KR101143438B1

KR101143438B1 - 차량의 전력제어장치

Info

Publication number: KR101143438B1
Application number: KR1020097002238A
Authority: KR
Inventors: 다카야 소마; 히로시 요시다; 다케시 모가리
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2012-05-23
Also published as: WO2008004444A1; CN101484332B; JP4644163B2; US20090167216A1; US8120295B2; CN101484332A; KR20090031758A; JP2008017574A

Abstract

회생제동력의 저감에 기인하는 제동감의 변화를 경감시키는 전력제어장치를 제공할 수 있다. 회생제동에 의해 발생되는 에너지로 캐패시터가 충전된다. 충전전력 P(C)이 산출되어, P(C)가 사전설정된 제어제한값 WIN(C)의 최대값 WMAX에 도달하였는지의 여부가 판정된다. P(C)가 WMAX에 도달한 것으로 판정된다면, 그 시점부터 WIN(C)가 작아지도록 제어된다.

Description

차량의 전력제어장치{VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}

본 발명은 제동시에 회생전력을 발생시키는 회전전기기계를 포함하는 차량의 전력제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회생전력으로 충전되는 캐패시터를 포함하는 차량의 전력제어에 관한 것이다.

엔진(가솔린엔진 또는 디젤엔진과 같은 공지된 기관 가능)과 모터가 조합되는 하이브리드시스템이라 불리는 파워트레인을 탑재한 차량이 개발되어 실용화되었다. 또한, 어떠한 엔진도 탑재하지 않고 모터만을 주행원으로 이용하는 파워트레인을 탑재한 차량(전기자동차, 연료전지차)도 개발되었다. 이러한 차량에 있어서, 모터는 회생에너지를 제공하도록 차량의 제동시에 제너레이터로서의 기능을 하고, 상기 회생에너지는 모터구동용 축전기구(배터리 또는 캐패시터)를 충전한다. 결과적으로, 차량의 운동에너지가 전기에너지로 회수되고, 회생제동력이 차량에 작용하게 된다. 축전기구의 과충전에 기인하는 어떠한 손상도 막기 위해서는, 축전기구가 완전히 충전되기 전에, 회생에너지의 발생을 막고 축전기구에 대한 충전전력을 차단하는 것이 필요하다. 이러한 작업에 의하면, 그때까지 작용한 회생제동력이 손실되어, 운전자가 위화감을 느낄 수도 있다. 일본특허공개공보 제11-343890호에는 캐패시터가 완전히 충전된 상태에 있는 동안 회생제동을 가능하게 함으로써, 제동감의 변화를 방지하는 기술이 개시되어 있다.

일본특허공개공보 제11-343890호에 개시된 제어장치는 주행용 구동력을 발생시키는 엔진, 주행용 구동력 및 회생제동력을 발생시키는 모터, 및 상기 모터를 구동하기 위한 전력을 공급하여 상기 모터에 의해 발생되는 회생력으로 충전되는 축전기구를 포함하는 하이브리드차량 내의 캐니스터의 퍼지제어장치이다. 상기 제어장치는 엔진으로부터 증발연료를 흡착하는 캐니스터, 상기 캐니스터에 의해 흡착된 증발연료를 퍼지하도록 캐니스터를 가열하기 위한 히터, 축전기구의 잔존용량을 검출하는 잔존용량검출유닛 및 상기 잔존용량검출유닛에 의해 검출되는 축전기구의 잔존용량이 사전설정된 임계값 이상인 경우에 모터에 의해 발생되는 회생전력을 히터로 공급하는 퍼지제어유닛을 포함한다.

