KR100493219B1 - 차량용 전원의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 회생된 전력을 유효하게 사용하여 차량 연비를 향상시킨다.
(해결수단) 제 1 발전 전원부와 제 2 발전 전원부를 구비하고, 이들 각 발전 전원부로부터 소정의 전력수령부로 전력을 공급하는 차량용 전원의 제어장치로서, 상기 제 1 발전 전원부와 제 2 발전 전원부 중 어느 일방의 발전 전원부로부터 상기 전력수령부로 출력되는 전압을, 타방의 발전 전원부의 출력 전압에 따라 설정하는 전압조정수단(단계 S2, S3)을 구비하고 있다. 따라서, 전력수령부로 전력을 과잉으로 공급하는 등의 사태를 회피할 수 있고, 제 2 발전 전원부에서 전력을 회생시키고 있는 경우에는, 그 전력을 유효하게 사용하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 전원의 제어장치{POWER SUPPLY CONTROL DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 탑재되어 있는 전원장치에 관한 것으로, 특히 차량에 탑재되어 있는 복수개 전원부를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
차량에는 각종 전기기기가 탑재되어 있고, 그 전원으로서 축전장치 및 발전기가 설치되어 있다. 이 발전기는 일반적으로 차량의 동력원인 내연기관에 의해 구동된다. 그러나, 최근에는 배기 가스의 저감을 주된 목적으로 연비 향상의 요청이 커지고, 이 요청에 부응하기 위해서 차량이 갖는 운동에너지를 회생시키고 이 회생된 전력을 상기 축전장치에 충전하게 된다.
그 전형적인 예가 내연기관과 모터 제너레이터를 동력원으로 구비한 하이브리드차이다. 이런 종류의 차량에서는 모터 제너레이터에 의해 발진되는 경우도 있으므로 순간적으로 큰 에너지를 출력할 필요가 있고, 이 때문에 모터 제너레이터의 전원 및 모터 제너레이터에 의한 회생전력의 축전장치로서 정전기 형태로 전력을 축적하는 커패시터가 사용되는 경우가 있다.
또한, 최근에는 연비 향상을 목적으로 이른바 에코 런(eco-run) 제어가 가능한 차량이 개발되고 있다. 이 에코 런 차는 차량이 일시적으로 정지한 경우에 엔진의 아이들링을 강제적으로 정지시키고, 이 엔진 정지 조건이 성립되지 않게 된 시점에서 엔진을 자동적으로 크랭킹하여 재시동하도록 구성된 차량이다. 따라서, 전체적인 아이들링 시간이 짧아져 배기 가스의 배출량이 삭감되고 동시에 연비가 향상된다.
이런 종류의 에코 런 차에서는, 엔진의 재시동을 신속하게 행할 필요가 있으므로, 엔진을 크랭킹하기 위한 스타터의 전원으로서 종래의 배터리를 대신하여 순간적으로 큰 전력을 방전할 수 있는 커패시터를 채택하는 경우가 있고, 이 커패시터에 대하여 충전하기 위한 전력을 발생시키는 회생발전기를 병설하는 일도 행해진다.
종래에 알려진 커패시터는 축전 전압을 높일 수 있고, 또 다량의 전력을 단시간 동안 방출할 수가 있으며, 또한 이 전력을 배터리에 공급하여 배터리에 충전할 수 있다. 그 예가 일본 공개특허공보 2000-156919호에 기재되어 있다. 이와 같은 제어를 행하면, 배터리에 충전하기 위한 얼터네이터를 엔진으로 구동시킬 필요성이 저하되므로, 얼터네이터를 구동시키기 위한 연료 소비가 삭감되어 연비가 향상된다.
상기 커패시터나 회생발전기를 배터리 및 얼터네이터와 함께 차량에 탑재하면, 에너지를 회생시켜 연비를 향상시킬 수 있다. 그러나, 에너지를 회생시킬 수 있어도 반드시 그 유효 이용을 도모할 수 없는 경우가 많아 개량의 여지가 다분이 있었다.
즉, 상기 공보에 기재되어 있는 바와 같이 커패시터를 통해 배터리에 충전하기로 한 경우, 얼터네이터에 의한 배터리 충전은 만충전상태보다 낮은 충전상태에서 정지시키고, 커패시터로부터의 전력을 수용할 수 있도록 해 둘 필요가 있다. 그러나, 커패시터에 공급되는 전력은 회생된 것으로, 항시 확실히 얻을 수 있는 전력이 아니기 때문에, 배터리에서 방전될 필요가 생긴 시점에 배터리의 충전량이 부족해질 가능성이 있다. 이것을 회피하기 위해서, 얼터네이터에서 발전된 전력에 의해 배터리를 항시 만충전상태로 하면, 커패시터로부터의 전력을 배터리에서 수용할 수 없게 되거나, 또는 커패시터의 출력 전압을 높임으로써 배터리가 과충전상태가 되거나, 또는 배터리에 접속되어 있는 부하에 의해 전력을 과잉으로 소비하여 낭비할 가능성이 있다.
그런데, 상기한 바와 같이 회생발전기나 커패시터를 설치한 차량에서는, 얼터네이터 또는 여기에 배터리를 부가한 제 1 전원부 및 회생발전기 또는 여기에 커패시터를 부가한 제 2 전원부의 2개의 전원부를 갖게 된다. 이들 2개의 전원부 중 회생에너지를 사용하는 후자의 전원부는 연비 향상에는 유효하지만, 전력의 안정 공급면에서는 어려운 점이 있다. 따라서, 회생에너지에 의한 상기 제 2 전원부를 우선적으로 사용하고, 이 전력으로는 부족한 경우에 내연기관에서 구동되는 얼터네이터에 의한 전력 또는 이를 축적한 배터리 전력을 사용하는 것이 유효하다.
