KR100534795B1 - 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

보조 배터리의 방전을 막고 전기 에너지를 효율적으로 이용함으로써, 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 구동방법을 제공할 목적으로;
보조 배터리의 전류를 감지하는 전류 감지부와; 보조 배터리의 전압을 감지하는 전압 감지부와; 보조 배터리의 전류와 전압에 따라 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 설정 전력 이상인 경우에 컨버터 구동신호를 출력하는 하이브리드 제어부와; 상기 하이브리드 제어부에서 출력되는 컨버터 구동신호에 따라 구동되면서 DC/DC 컨버터를 구동시키는 구동부를 포함하여 이루어지되,
상기 전압 감지부는 DC/DC 컨버터와 전장 부하부의 분기부분 사이에 배치되고, 상기 전류 감지부는 전장 부하부의 분기부분 이후에 배치되며, 컨버터 구동부는 전장 부하부의 분기부분과 보조 배터리 사이의 전원 공급 라인상에 연결된 스위치와, 코일로 이루어진 릴레이로 구성되는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치를 제공한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR DRIVING CONVERTER IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 배터리의 전원을 효과적으로 관리하여 에너지 손실을 방지하여 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
예컨대, 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동되는 전기 모터로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.
그리고 상기 하이브리드 전기 자동차는 가솔린 엔진과 전기 모터, 고전압 메인 배터리로 구성되어 있으며, 차량 가속시 전기 모터에 의한 동력 보조로 연비 향상을 유도하고, 연비 향상을 위한 목적으로 엔진 부하를 줄이기 위하여 알터네이터를 삭제하는 대신 DC/DC 컨버터를 사용하여 12V 보조 배터리 충전 및 차량의 전장품에 전력을 공급할 수 있도록 하고 있다.
이러한 하이브리드 전기 자동차에 있어서, DC/DC 컨버터를 구동장치의 종래 기술로서는 대한민국 특허 등록 제0254423호를 일 예로 들 수 있는데, 그 구성을 살펴보면, 도4에서와 같이, 보조 배터리(200)의 전류를 감지하는 전류 감지부(210)와; 보조 배터리(200)의 전압을 감지하는 전압 감지부(220)와; 보조 배터리(200)의 전류와 전압에 따라 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 설정 전력 이상인 경우에 컨버터 구동신호를 출력하는 하이브리드 제어부(230)와; 상기 하이브리드 제어부(230)에서 출력되는 컨버터 구동신호에 따라 구동되면서 DC/DC 컨버터(240)를 구동시키는 구동부(250)를 포함하여 이루어지고 있다.
도 4에서 미설명 부호 260은 엔진, 270은 메인 배터리, 280은 인버터를 지칭한다.
그리고 상기와 같은 구동장치는 보조 배터리의 전류와 전압을 감지하는 단계와; 측정된 보조 배터리의 전류와 전압에 따라 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력과 설정 전력을 비교하는 단계와; 산출된 보조 배터리의 소비 전력이 설정 전력 이상인 경우에 컨버터를 구동시키는 단계를 포함하여 이루어지는 구동방법을 제공하고 있다.
보다 구체적으로는, 하이브리드 제어부는 감지되는 보조 배터리의 전류와 전압에 따라 소비 전력(P)을 산출한 다음 산출된 소비 전력과 설정 전력을 비교하여 산출된 소비 전력이 설정 전력(약 0.7KW) 이상인 경우에는 메인 배터리의 전원을 보조 배터리에 공급하기 위한 컨버터 구동신호를 출력하여 DC/DC 컨버터를 구동시킴으로써, 메인 배터리의 전원이 보조 배터리로 공급될 수 있도록 한다.
그리고 DC/DC 컨버터가 구동되고 있는 상태에서 다시 보조 배터리의 소비 전력과 설정 전력을 비교하여 보조 배터리의 소비 전력이 계속하여 설정 전력 이상인 경우에는 DC/DC 컨버터를 구동시키고, 보조 배터리의 소비 전력이 설정 전력 보다 작을 때에는 DC/DC 컨버터의 구동을 중지시키게 되는 것이다.
