KR100371630B1 - Vehicle Electric Power Simulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차의 충방전 시스템에서 전기에너지 상태를 용이하게 파악하고 이로써 발전기의 용량을 적절하게 선정하기 위한 자동차의 전기에너지 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to an electric energy simulator of a vehicle for easily grasping the state of electrical energy in the charging and discharging system of the vehicle and thereby appropriately selecting the capacity of the generator.
이러한 전기에너지 시뮬레이터는, 사용자에 의해 설정된 배터리 용량과 내부 저항 정보를 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 배터리부와; 사용자에 의해 설정된 발전기 특성과 엔진의 회전수에 따른 발전기 최대전류 등의 정보를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 발전기부; 사용자에 의해 설정된 배터리 전압과 풀리(pulley)비, 차량에 부착된 전기적 부하의 소비전력과 개수 정보를 포함한 부하리스트를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 차량부; 사용자에 의해 설정된 시간당 자동차의 엔진 회전수와 부하의 사용여부 등의 정보를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 모드부; 및 상기 배터리부와 발전기부와 차량부와 모드부로부터 정보를 입력받아 사용부하에 따른 전체 사용전류와 엔진회전수에 따른 발전기의 최대 전류를 구하고, 상기 사용전류와 최대전류를 비교함으로써 배터리의 충전율을 계산하는 상기 시뮬레이팅 제어부를 포함한다.The electric energy simulator includes: a battery unit configured to provide a simulating controller with a battery capacity and internal resistance information set by a user; A generator unit providing information to the simulating control unit such as generator characteristics set by a user and generator maximum current according to the engine speed; A vehicle unit providing a load list including a battery voltage and a pulley ratio set by a user, power consumption and number information of an electric load attached to the vehicle to the simulating control unit; A mode unit for providing information to the simulating controller, such as the engine speed of the vehicle and whether or not the load is used per hour set by the user; And receiving the information from the battery unit, the generator unit, the vehicle unit, and the mode unit to obtain the maximum current of the generator according to the total operating current and engine speed according to the use load, and comparing the used current with the maximum current to charge the battery. The simulating control unit for calculating a.
Description
본 발명은 자동차의 전기에너지 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 자동차의 충방전 시스템에서 전기에너지 상태를 용이하게 파악하고 이로써 발전기의 용량을 적절하게 선정하기 위한 자동차의 전기에너지 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to an electric energy simulator of a vehicle, and more particularly, to an electric energy simulator of a vehicle for easily grasping an electric energy state in a charging / discharging system of a vehicle and thereby appropriately selecting a capacity of a generator.
80년대 이후 운전자의 편의성 및 안전성 향상을 위하여 자동차에 각종 액세서리를 부착하고 있으며, 이에 따른 자동차의 전기부하(electric load)도 증대되고 있다. 이에 따라, 자동차의 차량 기동 및 각종 액세서리의 정상작동에 필요한 충분한 전력을 효율적으로 공급하여 정상적인 자동차의 주행을 보장하고 운전자 및 자동차 탑승자에게 편의를 제공하는 것을 주요한 목적으로 하는 충방전 시스템의 설계에 대한 중요성이 한층 더 고조되고 있다.Since the 1980s, various accessories have been attached to automobiles in order to improve driver convenience and safety, and thus electric loads of automobiles have increased. Accordingly, the design of the charge / discharge system whose main purpose is to efficiently supply sufficient electric power necessary for starting the vehicle and normal operation of various accessories to ensure normal driving of the vehicle and to provide convenience to the driver and the occupant of the vehicle. The importance is getting higher.
자동차의 설계시에 충방전 시스템의 용량 결정이 부적절할 경우 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어 발전기의 용량이 과다하게 선정된 경우 차량 가격 상승의 요인이 될 뿐만 아니라, 불필요하게 차량의 중량을 증가시켜 동력 손실을 야기하며 배기측면에서도 나쁜 요인으로 작용한다. 반면에 발전기의 용량이 적게 선정된 경우에는 시동시 콜드 크랭킹 문제가 발생할 수 있으며, 심할 경우에는 주행 후 시동이 걸리지 않는 등의 문제가 발생할 수도 있다.Improper capacity determination of charge and discharge systems in the design of vehicles can cause serious problems. For example, if the capacity of the generator is excessively selected, it will not only increase the price of the vehicle, but also increase the weight of the vehicle unnecessarily, causing power loss and adversely affecting the exhaust side. On the other hand, if a small capacity of the generator is selected, a cold cranking problem may occur at startup, and in severe cases, a problem such as not starting after driving may occur.