이를 위해서는 전력을 소비하고 있는 상태에서 이 전기부하에 대한 전원을 전환시키게 된다. 예컨대, 커패시터로부터 소정의 전기부하로 급전하고 있는 상태에서, 커패시터의 전력이 저하된 경우 얼터네이터측으로부터 전력을 공급하게 된다. 이 경우, 커패시터측으로부터 전력을 공급하고 있는 상태에서는 얼터네이터는 발전하지 않으므로, 얼터네이터에는 토크가 거의 걸리지 않지만, 전기부하가 실질적으로 접속되어 발전을 개시하면 얼터네이터에 토크가 걸린다. 따라서, 전기부하가 큰 경우에는, 큰 토크가 급격히 얼터네이터에 작용하기 때문에 내연기관과 얼터네이터를 연결하고 있는 벨트에 미끄러짐이 발생하고, 그럼으로써 이상한 소리가 발생하는 경우가 있다. 또한, 벨트의 내구성에 악영향이 발생한다.
이러한 문제를 회피하기 위해서, 얼터네이터에 의한 발전을 서서히 발생시키기로 하면, 커패시터측으로부터의 전력이 차단되었을 때 얼터네이터측의 출력 전압이 낮아지고, 그 결과 전기부하의 동작상태에 일시적으로 변동을 초래하는 문제가 있다. 예컨대 라이트가 일시적으로 감광되거나 하여 탑승자에게 위화감을 줄 가능성이 있다.
본 발명은 상기 기술적 과제에 착안하여 이루어진 것으로, 차량에 탑재되어 있는 복수개 발전 전원부의 전력을 유효하게 이용할 수 있는 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 복수개 발전 전원부의 출력 전압을 서로 관련시켜 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다. 보다 구체적으로는 청구항 1 발명은 제 1 발전 전원부와 제 2 발전 전원부를 구비하고, 이들 각 발전 전원부로부터 소정의 전력수령부로 전력을 공급하는 차량용 전원의 제어장치에 있어서, 상기 제 1 발전 전원부와 제 2 발전 전원부 중 어느 일방의 발전 전원부로부터 상기 전력수령부로 출력되는 전압을, 타방의 발전 전원부의 출력 전압에 따라 설정하는 전압조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 1 발명에서는 일방의 발전 전원부의 전력수령부에 대한 출력 전압이 타방의 발전 전원부의 출력 전압에 따라 설정된다. 일례로서, 일방의 출력 전압이 타방의 출력 전압에 대하여 낮게 설정된다. 그래서, 전력수령부에 과잉으로 전력이 공급되거나, 그 결과 전력을 쓸데없이 소비하거나 하는 것을 미연에 회피할 수 있다.
청구항 2 발명은 청구항 1 발명에 있어서 상기 제 1 발전 전원부가 상기 차량의 추진동력장치로부터 구동력을 받아 발전하는 제 1 발전기를 갖고, 또한 상기 제 2 발전 전원부가 상기 추진동력장치 이외의 기구로부터 구동력을 받아 발전하는 제 2 발전기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 2 발명에서는 제 1 발전기를 추진동력장치로 과잉 또는 불필요하게 구동시키는 사태를 억제하거나 회피하여 연비의 악화를 방지할 수 있다.
청구항 3 발명은 청구항 2의 상기 기구가 상기 차량의 차륜과 상기 제 2 발전기와의 사이에서 토크를 전달하는 전동기구인 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 3 발명에서는 차량이 갖는 에너지가 전력으로 회생된다. 그리고 이 회생된 전력을 사용할 때의 출력 전압이 상기 제 1 발전 전원부의 출력 전압과의 관계에 의해 설정되어 어느 하나가 전력을 과잉으로 출력하는 것을 억제하거나 회피할 수 있다.
청구항 4 발명은 상기 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서 상기 전력수령부가 축전장치 또는 축전장치로부터 전력이 공급되는 전기부하 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 4 발명에서는 축전장치 또는 전기부하에 대하여 각 발전 전원부로부터 전력을 출력하는 경우에 각각의 출력 전압이 상대적으로 설정되고, 그 결과 축전장치에 과잉으로 충전하거나 또는 전기부하가 전력을 과잉으로 소비하거나 하는 사태를 미연에 억제하거나 회피할 수 있다.
청구항 5 발명은 상기 청구항 1 내지 4 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 전압조정수단이 상기 제 1 발전 전원부의 출력 전압을 상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압보다 소정값, 저전압으로 설정하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 5 발명에서는 제 1 발전 전원부의 출력 전압이 제 2 발전 전원부에 의한 전압에 대하여 소정값, 낮게 설정된다. 그래서, 제 2 발전 전원부로부터 우선적으로 전력이 출력되고 이 제 2 발전 전원부의 출력 전압이 저하된 경우에, 제 1 발전 전원부로부터 전력이 출력된다.
청구항 6 발명은 청구항 5 발명의 상기 소정값이 상기 전력수령부의 동작에 변화를 주지 않는 작은 전압값인 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 6 발명에서는 제 2 발전 전원부로부터 전력수령부로 전력을 공급하고 있는 상태에서, 상기 제 2 발전 전원부에 의한 전압이 저하되면, 상기 제 1 발전 전원부의 출력 전압이 상대적으로 높아지므로, 제 2 발전 전원부를 대신하여 제 1 발전 전원부로부터 전력수령부로 전력이 공급된다. 즉, 전력수령부에 대한 전원이 전환된다. 이 전원 전환시의 전압 저하량은 미미하여 전력수령부의 동작에 변화를 가져오지 않는다.
