KR0184809B1 - Battery charging system of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 전기자동차의 엔진 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 충전 상태에 따라 전기 에너지를 발생시키는 발전기 구동용 엔진을 온/오프 제어하는 복합 전기자동차의 엔진 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an engine control apparatus for a composite electric vehicle, and more particularly, to an engine control apparatus for a composite electric vehicle for controlling on / off an engine for driving a generator that generates electric energy according to a state of charge of a battery.
즉, 본 발명의 구성은 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 동력발생장치, 동력발생장치에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지변환장치, 에너지변환장치에서 발생된 전원을 정전압으로 제어하는 전압조정기, 전압조정기에서 공급되는 정전압전원을 충전하고 이를 다시 필요에 따라 방전하는 축전장치로 이루어지는데 전압조정기는 배터리의 온도를 검출하여 검출된 온도에 따른 최적의 배터리 충전 전류값을 산출하여 이를 기초로하여 배터리에 충전전류를 인가한다.That is, the configuration of the present invention is a power generator for generating power energy by receiving a fuel, an energy conversion device for converting the power energy generated in the power generator into electrical energy, controlling the power generated in the energy conversion device to a constant voltage It consists of a voltage regulator and a power storage device that charges the constant voltage power supplied from the voltage regulator and discharges it as needed. The voltage regulator detects the temperature of the battery and calculates an optimal battery charging current value according to the detected temperature. The charging current is applied to the battery.
따라서, 본 발명에 의하면, 첫째, 최적의 배터리 충전상태를 파악하여 배터리를 충전함으로써, 일회충전의 방전시간을 극대화하여 잦은 충전으로 인한 엔진구동을 막을 수 있다. 따라서, 연료 절약 및 환경오염을 줄이는 효과가 있다. 둘째, 배터리 충전시 과충전을 막아 배터리의 사이클 수명을 극대화 할 수 있다. 따라서, 배터리를 충전시키기 위한 엔진 구동의 횟수를 줄일 수 있어 연료 절약 및 환경오염을 줄이는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, first, by charging the battery by grasping the optimum state of charge of the battery, it is possible to prevent the engine driving due to frequent charging by maximizing the discharge time of a single charge. Therefore, there is an effect of reducing fuel saving and environmental pollution. Second, the battery can maximize the cycle life of the battery by preventing overcharging. Therefore, it is possible to reduce the number of engine driving to charge the battery has the effect of saving fuel and environmental pollution.
Description
본 발명은 복합 전기자동차의 배터리 충전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 충전전하량 상태와 배터리의 온도에 따라 배터리의 충전전류를 제어하기 위한 복합 전기자동차의 배터리 충전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging system of a composite electric vehicle, and more particularly, to a battery charging system of a composite electric vehicle for controlling the charging current of the battery according to the state of charge charge amount of the battery and the temperature of the battery.
일반적인 의미의 엔진-전지 하이브리드방식의 전기자동차(이하 하이브리드 전기자동차라 한다.)는 전기자동차의 실용화보급의 최대의 과제인 주행성능, 항속거리 등 동력성능을 보완하기 위하여, 소배기량의 내연기관을 탑재하는 자동차를 말하며, 기존내연기관차량에 비해 배기가스가 청정하기 때문에 저공해차로서의 이점을 가지고 있다. 이러한 특징을 갖는 복합 전기자동차는 직렬과 병렬방식으로 대별되는데 직렬방식은, 엔진의 동력을 발전기를 통해 전력으로 변환하여 이를 전지에 충전한 후, 충전된 전력으로 전동기를 구동하며, 병렬방식은 엔진, 발전기, 구동계가 기계적으로 직결되어, 엔진주행시에는 여유분의 동력을 전지에 충전하고, 전지에 의한 주행시에는 엔진이 발전기에 동력을 공급하여 전지에 전력을 공급한다.In general, the engine-battery hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as a hybrid electric vehicle) is a small displacement internal combustion engine to compensate for the power performance, such as driving performance and range, which are the biggest challenges for the commercialization of electric vehicles. It refers to a vehicle to be mounted, and has an advantage as a low pollution vehicle because the exhaust gas is clean compared to the existing internal combustion engine vehicle. Composite electric vehicles having such characteristics are roughly divided into series and parallel methods. In the series method, the engine is converted into electric power through a generator and charged in a battery, and then the electric motor is driven with the charged power. In addition, the generator and the drive system are directly connected to each other, and the engine is charged with extra power when the engine is running, and the engine supplies power to the battery while the engine is driven by the battery.