자동차에서 발전기는 배터리를 충전하고 차량에 전력을 공급하는 장치로서, 충방전을 반복하는 배터리의 성능과 수명에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 이 발전기의 용량 선정에는 차종, 기후조건, 운행조건 및 부하의 사용빈도 등에 따른 부하변동과 전원의 전압 안정도 등이 고려되어야 한다. 즉, 각 차종에 따라 여러 가지 조건을 복합적으로 고려한 최적의 발전기 용량의 선정이 중요시되고 있다.In cars, a generator is a device that charges and powers a vehicle, which directly affects the performance and lifespan of a battery that repeats charging and discharging. Therefore, the capacity selection of this generator should take into account the load variation and the voltage stability of the power supply according to the vehicle type, climatic conditions, operating conditions and the frequency of use of the load. That is, it is important to select the optimal generator capacity in consideration of various conditions according to each vehicle type.
이러한 발전기 용량을 선정하는 방법으로서, 국내 자동차 회사에서는 실차 실험을 하여 발전기 용량을 선정하고 있기 때문에 개발 비용과 기간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 정확한 수치적 근거를 가지고 발전기의 용량을 선정하는 것이 아니라 약간 오버 디자인하기 때문에 전기에너지 효율면에서 비효율적이라는 문제점이 있다.As a method of selecting the generator capacity, there is a problem that a large amount of development cost and time is required because the domestic car company selects the generator capacity by experimenting with the actual vehicle. In addition, there is a problem in that it is inefficient in terms of electrical energy efficiency because it is slightly over-designed rather than selecting the capacity of the generator with an accurate numerical basis.
한편, 외국에는 어드바이저(advisor)라고 하는 자동차 시뮬레이터가 있는데, 이 시뮬레이터는 전체 차량 조행 특성에 주된 관점이 있기 때문에 전기에너지 부분은 간략적인 모델이어서 발전기 용량을 정확하게 선정하는 데에는 한계가 있다. 또한, 이 어드바이저의 경우, 배터리 모델링을 저항만으로 구성된 등가회로를 이용하기 때문에 실제 배터리 모델과는 정확도에서 차이가 나는 문제점이 있다.On the other hand, in foreign countries, there is a car simulator called an advisor, which has a major perspective on the overall vehicle driving characteristics, so that the electric energy part is a simple model, and there is a limit in accurately selecting the generator capacity. In addition, this advisor has a problem in that accuracy is different from that of a real battery model because battery modeling uses an equivalent circuit composed of resistance only.
그리고, 보쉬(BOSCH)사에서는 발전기 용량을 선정하는 방법을 자체 개발하여 사용하고 있는데, 이는 정적 특성만을 고려한 선정 기술일 뿐이고 동적 특성은 전혀 가지고 있지 않기 때문에 다양한 조건에 대해서 시뮬레이션하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 외국의 경우 차량 시뮬레이터가 있기는 하지만, 에너지 레벨로서 시스템을 모델링하기 때문에 에너지 효율등을 정확하게 계산해야 하는 어려움이 있으며, 또한 엔진 모델을 가지고 있어서 토크 등의 정보가 더 있어야 시뮬레이션이 가능하기 때문에 알고리즘이 매우 복잡해지는 문제점이 있다.In addition, the BOSCH company develops and uses a method for selecting a generator capacity, which is a selection technology considering only static characteristics and does not have any dynamic characteristics, which makes it difficult to simulate various conditions. In addition, although there are vehicle simulators in foreign countries, it is difficult to accurately calculate energy efficiency since modeling the system as an energy level, and because the engine model has more information such as torque, simulation is possible. There is a problem that the algorithm is very complicated.
