HV 모터 콘트롤러(SEVCON GEN4) 매뉴얼 정리 (1)

[20 최범수]

안녕하세요 HV 팀원 최범수입니다

오늘부터 모타-컨트롤러 매뉴얼의 내용을 정리해 올려보려고 합니다

공부를 하다보니 느낀건데 <100페이지가 넘는 방대한 양 + 전부 영어+ 전문용어 남발>이라는 삼위일체로 인해 매뉴얼 공부에 진입장벽이 꽤나 크더군여

이후 차량제작에 있어 모터컨트롤러 매뉴얼의 접근성을 높여보고자 중요한 내용 위주로 한글로 풀어 정리해볼랍니다

장편 연재가 될 것 같군용

레쓰겟스타디드

[GEN4 APPLICATIONS REFERNCE MANUAL REV.3.4]

CHAPTER 1. Introduction

-매뉴얼은 3각 투상법과 SI 단위계를 사용합니다

-경고표시 

 빨간세모 : 어기면 당신은 죽을수도 있습니다

 노란세모 : 어기면 당신은 다칠수도 있습니다

 노트마크 :  참고하면 좋습니다

 빨간세모와 노란세모는 추후 등장시마다 강조해두도록 하겠습니다

- Product Identification Label : Type #, Part #, Serial # 세가지가 적혀있습니다. 세브콘 본사와 이야기할때 필요하다는데, 과연 쓸일이 있을까싶긴하네요

챕터1은 그냥 인트로입니다. 크게 중요하진 않아보입니다

CHAPTER 2. ABOUT GEN4

Introduction

-SEVCON GEN4는 3상 교류 인덕션 모터와 PMAC 모터(=ME1302, 현재 사용하는 모터)를 제어하도록 설계됨 

-차량구동(traction) 이나 펌프에서 적용가능

-컨트롤러의 출력 전류는 부하(load)와 주변 작동 환경에 맞게 조정됨

 (+관련 배경지식)

 모터컨트롤러는 모터에 집어넣는 전류를 조절해서 모터를 제어합니다. (배터리->모터콘트롤러->모터) 

 전류는 토크(가속력), 전압은 최대속도(RPM)와 연관이 있습니다.

 모터콘트롤러가 끄집어내는 배터리 방전량을 고려해서 배터리팩을 설계한다면, 배터리는 모터콘트롤러에서 상황에 맞게 끄집어내는 만큼 전류를 뽑아줄수 있다고 생각하면 됩니다. 

 삼성 INR21700-40T 셀 하나의 최대 지속 방전 전류는 35A-45A 입니다.

-아날로그/디지털 입출력을 스위치, 센서, 접촉기, 밸브, CAN통신에 이용할 수 있습니다.

 (+관련 배경지식)

 위 내용은 와이어링에 관한 내용으로 보입니다.(구멍 35개 뚫린 그거).

-[노트마크] '시그널을 올바른 소프트웨어기능에 연결해야합니다'

 -> 되게 뜬구름잡는 얘기처럼 보이네요. 페이지 6-10 'object mapping'에 적혀있다니 거기가서 다시 봅시다.

-Configuration과 Control은 DVT나 SEVCON Calibrator handset으로 커스터마이징 가능합니다. (둘다 윈도우 베이스 소프트웨어)

 Standard Features and Capabilities

-우리는 현재 중간 사이즈인 Size4를 사용하고 있습니다.

- Gen4는 차량 구동과 펌프에 적용할 수 있습니다. 적혀있는 예시들은 다양한 사용처를 나열해 놓은 걸로 보이네요.

Overview of a Truck Drive System

-위 예시는 컨트롤러 2개를 사용하여 모터와 펌프를 사용하는 경우이므로, 1컨트롤러-1모터를 사용하는 우리의 차량과는 다릅니다.

-Gen4와 비SEVCON 장비간의 통신은 CANopen 프로토콜을 사용합니다.(아마 쓸일 없는 걸로 압니다)

-내부제어회로와 소프트웨어의 signal power는 배터리로부터 컨트롤 퓨즈와 키스위치를 거쳐 옵니다.

-line contactor를 이용하여 폐쇄 타이밍을 제어한다면 별도의 돌입전류 제어가 필요하지 않습니다.

- 소프트웨어 제어를 통해 다음 과정이 진행됩니다.

 1. key switch signal line을 거쳐, 사용자가 지정한 배터리 전압의 일정 퍼센티지로 input capacitor 충전

 2. line contactor 폐쇄

3. 모터에 필요한 출력 생성

 (+ 관련 배경지식)

 배터리를 그냥 연결하면 돌입전류로 인해 손상의 위험이 있어, 초기 충전이 필요합니다.

https://luftaquila.io/blog/e-formula/precharge/

초기 충전에 대한 개념이 잘 설명되어있는 글이니 한번씩 읽어보길 바랍니다! 

