KR101141770B1 - electric energy charging and discharging apparatus and method using super capactiors for regenerative braking system of electric motorcycles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치에 관한 것으로서, 전기차량의 바퀴 구동용 전동기에 인버터를 통해 전력을 공급할 수 있도록 된 배터리와, 적어도 하나의 슈퍼커패시터가 직렬로 상호 접속된 보조 충전부와, 제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 배터리와 보조 충전부 사이에 접속된 양방향 컨버터와, 인버터로 공급되는 부하전류와, 제동시 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생 전류와, 배터리와 양방향 컨버터 사이에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 전류검출부와, 전기차량의 속도를 검출하는 속도검출부와 전류검출부에서 출력된 정보를 이용하여 양방향 컨버터를 제어하되 전기차량이 가속모드인지 제동모드인지를 판단하여 제동모드시에는 보조충전부가 정격전압에 도달할 때까지 회생전류가 충전되도록 양방향 컨버터를 제어하되 보조충전부의 충전전압에 따라 양방향 컨버터의 스위칭 주기내에 도통(turn-on)되는 시간의 비인 듀티비(duty ratio)를 가변하여 제어하는 제어유니트를 구비한다. 이러한 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법에 의하면, 제동시 전동기로부터 발생되는 에너지의 저장 효율을 높일 수 있어 단 한번의 배터리 충전으로 가능한 전기차량의 운행거리를 증가시킬 수 있고 배터리 수명을 연장하여 오래 사용할 수 있을 뿐만아니라 전기 에너지 저장장치의 고장발생을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to an energy charge / discharge control device of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle, comprising: a battery capable of supplying electric power to a wheel driving motor of an electric vehicle through an inverter, and at least one supercapacitor connected in series; The auxiliary charging unit, a bidirectional converter connected between the battery and the auxiliary charging unit to switch the current conduction direction according to the control signal, the load current supplied to the inverter, the regenerative current flowing back through the inverter during braking, The current detector detects the charge / discharge current flowing between the bidirectional converters, the speed detector detects the speed of the electric vehicle, and the information output from the current detector controls the bidirectional converter, and determines whether the electric vehicle is in an acceleration mode or a braking mode. In braking mode, the regenerative current is charged until the auxiliary charging unit reaches the rated voltage. And a control unit for controlling the bidirectional converter so as to vary the duty ratio, which is a ratio of time to be turned on in the switching period of the bidirectional converter, according to the charging voltage of the auxiliary charging unit. According to the energy charging and discharging control device and method of the regenerative braking device of the electric vehicle, it is possible to increase the storage efficiency of the energy generated from the electric motor during braking to increase the operating distance of the electric vehicle possible with a single battery charging Not only can it be used for a long time by extending its life, but it also provides the advantage of suppressing the failure of the electric energy storage device.

Figure R1020100099319
Figure R1020100099319

Description

전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법{electric energy charging and discharging apparatus and method using super capactiors for regenerative braking system of electric motorcycles}Electric energy charging and discharging apparatus and method using super capactiors for regenerative braking system of electric motorcycles}

본 발명은 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 배터리와 슈퍼커패시터 사이에 양방향 컨버터를 적용하여 충방전을 수행할 수 있도록 된 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for controlling energy charging and discharging of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle, and more particularly, to a regenerative braking apparatus for an electric vehicle capable of performing charging and discharging by applying a bidirectional converter between a battery and a supercapacitor. An energy charging and discharging control device and method.

일반적으로 전기차량 예를 들면 전기오토바이, 전기 자전거, 전기 자동차 등은 배터리의 전력을 이용하여 모터인 전동기를 구동할 수 있도록 되어 있고, 제동시에는 전동기가 발전기로서 작동함으로써 이때 발생되는 에너지를 전기저항의 열에너지로 소모시키거나 배터리를 이용하여 충전할 수 있도록 하고 있다.In general, electric vehicles such as electric motorcycles, electric bicycles, and electric vehicles are capable of driving electric motors, which are motors, by using the power of a battery. It can be consumed with heat energy or charged using a battery.

그런데, 배터리를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 경우에는 배터리의 충방전 특성상 단시간에 발생하는 회생전력 에너지를 효과적으로 저장하지 못하여 효율이 매우 나쁘고 빈번한 충방전은 배터리 수명을 단축시켜 배터리의 내구성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한, 전기저항을 이용하는 경우 회생제동은 가능하나 전기에너지를 열로써 방출하여 소모해 버리는 단점이 있다.However, in the case of storing electrical energy by using the battery, due to the charging and discharging characteristics of the battery, the regenerative power energy generated in a short time cannot be effectively stored, and the efficiency is very bad and the frequent charging and discharging shortens the battery life, thereby reducing the durability of the battery. There is this. In addition, in the case of using electrical resistance, regenerative braking is possible, but there is a disadvantage in that electrical energy is released as heat.

이러한 문제점을 개선하기 위해 국내 공개특허 제2003-0006269호에는 슈퍼커패시터를 부가하여 충전효율을 높일 수 있는 에너지 저장시스템의 제어방법이 개시되어 있다.In order to improve this problem, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2003-0006269 discloses a control method of an energy storage system that can increase charging efficiency by adding a supercapacitor.

상기 에너지 저장시스템은 배터리와 인버터 사이에 배터리와 병렬로 DC/DC컨버터가 접속되고, 여기에 수퍼커패시터가 직렬로 연결된 구조로 되어 있고, DC/DC컨버터는 주행속도와 반비례하여 전압을 제어하도록 되어 있다.The energy storage system has a structure in which a DC / DC converter is connected in parallel with the battery between the battery and the inverter, and a supercapacitor is connected in series, and the DC / DC converter controls the voltage in inverse proportion to the traveling speed. have.

이러한 종래의 에너지 저장시스템은 슈퍼커패시터의 충방전시의 슈퍼커패시터의 전압 변동상태 및 요구되는 부하전류 또는 검출되는 회생전류량을 고려하지 않음으로써 전기에너지의 충방전 효율 및 에너지 이용효율을 극대화시키기 어려운 단점이 있다.This conventional energy storage system is difficult to maximize the charging and discharging efficiency and energy utilization efficiency of the electric energy by not considering the voltage fluctuation state of the supercapacitor during the charge and discharge of the supercapacitor and the required load current or the amount of regenerative current detected. There is this.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 전동기의 동작상태에 따라 배터리와 슈퍼커패시터 간의 전기 에너지 저장 효율을 향상할 수 있으면서도 충방전 과정에서 발생하는 전기적 과도현상을 최소화 하도록 전압을 제어하여 고장 발생을 없도록 하여 신뢰성을 높일 수 있는 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and according to the operating state of the motor, while controlling the electrical energy storage efficiency between the battery and the supercapacitor, the voltage is controlled to minimize the electrical transient occurring during the charging and discharging process. The purpose of the present invention is to provide an energy charging / discharging control device and method of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle that can increase reliability by preventing a failure.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치는 전기차량의 바퀴 구동용 전동기에 인버터를 통해 전력을 공급할 수 있도록 된 배터리와; 적어도 하나의 슈퍼커패시터가 직렬로 상호 접속된 보조 충전부와; 제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 상기 배터리와 상기 보조 충전부 사이에 접속된 양방향 컨버터와; 상기 인버터로 공급되는 부하전류와, 제동시 상기 전동기로부터 상기 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생 전류와, 상기 배터리와 상기 양방향 컨버터 사이에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 전류검출부와; 상기 전기차량의 속도를 검출하는 속도검출부와; 상기 배터리의 전압을 검출하는 제1전압검출부와; 상기 보조 충전부의 전압을 검출하는 제2전압검출부와; 상기 속도검출부와 상기 전류검출부에서 출력된 정보를 이용하여 상기 양방향 컨버터를 제어하되 상기 전기차량이 가속모드인지 제동모드인지를 판단하여 제동모드시에는 상기 보조충전부가 정격전압에 도달할 때까지 상기 회생전류가 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하되 상기 보조충전부의 충전전압에 따라 상기 양방향 컨버터의 스위칭 주기내에 도통(턴온)되는 시간의 비인 듀티비를 가변하여 제어하는 제어유니트;를 구비한다.In order to achieve the above object, the energy charge / discharge control apparatus of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention includes a battery capable of supplying electric power through an inverter to a wheel driving motor of an electric vehicle; An auxiliary charging unit in which at least one supercapacitor is interconnected in series; A bidirectional converter connected between the battery and the auxiliary charging unit to switch the current conduction direction according to a control signal; A current detector for detecting a load current supplied to the inverter, a regenerative current flowing back from the motor through the inverter during braking, and a charge / discharge current flowing between the battery and the bidirectional converter; A speed detector for detecting a speed of the electric vehicle; A first voltage detector detecting a voltage of the battery; A second voltage detector detecting a voltage of the auxiliary charging unit; The bidirectional converter is controlled by using the information output from the speed detector and the current detector, and it is determined whether the electric vehicle is in an acceleration mode or a braking mode. And a control unit for controlling the bidirectional converter to charge the current, and varying the duty ratio, which is a ratio of time to be conducted (turned on) within the switching period of the bidirectional converter according to the charging voltage of the auxiliary charging unit.