그러나 상기와 같은 DC/DC 컨버터의 구동장치 및 그 구동 방법에 있어서는 전력 가용 상태와는 관계없이 소비 전력만으로 DC/DC 컨버터를 제어하여 일정 소비 전력 이하로 계속해서 전장에 전원 공급을 공급하는 경우 보조 배터리의 방전 위험이 증대된다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 고전압에서 12 V 차량 전장 전압으로 변환시 DC/DC 컨버터에서 변환 효율이 고려되지 않았기 때문에 에너지 손실이 크게 발생하게 되며, 이로 인하여 베인 배터리를 충전하여야 하는 바, 결국은 연비가 크게 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 보조 배터리의 방전을 막고 전기 에너지를 효율적으로 이용함으로써, 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
이를 실현하기 위하여 본 발명은, 보조 배터리의 전류를 감지하는 전류 감지부와; 보조 배터리의 전압을 감지하는 전압 감지부와; 보조 배터리의 전류와 전압에 따라 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 설정 전력 이상인 경우에 컨버터 구동신호를 출력하는 하이브리드 제어부와; 상기 하이브리드 제어부에서 출력되는 컨버터 구동신호에 따라 구동되면서 DC/DC 컨버터를 구동시키는 구동부를 포함하여 이루어지되,
상기 전압 감지부는 DC/DC 컨버터와 전장 부하부의 분기부분 사이에 배치되고, 상기 전류 감지부는 전장 부하부의 분기부분 이후에 배치되며, 컨버터 구동부는 전장 부하부의 분기부분과 보조 배터리 사이의 전원 공급 라인상에 연결된 스위치와, 코일로 이루어진 릴레이로 구성되는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치를 제공한다.
그리고 전압 감지부와 전류 감지기에서 인가되는 신호와, 보조 배터리로부터 인가되는 신호를 검출하여 전장 부하부의 소비 전력을 계산한 후, 보조 배터리 전압과 보조 배터리 제어를 위한 설정 전압을 비교하고, 전장측 소비 전력과 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력을 비교하여 DC/DC 컨버터와 컨버터 구동부를 다양한 방법으로 조건으로 제어하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 DC/DC 컨버터의 구동장치에 대한 블록 구성도로서, 하이브리드 자동차에서 전장 부하부(10)에 공급되는 전원은 DC/DC 컨버터(20)를 통한 메인 배터리(30)와 보조 배터리(40)가 있으며, 이들은 엔진(50)에 의해 구동되는 전기 모터(60)에 발전에 의한 전기 에너지가 인버터(70)를 통해 공급됨으로써, 적절한 에너지 상태를 유지하게 된다.
그리고 상기 DC/DC 컨버터(20)와 전장 부하부(10)의 분기부분 사이에 보조 배터리(40)의 전압을 감지하는 전압 감지부(80)가 배치되고, 상기 전장 부하부(10)의 분기부분 이후에 보조 배터리(40)의 전류를 감지하는 전류 감지부(82)가 배치된다.
또한, 상기 전장 부하부(10)의 분기부분과 보조 배터리(40) 사이의 전원 공급 라인상에 연결된 스위치(S)와, 코일(L)로 이루어진 릴레이로 구성되는 컨버터 구동부(84)가 배치되며, 상기 전압 감지부(80)와 전류 감지부(82)에는 인가되는 신호에 따라 보조 배터리(40)의 소비 전력을 산출하고, 산출되는 소비 전력에 따라 상기 DC/DC 컨버터(20)의 구동신호를 출력하는 하이브리드 제어부(90)가 연결된다.
도 2는 본 발명에 적용되는 DC/DC 컨버터의 변환 효율을 나타낸 그래프선도로서, DC/DC 컨버터(20)의 효율을 고려한 설정 변환 전력(Pset)을 나타내고 있으며, 이 그래프 선도를 볼 때, DC/DC 컨버터(20)는 변환 전력이 작을 때 효율이 나쁘고, 변환 전력이 높을 때 효율이 좋게 나타남을 알 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 컨버터 구동장치의 구동방법을 살펴보면 도3과 같은 작동 흐름에 의하여 이루어지게 되는데, 우선적으로는 미 도시된 이그니션 키이가 작동되면 상기 메인 배터리(30)의 전원이 하이브리드 제어부(90)와 인버터(70)로 공급됨에 따라 엔진(60)과 직결되는 전기모터(60)가 구동되어 엔진이 구동된다.