일본특허공개공보 제11-343890호에 개시된 제어장치에 따르면, 잔존용량검출유닛에 의해 검출되는 축전기구의 잔존용량이 사전설정된 임계값보다 작고, 상기 축전기구의 충전이 여전히 가능한 경우, 상기 축전기구는 회생제동을 통해 모터에 의해 발생되는 회생전력으로 충전되고, 상기 차체의 운동에너지가 전기에너지로 회수가능하다. 잔존용량이 사전설정된 임계값 이상이면서, 축전기구의 추가 충전이 불가능하다면, 회생제동을 통해 모터에 의해 발생되는 회생전력이 히터로 공급되어, 캐니스터에 흡착된 증발연료를 퍼징하는 데 사용될 수 있다. 그러므로, 축전기구의 잔존용량의 양에 관계없이, 모터가 항상 회생제동을 실행할 수 있다. 이에 따라, 낭비적인 에너지 소비가 방지될 수 있고, 제동감의 변화를 피할 수 있게 된다.

하지만, 일본특허공개공보 제11-343890호에 개시된 제어장치에서는, 때때로 캐니스터에 흡착되는 증발연료를 퍼지하는 것이 불필요하기도 하고, 실제로는 히터의 내구성을 고려하여, 상기 히터에 회생전력을 공급하는 빈도가 제한된다. 그러므로, 회생제동력이 감소할 때 느끼는 제동감의 변화를 항상 피할 수 있는 것은 아니다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하고자 고안되었고, 그 목적은 회생전력으로 충전되는 캐패시터를 포함하는 차량용 전력제어장치를 제공하되, 캐패시터의 충전에 의한 전력소비 이외의 여하한의 전력소비에 독립하여, 회생제동력이 감소할 때 느끼는 제동감의 변화를 경감할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 회생제동시에 발전하는 주행용 회전전기기계를 포함하는 차량을 제어하는 전력제어장치를 제공한다. 상기 전력제어장치는 상기 회전전기기계에 연결되어, 상기 발전 에너지로 충전되는 캐패시터 및 상기 캐패시터에 연결된 연산유닛을 포함한다. 상기 연산유닛은 상기 캐패시터에 대한 충전전력을 산출하여, 상기 충전전력이 사전설정된 제어상한값에 도달하였는지의 여부를 판정하고, 상기 충전전력이 상기 제어상한값에 도달한 시점으로부터 상기 충전전력이 작아지도록 제어한다.

본 발명에 따르면, 회생제동시에 발생되는 에너지(회생에너지)는 배터리보다 높은 충방전 효율을 갖는 캐패시터에 저장된다. 그러므로, 회생에너지의 회수 효율이 개선가능하다. 캐패시터에 대한 순간적인 과전류와 과전압을 방지하기 위해서는, 상기 캐패시터에 대한 충전전력이 사전설정된 제어상한값으로 제한된다. 또한, 과충전에 기인하는 캐패시터에 대한 어떠한 손상도 방지하기 위해서는, 캐패시터가 완전히 충전되기 전에, 회생에너지의 발생을 막고 캐패시터에 대한 충전전력을 차단하는 것이 필요하다. 거의 완충된 상태에 도달한 시점으로부터 충전전력이 차단된다면, 캐패시터의 충전가능한 잔존용량이 작기 때문에, 충전전력을 급감하여 차단하는 것이 필요하게 될 것이다. 이는 충전전력을 차단한 이후 회생제동력의 저감을 초래할 수도 있어, 제동감의 변화를 야기하게 된다. 그러므로, 상한값에 도달한 시점으로부터 캐패시터에 대한 충전전력이 작게 제어된다. 거의 완충된 상태에 도달한 시점 이후의 충전전력의 차단에 비해, 상기 캐패시터의 충전가능한 잔존용량이 더 크므로, 캐패시터에 대한 충전전력을 완만하게 줄여 차단하는 것이 가능하게 된다. 그러므로, 회생제동력이 완만하게 감소한다. 그 결과, 회생전력으로 충전되는 캐패시터를 포함하는 차량에 있어서, 캐패시터 충전에 의한 것 이외의 여하한의 전력소비에 독립하여, 회생제동력이 감소할 때 느끼는 제동감의 변화를 경감할 수 있는 전력제어장치가 제공될 수 있다.

상기 전력제어장치는 상기 캐패시터의 전압을 검출하는 검출유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 연산유닛은, 상기 충전전력의 제어시, 상기 캐패시터의 전압에 따라 상기 충전전력이 작아지도록 제어한다.