바람직하게는 상기 양방향 컨버터는 상기 제어유니트의 펄스폭 변조(PWM) 제어신호에 의해 스위치 온/오프되며 상기 배터리의 양극단자로부터 상기 보조 충전부의 양극단자 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제1 스위칭소자와; 상기 제1스위칭소자와 병렬접속하되 상기 제1스위칭소자의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제1다이오드와; 상기 보조 충전부의 양극단자와 음극단자 사이에 병렬접속되어 상기 보조 충전부의 양극단자로부터 상기 보조 충전부의 음극단자 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제2스위칭 소자와; 상기 제2스위칭소자와 병렬접속되되 상기 제2스위칭소자의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제2다이오드;를 구비하고, 상기 보조충전부의 양극단자로부터 상기 제2스위칭소자로 이어지는 전류도통경로상에 설치된 제1인덕터;를 더 구비한다.Preferably, the bidirectional converter is switched on / off by a pulse width modulation (PWM) control signal of the control unit and is connected to form a current conduction path from the positive terminal of the battery toward the positive terminal of the auxiliary charging unit. A switching element; A first diode connected in parallel with the first switching element, and connected to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the first switching element; A second switching element connected in parallel between the positive terminal and the negative terminal of the auxiliary charging part and connected to form a current conduction path from the positive terminal of the auxiliary charging part to the negative terminal of the auxiliary charging part; A second diode connected in parallel with the second switching element and connected to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the second switching element, wherein the second switching element is formed from an anode terminal of the auxiliary charging unit. And a first inductor installed on the current conduction path leading to the inductor.

또한, 상기 전류검출부는 상기 인버터로 공급되는 부하전류를 검출하는 제1전류 검출기와; 상기 전기차량의 제동시 상기 전동기로부터 상기 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생 전류를 검출하는 제2전류검출기와; 상기 배터리와 상기 양방향 컨버터 사이에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 제3전류검출기;를 구비하고, 상기 제어유니트는 상기 제2전류 검출기에서 회생전류가 검출되면 상기 제동모드로 판단한다.The current detector may include a first current detector configured to detect a load current supplied to the inverter; A second current detector for detecting a regenerative current flowing backward from the electric motor through the inverter when braking the electric vehicle; And a third current detector for detecting a charge / discharge current flowing between the battery and the bidirectional converter, wherein the control unit determines that the braking mode is provided when a regenerative current is detected by the second current detector.

더욱 바람직하게는 상기 보조충전부의 충방전시 발생되는 과전압을 억제하기 위해 상기 제1스위칭소자와 상기 배터리의 양극단자 사이에 접속된 제2인덕터와, 상기 양방향 컨버터와 병렬접속된 제1커패시터로 된 과전압 완충부;를 더 구비한다.More preferably, a second inductor connected between the first switching element and the positive terminal of the battery and a first capacitor connected in parallel with the bidirectional converter to suppress overvoltage generated during charging and discharging of the auxiliary charging unit. It further comprises an overvoltage buffer.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어유니트는 상기 속도검출부에서 검출된 상기 전기차량의 속도와 상기 부하전류로부터 기준전류를 산출하는 기준충방전 전류치 산출부와; 상기 기준전류와 상기 충방전전류와의 오차가 감쇠되도록 비례적분 하는 비례적분제어기와; 상기 비례적분제어기의 출력신호를 기준으로 상기 양방향 컨버터를 구동하기 위한 듀티비를 조정하는 듀티비 조정부와; 상기 듀티비 조정부에 의해 조정된 듀티비에 대응되는 펄스폭 제어신호를 생성하는 펄스폭 변조부와; 상기 펄스폭 변조부에 의해 생성된 구동 펄스 신호를 제동모드시에는 상기 제1스위칭소자에 인가하고, 가속모드시에는 상기 제2스위칭 소자에 인가하는 스위칭 구동부;를 구비한다.According to one aspect of the invention, the control unit includes a reference charge and discharge current value calculation unit for calculating a reference current from the speed and the load current of the electric vehicle detected by the speed detection unit; A proportional integral controller configured to proportionally integrate the attenuation error between the reference current and the charge / discharge current; A duty ratio adjusting unit for adjusting a duty ratio for driving the bidirectional converter based on the output signal of the proportional integral controller; A pulse width modulator for generating a pulse width control signal corresponding to the duty ratio adjusted by the duty ratio adjuster; And a switching driver configured to apply the driving pulse signal generated by the pulse width modulator to the first switching element in the braking mode and to the second switching element in the acceleration mode.

또한 상기 보조 충전부는 직렬로 접속된 복수개의 슈퍼커패시터 각각과 병렬접속된 저항소자와; 상기 보조 충전부의 양단과 병렬접속된 제너다이오드;를 더 구비하는 것이 바람직하다.The auxiliary charging unit may further include: a resistance element connected in parallel with each of the plurality of supercapacitors connected in series; A zener diode connected in parallel with both ends of the auxiliary charging unit is preferably further provided.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 방법은 전기차량의 바퀴 구동용 전동기에 인버터를 통해 전력을 공급할 수 있도록 된 배터리와 양방향 컨버터를 통해 병렬접속된 보조 충전부를 갖는 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 방법에 있어서, 가. 충방전시 상기 양방향 컨버터에 적용할 기준 듀티비를 설정하는 단계와; 나. 상기 전기차량의 속도와 상기 인버터로 공급되는 부하전류 및 상기 회생전류로부터 요구되는 기준 충/방전전류를 산출하는 단계와; 다. 상기 기준 충/방전전류와 상기 양방향 컨버터를 통해 흐르는 충/방전전류의 차이가 저감되게 비례적분 제어를 수행하는 단계와; 라. 상기 전동기로부터 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생전류가 검출되는 지로부터 제동모드인지 가속모드인지를 판단하는 단계와; 마. 상기 라 단계에서 제동모드로 판단되면 상기 배터리의 전압이 설정된 제1기준전압 보다 크고, 상기 보조 충전부의 전압이 설정된 제2기준전압 이하인지를 판단하는 단계와; 바. 상기 마 단계에서 상기 배터리의 전압이 설정된 제1기준전압 보다 높고, 상기 보조 충전부의 충전 전압이 설정된 제2기준전압 이하이면 상기 양방향 컨버터에 인가되는 펄스폭의 듀티비를 증가시키는 단계;를 포함한다.In addition, the energy charging and discharging control method of the regenerative braking apparatus of the electric vehicle according to the present invention in order to achieve the above object in parallel through a battery and a bi-directional converter to supply power to the wheel drive motor of the electric vehicle through an inverter. A method for controlling energy charging and discharging of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle having a connected auxiliary charging unit, comprising: a. Setting a reference duty ratio to be applied to the bidirectional converter during charging and discharging; I. Calculating a reference charge / discharge current required from the speed of the electric vehicle, the load current supplied to the inverter, and the regenerative current; All. Performing proportional integral control to reduce a difference between the reference charge / discharge current and the charge / discharge current flowing through the bidirectional converter; la. Determining whether a braking mode or an acceleration mode is detected from the regenerative current flowing backward from the motor through the inverter; hemp. Determining whether the voltage of the battery is greater than a first reference voltage that is set and the voltage of the auxiliary charging unit is lower than or equal to a second reference voltage when the braking mode is determined in step (d); bar. And increasing the duty ratio of the pulse width applied to the bidirectional converter when the voltage of the battery is higher than the first reference voltage and the charging voltage of the auxiliary charging unit is lower than the second reference voltage. .

또한, 상기 마 단계에서 상기 배터리의 전압이 설정된 제1기준전압 이하이거나, 상기 보조 충전부의 전압이 설정된 제2기준전압을 초과한 것으로 판단되면 상기 양방향 컨버터에 인가되는 펄스폭의 듀티비를 감소시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, when it is determined that the voltage of the battery is less than or equal to the set first reference voltage or the voltage of the auxiliary charging unit is greater than the set second reference voltage, the duty ratio of the pulse width applied to the bidirectional converter may be reduced. It is preferable to include a.

본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법에 의하면, 제동시 전동기로부터 발생되는 에너지의 저장 효율을 높일 수 있어 단 한번의 배터리 충전으로 가능한 전기차량의 운행거리를 증가시킬 수 있고 배터리 수명을 연장하여 오래 사용할 수 있을 뿐만 아니라 전기 에너지 저장장치의 고장발생을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.According to the energy charging and discharging control device and method of the regenerative braking apparatus of the electric vehicle according to the present invention, it is possible to increase the storage efficiency of the energy generated from the motor during braking to increase the operating distance of the electric vehicle possible with a single battery charging It can be used for a long time by extending the battery life and suppressing the failure of the electric energy storage device.