청구항 7 발명은 청구항 1 내지 6 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 전력수령부에 급전하는 발전 전원부를, 상기 제 2 발전 전원부에서 제 1 발전 전원부로 전환할 때에, 상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압과 상기 제 1 발전 전원부의 전압의 차이가 소정값 이하인 상태에서 제 2 발전 전원부를 대신하여 제 1 발전 전원부로부터 전력을 출력시키는 전환수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 7 발명에서는 제 2 발전 전원부로부터 전력수령부로 전력을 공급하고 있는 상태에서 제 2 발전 전원부를 대신하여 제 1 발전 전원부로부터 전력을 출력시키는 경우, 이들 제 2 발전 전원부의 출력 전압과 제 1 발전 전원부의 전압의 차이가 소정값 이하로 저하된 경우에, 이른바 전원 전환이 이루어진다. 그래서, 전원 전환시의 전압 저하가 억제되어 전력수령부의 동작에 변화 또는 이상이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.
추가로 청구항 8 발명은 청구항 7 발명의 상기 제 1 발전기가 벨트를 통해 상기 차량의 추진동력장치로부터 동력을 받아 발전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 8 발명에서는 이른바 전원 전환에 따라 제 1 발전기에서의 발전 전력량이 급증하지 않고, 이 때문에 제 1 발전기에 걸리는 토크의 증대폭이 억제되기 때문에, 벨트의 미끄러짐이나 이른바 벨트 울림 등이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.
그리고, 청구항 9 발명은 청구항 7 발명에 있어서 상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압을 유지하는 전압유지수단 및 제 2 발전 전원부의 출력 전압이 유지되고 있는 동안에, 이 제 2 발전 전원부의 출력 전압보다 낮은 전압을 출력할 수 있는 동작상태로 상기 제 1 발전 전원부를 작동시키는 상승수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
따라서, 청구항 9 발명에서는 이른바 전원을 전환하는 경우, 제 2 발전 전원부의 출력 전압이 어느 정도의 전압으로 유지되고 있는 동안에, 제 1 발전 전원부의 동작상태가 제 2 발전 전원부의 출력 전압 정도의 전압을 출력할 수 있을 때까지 상승된다. 이 때에는 제 1 발전 전원부에서는 발전을 행하지 않기 때문에, 제 1 발전기에 걸리는 토크가 급격히 증대하지는 않는다. 이 상태에서 제 2 발전 전원부에서 제 1 발전 전원부로 전환하여 전력수령부에 대하여 전력이 출력된다. 그 결과 제 1 발전기의 동작상태를 빠른 시기에 높여 전원 전환시의 전압 저하를 억제하거나 회피할 수 있다.
다음에 본 발명을 구체예에 따라 설명한다. 먼저 본 발명에서 대상으로 하는 차량 구성에 관해서 설명한다. 도 8에서, 내연기관(이하, 엔진이라고 함:1)의 출력측에 변속기(2)가 연결되고, 이 변속기(2)로부터 디퍼런셜(3)을 통해 좌우 구동륜(도시 생략)에 토크를 출력하도록 되어 있다.
상기 엔진(1)은 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 또는 천연가스 엔진 등과 같은 연료를 연소하여 토크를 출력하는 동력장치로, 이 출력축(크랭크 샤프트)에는 벨트(4)를 통해 제 1 발전기인 얼터네이터(5)가 연결되어 있다. 이 얼터네이터(5)는 출력 전압을 임의의 전압으로 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 얼터네이터(5)에서 발생된 전력을, 납 축전지 등으로 이루어진 배터리(예컨대 충전 전압이 12V인 배터리:6)에 충전하도록 되어 있다.
이 배터리(6)는 충전되는 경우에는 그 자체가 전기부하가 되고, 또 방전되는 경우에는 얼터네이터(5)와 함께 제 1 발전 전원부를 구성한다. 따라서, 이 배터리(6)에는 공조장치인 팬이나 각종 라이트, 스타터 모터, 와이퍼나 시트 또는 윈드 등을 구동시키는 각종 모터 등의 보조기류(전기부하:7)가 접속되어 있다.
한편, 변속기(2)는 유단식 수동변속기나 자동변속기 또는 무단 자동변속기 등 적절한 구성을 갖는 변속기로서, 그 출력부재로부터 디퍼런셜(3)에 동력을 전달하도록 되어 있다. 따라서, 이 변속기(2)는 엔진(1)에서 디퍼런셜(3)까지의 동력전달 계통을 차단하는 뉴트럴상태로 설정할 수 있다. 이 뉴트럴상태여도 구동륜과의 사이에서 토크를 전달할 수 있는 소정의 회전부재에 회생발전기(8)가 연결되어 있다. 이 회전부재를 포함하는 기구가 본 발명의 전동기구에 상당한다.
이 회생발전기(8)는 강제적으로 회전됨으로써 전력을 발생시키도록 구성되어 있고, 따라서, 엔진(1)의 동력으로 차량이 주행할 때에 이 엔진(1)의 동력 일부를 회생발전기(8)에 부여하여 발전을 행할 수 있을 뿐만 아니라, 차량이 그 관성력으로 주행할 때에 차량의 운동에너지 일부를 전력 형태로 회생하도록 되어 있다. 이 회생발전기(8)에서 발생된 교류를 도시하지 않은 인버터에 의해 직류로 변환시켜 커패시터(9)에 충전하도록 구성되어 있다.
커패시터(9)는 정전기 상태에서 전력을 축적하는 축전장치이며, 따라서, 종래의 납 축전지등의 축전수단과 비교하여 신속하게 다량의 전력을 충/방전할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 커패시터(9)는 예컨대 0 볼트에서 40 볼트 범위의 적절한 전압으로 전력을 축적할 수 있도록 구성되어 있다.