본 발명에 따르면, 캐패시터의 충전량(축전량)이 일반적으로 캐패시터전압의 제곱에 비례한다. 캐패시터전압이 더 높을 때, 캐패시터가 완전히 충전된 상태에 더 근접한다고 할 수 있다. 그러므로, 캐패시터에 대한 충전전력이 캐패시터전압에 따라 작게 제어된다. 일례로서, 캐패시터전압이 높으면, 캐패시터전압이 낮을 때보다 상기 캐패시터에 대한 충전전력이 작게 된다. 따라서, 캐패시터의 충전상태에 따라 상기 캐패시터에 대한 충전전력을 감소시킬 수 있게 된다. 결과적으로, 과충전에 기인하는 캐패시터에 대한 어떠한 손상도 피할 수 있게 된다.

상기 연산유닛은, 상기 충전전력의 제어시, 상기 캐패시터의 전압이 낮을 때보다 높을 때 상기 충전전력이 작아지도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 캐패시터의 충전량(축전량)이 일반적으로 캐패시터전압의 제곱에 비례한다. 캐패시터전압이 더 높을 때, 캐패시터가 완전히 충전된 상태에 더 근접한다고 할 수 있다. 그러므로, 캐패시터전압이 높으면, 캐패시터전압이 낮을 때보다 상기 캐패시터에 대한 충전전력이 작도록 제어된다. 결과적으로, 캐패시터가 완전히 충전된 상태에 가까워짐에 따라, 상기 캐패시터에 대한 충전전력을 더욱 작게 만들 수 있게 된다.

상기 전력제어장치는 발전 에너지의 전압을 변환 및 출력하기 위하여, 상기 캐패시터와 병렬로 상기 회전전기기계에 연결된 컨버터 및 상기 컨버터에 연결되어, 상기 변환된 에너지로 충전되는 2차전지를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 회전전기기계에는, 2차전지가 컨버터를 통해 캐패시터에 병렬로 연결된다. 그러므로, 회전전기기계에 의해 발생되는 에너지로 캐패시터를 충전하는 것이 가능하고, 그 이외에도 회전전기기계에 의해 발생되는 에너지의 전압을 컨버터로 변환하여, 그와 함께 2차전지를 충전하는 것도 가능하다.

상기 연산유닛은, 상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 발전 에너지로 상기 2차전지를 우선적으로 충전하는 것과 상기 발전 에너지로 상기 캐패시터를 우선적으로 충전하는 것을 절환하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 컨버터를 제어함으로써, 발생된 에너지가 2차전지와 캐패시터 중 어느 하나를 우선적으로 충전한다. 일례로서, 컨버터의 출력전압이 캐패시터전압 이하로 설정된다면, 2차전지가 우선적으로 충전되게 된다. 컨버터의 출력전압이 캐패시터전압보다 높게 설정된다면, 캐패시터가 우선적으로 충전되게 된다. 따라서, 2차전지보다 높은 충방전 효율의 캐패시터의 특성과 상기 캐패시터보다 큰 축전용량의 2차전지의 특성을 고려하여, 2차전지와 캐패시터 중 어느 것을 우선적으로 충전하는 것이 가능하게 된다.

상기 연산유닛은, 상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 캐패시터에 대한 충전전력이 작아짐에 따라 상기 2차전지에 대한 충전전력을 증가시키는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 일례로서, 컨버터에 의해 변환되는 전력을 제어함으로써, 캐패시터에 대한 충전전력이 작아짐에 따라, 2차전지에 대한 충전전력이 증가된다. 따라서, 회생제동력이 더욱 완만하게 감소될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어장치를 탑재한 차량의 구조를 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어장치를 구현하는 ECU의 제어구조를 나타내는 흐름도;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력제어장치를 탑재한 차량에 제공되는 캐 패시터의 전압값과 충전전력의 제한값 간의 관계를 도시한 도면; 및

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어장치를 탑재한 차량에 제공되는 캐패시터의 전압값과 충전전력의 타이밍차트이다.