초기충전 회로

-퓨징은 'On-board fuse mounting' 섹션에서 다시 봅시다.

Principles of Operation

작동원리에 관하여, 기능/인터페이스/Master-slave operation 등으로 나누어 소개하는 파트입니다. 

- Gen4의 주기능 :

 3상 농형 교류 인덕션 모터 or  PMAC 모터의 출력 제어

 '4구간 토크 &속력 제어' : 전진 구동/ 전진 제동/ 후진 구동/ 후진 제동

(+관련 배경지식)

4구간 제어	전진구동	전진제동	후진구동	후진제동
회전	정방향	정방향	역방향	역방향
토크	정방향	역방향	역방향	정방향

 회생제동 : 운동에너지를 회수하여 전기에너지로 변환 후 배터리에 저장

- 운전자의 제어 명령은 두가지로 나뉩니다.

 디지털 제어 (풋스위치, 시트스위치 등)

 아날로그 제어 (쓰로틀, 풋브레이크)

 -> 이후 와이어링 내용을 보면 디지털/아날로그 인풋을 넣는 핀 번호가 있는 걸 볼 수 있습니다. 와이어링부분에서 다시 봅시다 

- 모터 콘트롤러는 모터에 필요한 토크를 생성하기위해 전류가 얼마나 필요한지 계산합니다. 

-전류에는 'd축 전류'와 'q축 전류'가 있으며, 각각 자속, 토크를 발생시킵니다. 각 전류를 조절하여 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

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- 페이지 3-14 지원하는 디지털/ 아날로그 인풋 소스 : Gen4가 외부의 전기장치와 상호작용하기 위해 지원하는 것들이 적혀있으니 3챕터에서 자세히 살펴 보도록 합시다.

- '토크 모드' : 현 쓰로틀 포지션에서 모터 토크를 일정하게 유지합니다.

(+관련 배경지식) 

 모터의 토크가 일정하게 유지될때 외부의 부하토크가 낮아지면 속도가 엄청 증가하지 않나? 

 당연히 그러하다. <모터토크-부하토크 = 회전속도 변화량 * 회전관성>

 그래서! 토크 모드에는 최대속도제한 기능이 있다고 합니다

- '속도 모드' : 현 쓰로틀 포지션에서 모터 속도를 일정하게 유지합니다. 

 -> 요청된 속도(=현제 쓰로틀 포지션)와 현재 속도를 바탕으로 Gen4가 토크 필요값을 계산합니다. 토크에 상관없이 정확한 속도 조절이 필요할 때 속도 모드를 사용하면 좋습니다.

[빨간 세모] 속도 모드는 휠 잠김 상태를 유발할 수 있기에 on-highway용으로는 사용하지 않는게 좋습니다.

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사실 이 부분의 내용을 전부 정리하고 싶었지만.. 불필요해보이는 내용도 많고 직관적이지도 않네요.

중요해보이거나 쓸만한 부분은 위에 정리해 놓았으니 나머지 내용들은 대강 읽어보면 좋겠습니다.

Safety and Protective Functions

경고문 파티입니다! 모터콘트롤러를 취급할때 주의해야 할 다양한 수칙들이 나열되어있으니 숙지하도록 합시다.

[빨간세모]

- 시험 구동, fault-finding, 기타 조정시 모터 컨트롤러는 잘 아는 사람이 다뤄야 합니다. 이때 구동륜은 구속없이 바닥으로부터 떠 있어야합니다. 우리는 모터콘트롤러를 잘 아는 사람이 되어야겠죠? 

- 컨트롤러를 분리하기전엔 무조건 배터리를 먼저 분리하고 30초를 기다려야 합니다.(내부 커패시터 방전)

- PMAC 모터를 최고 속도로 사용한다면 peak line to line 역기전력이 Non-operational 전압보다 낮아야 합니다.(손상 위험)

 ->peak line to line이 정확히 어떤 개념인지 찾기가 어렵네요. 아시는 분은 댓글부탁드립니다!

- PMAC모터는 발전기로 작용할 수 있기 때문에, PMAC 모터를 가진 차량을 함부로 견인해서는 안됩니다. 차량 정격 속도를 넘어선 수준으로 견인시 모터에서 발생한 전압이 컨트롤러를 망가뜨릴 수 있습니다.