도 1은 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치를 나타내 보인 블록도이고,
도 2는 도 1의 제어유니트의 블록도이고,
도 3은 도 1의 보조 충전부의 상세 회로도 이고,
도 4는 본 발명에 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치에 대해 회생제동시 충전전류에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치에 대해 회생제동시 충전전압에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치에 대해 가속시 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 그래프이다.
1 is a block diagram showing an energy charge and discharge control device of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention;
FIG. 2 is a block diagram of the control unit of FIG. 1,
3 is a detailed circuit diagram of the auxiliary charging unit of FIG. 1;
Figure 4 is a flow diagram showing the energy charge and discharge control process of the regenerative braking apparatus of the electric vehicle in the present invention,
5 to 7 are graphs showing simulation results of charging current during regenerative braking for the energy charge / discharge control device of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention;
8 to 10 are graphs showing simulation results of charging voltage during regenerative braking for the energy charge / discharge control device of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention;
11 to 14 are graphs showing simulation results during acceleration of the energy charge / discharge control device of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for controlling energy charge and discharge of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치를 나타내 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing an energy charge and discharge control device of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle according to the present invention.

도 1을 참조하면, 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치(100)는 배터리(110), 보조 충전부(120), 양방향 컨버터(130), 제1 내지 제3전류 검출기(141 내지 143), 제1 및 제2전압검출부(151)(152), 인버터(170), 속도 검출부(180), 과전압 완충부(190) 및 제어유니트(200)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the energy charge / discharge control apparatus 100 of the regenerative braking apparatus for an electric vehicle includes a battery 110, an auxiliary charging unit 120, a bidirectional converter 130, and first to third current detectors 141 to 143. ), First and second voltage detectors 151 and 152, an inverter 170, a speed detector 180, an overvoltage buffer 190, and a control unit 200.

모터(M)(230)는 전기 차량(EV)(250)의 바퀴 구동용 전동기로서 적용된 것으로 일반적으로 브러시리스(BLDC) 모터를 적용하고, 인버터(170)를 통해 공급된 전력에 의해 구동되고 제동시에는 회전에 의해 발생되는 전기에너지를 인버터(170)의 스위칭소자(S1 내지 S6)에 병렬상으로 접속된 환류다이오드(D11 내지 D16)를 통해 회생전류를 출력한다.The motor (M) 230 is applied as a wheel driving motor of the electric vehicle (EV) 250, and generally applies a brushless (BLDC) motor, and is driven by the power supplied through the inverter 170 and At the same time, the regenerative current is output through the reflux diodes D11 to D16 connected in parallel with the electrical energy generated by the rotation to the switching elements S1 to S6 of the inverter 170.

속도 검출부(180)는 모터(230)에 의해 구동되는 전기차량의 속도를 검출하는 것으로 홀센서(Hall Sensor)가 적용될 수 있고, 검출된 속도 정보를 제어유니트(200)에 출력한다.The speed detector 180 detects the speed of the electric vehicle driven by the motor 230, and a Hall sensor may be applied, and outputs the detected speed information to the control unit 200.

인버터(170)는 전압원인 배터리(110) 또는 보조충전부(120)에서 공급되는 직류전원을 브러시리스 모터 드라이버(미도시)에 의해 선택적으로 제어되는 스위칭소자(S1 내지 S6)에 의해 교류상으로 변환하여 3상 모터(230)로 공급하도록 되어 있고, 그 구조는 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.The inverter 170 converts the DC power supplied from the battery 110 or the auxiliary charging unit 120 as a voltage source into an AC phase by switching elements S1 to S6 selectively controlled by a brushless motor driver (not shown). It is to be supplied to the three-phase motor 230, the structure is known, detailed description thereof will be omitted.

배터리(110)는 인버터(170)를 통해 전력을 공급할 수 있도록 인버터(170)의 양단에 접속되어 있다.The battery 110 is connected to both ends of the inverter 170 to supply power through the inverter 170.

배터리(110)는 리튬이온 배터리 등 공지된 것을 적용하면 된다.The battery 110 may be a known one such as a lithium ion battery.

참조부호 C2는 배터리(110)와 인버터(170) 사이에 접속된 평활용 콘덴서이다.Reference numeral C2 denotes a smoothing capacitor connected between the battery 110 and the inverter 170.

보조 충전부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 슈퍼커패시터(121)가 직렬로 상호 접속되어 에너지를 충전 또는 방전할 수 있도록 후술되는 양방향 컨버터(130)를 통해 배터리(110)와 병렬접속되어 있다.As shown in FIG. 3, the auxiliary charging unit 120 is connected in parallel with the battery 110 through a bidirectional converter 130 which will be described later so that a plurality of supercapacitors 121 may be interconnected in series to charge or discharge energy. It is.

여기서 슈퍼 커패시터(121)는 저전압(2.7V) 및 대용량(100~1000F)을 갖는 커패시터를 말하며, 양극사이에 산화금속 및 폴리메르 화합물을 사용하여 전하를 충전함으로써 전기화학적 작용에 의해 전하를 충전하는 배터리(110)와 구조가 다르다.Here, the supercapacitor 121 refers to a capacitor having a low voltage (2.7V) and a large capacity (100 to 1000F). The supercapacitor 121 uses a metal oxide and a polymer compound to charge a charge between the anodes, thereby charging the charge by an electrochemical action. The structure is different from the battery 110.

따라서 보조 충전부(120)는 요구하는 전압레벨에 적합하도록 다수의 슈퍼커패시터(121)를 직렬로 연결하여 뱅크 형태로 사용하면 되고, 직렬연결에 의한 불균등 충전현상을 억제하고, 과충전 현상을 방지할 수 있도록 구축되는 것이 바람직하다.Therefore, the auxiliary charging unit 120 may be used in the form of a bank by connecting a plurality of supercapacitors 121 in series so as to suit the required voltage level, to suppress the uneven charging phenomenon by the series connection, and to prevent the overcharge phenomenon. It is desirable that it be constructed.

바람직하게는 보조 충전부(120)는 다수의 슈퍼커패시터(121) 상호간의 충전 균등화를 위해 직렬로 접속된 복수개의 슈퍼커패시터(121) 각각과 병렬접속된 저항소자(123)와, 보조 충전부(120)의 양단과 병렬접속된 제너다이오드(ZD1)를 구비한다.Preferably, the auxiliary charging unit 120 includes a resistor element 123 connected in parallel with each of the plurality of supercapacitors 121 connected in series for equalizing charge between the plurality of supercapacitors 121, and the auxiliary charging unit 120. And a zener diode ZD1 connected in parallel with both ends.

여기서 제너다이오드(ZD1)는 보조 충전부(120)의 슈퍼 커패시터(121)의 과충전에 의한 소손을 방지하기 위해 과전압 억제용으로 적용되었다.Here, the zener diode ZD1 has been applied for overvoltage suppression in order to prevent burnout due to overcharging of the super capacitor 121 of the auxiliary charging unit 120.

양방향 컨버터(130)는 제어유니트(200)의 제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 배터리(110)와 보조 충전부(120) 사이에 접속되어 있다.The bidirectional converter 130 is connected between the battery 110 and the auxiliary charging unit 120 to switch the current conduction direction according to the control signal of the control unit 200.

이러한 양방향 컨버터(130)는 제1스위칭소자(T1), 제2스위칭소자(T2), 제1 및 제2다이오드(D1)(D2)로 되어 있다.The bidirectional converter 130 includes a first switching device T1, a second switching device T2, and first and second diodes D1 and D2.

제1스위칭 소자(T1)는 제어유니트(200)의 제어신호에 의해 스위치 온/오프되며 배터리(110)의 양극단자(112)로부터 보조 충전부(120)의 양극단자(125) 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속되어 있고 3단자 전력 스위칭 소자인 IGBT소자가 적용될 수 있다.The first switching element T1 is switched on / off by the control signal of the control unit 200 and the current conduction path is directed from the positive terminal 112 of the battery 110 to the positive terminal 125 of the auxiliary charging unit 120. An IGBT element, which is connected to form a circuit and is a three-terminal power switching element, can be applied.

제1다이오드(D1)는 제1스위칭소자(T1)의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 제1스위칭소자(T1)의 드레인단자와 소오스 단자 사이에 병렬접속되어 있다.The first diode D1 is connected in parallel between the drain terminal and the source terminal of the first switching element T1 so as to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the first switching element T1.

제2스위칭 소자(T2)는 제1스위칭소자(T1)와 보조 충전부(120)의 음극단자(127)에 대응되는 그라운드(G) 사이에 접속되어 있다.The second switching element T2 is connected between the first switching element T1 and the ground G corresponding to the negative electrode terminal 127 of the auxiliary charging unit 120.

즉, 제2스위칭 소자(T2)는 보조 충전부(120)의 양극단자(125)와 음극단자(127) 사이에 병렬 접속되어 보조 충전부(120)의 양극단자(125)로부터 보조 충전부(127)의 음극단자 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속되어 있다.That is, the second switching element T2 is connected in parallel between the positive electrode terminal 125 and the negative electrode terminal 127 of the auxiliary charging unit 120 to connect the auxiliary charging unit 127 from the positive terminal 125 of the auxiliary charging unit 120. It is connected so as to form a current conduction path in the negative terminal direction.

제2스위칭 소자(T2)도 3단자 전력 스위칭 소자인 IGBT소자가 적용될 수 있다.An IGBT device, which is a three-terminal power switching device, may also be applied to the second switching device T2.