하기에서, 본 발명의 일 실시예를 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 하기 설명에서는, 동일하거나 대응하는 부분들이 동일한 참조부호들로 표시된다. 그 명칭과 기능 또한 동일하다. 그러므로, 그 상세한 설명은 반복하지 않기로 한다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전력제어장치를 탑재한 차량을 설명하기로 한다. 상기 차량은 배터리(100); 인버터(200); 모터제너레이터(300); 콘덴서(400); 시스템메인릴레이(510)(SMR(1)(500), 제한저항(502), SMR(2)(504), SMR(3)(506)); 및 ECU(전자제어유닛)(600)를 포함한다. 본 실시예에 따른 전력제어장치는 ECU(600)에 의해 실행되는 프로그램에 의해 제어된다. 본 실시예에서, 차량은 모터제너레이터(300)로부터의 구동력에 의해서만 주행하는 전기자동차로 설명하기로 한다. 본 발명의 전력제어장치가 탑재가능한 차량이 전기자동차로 제한되는 것은 아니며, 이는 하이브리드차량, 연료전지차 등에 탑재될 수도 있다.

배터리(100)는 복수의 셀이 직렬로 각각 연결된 복수의 모듈을 직렬로 연결하는 배터리조립체이다. 배터리(100) 이외에도, 각각의 특성에 따라 캐패시터(700)가 제공되고, 이들로부터 모터제너레이터(300)로 전력이 공급된다.

인버터(200)는 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) 및 상기 IGBT와 병렬로 연결된 6개의 다이오드를 각각 포함하여, 상기 IGBT의 이미터측으로 부터 콜렉터측으로의 전류 흐름을 유도하게 된다.

ECU(600)로부터의 제어신호를 토대로, 인버터(200)는 모터제너레이터(300)가 모터 또는 제너레이터로서의 기능을 하도록 한다. 모터제너레이터(300)가 모터로서의 기능을 하도록 하면, 인버터(200)는 배터리(100) 또는 캐패시터(700)로부터 공급되는 DC전력을 AC전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 모터제너레이터(300)로 공급한다. 인버터(200)는 모터제너레이터(300)가 ECU(600)로부터의 제어신호에 의해 요구되는 출력상태에 이르도록 각각의 IGBT의 게이트를 턴 온/오프(통전/차단)시킴으로써 모터제너레이터(300)로 공급될 전력을 제어한다.

모터제너레이터(300)가 제너레이터로서의 기능을 하도록 하면, 인버터(200)는 모터제너레이터(300)에 의해 발생되는 AC전력을 DC전력으로 변환하고, 이 전력으로 배터리(100) 또는 캐패시터(700)를 충전한다. 인버터(200)는 모터제너레이터가 ECU(600)로부터의 제어신호에 의해 요구되는 발전상태에 이르도록 각각의 IGBT의 게이트를 턴 온/오프(통전/차단)시켜 모터제너레이터(300)로 공급될 전력을 제어함으로써, 배터리(100) 또는 캐패시터(700)에 대한 충전전력을 제어하게 된다.

모터제너레이터(300)는 3상AC모터이고, 차량의 회생제동시에 발전하는 제너레이터이다. 모터제너레이터(300)의 회전축은 궁극적으로 구동축(도시 안됨)에 연결된다. 차량은 모터제너레이터(300)로부터의 구동력을 받아 주행한다.

콘덴서(400)는 인버터(200)와 병렬로 연결된다. 콘덴서(400)는 배터리(100)로부터 공급되는 전력 또는 인버터(200)로부터 공급되는 전력을 평활화하기 위하여 전력을 일시적으로 저장한다. 평활화된 전력은 인버터(200) 또는 배터리(100)로 공 급된다.