이 커패시터(9)의 방전 전력을 제어하기 위한 DC/DC 컨버터(10)가 설치되어 있다. 그리고, 이 DC/DC 컨버터(10)로부터 상기 전기부하(7)로 전력을 선택적으로 공급하도록 구성되어 있다.
즉, 회생발전기(8), 커패시터(9) 및 DC/DC 컨버터(10)가 본 발명의 제 2 발전 전원부를 구성하고 있다. 따라서, 전기부하(7)에 대하여 복수개 전원, 구체적으로는 상기 기술한 얼터네이터(5) 또는 여기에 배터리(6)를 부가한 제 1 발전 전원부 및 상기 제 2 발전 전원부의 2개의 전원부가 설치되어 있다.
그리고, 상기 얼터네이터(5)의 발전 전력이나 출력 전압 및 제 2 발전 전원부로부터의 방전량이나 출력 전압에 상당하는 상기 DC/DC 컨버터(10)로부터의 방전량이나 출력 전압을 제어하기 위한 전자제어장치(ECU:11)가 설치되어 있다. 이 전자제어장치(11)는 마이크로컴퓨터를 주체로 구성되고, 제어를 위한 데이터로서 상기 커패시터(9)의 축전 전압이나 SOC, 배터리(6)의 SOC 등이 입력되어 있다. 또한, 이 전자제어장치(11)는 제어지령신호로서 DC/DC 컨버터(10)나 얼터네이터(5)를 제어하는 신호, 회생발전기(8)나 인버터를 제어하는 신호 등을 출력하도록 구성되어 있다.
상기 차량에서는 전기부하(7)에 대하여 복수개 전원을 구비하고 있고, 또한 제 2 발전 전원부의 전압이 제 1 발전 전원부의 전압에 대해 높고, 또 제 2 발전 전원부는 회생에너지에 의한 것으로 안정성이 제 1 발전 전원부보다 떨어진다. 그래서, 본 발명의 제어장치는 전력의 유효 이용을 도모하고, 나아가서는 연비를 향상시키기 위해서 다음에 서술하는 바와 같이 각 발전 전원부의 전력을 제어한다.
도 1∼도 3 은 배터리(6)에 충전하는 경우의 제어예를 나타내고 있다. 또, 배터리(6)에 각종 보조기류가 접속되어 있어 배터리(6)에 충전하는 경우에는 배터리(6)와 이에 접속된 보조기류가 전기부하(7)로서 작용한다.
도 1은 목표 전압을 결정하기 위한 플로차트로서, 먼저 회생에너지가 있는지의 여부가 판단된다(단계 S1). 상기 기술한 차량에서는 엔진(1)을 구동시켜 발전할 수 있는 얼터네이터(5)를 구비하고 있기 때문에, 회생발전기(8)에 의한 발전은 오로지 감속하거나 할 때에 실행된다. 따라서, 회생에너지의 유무는 차량의 액셀러레이터 개방도나 차속 등의 차량의 주행상태에 따라 판단할 수 있다.
회생에너지가 있음으로써 단계 S1에서 긍정적으로 판단된 경우, 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg을, DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc로 설정하고, 또 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg보다 소정값 α낮은 전압(Vtg-α)을, 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt로 설정한다(단계 S2). 즉, 일방의 발전 전원부의 전압에 따라 타방의 발전 전원부의 전압이 설정된다.
여기서, 배터리(6)가 상기 기술한 바와 같이 12 볼트 축전지라면 그 충전 목표전압 Vtg로서 12 볼트가 설정된다. 또한, 상기 소정값 α는 전기부하(7)의 동작상태가 변화되지 않을 정도의 작은 값으로, 예컨대 라이트의 감광이 발생한다해도 탑승자가 인식할 수 없을 정도의 작은 값이다. 일례로 0.1∼0.2 볼트 정도의 값이다.
또 한편, 단계 S1에서 부정적으로 판단된 경우, 즉 회생에너지가 없는 경우에는 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 "0"으로 되고, 또한 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg가 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt로 설정된다(단계 S3).
또한, 도 2는 얼터네이터(5)의 발전 전류를 산출하기 위한 플로차트를 나타내고, 상기 기술한 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt와 현재 시점의 배터리전압 Vbatt의 전압차 ΔV1이 구해진다(단계 S11). 이 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt는, 회생에너지가 있는 경우에는 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg에 의해 소정값 α낮은 전압이고, 회생에너지가 없는 경우에는 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg 이다. 따라서, 배터리(6)가 만충전상태에 있으면, 단계 S11에서 구해지는 전압차 ΔV1은 0 또는 마이너스 값이 된다.
단계 S11에서 구해진 전압차 ΔV1에 따라 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt가 산출된다(단계 S12). 얼터네이터(5)의 발전 전류의 제어는 예컨대 비례적분 제어(PI 제어)에 의해 실행할 수 있고, 따라서 도 2에 나타내는 바와 같이, 비례항의 계수 P와 전압차 ΔV1의 곱(P ×ΔV1)과 적분항의 계수 I와 전압차 ΔV1의 누적값의 곱(I ×ΣΔV1)의 가산값으로 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt가 구해진다.
다음으로, 이렇게 구해진 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt의 증가량을 미리 정한 소정값 ΔIalt1로 제한한다(단계 S13). 얼터네이터(5)로 발전을 행하는 경우, 그 발전량이 급격히 증대하는 것을 회피하기 위함이다.