제2다이오드(D2)는 제2스위칭소자(T2)의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 제2스위칭소자(T2)의 드레인단자와 소오스 단자 사이에 병렬접속되어 있다.The second diode D2 is connected in parallel between the drain terminal and the source terminal of the second switching element T2 so as to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the second switching element T2.

제1인덕터(L1)는 보조충전부(120)의 양극단자(125)로부터 제1스위칭소자(T1)의 소오스 단자와 제2스위칭소자(T2)의 드레인 사이로 이어지는 전류도통경로상에 설치되어 있다.The first inductor L1 is provided on a current conduction path extending from the anode terminal 125 of the auxiliary charging unit 120 to the source terminal of the first switching element T1 and the drain of the second switching element T2.

전류검출부는 인버터(170)로 공급되는 부하전류와, 제동시 모터(230)로부터 인버터(170)를 통해 역으로 흐르는 회생 전류와, 배터리(110)와 양방향 컨버터(130) 사이에 흐르는 충방전 전류를 검출하도록 제1 내지 제3전류검출기(CS1 내지 CS3)(141 내지 143)가 적용되었다.The current detector detects a load current supplied to the inverter 170, a regenerative current flowing back from the motor 230 through the inverter 170 when braking, and a charge / discharge current flowing between the battery 110 and the bidirectional converter 130. First to third current detectors CS1 to CS3 141 to 143 have been applied.

제1전류검출기(CS1)(141)는 배터리(110)로부터 인버터(170)로 이어지는 전류공급 경로(172)상에 설치되어 인버터(172)로 공급되는 부하전류를 검출하여 제어유니트(200)에 출력한다.The first current detector (CS1) 141 is installed on the current supply path 172 from the battery 110 to the inverter 170 to detect the load current supplied to the inverter 172 to the control unit 200 Output

제1전류검출기(141)와 배터리(110)의 양극단자(112) 사이에는 인버터(170)로 공급되는 전류만 도통될 수 있게 제3다이오드(D3)가 접속되어 있다.The third diode D3 is connected between the first current detector 141 and the positive terminal 112 of the battery 110 so that only a current supplied to the inverter 170 can be conducted.

제2전류검출기(142)는 인버터(170)로 이어지는 전류공급 경로(172)와 병렬상으로 접속된 회생전류 도통경로(174) 상에 접속된 제4다이오드(D4)를 통해 흐르는 회생전류를 검출할 수 있도록 설치되어 있다.The second current detector 142 detects the regenerative current flowing through the fourth diode D4 connected on the regenerative current conduction path 174 connected in parallel with the current supply path 172 leading to the inverter 170. It is installed to do this.

여기서 회생전류는 전기차량(250)의 제동시 모터(230)로부터 인버터(170)의 환류다이오드(D11 내지 D16)를 통해 역으로 흐르는 전류를 말한다.Here, the regenerative current refers to a current flowing backward from the motor 230 through the reflux diodes D11 to D16 of the inverter 170 when the electric vehicle 250 is braked.

제3전류검출기(143)는 배터리(110)와 양방향 컨버터(130) 사이에 흐르는 충방전 전류(I3)를 검출할 수 있도록 배터리(110)의 양극단자(112)와 양방향 컨버터(130)의 제1스위칭소자(T1)의 드레인 사이에 접속되어 있다.The third current detector 143 may be configured to detect the positive and negative terminals 112 of the battery 110 and the bidirectional converter 130 so as to detect the charge / discharge current I3 flowing between the battery 110 and the bidirectional converter 130. It is connected between the drains of one switching element T1.

제3전류검출기(143)에서 검출된 충방전 전류정보는 후술되는 제어유니트(200)에 의해 과충전을 억제하도록 제어하는데도 이용된다.The charge / discharge current information detected by the third current detector 143 is also used to control the suppression of overcharge by the control unit 200 described later.

과전압완충부(190)는 보조충전부(120)의 충방전시 발생되는 과전압을 억제하기 위해 제1스위칭소자(T1)의 드레인과 배터리(110)의 양극단자(112) 사이에 접속된 제2인덕터(L2)와, 양방향 컨버터(130)와 병렬접속된 제1커패시터(C1)로 되어 있다.The overvoltage buffer 190 is a second inductor connected between the drain of the first switching element T1 and the positive terminal 112 of the battery 110 to suppress the overvoltage generated during charging and discharging of the auxiliary charging unit 120. L2 and a first capacitor C1 connected in parallel with the bidirectional converter 130.

제1전압검출부(151)는 배터리(110)의 전압을 검출하여 제어유니트(200)에 제공한다.The first voltage detector 151 detects the voltage of the battery 110 and provides the voltage to the control unit 200.

제2전압검출부(152)는 보조 충전부(120)의 전압을 검출하여 제어유니트(200)에 제공한다.The second voltage detector 152 detects the voltage of the auxiliary charging unit 120 and provides the voltage to the control unit 200.

제어유니트(200)는 속도검출부(180)에서 검출된 전기차량(250)의 속도정보와, 전류검출부에서 검출된 정보 및 제1 및 제2전압검출부(151)(152)에서 검출된 정보를 이용하여 양방향 컨버터(130)를 제어한다.The control unit 200 uses speed information of the electric vehicle 250 detected by the speed detector 180, information detected by the current detector, and information detected by the first and second voltage detectors 151 and 152. To control the bidirectional converter 130.

제어유니트(200)는 전기차량(250)이 가속모드인지 또는 제동모드인지를 판단하고, 제동모드시에는 배터리(110)보다 우선적으로 보조충전부(120)가 정격전압에 도달할 때까지 회생전류가 충전되도록 양방향 컨버터(130)를 제어하되 보조충전부(120)의 충전전압에 따라 양방향 컨버터(130)의 스위칭 주기내에 도통(turn-on)되는 시간의 비인 펄스폭 변조(PWM) 듀티비를 가변하여 제어한다.The control unit 200 determines whether the electric vehicle 250 is in an acceleration mode or a braking mode. In the braking mode, the regenerative current is increased until the auxiliary charging unit 120 reaches the rated voltage in preference to the battery 110. While controlling the bidirectional converter 130 to be charged, the pulse width modulation (PWM) duty ratio, which is the ratio of the time that is turned on in the switching cycle of the bidirectional converter 130, is varied according to the charging voltage of the auxiliary charging unit 120. To control.

바람직하게는 제어유니트는 제2전류 검출기(142)에서 회생전류가 검출되면 제동모드로 판단하도록 구축된다.Preferably, the control unit is constructed to determine the braking mode when the regenerative current is detected by the second current detector 142.

이러한 제어유니트에 대해 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.This control unit will be described in more detail with reference to FIG. 2.

제어유니트(200)는 기준 충/방전 전류치 산출부(202)와, 비례적분(PI)제어기(207), 듀티비 조정부(209), 펄스폭 변조부(PWM변조부)(211) 및 스위칭 구동부(213)를 구비한다.The control unit 200 includes a reference charge / discharge current value calculator 202, a proportional integral (PI) controller 207, a duty ratio adjuster 209, a pulse width modulator (PWM modulator) 211, and a switching driver. 213 is provided.

기준충/방전 전류치 산출부(202)는 기준충전 전류치 산출부(202a)와 기준방전 전류치 산출부(202b)를 구비한다. The reference charge / discharge current value calculator 202 includes a reference charge current value calculator 202a and a reference discharge current value calculator 202b.

기준충전 전류치 산출부(202a)는 제동모드시 기준충전전류치를 산출하는 것으로서, 속도검출부(180)에서 검출된 전기차량(250)의 속도와 제2전류검출기(142)에서 검출된 회생전류로부터 설정된 산출방식에 따라 기준 충전전류(Iregen_ref)를 산출한다. 여기서 기준충전 전류치 산출부(202a)의 기준 충전전류 산출방식은 차량의 속도(Vvehicle)와 회생전류(Iregen)에 대해 Iregen_ref = K1 Vvehicle + K2 Iregen 로 (K1, K2 계수)가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.The reference charging current value calculator 202a calculates the reference charging current value in the braking mode, and is set based on the speed of the electric vehicle 250 detected by the speed detector 180 and the regenerative current detected by the second current detector 142. The reference charging current Iregen_ref is calculated according to the calculation method. Here, the reference charging current calculation method of the reference charging current value calculating unit 202a is calculated as I regen_ref = K 1 V vehicle + K 2 I regen for the speed (V vehicle ) and the regenerative current (I regen ) of the vehicle (K 1 , K 2 coefficients).

또한, 기준방전 전류치 산출부(202b)는 가속모드시 기준 방전전류치를 산출하는 것으로서, 속도검출부(180)에서 검출된 전기차량(250)의 속도와 제1전류검출기(141)에서 검출된 부하전류로부터 설정된 산출방식에 따라 기준 방전 전류(Iaccel_ref)를 산출한다. 여기서 기준방전 전류치 산출부(202)의 기준 방전전류 산출방식은 전기차량(250)의 속도(Vvehicle)와 부하전류(Iload)에 대해 Iaccel_ref = K3 Vvehicle + K4 Iload 로 (K3, K4 계수)가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the reference discharge current value calculator 202b calculates a reference discharge current value in the acceleration mode, and the speed of the electric vehicle 250 detected by the speed detector 180 and the load current detected by the first current detector 141. The reference discharge current Iaccel_ref is calculated according to the calculation method set up from. Here, the reference discharge current calculation method of the reference discharge current value calculation unit 202 is expressed as I accel_ref = K 3 V vehicle + K 4 I load for the speed V vehicle and the load current I load of the electric vehicle 250 ( K 3 , K 4 coefficient).