시스템메인릴레이(510)는 양극측에 SMR(1)(500) 및 SMR(2)(504)를 포함하고, 음극측에는 SMR(3)(506)을 포함한다. SMR(1)(500), SMR(2)(504) 및 SMR(3)(506)은 여자전류가 코일을 통해 흐르게 될 때 온-접점이 폐쇄되는 릴레이이다. SMR(1)(500) 및 SMR(2)(504)는 배터리(100)의 양극측에 제공된다. SMR(1)(500) 및 SMR(2)(504)는 병렬로 연결된다. SMR(1)(500)은 그것에 직렬 연결된 제한저항(502)을 구비한다. SMR(1)(500)은 인버터(200)로의 돌입전류의 흐름을 막기 위하여, SMR(2)(504)가 연결되기 전에 연결된 예비충전용 SMR이다. SMR(2)(504)는 SMR(1)(500)이 연결되어 예비충전이 종료된 후에 연결된 양측 SMR이다. SMR(3)(506)은 배터리(100)의 음극측에 제공된 음측 SMR이다. 각각의 SMR은 ECU(600)에 의해 제어된다.

전원 연결시, 즉 점화스위치의 위치가 OFF로부터 ACC 및 ON을 거쳐 STA로 절환되면, ECU(600)는 먼저 SMR(3)(506)을 턴 온시킨 다음, SMR(1)(500)을 턴 온시켜 예비충전을 실행하게 된다. 제한저항(502)이 SMR(1)(500)에 연결됨에 따라, SMR(1)(500)이 턴 온되더라도 인버터에 작용하는 전압이 완만하게 증가하므로, 돌입전류의 발생이 방지될 수 있게 된다.

또한, 상술된 바와 같이, 차량은 배터리(100) 이외에 캐패시터(700)를 탑재하고 있다. 캐패시터(700)는 인버터(200)의 입력측 단자와 콘덴서(400) 사이에 연결된다. 캐패시터(700)는 배터리(100)보다 높은 충방전 효율을 가지므로, 순간적인 고입출력에 응답가능하다. 캐패시터(700)는 인버터(200)와의 전력으로 충방전되는 한편, ECU(600)는 여자전류가 코일로 흐르게 될 때 온-접점이 폐쇄되는 릴레이(702, 704)의 개폐를 제어한다.

캐패시터전압(V)을 검출하는 전압계와 캐패시터전류(I)를 검출하는 전류계가 캐패시터(700)에 연결된다. 상기 전압계와 전류계는 ECU(600)에 연결된다. 캐패시터전압값(V)과 캐패시터전류값(I)은 ECU(600)로 전달되어, ECU(600)에 의해 캐패시터(700)의 충전량(축전량)과 캐패시터(700)에 대한 충전전력값(P(C))의 산출을 가능하게 한다. 캐패시터(700)의 정전용량을 C로 표현하면, 캐패시터(700)의 충전량은 C × (V²)/2로 산출된다.

또한, 상기 차량에는 배터리(100)와 인버터(200) 사이에 승압컨버터(800)가 제공된다. 승압컨버터(800)는 배터리(100)의 200V 정도의 정격전압을 500V 정도(모터의 정격전압)로 승압시킨다. 승압컨버터(800)는 두 IGBT 및 전류 변화를 저감시키는 리액터로 형성된다.

ECU(600)는 점화스위치(도시 안됨), 액셀러레이터페달(도시안됨)의 밟는 정도, 브레이크페달(도시안됨)의 밟는 정도 등을 토대로 ROM(Read Only Memory)에 저장된 프로그램을 실행한다. 이러한 프로그램은 인버터(200), 승압컨버터(800), SMR 등을 제어하여, 차량이 원하는 상태로 주행하도록 제어된다.

본 실시예에서, 배터리(700)와 캐패시터(900)의 충방전은 승압컨버터(800)의 출력전압(시스템전압)을 충전하여 제어된다.

일례로서, 전력이 모터제너레이터(300)로 공급되어야 한다고 가정한다. 여기 서, 승압컨버터(800)의 출력전압이 캐패시터전압(V)보다 낮아진다면, 캐패시터(700)가 우선적으로 방전된다. 승압컨버터(800)의 출력전압이 캐패시터(900)의 전압 이상으로 설정된다면, 배터리(100)가 우선적으로 방전된다.

다른 한편으로, 회생제동시에 모터제너레이터(300)에 의해 발생되는 전력이 배터리(100) 또는 캐패시터(700)에 저장되어야 하는 경우, 그리고 승압컨버터(800)의 출력전압이 캐패시터전압값(V) 이하로 설정된다면, 배터리(100)가 우선적으로 충전된다. 승압컨버터(800)의 출력전압이 캐패시터전압값(V)보다 높게 설정된다면, 캐패시터(700)가 우선적으로 충전된다.