그리고 상기와 같이 하이브리드 제어부(90)는 전원이 공급되면, 모든 사용 변수를 초기화 한 후, 보조 배터리(40)의 소비 전력을 측정하여 DC/DC 컨버터(20)를 제어하기 된다.
이러한 제어과정을 살펴보면, 먼저, 하이브리드 제어부(90)에서는 전압 감지부(80)와 전류 감지기(82)에서 인가되는 신호와, 보조 배터리(40)로부터 인가되는 신호에 따라 전장 부하부(10)의 소비 전력(P1)을 계산하게 된다(S100).
상기 S100 단계의 실시 후 보조 배터리(40)의 전압(Vaux)과 보조 배터리(40)의 제어를 위한 설정 전압(Vset)을 비교하여 보조 배터리(40)의 전압(Vaux)이 보조 배터리(40)의 제어를 위한 설정 전압(Vset) 보다 크다고 판단되면(S110), 상기 S100 단계에서 계산된 전장 부하측의 소비 전력(P1)과 DC/DC 컨버터(20)의 효율을 고려한 설정 변환 전력(Pset)을 비교한다(S120).
상기 S120 단계에서 전장 부하측의 소비 전력(P1)이 DC/DC 컨버터(20)의 효율을 고려한 설정 변환 전력(Pset) 보다 작다고 판단되면, 하이브리드 제어부(90)에서는 DC/DC 컨버터(20)를 오프 시킴과 동시에 구동부(84)의 스위치(S)가 온 상태가 되도록 제어신호를 출력함으로써(S130), DC/DC 컨버터(20)의 구동을 정지시키고 메인 배터리(30)의 전원이 보조 배터리(40)로 공급되는 것을 차단하게 된다.
이는 보조 배터리(40)의 가용할 에너지 준위가 높고 소비 전력이 DC/DC 컨버터(20)의 변화 효율이 나빠지기 때문에 보조 배터리(40)에서 전장 부하부(10)의 부하를 담당할 수 있도록 하기 위함이다.
그리고 상기 S110 단계에서 보조 배터리(40)의 전압(Vaux)이 보조 배터리(40)의 제어를 위한 설정 전압(Vset) 보다 작다고 판단되면, 하이브리드 제어부(90)에서는 DC/DC 컨버터(20)를 온 시킴과 동시에 컨버터 구동부(84)의 스위치(S)가 온 상태로 제어되도록 제어신호를 출력함으로써(S131), DC/DC 컨버터(20)를 구동시켜 메인 배터리(30)의 전원이 전장 부하부(10)와 보조 배터리(40)로 공급되도록 한다.
이는 전장 부하부(10)의 소비 전력과 보조 배터리(40) 충전 전력이 필요하므로 DC/DC 컨버터(20)의 구동이 요구되는 것이며, 이때의 DC/DC 컨버터(20)는 효율이 높은 부분에서 작동하게 될 것이다.
또한, 상기 S120 단계에서 전장 부하측의 소비 전력(P1)이 DC/DC 컨버터(20)의 효율을 고려한 설정 변환 전력(Pset) 보다 크다고 판단되면, 하이브리드 제어부(90)에서는 DC/DC 컨버터(20)를 온 시킴과 동시에 컨버터 구동부(84)의 스위치(S)가 오프 상태로 제어되도록 제어신호를 출력함으로써(S132), DC/DC 컨버터(20)를 구동시키고 메인 배터리(30)의 전원이 보조 배터리(40)로 공급되는 것을 차단한다.