따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 자동차 전기에너지를 실차에 직접 실험하지 않고도 정확한 수치적 근거를 얻음으로써 자동차의 전기에너지 상태를 용이하게 파악할 수 있고, 최적의 발전기 용량을 선정할 수 있도록 한 자동차의 전기에너지 시뮬레이터를 제공하기 위한 것이다.Therefore, the object of the present invention devised to solve the problems of the prior art as described above, it is possible to easily grasp the electric energy state of the vehicle by obtaining accurate numerical basis without directly testing the vehicle electrical energy on the actual vehicle, It is to provide an electric energy simulator for a vehicle to select the optimal generator capacity.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차의 전기에너지 시뮬레이터의 구성 블록도,1 is a block diagram of an electric energy simulator of a vehicle according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차의 전기에너지 시뮬레이터의 시뮬레이팅 과정을 도시한 동작 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a simulation process of an electric energy simulator of a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※
11 : 배터리부 12 : 발전기부11 battery part 12 generator part
13 : 차량부 14 : 모드부13 vehicle portion 14 mode unit
15 : 시뮬레이팅 제어부15: simulating control unit
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 전기에너지 시뮬레이터는, 사용자에 의해 설정된 배터리 용량과 내부 저항 정보를 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 배터리부와;According to an aspect of the present invention, there is provided an electric energy simulator for a vehicle including: a battery unit configured to provide a simulating controller with a battery capacity and internal resistance information set by a user;
사용자에 의해 설정된 발전기 특성과 엔진의 회전수에 따른 발전기 최대전류 등의 정보를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 발전기부;A generator unit providing information to the simulating control unit such as generator characteristics set by a user and generator maximum current according to the engine speed;
사용자에 의해 설정된 배터리 전압과 풀리(pulley)비, 차량에 부착된 전기적 부하의 소비전력과 개수 정보를 포함한 부하리스트를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 차량부;A vehicle unit providing a load list including a battery voltage and a pulley ratio set by a user, power consumption and number information of an electric load attached to the vehicle to the simulating control unit;
사용자에 의해 설정된 시간당 자동차의 엔진 회전수와 부하의 사용여부 등의 정보를 상기 시뮬레이팅 제어부에 제공하는 모드부; 및A mode unit for providing information to the simulating controller, such as the engine speed of the vehicle and whether or not the load is used per hour set by the user; And
상기 배터리부와 발전기부와 차량부와 모드부로부터 정보를 입력받아 사용부하에 따른 전체 사용전류와 엔진회전수에 따른 발전기의 최대 전류를 구하고, 상기 사용전류와 최대전류를 비교함으로써 배터리의 충전율을 계산하는 상기 시뮬레이팅 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.Obtaining the maximum current of the generator according to the total operating current and engine speed according to the load used by receiving information from the battery unit, the generator unit, the vehicle unit and the mode unit, and compares the use current and the maximum current to determine the charge rate of the battery It characterized in that it comprises the simulating control unit to calculate.
또한, 본 발명에 따르면 상술하였던 자동차의 전기에너지 시뮬레이터를 컴퓨터에 기능시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.According to the present invention, there is also provided a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to operate the electric energy simulator of an automobile.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "자동차의 전기에너지 시뮬레이터"를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the "electric energy simulator of the vehicle" according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차의 전기에너지 시뮬레이터를 도시한 블록도이다. 이 시뮬레이터는 자동차 전기에너지를 실차 실험없이 시뮬레이션(simulation)해 봄으로써 주행 중 자동차 전기에너지 상태를 알아보고, 더 나아가서 자동차 주요 전기장치인 자동차의 발전기 용량을 선정하는 데 일조하기 위한 것이다. 이 시뮬레이터는 크게 배터리부(11), 발전기부(12), 차량부(13), 모드부(14), 시뮬레이팅 제어부(15)로 구성된다.1 is a block diagram showing an electric energy simulator of a vehicle according to an embodiment of the present invention. The simulator simulates the vehicle's electrical energy without experimenting with the vehicle, helping to determine the state of the vehicle's electrical energy while driving and further to select the generator capacity of the vehicle, the main electrical device of the vehicle. This simulator is largely comprised of the battery part 11, the generator part 12, the vehicle part 13, the mode part 14, and the simulating control part 15. As shown in FIG.