순간적인 고부하가 요구된다면, ECU(600)는 배터리(100)보다 높은 충방전 효율을 갖는 캐패시터(700)로부터 인버터(200)를 거쳐 모터제너레이터(300)로 전력을 공급한다. 이러한 순간적인 고부하를 요구하는 경우를 준비하기 위해서는, 캐패시터(700)를 항상 거의 완전히 충전된 상태로 유지하여야만 한다. 그러므로, 회생제동시, ECU(600)는 온 릴레이(702, 704)를 설정하고 승압컨버터(800)를 제어하여, 캐패시터(700)가 우선적으로 충전되도록 한다.

본 실시예에서, ECU(600)는 모터제너레이터(300)의 발전값(회생전력값)이 캐패시터(700)에 대한 충전전력제한값 WIN(C)과 배터리(100)에 대한 충전전력제한값 WIN(B)의 합계를 초과하지 않도록 인버터(200)를 제어한다. 또한, ECU(600)는 캐패시터(700)에 대한 충전전력 P(C)과 배터리(100)에 대한 충전전력 P(B)이 각각의 제한값을 초과하지 않으면서, 모터제너레이터(300)로부터 발생된 전력이 캐패시터(700)와 배터리(100)로 분배되도록 컨버터(800)를 제어한다. 이는 캐패시터(700) 및 배터리(100)에 대한 과전류와 과전압을 방지한다.

또한, 과충전에 기인하는 캐패시터(700)에 대한 손상을 방지하기 위하여, ECU(600)는 캐패시터(700)가 완전히 충전된 상태에 도달하기 전에, 충전전력제한값 WIN(C)을 더욱 작게 만들어, 충전전력 P(C)을 근사적으로 0으로 감소시킨다.

ECU(600)는 충전전력제한값 WIN(C)이 작아짐에 따라, 충전전력제한값 WIN(B)이 증가하도록 인버터(200) 및 컨버터(800)를 제어한다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 전력제어장치를 형성하는 ECU(600)에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 설명하기로 한다.

단계(이하, "단계"를 "S"로 표기함) 100에서, ECU(600)는 캐패시터(700)가 회생에너지로 충전 중인지의 여부를 판정한다. 일례로서, ECU는 캐패시터전압값(V)의 증가도를 산출하고, 상기 증가도가 임계값보다 크다면, 캐패시터가 충전 중인 것으로 판정한다. 캐패시터(700)가 회생에너지로 충전 중인지의 여부를 판정하는 방법이 이것으로 국한되는 것은 아니다. 충전 중이라면(S100에서 YES), 처리가 S102로 진행된다. 그렇지 않으면(S100에서 NO), 처리가 S100으로 되돌아간다.

S102에서, ECU(600)는 캐패시터(700)의 충전전력 P(C)을 산출한다. 일례로서, ECU(600)는 충전전력 P(C)로서 캐패시터전압값(V)과 캐패시터전류값(I)의 곱을 산출한다.

S104에서, ECU(600)는 충전전력 P(C)가 충전전력제한값 WIN(C)의 최대값 WMAX에 도달하였는지의 여부를 판정한다. WMAX에 도달한 경우(S104에서 YES), 처리는 S106으로 진행된다. 그렇지 않으면(S104에서 NO), 처리는 S104로 되돌아간다.

S106에서, ECU(600)는 캐패시터전압값(V)을 검출한다. S108에서, ECU(600)는 캐패시터전압값(V)에 따라 충전전력제한값 WIN(C)을 더욱 작게 만든다. 예컨대, ECU(600)는 도 3에 도시된 바와 같이, 충전전력 P(C)가 캐패시터전압 V(1)에 의해 WMAX에 도달한 경우, 캐패시터전압값(V)의 제곱에 비례하여 충전전력제한값 WIN(C)을 보다 작게 설정한다.