도 1은 전술한 복합 전기자동차의 직,병렬방식에서 일반적으로 사용하는 복합 전기자동차의 전원 제어 블럭도로서, 구성요소는 다음과 같다.1 is a power control block diagram of a composite electric vehicle generally used in the series and parallel type of the above-described composite electric vehicle, the components are as follows.
내연기관인 엔진(10), 상기 엔진(10)과 기계적으로 직결되어 엔진(10)의 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(20), 상기 발전기(20)에서 발생된 교류전원을 정류시켜 일정크기의 전원으로 유지시키는 전압조정기(30), 상기 전압조정기(30)에서 공급된 전기에너지를 기계적 동력에너지 및 타 에너지 형태로 변환하여 소비시키는 부하, 상기 발전기(20)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 사용할 수 있는 배터리(40) 등으로 구성된다.The engine 10, which is an internal combustion engine, is directly connected to the engine 10 to convert the power of the engine 10 into electrical energy, and rectifies AC power generated by the generator 20 to rectify a predetermined size. Voltage regulator 30 to be maintained as a power source, a load for converting the electrical energy supplied from the voltage regulator 30 to mechanical power energy and other energy forms to consume, the extra electricity of the electrical energy generated from the generator 20 It is composed of a battery 40 and the like can be stored and discharged again to use energy.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 복합 전기자동차의 배터리 충전 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the battery charging operation of the conventional composite electric vehicle having the configuration as described above are as follows.
상기 엔진(10)은 현재 사용중인 가솔린 자동차의 내연기관과 동일한 개념으로 제작된 것으로 복합 전기자동차에 탑재하기 위해 소형으로 제작된다. 이러한 소형제작에 힘입어 현재의 가솔린 자동차의 배기가스보다 더 청정한 배기가스를 배출하기 때문에 저공해 자동차로서의 잇점을 구비한다. 이러한 엔진(10)은 발전기(20)와 기계적으로 직결되어 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시킨다.The engine 10 is manufactured in the same concept as the internal combustion engine of a gasoline vehicle currently in use, and is made compact in order to be mounted on a composite electric vehicle. Thanks to such a small production, it produces a cleaner exhaust gas than the exhaust gas of the current gasoline automobile, and thus has an advantage as a low pollution vehicle. The engine 10 is mechanically connected directly to the generator 20 to convert mechanical energy into electrical energy.
상기 발전기(20)는 영구자석((Permanent Magnet)형 발전기로서, 그 대략적인 구조는 발전기 고정자의 소정위치에 고정되어 설치된 전기자 코일, 상기 전기자 코일과 소정간격 이격되어 회전가능하도록 설치된 영구자석을 취부한 회전자로 설명할 수 있다. 이러한 구조에서 영구자석 회전자가 회전하게 되면 상기 전기자 코일과 상기 영구자석 회전자 사이에 플레밍의 오른손 법칙(Fleming's right hand rule)에 의한 기전력이 유기된다. 이 발생된 기전력(교류전원)은 전압조정기(30)를 통해 직류전원으로 변환된다.The generator (20) is a permanent magnet type (permanent magnet) generator, the approximate structure of the armature coil is fixed to a predetermined position of the generator stator, the permanent magnet is installed so as to be rotatable and spaced apart from the armature coil In this structure, when the permanent magnet rotor rotates, the electromotive force by Fleming's right hand rule is induced between the armature coil and the permanent magnet rotor. The electromotive force (AC power) is converted into DC power through the voltage regulator 30.