비례적분 제어기(207)는 기준 충전 전류 또는 기준 방전전류와 제3전류검출기(143)에서 검출된 충전전류 또는 방전전류와의 오차 값에 대해 오차가 감쇠되도록 비례적분 하여 충/방전 요구전류 즉, 충전 요구전류 또는 방전 요구전류를 산출한다.The proportional integration controller 207 is proportionally integrated so that the error is attenuated with respect to an error value between the reference charging current or the reference discharge current and the charging current or the discharge current detected by the third current detector 143, so that the charge / discharge request current, that is, The charge demand current or the discharge demand current is calculated.

듀티비 조정부(209)는 비례적분제어기(207)의 출력신호를 기준으로 양방향 컨버터(130)를 구동하기 위한 듀티비를 조정한다.The duty ratio adjusting unit 209 adjusts the duty ratio for driving the bidirectional converter 130 based on the output signal of the proportional integral controller 207.

듀티비 조정부(209)는 듀티비 조정시 배터리(110)의 전압(Vbatt)정보와 보조충전부(120)의 전압정보도 함께 이용한다. 일 예로서, 충전시 보조 충전부(120)의 전압이 정격전압에 도달하면 제1스위칭소자(T1)의 구동이 멈추도록 0%듀티비를 적용하고, 방전시 보조 충전부(120)의 전압이 정격전압의 1/2에 도달하면 제2스위칭 소자(T2)의 구동이 멈추도록 제2스위칭소자의 0%듀티비를 적용하는 방식으로 적용할 수 있다. 또한, 듀티비 조정부(209)의 배터리(110)의 전압을 이용하는 과정에 대해서는 도 4를 통해 후술한다.The duty ratio adjusting unit 209 also uses voltage Vbatt information of the battery 110 and voltage information of the auxiliary charging unit 120 when adjusting the duty ratio. As an example, when the voltage of the auxiliary charging unit 120 at the time of charging reaches the rated voltage, a 0% duty ratio is applied to stop driving of the first switching device T1, and the voltage of the auxiliary charging unit 120 is rated at the time of discharge. When the voltage reaches 1/2, the 0% duty ratio of the second switching device may be applied to stop driving of the second switching device T2. In addition, a process of using the voltage of the battery 110 of the duty ratio adjusting unit 209 will be described later with reference to FIG. 4.

펄스폭 변조부(211)는 듀티비 조정부(209)에 의해 조정된 듀티비에 대응되는 펄스폭 제어신호를 생성한다.The pulse width modulator 211 generates a pulse width control signal corresponding to the duty ratio adjusted by the duty ratio adjuster 209.

스위칭 구동부(213)는 펄스폭 변조부(211)에 의해 생성된 구동 펄스 신호를 제동모드시에는 제1스위칭소자(T1)에 인가하고, 가속모드시에는 제2스위칭 소자(T2)에 인가한다.The switching driver 213 applies the driving pulse signal generated by the pulse width modulator 211 to the first switching device T1 in the braking mode and to the second switching device T2 in the acceleration mode. .

이하에서는 이러한 충방전 제어과정을 도 4를 참조하여 설명한다.Hereinafter, this charge and discharge control process will be described with reference to FIG. 4.

먼저, 충/방전시 양방향 컨버터(130)에 펄스폭 변조에 의해 적용한 기준듀티비를 설정한다(단계 310). 여기서 기준 듀티비는 보조충전부(120)의 충방전 특성을 고려하여 초기값으로 적용하기 위한 것으로서 일반적으로 50%가 되도록 설정하면 된다.First, a reference duty ratio applied to the bidirectional converter 130 by pulse width modulation during charging / discharging is set (step 310). Here, the reference duty ratio is to be applied as an initial value in consideration of the charging and discharging characteristics of the auxiliary charging unit 120 and may be generally set to be 50%.

다음은 전기차량(250)의 속도와 인버터(170)로 공급되는 부하전류 및 회생전류를 검출하고(단계 320), 검출된 값을 이용하여 요구되는 기준 전류 즉, 기준 충/방전 전류를 산출한다(단계 330).Next, the speed of the electric vehicle 250, the load current and the regenerative current supplied to the inverter 170 are detected (step 320), and the required reference current, that is, the reference charge / discharge current is calculated using the detected values. (Step 330).

단계 330이후에는 기준 충/방전전류와 양방향 컨버터(130)를 통해 흐르는 충/방전전류의 차이가 저감되게 비례적분 제어를 수행하여 충/방전 요구전류를 산출한다(단계 340).After step 330, the charge / discharge required current is calculated by performing proportional integral control to reduce the difference between the reference charge / discharge current and the charge / discharge current flowing through the bidirectional converter 130 (step 340).

이후, 모터(230)로부터 인버터(170)를 통해 역으로 흐르는 회생전류가 검출되는 지로부터 제동모드인지 가속모드인지를 판단하고(단계 350), 제동모드로 판단되면 배터리(110) 전압(Vbatt)과 보조충전부(120)의 전압(Vcap)에 대해 배터리(110)의 전압이 설정된 제1기준전압(Vr1) 보다 크고, 보조 충전부(120)의 충전전압(Vcap)이 설정된 제2기준전압(Vr2) 이하인지를 판단한다(단계 360). 여기서 제1기준전압(Vr1)은 제로(zero)볼트로 설정되는 것이 바람직하다.Subsequently, it is determined whether the braking mode or the acceleration mode is detected from the regenerative current flowing from the motor 230 through the inverter 170 (step 350). If the braking mode is determined, the battery 110 voltage Vbatt is determined. The second reference voltage Vr2 in which the voltage of the battery 110 is greater than the set first reference voltage Vr1 with respect to the voltage Vcap of the auxiliary charging unit 120 and the charging voltage Vcap of the auxiliary charging unit 120 is set. (Step 360). Here, the first reference voltage Vr1 is preferably set to zero volts.

단계 360에서 배터리(110)의 전압(Vbatt)이 설정된 제1기준전압(Vr1) 보다 높고, 보조 충전부(120)의 충전 전압이 설정된 제2기준전압(Vr2) 이하이면 양방향 컨버터(120)에 인가할 펄스폭의 듀티비를 설정된 증가폭 만큼 증가시킨다(단계 370).In operation 360, if the voltage Vbatt of the battery 110 is higher than the set first reference voltage Vr1 and the charging voltage of the auxiliary charging unit 120 is lower than or equal to the set second reference voltage Vr2, the battery 110 is applied to the bidirectional converter 120. The duty ratio of the pulse width to be increased is increased by the set increment (step 370).

단계 370이후에는 증가된 듀티비로 제1스위칭 소자(T1)를 구동시키고, 단계 320으로 복귀한다.After step 370, the first switching device T1 is driven with the increased duty ratio, and the operation returns to step 320.

이와는 다르게, 단계 360에서 배터리(110)의 전압(Vbatt)이 설정된 제1기준전압(Vr1) 이하이거나, 보조 충전부(120)의 충전 전압이 설정된 제2기준전압(Vr2)을 초과한 것으로 판단되면 양방향 컨버터(120)에 인가되는 펄스폭의 듀티비를 설정된 감소폭만큼 감소시킨다(단계 380).Unlike this, if it is determined in step 360 that the voltage Vbatt of the battery 110 is equal to or less than the set first reference voltage Vr1 or the charging voltage of the auxiliary charging unit 120 exceeds the set second reference voltage Vr2. The duty ratio of the pulse width applied to the bidirectional converter 120 is reduced by the set reduction width (step 380).

단계 380이후에도 역시 감소된 듀티비로 제1스위칭 소자(T1)를 구동시키고, 단계 320으로 복귀한다.After step 380, the first switching device T1 is driven with the reduced duty ratio, and the flow returns to step 320.

한편, 단계 350에서 가속모드로 판단되면, 보조 충전부(120)의 충전전압(Vcap)이 설정된 제2기준전압(Vr2) 이상이고, 배터리(110)의 전압(Vbatt)이 설정된 제3기준전압(Vr3) 이상인지를 판단한다(단계 400). 여기서 제3기준전압은 제로(Zero)볼트 보다 높게 설정되는 것이 바람직하다.On the other hand, if it is determined in the acceleration mode in step 350, the third reference voltage (Vbatt) of the charging voltage (Vcap) of the auxiliary charging unit 120 is greater than the set second reference voltage (Vr2), the voltage (Vbatt) is set Vr3) or more (step 400). The third reference voltage is preferably set higher than zero volts.