상술된 구성과 흐름도를 토대로 본 실시예에 따른 전력제어장치를 탑재한 차량의 동작을 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 모터제너레이터(300)가 차량의 회생제동에 의한 회생에너지를 발생시켜, 상기 회생에너지에 의한 캐패시터(700)의 충전이 시각 T(1)에서 개시되면(S100), 캐패시터(700)의 충전전력 P(C)가 캐패시터전압값(V) 및 캐패시터전류값(I)을 토대로 산출된다(S102). 여기서, 상기 동작은 캐패시터(700)가 회생에너지로 우선적으로 충전되도록 ECU(600)에 의해 제어된다. 상기 충전전력 P(C)는 점진적으로 증가하여 시각 T(2)에서, 충전전력제한값 WIN(C)의 최대값 WMAX에 도달한다(S104에서 YES).

과충전에 기인하는 캐패시터(700)에 대한 손상을 방지하기 위해서는, 캐패시터(700)가 완전히 충전되기 전에, 회생전력의 발생을 막고 충전전력 P(C)을 차단하는 것이 필요하다. 충전전력 P(C)를 차단하기 위하여, 캐패시터(700)가 거의 완전히 충전된 상태에 있는 시점 T(3)으로부터 충전전력 P(C)이 감소된다면, 도 4의 (b)의 쇄선으로 도시된 바와 같이, 캐패시터(700)의 충전가능한 잔존용량이 작으므로, 전력을 시점 T(4)까지 급감시키는 것이 필요할 것이다.

충전전력 P(C)을 감소시키기 위하여, 캐패시터(700)의 충전전력제한값 WIN(C)이 더욱 작게 된다. 충전전력제한값 WIN(C)이 더욱 작게 됨에 따라, 배터리(100)에 대한 충전전력제한값 WIN(B)이 더욱 크게 된다. 그러므로, 배터리(100)에 대한 충전전력 P(B)이 증가한다. 이는 회생제동력을 보다 완만하게 감소시킬 수 있다. 하지만, 이는 배터리(100)의 충전이 화학반응을 수반한다는 이유로 인하여, 캐패시터(700)에 대한 충전전력 P(C)의 감소속도에 비해, 배터리(100)에 대한 충전전력 P(B)의 증가속도가 뒤처진다는 점에 유의한다. 이러한 지체로 인하여, 회생제동력이 순간적으로 강하될 수도 있어, 운전자가 위화감을 느낄 수도 있다.

그러므로, 충전전력 P(C)가 캐패시터전압값 V(1)로 WMAX에 도달하는 시점에(S104에서 YES), 충전전력제한값 WIN(C)이 캐패시터전압값(V)의 제곱에 비례하여 더욱 작게 설정된다(S108).

결과적으로, 캐패시터전압값(V)은 충전전력 P(C)가 WMAX를 유지하고 있을 때(도 4의 (a)의 쇄선)보다 완만하게 증가한다(도 4의 (a)의 실선 참조). 상기 충전전력제한값 WIN(C)은 완만하게 증가하는 상기 캐패시터전압값(V)의 제곱에 비례하여 더욱 작게 설정된다. 그러므로, 상기 충전전력 P(C)는 캐패시터(700)가 완전히 충전된 상태에 근접하게 됨에 따라 더욱 작게 되고, 과충전에 기인하는 캐패시터(700)에 대한 손상이 방지될 수 있다. 또한, 도 4의 (b)의 실선으로 표시된 바와 같이, 캐패시터(700)의 충분한 충전가능용량이 보장되는 시점 T(2)으로부터 거의 완전히 충전된 상태의 시점 T(5)까지, 충전전력 P(C)이 완만하게 저감될 수 있다. 그러므로, 배터리(100)에 대한 충전전력 P(B)의 증가속도가 충전전력 P(C)의 감소 속도를 보다 적은 지체로 따르게 된다. 따라서, 회생제동력의 순간적인 감소가 저감될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력제어장치를 형성하는 ECU에서는, 캐패시터의 충전전력이 최대제한값에 도달하는 시점으로부터, 상기 충전전력의 제한값이 더욱 작게 제어된다. 그러므로, 충전전력이 최대제한값으로 유지되는 접근법에 비해, 상기 충전전력은 캐패시터의 충분한 충전가능용량이 보장되는 시점으로부터 더욱 작게 될 수 있게 된다. 그 결과, 캐패시터에 대한 충전전력이 보다 완만하게 감소 및 차단가능하여, 제동력의 급변을 피할 수 있게 된다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 단지 예시적인 것으로 제한적으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 기록된 실시예들의 상세한 설명을 적절하게 고려하여 각각의 청구범위에 의해 결정되고, 상기 청구범위 및 그와 균등의 의미를 갖는 범위 내에서 변형예들을 포괄하고 있다.