상기 전압조정기(30)는 발전기(20)에서 출력되는 교류전원을 직류전압으로 변환시키는 정류소자인 다이오드, 상기 다이오드의 캐소드단에 상기 발전기(20)에서 출력되는 전압의 위상을 제어하는 다이리스터 및 상기 다이리스터의 온/오프 동작을 통해 부하 및 배터리(40)의 충전 전류를 제어한다.The voltage regulator 30 is a diode which is a rectifying element for converting AC power output from the generator 20 into a DC voltage, a thyristor for controlling the phase of the voltage output from the generator 20 at the cathode end of the diode and the The on / off operation of the thyristor controls the charging current of the load and the battery 40.
그리고, 상기 전압조정기(30)에서 변환된 직류전원은 차량에 소요되는 모든 부하의 전력을 충당하게 된다. 또한, 여분의 전류는 배터리(40)에 저장하게 되는데, 보통 배터리는 저전압 용량의 다수개의 배터리를 직렬연결시켜 사용한다. 이처럼 다수개의 배터리를 충전시킬 경우 정격출력 전압이 정해지면 이 정격전압 출력값에 대해 최소 전압값을 설정하게 되고 배터리의 방전으로 충전압이 떨어져 설정된 최소 전압값에 이르게 되면 엔진을 구동시켜 배터리를 재충전하도록 시스템이 운영된다.In addition, the DC power converted by the voltage regulator 30 covers the power of all loads required for the vehicle. In addition, the extra current is stored in the battery 40, which is usually used by connecting a plurality of batteries of low voltage capacity in series. When charging multiple batteries like this, when the rated output voltage is determined, the minimum voltage value is set for the rated output voltage. When the charge pressure drops due to the discharge of the battery, the engine is recharged by driving the engine. The system is running.
그러나, 이와 같은 종래의 복합 전기자동차의 배터리 충전 제어 장치에서는 배터리의 실제적인 충전 전하량과는 무관하게 단지, 배터리의 출력전압값의 저하에 따라 엔진을 온 시켜 배터리를 재충전하도록하여 배터리의 정격출력값에 상당하는 전압값이 측정되면 엔진을 정지시켜 배터리의 충전 동작을 완료한다. 때문에, 배터리의 온도 또는 주변 환경의 영향으로 배터리의 충전 특성이 틀려지게 되는 경우 종래의 충전 방식으로는 배터리의 에너지밀도를 높이는데 한계가 있고 또한, 배터리의 에너지밀도가 낮아 자주 재충전해야 하는 문제점과 이에 따른 엔진의 필요이상의 구동에 따른 연료소비 및 매연 발생의 문제가 발생한다.However, in the conventional battery charge control device of the composite electric vehicle, regardless of the actual amount of charge charge of the battery, only the engine is recharged by recharging the battery when the output voltage value of the battery decreases, so that When the corresponding voltage is measured, the engine is stopped to complete the charging operation of the battery. Therefore, when the charging characteristic of the battery is incorrect due to the temperature of the battery or the surrounding environment, the conventional charging method has a limitation in increasing the energy density of the battery, and also requires a frequent recharging due to the low energy density of the battery. Accordingly, there is a problem of fuel consumption and soot generation due to the drive of the engine more than necessary.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리의 충전 전하량과 배터리의 온도의 검출 데이터를 기초로 하여 배터리에 인가되는 충전전류를 제어하고자하는 복합 전기자동차의 배터리 충전시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a battery charging system for a composite electric vehicle that is intended to control the charging current applied to the battery based on detection data of the charge amount of the battery and the temperature of the battery. .