그러면 DC/DC 컨버터(20)는 효율이 높은 상태에서 작동하게 되며, 불필요한 보조 배터리(40)의 충전을 방지하게 되는데, 이는 에너지 준위가 높은 상태에서 보조 배터리(40)를 충전하면 구동 손실이 크기 때문이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 전장 부하부와 보조 배터리의 소비 전력 상황에 따라 DC/DC 컨버터를 선택적으로 구동시킴으로써, 보조 배터리의 불필요한 충전으로 인한 연료소비를 방지하고, 보조 배터리의 방전을 효과적으로 차단하여 줌으로써, 에너지를 효과적으로 이용할 수 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 적용되는 DC/DC 컨버터의 변환 효율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 컨버터의 구동방법의 작동 흐름도.
도 4는 종래 컨버터 구동장치의 일예를 나나낸 블록도이다.

Claims (10)

  1. 보조 배터리의 전류를 감지하는 전류 감지부와; 보조 배터리의 전압을 감지하는 전압 감지부와; 보조 배터리의 전류와 전압에 따라 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 설정 전력 이상인 경우에 컨버터 구동신호를 출력하는 하이브리드 제어부와; 상기 하이브리드 제어부에서 출력되는 컨버터 구동신호에 따라 구동되면서 DC/DC 컨버터를 구동시키는 구동부를 포함하여 이루어지되,
    상기 전압 감지부는 DC/DC 컨버터와 전장 부하부의 분기부분 사이에 배치되고, 상기 전류 감지부는 전장 부하부의 분기부분 이후에 배치되며, 컨버터 구동부는 전장 부하부의 분기부분과 보조 배터리 사이의 전원 공급 라인상에 연결된 스위치와, 코일로 이루어진 릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치.
  2. 전압 감지부와 전류 감지기에서 인가되는 신호와, 보조 배터리로부터 인가되는 신호를 검출하여 전장 부하부의 소비 전력을 계산한 후, 보조 배터리 전압과 보조 배터리 제어를 위한 설정 전압을 비교하고, 전장측 소비 전력과 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력을 비교하여,
    DC/DC 컨버터는 오프 제어하고 컨버터 구동부는 온 제어하고, DC/DC 컨버터와 컨버터 구동부 모두 온 제어하며, DC/DC 컨버터는 온 제어하고 컨버터 구동부는 오프 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터를 오프 제어하고 컨버터 구동부를 온 제어하는 조건은, 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압 보다 크고, 전장 부하측의 소비 전력이 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력 보다 작을 때의 제어 조건임을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터와 컨버터 구동부 모두를 온 제어하는 조건은, 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압 보다 작을 때의 제어 조건임을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터를 온 제어하고 컨버터 구동부를 오프 제어하는 조건은, 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압 보다 크고, 전장 부하측의 소비 전력이 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력 보다 클 때의 제어 조건임을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법.
  7. 전압 감지부와 전류 감지기에서 인가되는 신호와, 보조 배터리로부터 인가되는 신호를 검출하여 전장 부하부의 소비 전력을 계산하는 제1 단계와;
    상기 제1 단계 후 보조 배터리 전압과 보조 배터리 제어를 위한 설정 전압을 비교하고, 전장측 소비 전력과 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력을 비교하는 제2 단계와;
    상기 제2 단계의 비교 결과 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압보다 크고, 전장 부하측의 소비 전력이 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력보다 작은 경우 DC/DC 컨버터는 오프 제어하고 컨버터 구동부는 온 제어하여, 메인 배터리의 전원이 보조 배터리로 공급되는 것을 차단하고, 전장 부하부의 전원은 보조 배터리에서 담당하도록 하는 제3 단계와;
    상기 제2 단계의 비교 결과 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압보다 작을 경우 DC/DC 컨버터와 컨버터 구동부 모두 온 제어하여 메인 배터리의 전원이 보조 배터리와 전장 부하부이 공급되도록 하는 제4 단계와;
    상기 제2 단계의 비교 결과 보조 배터리의 전압이 보조 배터리의 제어를 위한 설정 전압보다 크고, 전장 부하측의 소비 전력이 DC/DC 컨버터의 효율을 고려한 설정 변환 전력보다 클 경우 DC/DC 컨버터는 온 제어하고 컨버터 구동부는 오프 제어하여, 메인 배터리의 전원이 보조 배터리로 공급되는 것을 차단하여 불필요한 충전을 방지할 수 있도록 하는 제5 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 컨버터 구동장치 제어방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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