배터리부(11)는 배터리 용량과 내부 저항 정보를 시뮬레이팅 제어부(15)에 제공한다. 발전기부(12)는 발전기 특성(characteristic) 즉, 각 rpm 당 발전기 최대전류와 내부저항, 정격 전압 등의 정보를 저장하고 있다가 시뮬레이팅 제어부(15)에 제공한다. 차량부(13)는 배터리 전압, 풀리(pulley)비, 차에 부착된 전기적 부하의 리스트 정보를 시뮬레이팅 제어부(15)에 제공한다. 이 부하 리스트에는 각 부하가 소비하는 전력과 개수 정보가 저장된다. 모드부(14)는 시뮬레이텅 제어부(15)에게 시간당 자동차의 엔진회전수(rpm : rotation per minute)와 자동차에 부착된 부하의 사용여부 등의 정보를 제공한다.The battery unit 11 provides the battery capacity and internal resistance information to the simulating controller 15. The generator unit 12 stores the characteristics of the generator, that is, the maximum current, the internal resistance, the rated voltage, and the like for each rpm, and provides the generated information to the simulating controller 15. The vehicle unit 13 provides the simulating control unit 15 with list information of battery voltage, pulley ratio, and electrical load attached to the vehicle. The load list stores power and number information consumed by each load. The mode unit 14 provides the simulation controller 15 with information such as the engine revolutions per hour (rpm) and whether the load attached to the vehicle is used.
본 발명에 따른 시뮬레이터는 비주얼 베이직(visual basic)을 기반으로 엑셀 매크로(excel macro)를 이용하여 만들어졌으며, 사용자가 직접 각 구성요소들(차량부, 발전기부, 배터리부, 모드부)을 편집하여 사용할 수 있도록 한다.The simulator according to the present invention was created using an Excel macro based on visual basic, and the user directly edits each component (vehicle unit, generator unit, battery unit, mode unit) Make it available.
사용자가 각 구성요소들을 편집한 후 시뮬레이터를 실행하면, 시뮬레이팅 제어부는 각 구성요소들(차량부, 발전기부, 배터리부, 모드부)로부터 얻어진 정보들을 이용하여 시뮬레이팅 동작을 수행한다.After the user edits each component and runs the simulator, the simulating control unit performs a simulating operation using information obtained from each component (vehicle unit, generator unit, battery unit, mode unit).
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차의 전기에너지 시뮬레이터의 시뮬레이팅 동작을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a simulating operation of an electric energy simulator of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
시뮬레이팅 제어부(15)는 모드부(14)로부터 시간당 차량의 엔진회전수 정보와 부하의 사용여부 정보를 입력받고, 사용되는 부하의 소비전력 및 개수를 차량부(13)로부터 얻어서 현재 차량에서 사용되는 사용부하가 필요로 하는 전류를 계산한다. 또한, 모드부(14)로부터 입력받은 차량의 엔진회전수 정보를 이용하여 발전기부(12)에서 발생되는 최대 전류를 계산한다(S21).The simulation control unit 15 receives the engine speed information of the vehicle per hour and information on whether the load is used from the mode unit 14, and obtains the power consumption and the number of the loads used from the vehicle unit 13 for use in the current vehicle. Calculate the current required by the working load. In addition, the maximum current generated by the generator unit 12 is calculated using the engine speed information of the vehicle received from the mode unit 14 (S21).
임의의 샘플링시간(t)에 발전기의 최대전류와 전기적 부하가 필요로 하는 전류를 비교하는 바(S23), 발전기 최대전류가 전기적 부하보다 크면 단계 S24로 진행하고 발전기 최대전류가 전기적 부하보다 크지 않으면 단계 S25로 진행한다.Compare the maximum current of the generator with the current required by the electrical load at a random sampling time (t) (S23). If the maximum current of the generator is greater than the electrical load, proceed to step S24 and if the maximum current of the generator is not greater than the electrical load. Proceed to step S25.