도 1은 일반적인 복합 전기자동차의 배터리 충전 제어블럭도,1 is a battery charge control block diagram of a typical composite electric vehicle,
도 2는 본 발명에 따른 복합 전기자동차의 배터리 충전시스템 제어블럭도.Figure 2 is a battery charging system control block diagram of a composite electric vehicle according to the present invention.
도 3은 배터리의 충전전압과 온도와의 관계를 보인 그래프.3 is a graph showing the relationship between the charging voltage and the temperature of the battery.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 엔진 20 : 발전기10: engine 20: generator
30 : 전압조정기 40 : 배터리30: voltage regulator 40: battery
50 : 온도감지부 60 : SOC측정부50: temperature detection unit 60: SOC measurement unit
100 : 제어부100: control unit
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 동력발생장치, 상기 동력발생장치에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지변환장치, 상기 에너지변환장치에서 발생된 전원을 정전압으로 제어하는 전압조정기, 상기 전압조정기에서 공급되는 정전압전원을 충전하고 이를 다시 필요에 따라 방전하는 축전장치를 갖춘 복합 전기자동차 엔진 제어장치에 있어서,The configuration of the present invention for achieving this object is a power generator for generating power energy by receiving fuel, an energy conversion device for converting the power energy generated in the power generator into electrical energy, generated in the energy conversion device In the composite electric vehicle engine control device having a voltage regulator for controlling the power to a constant voltage, and a power storage device for charging the constant voltage power supplied from the voltage regulator and discharge it as needed,
상기 배터리의 온도를 검출하기위한 온도감지부, 상기 배터리의 충전전하량을 측정하는 SOC측정부, 상기 온도감지부와 상기 SOC측정부에서 인가된 신호를 받아 최적의 배터리 충전전류값을 산출하여 상기 배터리에 전류를 인가하고 충전이 완료되면 상기 엔진을 오프 제어하는 제어부로 이루어진다.A temperature sensing unit for detecting a temperature of the battery, an SOC measuring unit measuring a charge charge amount of the battery, a signal applied from the temperature sensing unit and the SOC measuring unit, and calculating an optimal battery charging current value to calculate the battery The controller is configured to apply an electric current to the engine and control the engine off when charging is completed.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, one preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 복합 전기자동차용 엔진 제어 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of an engine control apparatus for a composite electric vehicle according to the present invention.
도 2를 보면 내연기관인 엔진(10), 상기 엔진(10)과 기계적으로 직결되어 엔진(10)의 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(20), 상기 발전기(20)에서 발생된 교류전원을 정류시켜 일정크기의 정전압으로 유지시키는 전압조정기(30), 상기 전압조정기(30)에서 공급된 전기에너지를 기계적 동력에너지 및 타 에너지 형태로 변환하여 소비시키는 부하(미도시), 상기 발전기(20)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 사용할 수 있는 배터리(40), 상기 배터리(40)의 온도를 측정하기위한 온도감지부(50), 상기 배터리(30)의 충전전하량을 측정하기 위한 SOC측정부(60), 상기 배터리(30)와 상기 SOC측정부(60)의 검출신호를 기초로 하여 최적의 배터리 인가 전류치를 결정하고 이어 상기 엔진을 오프 제어할 수 있는 제어부(100) 등으로 구성된다.Referring to FIG. 2, an engine 10, which is an internal combustion engine, a generator 20 directly connected to the engine 10 to convert the power of the engine 10 into electrical energy, and rectifies AC power generated by the generator 20. In order to maintain the constant voltage of a constant size, the voltage regulator 30, a load (not shown) to convert the electrical energy supplied from the voltage regulator 30 into mechanical power energy and other energy forms (not shown), the generator 20 Battery 40 that can be used to store and discharge the excess electrical energy of the generated electrical energy again, the temperature sensing unit 50 for measuring the temperature of the battery 40, the charge amount of the battery 30 A controller for determining an optimal battery applied current value based on detection signals of the SOC measuring unit 60, the battery 30, and the SOC measuring unit 60 to measure the power, and then controlling the engine off. 100) as a sphere It is.