도 3은 제 2 발전 전원부인 DC/DC 컨버터(10)의 출력 전류를 산출하기 위한 플로차트이고, 도 1에 나타내는 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc와 현재 시점의 배터리전압 Vbatt의 전압차 ΔV2 가 구해진다(단계 S21). 상기 기술한 바와 같이 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc는, 회생에너지가 있는 경우에는 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg 로 설정되기 때문에, 현재 시점에서 배터리(6)가 만충전상태가 아니면 전압차 ΔV2 가 플러스 값이 되고, 반면에 배터리(6)가 만충전상태로 되거나 또는 회생에너지가 없는 경우에는 상기 전압차 ΔV2는 0 또는 마이너스 값이 된다.
단계 S21에서 구해진 전압차 ΔV2 에 따라 DC/DC 컨버터(10)의 전류제어값 Idcdc 가 산출된다(단계 S22). DC/DC 컨버터(10)의 전류 제어는 예컨대 비례적분 제어(PI 제어)로 실행할 수 있고, 따라서 도 3 에 나타내는 바와 같이 비례항의 계수 P와 전압차 ΔV2의 곱(P ×ΔV2)과 적분항의 계수 I와 전압차 ΔV2의 누적값의 곱(I ×ΣΔV2)의 가산값으로 DC/DC 컨버터(10)의 전류제어값 Idcdc가 구해진다.
상기 도 1∼도 3에 의한 제어를 행한 경우의 보조기 전기부하, 배터리전압, DC/DC 컨버터(10)의 동작(DC/DC 동작), 얼터네이터(5)의 동작(얼터 동작)의 변화를 도 4의 타임차트에 나타낸다. 회생에너지가 없는 상태(도 1의 단계 S1에서 부정적으로 판단된 경우)에서는 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 0으로 설정되어 오프상태로 제어되기 때문에, 커패시터(9)로부터 DC/DC 컨버터(10)를 통해 전력이 출력되는 일은 없다.
또, 이 상태에서는 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt가 배터리충전 목표전압 Vtg로 설정되기 때문에, 배터리(6)의 전압은 만충전상태에서의 목표전압으로 유지된다. 따라서, 보조기 전기부하에 대해서는 얼터네이터(5) 및 배터리(6)로 이루어진 제 1 발전 전원부에서 전력이 공급된다.
보조기 전기부하가 DC/DC 컨버터(10)의 정격 출력보다 저하되어 있는 상태에서 회생에너지가 발생하면(도 4의 t1 시점), 도 1의 단계 S1에서 긍정적으로 판단된다. 이 경우에는 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 배터리충전 목표전압 Vtg로 설정되고, 또 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt가 이보다 소정값 α 낮은 전압으로 설정된다. 따라서, 배터리(6) 및 보조기류에 DC/DC 컨버터(10)에서 전력이 공급되고, 그 결과 배터리(6)의 전압은 만충전상태에서의 목표전압으로 유지된다. 또한, 이 상태에서는 얼터네이터(5)에서 전력을 출력하는 일이 없기 때문에 얼터네이터(5)는 오프상태가 된다.
이 상태에서 보조기 전기부하가 점차로 증대하여 DC/DC 컨버터(10)의 정격 출력을 초과하면(도 4의 t2 시점), 배터리(6)로부터 부족분의 전력이 출력된다. 이에 따라 배터리(6)의 전압이 저하되고 이 전압 강하가 상기 기술한 소정값 α에 도달하면, 현재 시점의 배터리(6)의 전압 Vbatt가 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt보다 낮아져 도 2에 나타내는 전압차 ΔV1가 발생하고, 그 결과 그 전압차 ΔV1에 따른 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt가 발생한다. 즉, 얼터네이터(5)가 작동하여 발전한다.
그 다음에, 보조기 전기부하가 점차로 저하되어 DC/DC 컨버터(10)의 정격 출력 이하로 되면(도 4의 t3 시점), 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt와 현재 시점의 배터리(6)의 전압 Vbatt의 전압차 ΔV1이 마이너스가 되기 때문에, 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt가 0이 된다. 즉, 얼터네이터(5)가 오프상태로 되어 발전이 정지된다.
또한, 차량의 주행상태가 변화되어 회생에너지가 없어지면(도 4의 t4 시점), DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 0으로 되고, 또 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt가 배터리충전 목표전압 Vtg로 설정되기 때문에, DC/DC 컨버터(10)가 오프로 제어됨과 동시에, 얼터네이터(5)가 온상태로 제어되어 발전을 행한다. 즉, 전원이 제 2 발전 전원부에서 제 1 발전 전원부로 전환된다.
따라서, 상기 제어에 따르면 회생에너지를 충분히 얻을 수 있는 경우에는, 얼터네이터(5)에 의한 발전을 정지시켜 회생에너지를 우선적으로 전기부하에 공급하거나 또는 배터리(6)에 충전한다. 그래서, 엔진(1)에 의해 얼터네이터(5)를 과잉으로 구동시켜 연비가 악화하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 배터리(6)의 과충전이나 전기부하에서 전력이 과잉으로 소비되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 회생에너지에 따라 전력이 부족해지면, 배터리(6) 또는 얼터네이터(5)에서 전력이 공급되기 때문에 전기부하(7)에서의 전력 부족이나 그 동작 이상 등을 방지할 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터(10)로부터의 전력으로 부족분을 보충하는 경우, 배터리(6)의 전압이 전기부하의 동작에 변동을 일으키지 않을 정도의 작은 전압 α만큼 저하된 시점에서 얼터네이터(5)가 발전을 개시하기 때문에, 회생에너지만으로 전력이 부족한 사태가 발생하여도 전기부하(7)의 동작 변화나 이상을 회피할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이 본 발명의 제어장치에서는 이른바 전원 전환이 이루어지지만, 회생에너지가 없어져 얼터네이터(5)에서 발전을 개시하는 경우에는 다음에 서술하는 바와 같이 제어된다. 도 5 및 도 6은 그 제어예를 나타내고, DC/DC 컨버터(10)의 목표전압과 얼터네이터(5)의 발전 목표전압이 도 5에 나타내는 바와 같이 설정된다. 즉, 먼저 회생에너지가 있는지의 여부가 판단된다(단계 S31). 이는 도 1에 나타내는 단계 S1과 동일하게 하여 실행할 수 있다.