단계 400에서 보조 충전부(120)의 충전전압(Vcap)이 설정된 제2기준전압(Vr2) 이상이고, 배터리(110)의 전압(Vbatt)이 설정된 제3기준전압(Vr3) 이상이다고 판단되면, 양방향 컨버터(120)에 인가할 펄스폭의 듀티비를 설정된 증가폭 만큼 증가시킨다(단계 410).In operation 400, when it is determined that the charging voltage Vcap of the auxiliary charging unit 120 is greater than or equal to the set second reference voltage Vr2, and the voltage Vbatt of the battery 110 is greater than or equal to the set third reference voltage Vr3, in both directions, The duty ratio of the pulse width to be applied to the converter 120 is increased by the set increment (step 410).

이와는 다르게, 보조 충전부(120)의 충전전압(Vcap)이 설정된 제2기준전압(Vr2) 미만이거나, 배터리(110)의 전압(Vbatt)이 설정된 제3기준전압(Vr3) 미만이라고 판단되면, 양방향 컨버터(120)에 인가할 펄스폭의 듀티비를 설정된 증가폭 만큼 감소시킨다(단계 420)Unlike this, if it is determined that the charging voltage Vcap of the auxiliary charging unit 120 is less than the set second reference voltage Vr2 or that the voltage Vbatt of the battery 110 is less than the set third reference voltage Vr3, the bidirectional direction is determined. The duty ratio of the pulse width to be applied to the converter 120 is reduced by the set increment (step 420).

단계 410 또는 단계 420 이후에는 증감이 적용된 듀티비로 제2스위칭 소자(T2)를 구동시키고, 단계 320으로 복귀한다.After operation 410 or operation 420, the second switching device T2 is driven at a duty ratio to which the increase or decrease is applied, and the operation returns to operation 320.

한편, 이러한 제어과정에서 제동모드시의 충전과정을 살펴보면, 제동모드시 전기차량(250)의 모터(230)에 차량관성력에 의해 제동력이 가해지면 모터(230)는 곧바로 발전기 역할을 하게 되어 생성된 전류가 인버터(170)의 환류다이오드(D11 내지 D16)을 통하여 역으로 흐르게 되고, 제 2 및 제3 전류검출기(142)(143)를 통해 역전류가 검출되며, 양방향 컨버터(130)의 제1스위칭소자(T1)가 앞서 설명된 듀티비 조정방식에 의해 결정된 듀티 사이클로써 도통(turn-on) 된다. 제1스위칭소자(T1)가 결정된 듀티 사이클로써 도통(turn-on)된 상태에서 제1인덕터(L1)에서 일시적으로 회생되는 전류를 저장한다.On the other hand, looking at the charging process in the braking mode in this control process, when the braking force is applied to the motor 230 of the electric vehicle 250 in the braking mode by the vehicle inertia force, the motor 230 immediately acts as a generator The current flows backward through the reflux diodes D11 to D16 of the inverter 170, the reverse current is detected through the second and third current detectors 142 and 143, and the first of the bidirectional converter 130. The switching element T1 is turned on with a duty cycle determined by the duty ratio adjustment scheme described above. The first switching element T1 stores a current that is temporarily regenerated in the first inductor L1 in a state where the first switching element T1 is turned on with the determined duty cycle.

또한, 제1스위칭소자(T1)가 설정된 듀티 사이클로 구동되는 과정에서 제1스위칭 소자(T1)가 오프되는 기간에는 제1인덕터(L1)에 저장된 전류는 제2다이오드(D2)를 통하여 보조 충전부(120)에 전류를 저장을 하고 다시 제1스위칭소자(T1)가 도통(Turn-On) 되면 제2인덕터(L2)에 저장되었던 전류는 제1인덕터(L1)에 전달되어 에너지를 저장하게 된다. 이 과정에서 보조충전부(120)는 각 슈퍼커패시터(121)가 단자전압에 도달될 때 까지 차례차례 충전을 하게 되고 정격전압에 이르게 되면 더 이상 충전되지 않도록 제어된다.In addition, during the period in which the first switching device T1 is turned off while the first switching device T1 is driven at a set duty cycle, the current stored in the first inductor L1 is stored in the auxiliary charging unit through the second diode D2. When the current is stored in the 120 and the first switching device T1 is turned on, the current stored in the second inductor L2 is transferred to the first inductor L1 to store energy. In this process, the auxiliary charging unit 120 is sequentially charged until each of the supercapacitors 121 reaches the terminal voltage, and is controlled so as not to be charged any more when the rated voltage is reached.

한편, 회생전력이 제2전류검출기(142)에서 검출되지 않을 경우, 즉 정상적인 모터(230)로 부하전류가 공급되는 경우에는 보조 충전부(120)의 슈퍼 커패시터(121)에 저장된 전기 에너지를 모터(230)에 공급하기 위해 제2스위칭소자(T2)를 앞서 설명된 듀티 조정방식에 의해 결정된 PWM 듀티 사이클로 도통(turn-on)하게 되고, 이때, 방전전류는 제1인덕터(L1)에 저장을 하게 된다. On the other hand, when the regenerative power is not detected by the second current detector 142, that is, when a load current is supplied to the normal motor 230, the electric energy stored in the super capacitor 121 of the auxiliary charging unit 120 is converted into a motor ( In order to supply 230, the second switching device T2 is turned on at a PWM duty cycle determined by the duty adjustment scheme described above, and the discharge current is stored in the first inductor L1. do.

또한, 제2스위칭소자(T2)가 턴오프(Turn-Off) 상태에서는 제1인덕터(L1)에 저장된 전류는 제1다이오드(D1)를 통하여 방전하여 다시 모터(230) 부하에 전기 에너지를 공급하게 된다. 방전동작 중이라도 회생전력이 제2전류검출기(142)에서 다시 검출이 되거나 보조 충전부(120)의 단자전압이 설정된 방전제한 전압 예를 들면, 정격전압의 1/2에 도달하게 되면 방전동작은 정지되도록 제어되며, 다시 충전동작을 준비하게 된다. In addition, when the second switching device T2 is turned off, the current stored in the first inductor L1 is discharged through the first diode D1 to supply electrical energy to the load of the motor 230 again. Done. Even during the discharge operation, when the regenerative power is detected again by the second current detector 142 or when the terminal voltage of the auxiliary charging unit 120 reaches the set discharge limit voltage, for example, 1/2 of the rated voltage, the discharge operation is stopped. Controlled and ready for charging again.

<시물레이션 결과 및 분석>Simulation Results and Analysis

본 실시예에서는 보조 충전부(120)로서 100F 2.7V 용량을 갖는 10개의 슈퍼 커패시터(121)를 사용하여 출력전압은 10F 27V이고, 10A 부하전류와 20㏀의 균등화용 저항소자(123)를 사용하였다. In this embodiment, as the auxiliary charging unit 120, 10 supercapacitors 121 having a capacity of 100F 2.7V were used, and the output voltage was 10F 27V, and a resistance element 123 for equalization of 10A load current and 20 mA was used. .

제안된 회로의 성능을 확인하기 위해 미국 안소프트사(Ansoft Co.)에서 제공하는 심플러 툴(Simplorer Tool)을 이용한 회로 시물레이션을 수행하였다. In order to verify the performance of the proposed circuit, a circuit simulation was performed using the Simplorer Tool provided by Ansoft Co., USA.

시물레이션 조건은 제동모드에서는 발전기 역할에 의한 전압원으로 가정되고 반대로 정상적인 모터 부하인 경우에는 모터부하로 가정하였다. Simulation conditions are assumed to be voltage sources by the role of generators in braking mode, whereas motor loads are assumed for normal motor loads.

시물레이션에 사용된 능동조사의 파라메터는 아래의 <표 1>과 같다. The parameters of the active irradiation used in the simulation are shown in Table 1 below.

파라메터Parameter 단위 unit value 비고Remarks L1L1 mHmH 0.20.2 L2L2 mHmH 0.10.1 C1C1 uFuF 200200 PI GainPI Gain 1+100/s1 + 100 / s PI 제어기PI controller PWM 스위칭 주파수PWM switching frequency kHzkHz 2020

- 회생제동시 회로의 시물레이션 결과 및 분석-Simulation result and analysis of circuit during regenerative braking

회생제동에 따른 회로 시물레이션 결과는 도 5 내지 도 10을 통해 전류흐름과 전압상태를 구분하여 도시되어 있다. Circuit simulation results according to regenerative braking are shown separately from the current flow and the voltage state through FIGS. 5 to 10.

도 5는 보조 충전부의 슈퍼커패시터 충전전류, 도 6은 제1인덕터(L1) 유입전류, 도 7은 배터리 충전전류, 도 8은 보조 충전부의 슈퍼커패시터 충전 전압, 도 9는 제1스위칭소자(T1) 입력전압(L1), 도 10은 제1인덕터 전압을 각각 나타낸다.5 is a supercapacitor charging current of the auxiliary charging unit, FIG. 6 is an inductor current of the first inductor L1, FIG. 7 is a battery charging current, FIG. 8 is a supercapacitor charging voltage of the auxiliary charging unit, and FIG. 9 is a first switching element T1. ) Input voltage L1 and FIG. 10 show the first inductor voltage, respectively.