- PMAC 모터는 브레이킹을 하거나 내리막길을 내려가는 상황에서도 발전기로 작용합니다. 이때 발생한 단락 회로 전류가 컨트롤러의 정격 전류를 넘어선 안됩니다.

- Gen4에 전원이 들어오고 시스템에 연결되기전에 배터리 충전기와 분리해야 합니다.(손상 위험)

전반적으로 모터콘트롤러가 손상될 수 있는 조건들을 설명하고 있습니다. 배터리/충전기와 분리하는 걸 까먹지 말고, 우리가 사용하는 ME1302가 PMAC 모터라는 점을 항상 유념하고 있으면 되겠습니다. 인력이 아닌 큰 힘을 통해 빠른 속도로 차를 견인한다면.. 영구자석 모터는 모터가 아니게 됩니다!

[노트 마크]

- 작동하지 않는 요소가 있다고 함부로 컨트롤러의 뚜껑을 따면 워런티가 파괴됩니다.

- 컨트롤러에 함부로 기계적 변형을 가해도 워런티가 파괴됩니다.

- National vehicle and electrical codes에 따라 적절한 정격을 가진 케이블을 사용하고 퓨징 해야합니다.

- 적정 토크가 아니면 컨트롤러가 손상될 수 있습니다. 컨트롤러에 동봉된 패스너를 사용하는걸 권장합니다.

- 매뉴얼 안지켜서 발생하는 사고와 문제들은 니네 탓입니다.

보증에 관련된 뻔한 이야기니 참고만 하고 넘어갑시다.

On-Highway Vehicles

- drive input(쓰로틀 등)은 단선 감지와 같은 적절한 보호 조치가 필요합니다. 한 지점이 잘못되었다고 위험한 상황이 발생하면 안되기 때문이죠.

- 다행히도 Gen4는 모든 아날로그 입력에 대해 단선 감지를 지원합니다. 와우!

- 와이어링 오류로 인한 위험한 상황을 방지하기 위해 각종 안전 인터락도 있다고 합니다.

 (+ 관련 배경지식)

 인터락(interlock)은 KSAE 규정에도 자주 언급되죠? 인터락은 쉽게 말해, 인터락으로 연결된 두 개의 장치 중 하나가 차단되면 나머지 하나도 꺼버리는 안전장치로 생각하면 되겠습니다.

 - 항상 활성화를 추천하는 기능들 :

 아날로그 입력 단선감지, 단선 한계보다 0.5V 큰 유효 아날로그 입력 전압, 적절한 안전 인터락

- 위 내용은 페이지 6-13 '아날로그 입력'과 페이지 6-16 'Vehicle peformance configuration'에서 더 자세히 나온답니다.

- Gen4는 차량용으로만 제작된 컨트롤러가 아닙니다! 그렇기에 모든 기능이 차량 구동용으로 사용하기에 적합한 것은 아닙니다.

 -> 특정 기능을 활성화하면 쓰로틀에 의한 모터의 제어가 아닌, 별개의 모터 작동이 발생할 수 있습니다. 

- 차량 구동에 사용시 비활성화해야하는 기능들 :

 Proportional Speed Limit, Hill hold, Controlled Roll-Off, Speed mode, Electromechanical Brake Output, Inching, Belly switch, Unused Driveability Profiles

  -> 구동륜 잠김, 과잉 브레이크, 의도하지 않은 주행, 최고속도의 갑작스런 감소 등이 발생할수 있다니 반드시 꺼놓읍시다.

Fault Detection and Handling

- Fault에는 위와 같이 다섯가지의 카테고리가 있습니다.

- RTB, VS, S는 즉시 시스템을 차단하고 전원을 제거해야합니다!

- 해당 Fault 발생 시 클리어할수 있는 사람/ 조건이 다 다릅니다. 가장 심각한 RTB는 Sevcon 직원이 와야한다네요?

- 자세한 내용은 페이지 7-9에 있답니다.

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이렇게 챕터2까지 자세하게 정리해보았습니당.

몇 달전 매뉴얼을 처음보고 멘붕에 빠진 제 모습을 떠올리며, 매뉴얼 공부를 쉽게 접근할 수 있게 자료를 만든다는 느낌으로 적어봤는데 많이 늘어지는 듯 하네요

 다음글부터는 템포를 좀 올려보겠습니다!

저도 아직 공부하는 입장이니 틀린내용이 있을 수 있습니다. 피드백해주시면 감사하겠습니다~

2편에서 계속..

[21 이인서]

빠른 속도로 차를 견인하면 안된다... 따흐흑

[20 조현승]

SI단위계를 사용한 점은 아쉽네요...야드파운드법을 사용했으면 범수가 더 고생했을텐데요

[20 최범수]

크 아 아 악