이 단계 S31에서 긍정적으로 판단된 경우에는 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg을 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc로 설정하고, 또한 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg보다 소정값 β낮은 전압(Vtg-β)을, 얼터네이터(5)의 발전 목표전압으로서 설정한다(단계 S32). 이는 상기 기술한 도 1에 나타내는 단계 S2와 동일한 제어이다.
반면에, 차량의 주행상태의 변화에 따라 회생에너지가 없어지면, 단계 S31에서 부정적으로 판단된다. 이 경우, DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc를 바로 0으로 하지 않고, 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg에 대하여 소정값 β만큼 낮은 전압을 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc로 설정하고, 또 동시에 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt로 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg를 설정한다(단계 S33). 즉, DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc와 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt를 교체한다. 바꿔 말하면, 이들 목표전압을 서로 반전시킨다.
한편, 얼터네이터(5)의 발전 전류가 도 6에 나타내는 바와 같이 하여 산출된다. 즉, 도 5에 나타내는 제어로 결정된 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt와 현재 시점의 배터리(6)의 전압 Vbatt의 전압차 ΔV3이 구해진다(단계 S41). 다음으로, 회생에너지가 있는 상태에서 없는 상태로 변화되었는지의 여부가 판단된다(단계 S42).
회생에너지가 없어진 시점에 단계 S42에서 긍정적으로 판단된다. 이 경우에는 단계 S43으로 진행되고 이 시점의 DC/DC 컨버터(10)의 전류제어값 Idcdc와 엔진회전수 ene로부터 얼터네이터(5)의 초기 여자전류값 Ialtinit가 구해진다. 이는 미리 정한 함수에 따라 연산하여 구하거나 또는 맵으로부터 구할 수도 있다.
그리고, 상기 초기 여자전류값 Ialtinit가 발전제어값 Ialt를 구하기 위한 연산식의 적분항 (I ×ΣΔV3) 값으로 채택된다. 또한, 이 초기 여자전류값 Ialtinit가 발전제어값 Ialt로 채택된다. 그리고, 발전제어값 Ialt의 증가량의 제한값 Δlimit로서 미리 정한 값 ΔIalt2가 채택된다. 이 제한값 Δlimit는 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt의 변화 구배를 부여한다.
다음으로, 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt의 PI 제어가 실행된다(단계 S44). 이는 상기 기술한 도 2에 나타내는 단계 S12 또는 도 3에 나타내는 단계 S22의 제어와 동일한 제어이다. 또, 회생에너지가 없어져 얼터네이터(5)를 전원으로 하도록 얼터네이터(5)를 구동시키기 시작하고, 상기 단계 S43의 제어가 개시되면, 단계 S42에서 부정적으로 판단된다. 이 경우, 바로 단계 S44로 진행된다.
단계 S44에서 산출된 얼터네이터(5)의 발전 전류제어값 Ialt에 대하여 그 증가량을 제한하는 제한값 Δ1imit가 설정된다(단계 S45). 이는 얼터네이터(5)가 발전하는 전력의 증대 구배를 설정하기 위한 제어이고, 아울러 얼터네이터(5)에 작용하는 토크의 변화 구배를 제어하게 된다.
다음으로, 얼터네이터(5)에 의한 발전이 개시되었는지의 여부가 판단된다(단계 S46). 상기 기술한 바와 같이 배터리(6)의 전압 Vbatt가 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc보다 높아짐으로써, 배터리(6)에 대하여 얼터네이터(5)에서 전류가 흘러나오므로, 이 시점에서 얼터네이터(5)에 의한 발전이 개시된다. 따라서, 배터리(6)의 전압 Vbatt와 DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc를 비교함으로써 얼터네이터(5)의 발전 개시를 판단할 수 있다.
DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 배터리(6)의 전압 Vbatt 이상이며 얼터네이터(5)에 의한 발전이 개시되지 않은 경우, 즉 단계 S46에서 부정적으로 판단된 경우에 종전의 제어를 계속한다. 반면에, 얼터네이터(5)에 의한 발전이 개시되는 경우 즉 단계 S46에서 긍정적으로 판단된 경우, 상기 제한값 Δ1imit로서 단계 S43에서 설정된 소정값 ΔIalt2보다 작은 소정값 ΔIalt1이 설정된다(단계 S47).
즉, 얼터네이터(5)가 발전을 개시하기 이전에는 그 제어값 Ialt의 증가 구배를 크게 하여 전압을 급속하게 높인다. 이 경우, 얼터네이터(5)는 발전하지 않기 때문에 그 토크가 특별히 증대하지 않고, 이른바 벨트 울림이 발생하는 경우는 없다. 반면에, 얼터네이터(5)가 발전을 개시한 이후에는 그 제어값 Ialt의 증가 구배 및 토크의 증대 구배가 완화된다. 그 결과 발전을 개시한 후라도 이른바 벨트 울림을 방지 또는 억제할 수 있다. 그리고, 발전을 개시한 시점에서는 얼터네이터(5)에 의한 전압이 이미 높아졌기 때문에, 발전량 증대의 지연을 억제하거나 회피할 수 있다.