Claims

회생제동시에 발전하는 주행용 회전전기기계를 포함하는 차량용 전력제어장치에 있어서,

상기 회전전기기계에 연결되어, 상기 발전의 에너지로 충전되는 캐패시터; 및

상기 캐패시터에 연결된 제어유닛을 포함하여 이루어지고,

상기 제어유닛은 상기 캐패시터에 대한 충전전력을 산출하여,

상기 충전전력이 상기 캐패시터에 대한 충전전력제한값의 사전설정된 최대값에 도달하였는지의 여부를 판정하고,

상기 충전전력이 상기 사전설정된 최대값에 도달한 시점으로부터 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 더욱 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제1항에 있어서,

상기 캐패시터의 전압을 검출하는 검출유닛을 더 포함하여 이루어지고,

상기 제어유닛은, 상기 충전전력의 제어시, 상기 캐패시터의 전압에 따라 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제2항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 충전전력의 제어시, 상기 캐패시터의 전압이 낮을 때보다 높을 때 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 더욱 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제1항에 있어서,

상기 발전 에너지의 전압을 변환 및 출력하기 위하여, 상기 캐패시터와 병렬로 상기 회전전기기계에 연결된 컨버터; 및

상기 컨버터에 연결되어, 상기 변환된 에너지로 충전되는 2차전지를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제4항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 발전 에너지로 상기 2차전지를 우선적으로 충전하는 것과 상기 발전 에너지로 상기 캐패시터를 우선적으로 충전하는 것을 절환하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제4항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 더욱 작아짐에 따라 상기 2차전지에 대한 충전전력제한값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
회생제동시에 발전하는 주행용 회전전기기계를 포함하는 차량용 전력제어장치에 있어서,

상기 회전전기기계에 연결되어, 상기 발전의 에너지로 충전되는 캐패시터;

상기 캐패시터에 대한 충전전력을 산출하기 위한 수단;

상기 충전전력이 상기 캐패시터에 대한 충전전력제한값의 사전설정된 최대값에 도달하였는지의 여부를 판정하기 위한 수단; 및

상기 충전전력이 상기 사전설정된 최대값에 도달한 시점으로부터 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 더욱 작아지도록 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제7항에 있어서,

상기 캐패시터의 전압을 검출하기 위한 수단을 더 포함하여 이루어지고,

상기 제어수단은, 상기 캐패시터의 전압에 따라 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 작아지도록 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제8항에 있어서,

상기 제어수단은, 상기 캐패시터의 전압이 낮을 때보다 높을 때 상기 캐패시터에 대한 상기 충전전력제한값이 더욱 작아지도록 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제7항에 있어서,

상기 발전 에너지의 전압을 변환 및 출력하기 위하여, 상기 캐패시터와 병렬 로 상기 회전전기기계에 연결된 컨버터; 및

상기 컨버터에 연결되어, 상기 변환된 에너지로 충전되는 2차전지를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제10항에 있어서,

상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 발전 에너지로 상기 2차전지를 우선적으로 충전하는 것과 상기 발전 에너지로 상기 캐패시터를 우선적으로 충전하는 것을 절환하기 위한 수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
제10항에 있어서,

상기 컨버터를 제어함으로써, 상기 캐패시터에 대한 충전전력제한값이 더욱 작아짐에 따라 상기 2차전지에 대한 충전전력제한값을 증가시키기 위한 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력제어장치.