도면을 통해 알 수 있는 바와 같이 회생제동기간(0-0.2msec)에는 회생전력 발생시 보조충전부(120)의 슈퍼커패시터(121)에서 일시적으로 충전하여 충전전압이 램프적으로 상승하여 27[V]에 이르고 충전전압에 도달하면 더 이상 충전하지 않는다. 이 과정에서 배터리(110) 충전전류 및 제1인덕터(L1) 전압 등을 확인할 수 있다. 또한, 배터리(110)에 충전되는 전류는 거의 0에 가까워지고 대부분이 보조충전부(120)의 슈퍼커패시터(121)에 충전됨을 알 수 있다. As can be seen from the drawing, during the regenerative braking period (0-0.2msec), when the regenerative power is generated, the battery is temporarily charged in the supercapacitor 121 of the auxiliary charging unit 120, and the charging voltage rises rampantly to 27 [V]. When it reaches the charging voltage, it does not charge any more. In this process, the charging current of the battery 110 and the voltage of the first inductor L1 may be checked. In addition, it can be seen that the current charged in the battery 110 approaches zero and most of the current is charged in the supercapacitor 121 of the auxiliary charging unit 120.

- 정상적인 모터 가속시 회로의 시물레이션 결과 및 분석 -Simulation result and analysis of circuit during normal motor acceleration

가속시 회로 시물레이션 결과는 도 11 내지 도 14에 전류흐름과 전압상태가 도시되어 있다. 도 11은 보조 충전부의 슈퍼커패시터 전류흐름, 도 12은 양방향 인버터(130)의 전류흐름, 도 13은 배터리 전류흐름, 도 14는 보조 충전부의 슈퍼커패시터 전압상태를 각각 나타낸다.The circuit simulation results during acceleration are shown in FIGS. 11 to 14 in the current flow and voltage states. 11 shows a supercapacitor current flow of the auxiliary charging unit, FIG. 12 shows a current flow of the bidirectional inverter 130, FIG. 13 shows a battery current flow, and FIG. 14 shows a supercapacitor voltage state of the auxiliary charging unit.

정상적으로 전기차량(250)의 모터(230)에 전력을 공급할 경우에는 보조충전부(120)의 슈퍼커패시터(121) 전류는 역으로 흐르게 되어 모터(230)로 전력을 공급하고, 일부는 배터리(110)에 전력을 충전함으로써 배터리(110)에 저장된 전력이 증가됨으로써 배터리(110)의 사용시간을 늘리는 효과를 얻는다. When power is normally supplied to the motor 230 of the electric vehicle 250, the current of the supercapacitor 121 of the auxiliary charging unit 120 flows in reverse to supply power to the motor 230, and part of the battery 110 is provided. By charging the power to the power stored in the battery 110 is increased to obtain the effect of increasing the use time of the battery 110.

방전초기 약 0.15msec 이내에 보조충전부(120)의 슈퍼커패시터(121) 방전전류는 0A로 방전되어 슈퍼커패시터(121)에 저장되었던 전류가 모두 방전되어 재충전 준비를 하고 있음을 뜻한다. 반면에 이후에는 모터부하전류 -50A가 흘러 커패시터 충전전류는 반대방향으로 전류가 흘러 방전하고 있음을 뜻한다. 보조 충전부(120)의 전체 슈퍼 커패시터 전압이 1.0pu[V] 이하가 될 경우에는 방전을 멈추고 이후에는 배터리(110)에서 부하전류가 흐름을 알 수 있다.The discharge current of the supercapacitor 121 of the auxiliary charging unit 120 is discharged to 0A within about 0.15 msec at the initial stage of discharging, indicating that all currents stored in the supercapacitor 121 are discharged and ready for recharging. On the other hand, since the motor load current -50A flows, the capacitor charging current means that the current flows in the opposite direction and is discharged. When the total supercapacitor voltage of the auxiliary charging unit 120 becomes 1.0 pu [V] or less, the discharge is stopped and thereafter, the load current flows from the battery 110.

<성능분석><Performance Analysis>

제안된 회로의 성능을 검증하기 위해 전기자전거를 이용하여 성능시험을 수행하였다. 회로에 사용된 실험장치는 24V, 250W, 1800rpm 브러시리스 모터의 전기자전거를 사용하였으며 시뮬레이션을 통해 확인된 바와 같은 충방전 성능을 확인하였다.In order to verify the performance of the proposed circuit, the performance test was performed using an electric bicycle. The experimental apparatus used in the circuit used electric bicycle of 24V, 250W, 1800rpm brushless motor and confirmed the charge / discharge performance as confirmed through the simulation.

110: 배터리 120: 보조 충전부
121: 슈퍼 커패시터 130: 양방향 컨버터
170: 인버터 200: 제어유니트
110: battery 120: auxiliary charging unit
121: supercapacitor 130: bidirectional converter
170: inverter 200: control unit

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 전기차량의 바퀴 구동용 전동기에 인버터를 통해 전력을 공급할 수 있도록 된 배터리와;
적어도 하나의 슈퍼커패시터가 직렬로 상호 접속된 보조 충전부와;
제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 상기 배터리와 상기 보조 충전부 사이에 접속된 양방향 컨버터와;
상기 인버터로 공급되는 부하전류와, 제동시 상기 전동기로부터 상기 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생 전류와, 상기 배터리와 상기 양방향 컨버터 사이에 흐르는 충/방전 전류를 검출하는 전류검출부와;
상기 전기차량의 속도를 검출하는 속도검출부와;
상기 속도검출부와 상기 전류검출부에서 출력된 정보를 이용하여 상기 양방향 컨버터를 제어하되 상기 전기차량이 가속모드인지 제동모드인지를 판단하여 제동모드시에는 상기 보조충전부가 정격전압에 도달할 때까지 상기 회생전류가 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하되 상기 보조충전부의 충전전압에 따라 상기 양방향 컨버터의 스위칭 주기내에 도통되는 시간의 비인 듀티비를 가변하여 제어하는 제어유니트;를 구비하고,
상기 양방향 컨버터는
상기 제어유니트의 제어신호에 의해 스위치 온/오프되며 상기 배터리의 양극단자로부터 상기 보조 충전부의 양극단자 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제1 스위칭소자와;
상기 제1스위칭소자와 병렬접속되되 상기 제1스위칭소자의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제1다이오드와;
상기 보조 충전부의 양극단자와 음극단자 사이에 병렬접속되어 상기 보조 충전부의 양극단자로부터 상기 보조 충전부의 음극단자 방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제2스위칭 소자와;
상기 제2스위칭소자와 병렬접속되되 상기 제2스위칭소자의 전류도통방향에 대해 역방향으로 전류도통경로를 형성하도록 접속된 제2다이오드;를 구비하고,
상기 보조충전부의 양극단자로부터 상기 제2스위칭소자로 이어지는 전류도통경로상에 설치된 제1인덕터;를 구비하고,
상기 전류검출부는
상기 인버터로 공급되는 부하전류를 검출하는 제1전류 검출기와;
상기 전기차량의 제동시 상기 전동기로부터 상기 인버터를 통해 역으로 흐르는 회생 전류를 검출하는 제2전류검출기와;
상기 배터리와 상기 양방향 컨버터 사이에 흐르는 충/방전 전류를 검출하는 제3전류검출기;를 구비하고,
상기 제어유니트는 상기 제2전류 검출기에서 회생전류가 검출되면 상기 제동모드로 판단하며,
상기 보조충전부의 충방전시 발생되는 과전압을 억제하기 위해 상기 제1스위칭소자와 상기 배터리의 양극단자 사이에 접속되어 상기 보조충전부의 과전압 발생을 억제시키는 제2인덕터와, 상기 양방향 컨버터와 병렬접속된 제1커패시터로 된 과전압 완충부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치.
A battery configured to supply electric power to the wheel driving motor of the electric vehicle through an inverter;
An auxiliary charging unit in which at least one supercapacitor is interconnected in series;
A bidirectional converter connected between the battery and the auxiliary charging unit to switch the current conduction direction according to a control signal;
A current detector for detecting a load current supplied to the inverter, a regenerative current flowing back from the motor through the inverter during braking, and a charge / discharge current flowing between the battery and the bidirectional converter;
A speed detector for detecting a speed of the electric vehicle;
The bidirectional converter is controlled by using the information output from the speed detector and the current detector, and it is determined whether the electric vehicle is in an acceleration mode or a braking mode. In the braking mode, the regenerative charger reaches the rated voltage until it reaches the rated voltage. And a control unit controlling the bidirectional converter to charge an electric current, and controlling a duty ratio, which is a ratio of time to be conducted within a switching period of the bidirectional converter, according to the charging voltage of the auxiliary charging unit.
The bidirectional converter
A first switching element switched on / off by a control signal of the control unit and connected to form a current conduction path from a positive terminal of the battery toward a positive terminal of the auxiliary charging unit;
A first diode connected in parallel with the first switching element and connected to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the first switching element;
A second switching element connected in parallel between the positive terminal and the negative terminal of the auxiliary charging part and connected to form a current conduction path from the positive terminal of the auxiliary charging part to the negative terminal of the auxiliary charging part;
And a second diode connected in parallel with the second switching element and connected to form a current conduction path in a reverse direction with respect to the current conduction direction of the second switching element.
And a first inductor provided on a current conduction path from the anode terminal of the auxiliary charging section to the second switching element.
The current detection unit
A first current detector for detecting a load current supplied to the inverter;
A second current detector for detecting a regenerative current flowing backward from the electric motor through the inverter when braking the electric vehicle;
And a third current detector configured to detect a charge / discharge current flowing between the battery and the bidirectional converter.
The control unit determines that the braking mode when the regenerative current is detected by the second current detector,
A second inductor connected between the first switching element and a positive terminal of the battery to suppress the overvoltage generated during charging and discharging of the auxiliary charging unit, and connected in parallel with the bidirectional converter to suppress overvoltage generation of the auxiliary charging unit; And an overvoltage buffer comprising a first capacitor. An energy charge / discharge control device of a regenerative braking apparatus for an electric vehicle.
제4항에 있어서, 상기 제어유니트는
상기 속도검출부에서 검출된 상기 전기차량의 속도와 상기 부하전류와 상기 회생전류로부터 기준 충/방전 전류를 산출하는 기준충/방전 전류치 산출부와;
상기 기준 충/방전전류와 상기 충/방전전류와의 오차가 감쇠되도록 비례적분 하는 비례적분제어기와;
상기 비례적분제어기의 출력신호를 기준으로 상기 양방향 컨버터를 구동하기 위한 듀티비를 조정하는 듀티비 조정부와;
상기 듀티비 조정부에 의해 조정된 듀티비에 대응되는 펄스폭 제어신호를 생성하는 펄스폭 변조부와;
상기 펄스폭 변조부에 의해 생성된 구동 펄스 신호를 제동모드시에는 상기 제1스위칭소자에 인가하고, 가속모드시에는 상기 제2스위칭 소자에 인가하는 스위칭 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치.
The method of claim 4, wherein the control unit
A reference charge / discharge current value calculator for calculating a reference charge / discharge current from the speed, the load current, and the regenerative current of the electric vehicle detected by the speed detector;
A proportional integral controller configured to proportionally integrate the attenuation error between the reference charge / discharge current and the charge / discharge current;
A duty ratio adjusting unit for adjusting a duty ratio for driving the bidirectional converter based on the output signal of the proportional integral controller;
A pulse width modulator for generating a pulse width control signal corresponding to the duty ratio adjusted by the duty ratio adjuster;
And a switching driver configured to apply the driving pulse signal generated by the pulse width modulator to the first switching element in the braking mode, and to the second switching element in the acceleration mode. Charge / discharge control device of regenerative braking device.
제5항에 있어서, 상기 보조 충전부는
직렬로 접속된 복수개의 슈퍼커패시터 각각과 병렬접속된 저항소자와;
상기 보조 충전부의 양단과 병렬접속된 제너다이오드;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 회생제동장치의 에너지 충방전 제어 장치.
The method of claim 5, wherein the auxiliary charging unit
A resistance element connected in parallel with each of the plurality of supercapacitors connected in series;
And a zener diode connected in parallel with both ends of the auxiliary charging unit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11772496B2 (en) 2020-08-26 2023-10-03 Anusheel Nahar Regenerative braking system of an automobile and a method to operate