상기 도 5 및 도 6에 나타내는 제어를 실행한 경우의 DC/DC 컨버터(10)의 전류지령값(DC/DC 지령값), 얼터네이터(5)의 여자지령값(얼터 여자지령값), 배터리전압, 얼터네이터(5)의 토크(얼터 토크)의 변화를 타임차트로 나타내면 도 7과 같다. 즉, tl1 시점에 회생에너지가 없어지면, DC/DC 컨버터(10)의 목표전압 Vdcdc가 소정값 β 저하되고, 또한 동시에 얼터네이터(5)의 발전 목표전압 Valt가 배터리(6)의 충전 목표전압 Vtg로 설정된다. 이에 따라 DC/DC 컨버터(10)의 전류지령값이 소정량 저하되고, 또 얼터네이터(5)의 여자지령값이 초기값 Ialtinit까지 급격히 높아진다.
이 경우, DC/DC 컨버터(10)의 전류지령값이 어느 정도의 값으로 유지되기 때문에, 배터리(6)의 전압이 크게 저하되는 일이 없다. 또한, 얼터네이터(5)에 걸리는 토크가 급격히 변화되지 않고, 이 때문에 이른바 벨트 울림을 회피할 수 있다.
그 이후에, 얼터네이터(5)가 발전을 개시하기 전의 시점에서는 얼터네이터(5)의 여자지령값이 큰 구배로 증대된다. 그리고, 얼터네이터(5)에 의한 발전이 t12 시점에서 개시되고, 그 이후에는 얼터네이터(5)의 여자지령값의 증가 구배가 완화되며, 이 상태에서 발전 전압이 목표값으로 될 때까지 여자지령값이 증대된다. 그 사이에 배터리(6)의 전압은 거의 일정값으로 유지되고, 또 얼터네이터(5)에 걸리는 토크가 천천히 증대된다.
따라서, 상기 이른바 전원의 전환 제어에 따르면, 과도한 전압 저하를 억제하거나 방지할 수가 있기 때문에, 라이트의 일시적인 감광 등의 전기부하 동작의 이상 또는 변화를 방지할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터(10)의 전류지령값, 즉 출력을 어느 정도 높은 상태로 유지하고 있는 동안에 얼터네이터(5)의 여자지령값을 증대시키기 때문에, 얼터네이터(5)가 발전을 개시하는 시점의 전압이 높아짐으로써, 이 점에서도 과도한 전압 저하를 억제할 수 있고, 또 얼터네이터(5)에 의한 발전 지연을 억제하거나 회피할 수 있다. 또한, 얼터네이터(5)가 발전을 개시하기 전에 그 전압이 높아지도록 엔진(1)으로 회전시키기 때문에, 얼터네이터(5)의 토크 변화가 완화되어 이른바 벨트 울림 등의 위화감의 원인이 되는 사태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 상기 구체예와 본 발명의 관계를 간단히 설명하면, 상기 배터리(6) 또는 이와 보조기류(7)가 본 발명의 전력수령부에 상당하고, 또 상기 기술한 단계 S2, S3, S32, S33의 기능적 수단이 본 발명의 전압조정수단에 상당한다. 또, 엔진(1)이 본 발명의 추진동력장치에 상당하고, 얼터네이터(5)가 본 발명의 제 1 발전기에 상당하며, 또한 회생발전기(8)가 본 발명의 제 2 발전기에 상당하고, 그리고 배터리(6)가 본 발명의 축전장치에 상당한다. 또한, 상기 기술한 단계 S33, S43의 제어에 의해 DC/DC 컨버터(10)의 출력 전압을 유지하고 있는 상태에서 얼터네이터(5)의 여자지령값을 증대시키는 수단이 본 발명의 전환수단에 상당하고, 또 단계 S43의 기능적 수단이 본 발명의 상승수단에 상당한다.
또, 본 발명은 상기 구체예에 한정되지 않는 것으로, 엔진을 자동 정지 및 자동 재시동하는 에코 런 차에 한정되지 않고, 엔진과 모터 제너레이터를 동력원으로 한 하이브리드차의 전원의 제어장치에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 발전 전원부는 회생발전기 이외에 전동기로서의 기능도 구비한 모터 제너레이터를 포함하는 구성이어도 된다. 또한, 본 발명은 두 전원부에 관한 제어장치에 한정되지 않고, 복수개 전원부에 대한 제어장치에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 청구항 1 발명에 따르면, 일방의 발전 전원부의 전력수령부에 대한 출력 전압이 타방의 발전 전원부의 출력 전압에 따라 설정되기 때문에, 전력수령부에 전력이 과잉으로 공급되거나, 그 결과 전력을 쓸데없이 소비하거나 하는 것을 미연에 회피하고, 그 결과 회생된 전력을 유효하게 사용할 수 있고, 나아가서는 차량 연비의 향상 효과를 증대시킬 수 있다.
또, 청구항 2 발명에 따르면, 제 1 발전기를 추진동력장치에서 과잉 또는 불필요하게 구동시키는 사태를 억제하거나 회피하여 연비의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 청구항 3 발명에 따르면, 차량이 갖는 에너지를 전력으로 회생시키고, 이 회생된 전력을 사용할 때의 출력 전압이 상기 제 1 발전 전원부의 출력 전압과의 관계에 의해 설정되어 어느 하나가 전력을 과잉으로 출력하는 것을 억제하거나 회피할 수 있기 때문에, 청구항 1 발명과 동일하게 회생된 전력을 유효하게 사용할 수 있고, 나아가서는 차량 연비의 향상 효과를 증대시킬 수 있다.
또, 청구항 4 발명에 따르면, 축전장치 또는 전기부하에 대하여 각 발전 전원부에서 전력을 출력하는 경우에 각각의 출력 전압이 상대적으로 설정되고, 그 결과 축전장치에 과잉으로 충전하거나 또는 전기부하가 전력을 과잉으로 소비하거나 하는 사태를 미연에 억제하거나 회피할 수 있다.
