200)에서 정상 동작하는 전압 전류 센서의 측정 값을 통하여 전압 전류 추정 값을 산출함으로써 컨버터(200)의 비상동작을 수행할 수 있다.
이와 같이 컨버터(200) 내의 일부 센서에서 고장이 검출된 경우라고 하여 연료전지 스택(400)만을 사용하는 것이 아니라, 컨버터(200) 주변의 측정 값들을 활용하여 컨버터(200)를 제어함으로써 차량 시스템의 협조 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 전체 시스템의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 컨버터 제어 장치
110 : 고장 감지부
120 : 대체인자 산출부
130 : 비상동작 제어부

Claims (12)

  1. 컨버터에 구비된 센서의 고장을 검출하는 고장 검출부;
    상기 고장 검출에 따라 입력 측 센서에서 고장이 검출된 경우에는 상기 컨버터의 입력 측과 연결된 고전압 배터리 내 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하고, 출력 측 센서의 고장인 경우에는 적어도 하나의 부하에 연결된 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하는 대체인자 산출부; 및
    상기 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 동작을 제어하는 비상동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장 검출부는 고장이 발생한 센서 위치 및 센서 종류를 검출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 대체인자 산출부는,
    상기 입력 측 전압 센서의 고장인 경우, 상기 고전압 배터리 내 전압 센서 측정 값, 상위 제어기로부터 수신한 입력 전력량 및 상기 컨버터 내 입력 측 전류 센서 측정 값에 기초하여 상기 대체인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 대체인자 산출부는,
    상기 입력 측 전류 센서의 고장인 경우, 상기 고전압 배터리 내 전류 센서 측정 값, 상위 제어기로부터 수신한 입력 전력량 및 상기 컨버터 내 입력 측 전압 센서 측정 값에 기초하여 상기 대체인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 대체인자 산출부는,
    상기 출력 측 전압 센서의 고장인 경우, 상기 적어도 하나의 부하에 연결된 전압 센서 측정 값의 평균 값, 상위 제어기로부터 수신한 출력 전력량 및 상기 컨버터 내 출력 측 전류 센서 측정 값에 기초하여 상기 대체인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 대체인자 산출부는,
    상기 출력 측 전류 센서의 고장인 경우, 상기 적어도 하나의 부하에 연결된 전류 센서 측정 값의 합, 상위 제어기로부터 수신한 출력 전력량 및 상기 컨버터 내 출력 측 전압 센서 측정 값에 기초하여 상기 대체인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  7. 청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 비상동작 제어부는,
    상기 산출된 대체인자가 기설정된 오차 범위 이내인 경우, 정상 동작 시보다 출력 전압 변동 폭을 줄여 정전압 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  8. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 비상동작 제어부는,
    상기 산출된 대체인자가 기설정된 오차 범위 이내인 경우, 전류 제한을 결정하여 정전류 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 고장 검출부는 기설정된 주기를 가지면서 반복적으로 고장을 검출하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  10. 고장 검출부가, 컨버터에 구비된 센서의 고장을 검출하는 단계;
    대체인자 산출부가, 상기 고장 감지에 따라 상기 컨버터 내 입력 측 센서의 고장인 경우에는 상기 컨버터와 연결된 고전압 배터리 내 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하고, 상기 컨버터 내 출력 측 센서의 고장인 경우에는 적어도 하나의 부하에 연결된 센서 측정 값에 기초하여 대체인자를 산출하는 단계; 및
    비상동작 제어부가, 상기 산출된 대체인자에 기초하여 정전압 또는 정전류 방식으로 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 대체인자를 산출하는 단계는,
    상위 제어기로부터 입력 전력량을 수신하는 단계;
    상기 컨버터 내 입력 측 전압 센서의 고장인 경우에 상기 고전압 배터리 내 전압 센서로부터 측정 값을 수신하고 상기 컨버터 내 입력 측 전류 센서의 고장인 경우에 상기 고전압 배터리 내 전류 센서로부터 측정 값을 수신하는 단계; 및
    상기 컨버터 내 입력 측 전압 센서의 고장인 경우 상기 입력 전력량과 상기 컨버터 내 입력 측 전류 센서 측정 값에 기초하여 산출된 값과 상기 고전압 배터리 내 전압 센서 측정 값 사이의 차를 상기 대체인자로 산출하고, 상기 컨버터 내 입력 측 전류 센서의 고장인 경우 상기 입력 전력량과 상기 컨버터 내 입력 측 전압 센서 측정 값에 기초하여 산출된 값과 상기 고전압 배터리 내 전류 센서 측정 값 사이의 차를 상기 대체인자로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 대체인자를 산출하는 단계는,
    상위 제어기로부터 출력 전력량을 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 부하에 연결된 전압 센서 측정 값 및 전류 센서 측정 값을 수신하는 단계; 및
    상기 컨버터 내 출력 측 전압 센서의 고장인 경우, 상기 부하에 연결된 전압 센서 측정 값의 평균 값을 산출하여 상기 출력 전력량과 연산하고 상기 컨버터 내 출력 측 전류 센서 측정 값과의 차를 상기 대체인자로 산출하고, 상기 컨버터 내 출력 측 전류 센서의 고장인 경우, 상기 부하에 연결된 전류 센서 측정 값의 합과 상기 출력 전력량을 연산하고 상기 컨버터 내 출력 측 전압 센서 측정 값과의 차를 상기 대체인자로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
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