상기 구성요소중 도 1과 동일한 부분에는 동일한 도면번호를 병기하고, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 대신한다.The same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1, and description thereof is replaced with the above description.
이하, 복합 전기자동차의 동작 설명을 하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the composite electric vehicle will be described.
복합 전기자동차는 동력원이 배터리(40)에 있는 것으로 이 배터리(40)는 외부로부터 충전 또는 자체 엔진(10)을 구동시켜 발전기(20)를 통해 전력을 충전 받는다. 따라서, 복합 전기자동차가 운전되기 위해서는 배터리(40)에 충전된 전력을 방전하여 차륜구동모터를 구동시켜야 한다.In the composite electric vehicle, a power source is located in the battery 40, and the battery 40 is charged from the outside or charged by the generator 20 by driving its own engine 10. Therefore, in order to operate the composite electric vehicle, the electric power charged in the battery 40 must be discharged to drive the wheel driving motor.
이러한 이유로 인해 배터리(40)는 항상 충전된 상태를 유지하여야 하고, 이를 위해 전압조정기(30)에서는 발전기(20)에서 공급된 전원을 정전압원으로 유지시켜 배터리(40)가 상시 충전될 수 있도록 정전압 충전을 실시한다. 이러한 정전압 충전방식에서의 배터리(40) 충전상태는 인가되는 전압과 전류값에 의해 결정되고, 이에 따라 엔진을 온/오프 제어하게 된다. 그런데, 일반적으로 배터리(40)의 충전 전하량은 온도와도 밀접한 관계를 가지고 있는데 도 3은 이러한 배터리(40)의 충전 전압과 온도와의 특성을 보여준다.For this reason, the battery 40 should always be in a charged state. For this purpose, the voltage regulator 30 maintains the power supplied from the generator 20 as a constant voltage source so that the battery 40 can be constantly charged. Perform charging. The state of charge of the battery 40 in the constant voltage charging method is determined by the applied voltage and the current value, thereby controlling the engine on / off. However, in general, the charge amount of the battery 40 has a close relationship with the temperature, and FIG. 3 shows the characteristic of the charge voltage and the temperature of the battery 40.
즉, 도 3에서 배터리(40)의 온도가 높을 수록 충전시의 전압값은 낮아지는 반비례 관계가 있음을 알 수 있다.That is, in FIG. 3, it can be seen that as the temperature of the battery 40 increases, the voltage value at the time of charging decreases in inverse proportion.
일반적인 복합 전기자동차가 배터리(40)에 의한 주행시 배터리(40)의 전압값이 떨어지게 되면 결국 공급되는 전류의 흐름도 줄어들게 되어 복합 전기자동차는 정지하게 된다. 때문에 배터리(40)의 전압값이 일정값 이하로 떨어지면 이를 감지하여 제어부(100)는 엔진(20)을 온 제어하게 된다. 구동된 엔진(10)은 발생된 동력을 축을 통해 직결 결합된 발전기(20)에 동력에너지를 공급하고 발전기(20)는 이를 전기에너지로 변환시켜 출력한다. 이 출력된 전류를 배터리(10)에 충전하기 위해 상기 도 3의 관계를 적용하면 다음과 같다.When the general composite electric vehicle runs by the battery 40, when the voltage value of the battery 40 falls, the flow chart of the current supplied eventually decreases and the composite electric vehicle stops. Therefore, when the voltage value of the battery 40 falls below a predetermined value, the controller 100 detects this and controls the engine 20 on. The driven engine 10 supplies power energy to the generator 20 directly coupled to the generated power through the shaft, and the generator 20 converts it into electrical energy and outputs the electrical energy. The relationship of FIG. 3 is applied to charge the output current to the battery 10 as follows.