또한, 청구항 5 발명에 따르면, 제 1 발전 전원부의 출력 전압이 제 2 발전 전원부에 의한 전압에 대하여 소정값, 낮게 설정되기 때문에, 제 2 발전 전원부에서 우선적으로 전력이 출력되고 이 제 2 발전 전원부에 의한 전압이 저하된 경우에, 제 1 발전 전원부에서 전력이 출력된다. 그 결과 축전지를 구비한 차량이면 축전지의 과충전이나 다른 부하에서 전력이 과잉으로 소비되거나 하는 사태를 방지하고, 나아가서는 차량 연비를 향상시킬 수 있다.
또, 청구항 6 발명에 따르면, 제 2 발전 전원부로부터 전력수령부로 전력을 공급하고 있는 상태에서, 이 제 2 발전 전원부에 의한 전압이 저하되면, 제 1 발전 전원부의 출력 전압이 상대적으로 높아지기 때문에, 제 2 발전 전원부를 대신하여 제 1 발전 전원부로부터 전력수령부에 전력이 공급된다. 즉, 전력수령부에 대한 전원이 전환되는데, 이 전원 전환시의 전압 저하량은 미미하여 전력수령부의 동작에 변화를 가져오지 않기 때문에 전원 전환에 따른 위화감을 회피할 수 있다.
또한, 청구항 7 발명에 따르면, 제 2 발전 전원부로부터 전력수령부로 전력을 공급하고 있는 상태에서 제 2 발전 전원부를 대신하여 제 1 발전 전원부로부터 전력을 출력시키는 경우, 이들 제 2 발전 전원부의 출력 전압과 제 1 발전 전원부에서 출력 가능한 전압의 차이가 소정값 이하로 저하된 경우에, 이른바 전원으로 전환되기 때문에, 전원 전환시의 전압 저하가 억제되어, 전력수령부의 동작에 변화 또는 이상이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.
그리고, 청구항 8 발명에 따르면, 이른바 전원 전환에 따라 제 1 발전기에서의 발전 전력량이 급증하는 경우가 없고, 이 때문에 제 1 발전기에 걸리는 토크의 증대폭이 억제되기 때문에, 벨트의 미끄러짐이나 이른바 벨트 울림 등이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.
또한, 청구항 9 발명에 따르면, 이른바 전원을 전환하는 경우, 제 2 발전 전원부의 출력 전압이 어느 정도의 전압으로 유지되고 있는 동안에, 제 1 발전 전원부의 동작상태가 이 제 2 발전 전원부의 출력 전압 정도의 전압을 출력할 수 있을 때까지 상승되고, 이 때에는 제 1 발전 전원부에서는 발전을 행하지 않기 때문에, 제 1 발전기에 걸리는 토크가 급격하게 증대되는 경우는 없다. 이 상태에서 제 2 발전 전원부에서 제 1 발전 전원부로 전환하여 전력수령부에 대하여 전력이 출력되기 때문에, 제 1 발전기의 동작상태를 빠른 시기에 높여 전원 전환시의 전압 저하를 억제하거나 회피할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제어장치에서 실행되는 제어예에 있어서 목표전압을 결정하기 위한 플로차트이다.
도 2 는 상기 제어에 있어서 얼터네이터의 발전 전류를 산출하기 위한 플로차트이다.
도 3 은 상기 제어에 있어서 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 산출하기 위한 플로차트이다.
도 4 는 도 1∼도 3에 나타내는 제어를 실행한 경우의 보조기 전기부하의 변화, 배터리전압의 변화, DC/DC 컨버터 및 얼터네이터(5)의 동작상태의 변화를 모식적으로 나타내는 타임차트이다.
도 5 는 이른바 전원의 전환 제어에 있어서의 목표전압을 결정하기 위한 플로차트이다.
도 6 은 상기 제어에 있어서 얼터네이터의 발전 전류를 산출하기 위한 플로차트이다.
도 7 은 도 5 및 도 6 에 나타내는 제어를 실행한 경우의 DC/DC 컨버터의 전류지령값, 얼터네이터의 여자지령값, 배터리전압, 얼터네이터의 토크 변화를 모식적으로 나타내는 타임차트이다.
도 8 은 본 발명에서 대상으로 하는 차량의 전원장치 및 상기 제어 계통을 모식적으로 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 엔진 2: 변속기
4: 벨트 5: 얼터네이터
6: 배터리 7: 보조기류(전기부하)
8: 회생발전기 9: 커패시터
10: DC/DC 컨버터 11: 전자제어장치

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  7. 제 1 발전 전원부와 제 2 발전 전원부를 구비하고, 이들 각 발전 전원부로부터 소정의 전력수령부로 전력을 공급하는 차량용 전원의 제어장치에 있어서,
    상기 전력수령부에 대하여 급전하는 발전 전원부를, 상기 제 2 발전 전원부로부터 상기 제 1 발전 전원부로 전환할 때에, 상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압과 상기 제 1 발전 전원부의 전압의 차이가, 소정값 이하인 상태에서 상기 제 2 발전 전원부를 대신하여 상기 제 1 발전 전원부로부터 전력을 출력시키는 전환수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원의 제어장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 발전전원부는, 벨트를 통해 상기 차량의 추진동력장치로부터 동력을 받아 발전하는 제 1 발전기를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 전원의 제어장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압을 유지하는 전압유지수단; 및
    상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압이 유지되고 있는 동안에, 상기 제 2 발전 전원부의 출력 전압보다 낮은 전압을 출력할 수 있는 동작상태로 상기 제 1 발전 전원부를 작동시키는 상승수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 전원의 제어장치.
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