단계 S24에서는 발전기에서 발생되는 최대전류가 전기적 부하보다 크기 때문에 발전기에서는 여유전류가 생기고 이 여유전류는 배터리의 충전전류(Ic)가 된다. 시뮬레이팅 제어부(15)는 이 충전전류를 이용하여 배터리의 충전율 변화량(△SOC)을 계산하는데(S26), 이때 배터리의 충전율 변화량(△SOC)은 양(+)의 값이다. 한편, 단계 S25에서는 발전기에서 발생되는 최대전류가 전기적 부하보다 작기 때문에 부하에 필요한 모든 전류를 발전기로부터 공급받지 못하고 배터리로부터 공급받아야 한다. 즉, 부하에서 필요한 전류와 발전기의 최대전류와의 차전류만큼 배터리로부터 공급받아야 하고, 이 차전류가 배터리의 방전전류(Id)가 된다. 시뮬레이팅 제어부(15)는 이 방전전류를 이용하여 배터리의 충전율 변화량(△SOC)을 계산하는데(S26), 이때 배터리의 충전율 변화량(△SOC)은 음(-)의 값이다.In step S24, since the maximum current generated by the generator is larger than the electrical load, the generator generates a spare current, which is the charging current Ic of the battery. The simulating control unit 15 calculates the charge rate change amount? SOC of the battery using the charging current (S26), wherein the charge rate change amount? SOC of the battery is a positive value. On the other hand, in step S25, since the maximum current generated in the generator is smaller than the electrical load, all the current required for the load must be supplied from the battery, not from the generator. That is, the difference current between the current required in the load and the maximum current of the generator should be supplied from the battery, and the difference current becomes the discharge current Id of the battery. The simulating control unit 15 calculates the charge rate change amount? SOC of the battery using the discharge current (S26), wherein the charge rate change amount? SOC of the battery is a negative value.
이렇게 구해진 배터리의 충전율 변화량(△SOC)을 이전 배터리 충전율(SOCt-1)과 더하여 현재의 샘플링시간에서의 배터리 충전율(SOCt)을 구한다. 구해진 배터리 충전율(SOCt)은 저장되는 동시에 화면에 표시된다.Thus obtained amount of change in the charge rate battery (△ SOC) in addition to the previous battery charging rate (SOC t-1) obtains the battery charge rate (SOC t) at the current sampling time. The obtained battery charge rate (SOC t ) is stored and displayed on the screen.
다음, 시뮬레이션 종료 여부를 확인한 후(S28), 종료가 아니면 t를 1 증가시켜 새로운 t값을 설정하고(S29), 단계 S23으로 진행하여 새로운 샘플링시간에서의 배터리 충전율을 구하는 과정을 수행한다. 시뮬레이션 종료이면 프로그램을 종료한다.Next, after checking whether the simulation is finished (S28), if not, the new value of t is set by increasing t by one (S29), and the process proceeds to step S23 to calculate the battery charge rate at the new sampling time. If the simulation ends, the program ends.
이와 같이 본 발명에 따른 전기에너지 시뮬레이터는, 충방전 시스템을 각 구성요소(Component) 별로 전기적 등가회로로 모델링하여 샘플링 시간의 운전상태에 따라 변화하는 전압, 전류, 충전상태(SOC) 등을 계산한다. 따라서, 직접 실차실험을 하지 않고 각 구성요소의 정보를 편집하는 것만으로도 자동차의 전기에너지 상태를 알 수 있고, 이로써 발전기 용량을 가장 적절하게 선정할 수 있다.As described above, the electric energy simulator according to the present invention calculates a voltage, a current, a state of charge (SOC), and the like that change according to an operation state of a sampling time by modeling a charge / discharge system as an electric equivalent circuit for each component. . Therefore, the electric energy state of the vehicle can be known only by editing the information of each component without performing the actual vehicle experiment, thereby selecting the generator capacity most appropriately.
뿐만 아니라, 전기에너지의 시뮬레이션 결과가 더 정확해지고 처리속도가 향상되며, 자동차의 상태 즉, 전기적 부하나 배터리 및 발전기 상태를 다양하게 변화시키면서 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 시뮬레이터는 경승용차,승용차, 밴, 지프, 소형트럭, 및 대형트럭 등과 같은 다양한 차종에 적용할 수 있다.In addition, the simulation results of electrical energy are more accurate, the processing speed is improved, and the simulation can be performed by varying the state of the vehicle, that is, the electrical load, the battery and the generator. Such a simulator according to the present invention can be applied to various vehicle types such as light cars, passenger cars, vans, jeeps, small trucks, and large trucks.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 자동차의 각 구성요소들의 정보를 편집하여 시뮬레이션하면 직접 실차 실험을 하지 않고도 다양한 자동차의 상태에 따른 전기에너지 상태를 파악할 수 있고, 이를 이용하여 자동차의 발전기 용량을 가장 적절하게 선정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by editing the information of each component of the vehicle and simulating it, it is possible to grasp the electric energy state according to the various vehicle states without performing the actual vehicle experiment, and by using this, the generator capacity of the vehicle is most appropriate. There is an effect that can be selected.
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