종래에는 배터리(40)의 상태에 관계없이 정해진 배터리(40)의 정격전압값까지 충전을 하였다. 따라서, 기준온도에서 배터리(40)에 충전된 전압치는 배터리(40)의 온도가 올라간 상태에서 배터리(40)에 가하질 경우 배터리(40)는 과충전영역에 이를 수 있다. 이러한 과충전영역이 반복되면 배터리(40)의 충방전을 한 사이클로 하는 사이클수명이 짧아지게 되고 이 사이클수명이 짧아지면 단기간내에 전지의 교환이 요구되어 보수유지비가 상승한다. 따라서, 본 발명에서는 충전시의 배터리(40)의 온도를 측정하는 온도감지부를 두고, 또한 배터리에 인가된 전하량을 측정하기위한 SOC(State of Charge)측정부를 둔다. 이러한 온도감지부에서 검출된 배터리의 온도는 제어부에 인가되고 역시 SOC측정부에서 측정된 배터리의 전하량도 제어부에 인가된다. 따라서, 제어부에서는 인가된 데이터값을 연산처리하여 현재의 배터리의 상태를 파악하고, 이에 맞는 충전 전류량을 배터리에 인가하게 된다. 이러한 제어부의 제어동작은 온도에 따른 최적의 배터리 충전전류값이 프로그램화된 것으로 양호하게 구성할 수 있다. 또한, 제어부는 파악된 배터리의 상태에 기초하여 배터리의 과충전을 막기위해 엔진을 온/오프 제어하게 된다. 그러므로, 배터리의 온도와 인가되는 전류, 전압값에 기초하여 배터리의 충전전하량을 제어하게 되므로, 보다 안정적인 배터리 충전시스템을 구현할 수 있게 된다.Conventionally, the battery 40 is charged up to the rated voltage value of the predetermined battery 40 regardless of the state of the battery 40. Therefore, when the voltage value charged in the battery 40 at the reference temperature is applied to the battery 40 while the temperature of the battery 40 is raised, the battery 40 may reach an overcharge region. If such an overcharging region is repeated, the cycle life of one cycle of charging and discharging of the battery 40 is shortened. If the cycle life is shortened, replacement of the battery is required in a short time, and the maintenance cost increases. Therefore, the present invention includes a temperature sensing unit for measuring the temperature of the battery 40 during charging, and a SOC (State of Charge) measuring unit for measuring the amount of charge applied to the battery. The temperature of the battery detected by the temperature sensing unit is applied to the controller, and the amount of charge of the battery measured by the SOC measuring unit is also applied to the controller. Accordingly, the controller calculates an applied data value to determine the current state of the battery, and applies the charging current amount to the battery. The control operation of such a controller can be configured to be a good value that the optimum battery charging current value is programmed according to the temperature. The controller may control the engine on / off to prevent overcharging of the battery based on the identified state of the battery. Therefore, since the charge charge amount of the battery is controlled based on the temperature of the battery, the applied current, and the voltage value, a more stable battery charging system can be realized.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 최적의 배터리 충전상태를 파악하여 배터리를 충전함으로써, 일회충전의 방전시간을 극대화하여 잦은 충전으로 인한 엔진구동을 막을 수 있다. 따라서, 연료 절약 및 환경오염을 줄이는 효과가 있다. 또한, 배터리 충전시 과충전을 막아 배터리의 사이클 수명을 극대화 할 수 있다. 따라서, 배터리를 충전시키기 위한 엔진 구동의 횟수를 줄일 수 있어 연료 절약 및 환경오염을 줄이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the engine driving due to frequent charging by maximizing the discharge time of the one-time charge by charging the battery by grasping the optimum state of charge of the battery. Therefore, there is an effect of reducing fuel saving and environmental pollution. In addition, it prevents overcharging when charging the battery to maximize the cycle life of the battery. Therefore, it is possible to reduce the number of engine driving to charge the battery has the effect of saving fuel and environmental pollution.
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1996
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