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101509818B1 (en) * 2009-12-03 2015-04-08 현대자동차주식회사 Controller for two-way converter and driving method thereof
US9847654B2 (en) 2011-03-05 2017-12-19 Powin Energy Corporation Battery energy storage system and control system and applications thereof
US10536007B2 (en) 2011-03-05 2020-01-14 Powin Energy Corporation Battery energy storage system and control system and applications thereof
CN102700428B (en) * 2012-06-12 2015-06-10 福建省福工动力技术有限公司 Control system and control method for electric automobile with lithium battery and super capacitor
CN102832596B (en) * 2012-08-31 2014-10-29 深圳市汇川技术股份有限公司 Low voltage electrombile drive protecting circuit and low voltage electrombile drive protecting method
KR101424057B1 (en) * 2012-12-10 2014-07-29 현대로템 주식회사 Brake chopper for train and train comprising the same
KR101370739B1 (en) * 2012-12-26 2014-03-06 주식회사 포스코아이씨티 Convertor for electric vehicle, electric vehicle including the same, and method for controlling the same
CN104242784A (en) * 2014-09-22 2014-12-24 中国北方车辆研究所 Driving and control circuit of servo motor
US10263436B2 (en) 2014-10-20 2019-04-16 Powin Energy Corporation Electrical energy storage unit and control system and applications thereof
KR101646465B1 (en) 2015-05-27 2016-08-05 현대자동차주식회사 Device and method for controlling HDC of hybrid vehicle
US10153521B2 (en) 2015-08-06 2018-12-11 Powin Energy Corporation Systems and methods for detecting a battery pack having an operating issue or defect
US10254350B2 (en) 2015-08-06 2019-04-09 Powin Energy Corporation Warranty tracker for a battery pack
KR101663164B1 (en) * 2015-08-11 2016-10-06 호남대학교 산학협력단 regenerative current charge apparatus for electric bicycle and charging method of the same
US10122186B2 (en) 2015-09-11 2018-11-06 Powin Energy Corporation Battery management systems (BMS) having isolated, distributed, daisy-chained battery module controllers
US9923247B2 (en) 2015-09-11 2018-03-20 Powin Energy Corporation Battery pack with integrated battery management system
CN106532794B (en) * 2015-09-14 2019-03-08 南京德朔实业有限公司 Grass trimmer
US10040363B2 (en) 2015-10-15 2018-08-07 Powin Energy Corporation Battery-assisted electric vehicle charging system and method
US9882401B2 (en) 2015-11-04 2018-01-30 Powin Energy Corporation Battery energy storage system
JP6803526B2 (en) * 2016-01-27 2020-12-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor control device
CN105762868B (en) * 2016-03-30 2018-03-30 江苏工程职业技术学院 A kind of electric vehicle power sources managing device and power control method
SG10201607549QA (en) * 2016-09-09 2017-09-28 E-Synergy Graphene Res Pte Ltd Supercapacitor charge system and method
US10699278B2 (en) 2016-12-22 2020-06-30 Powin Energy Corporation Battery pack monitoring and warranty tracking system
KR102457211B1 (en) * 2017-09-07 2022-10-21 현대자동차주식회사 Apparatus and method for power supply
CN107499190B (en) * 2017-09-25 2023-09-22 吉林大学 Energy storage and release system for power traction and regenerative braking of high-speed motor train unit
JP6919492B2 (en) * 2017-10-18 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 How to control fuel cell vehicles and fuel cell vehicles
TWI711267B (en) * 2018-06-15 2020-11-21 虹光精密工業股份有限公司 Braking circuit and paper lifting device
KR102264458B1 (en) * 2019-07-15 2021-06-17 한국철도기술연구원 Hybrid energy storage apparatus
CN110816358A (en) * 2019-11-11 2020-02-21 东风商用车有限公司 Charging and discharging circuit of super capacitor composite system and control method
KR20210059092A (en) * 2019-11-14 2021-05-25 현대자동차주식회사 Power supplier, Vehicle having the power supplier and method for controlling the vehicle
KR102152452B1 (en) * 2020-02-11 2020-09-07 홍성용 Charging system for battery of electric motorcycle
KR102423381B1 (en) * 2020-06-23 2022-07-25 한국철도기술연구원 Input power means and the control method of electromechanical braking system for railway vehicles
TWI780857B (en) * 2021-08-10 2022-10-11 凱納股份有限公司 Control integrated structure of electrically assisted bicycle and control method thereof
KR102594856B1 (en) * 2021-10-07 2023-10-30 주식회사 성우하이텍 System and method for operating removable auxiliary battert of electroic vehicle
KR102571470B1 (en) 2021-12-08 2023-08-28 화인칩스 주식회사 Regenerative brake apparatus of open-end winding machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005328618A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Toshiba Corp Controller for vehicle
JP2006087299A (en) * 2005-11-04 2006-03-30 Toshiba Corp Electric vehicle controller
KR100708923B1 (en) 2003-03-11 2007-04-17 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 Motor Drive Device, Hybrid Automobile Drive Device Using The Same, and Computer Readable Recording Medium Containing Program For Causing Computer To Execute Control of Motor Drive Device
JP2008079436A (en) 2006-09-21 2008-04-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Power supply control unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100708923B1 (en) 2003-03-11 2007-04-17 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 Motor Drive Device, Hybrid Automobile Drive Device Using The Same, and Computer Readable Recording Medium Containing Program For Causing Computer To Execute Control of Motor Drive Device
JP2005328618A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Toshiba Corp Controller for vehicle
JP2006087299A (en) * 2005-11-04 2006-03-30 Toshiba Corp Electric vehicle controller
JP2008079436A (en) 2006-09-21 2008-04-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Power supply control unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11772496B2 (en) 2020-08-26 2023-10-03 Anusheel Nahar Regenerative braking system of an automobile and a method to operate

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CN102570568A (en) 2012-07-11
KR20120037701A (en) 2012-04-20

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