KR101294491B1

KR101294491B1 - 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템

Info

Publication number: KR101294491B1
Application number: KR1020070127732A
Authority: KR
Inventors: 유학모
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2013-08-07
Also published as: KR20090060796A

Abstract

본 발명에 따른 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템은, 알터네이터의 전압을 제어하기 위한 레귤레이터; 배터리의 충/방전을 제어하기 위한 엔진 전자 컨트롤 유니트; 배터리와 알터네이터 사이에 설치되어, 저전압을 고전압으로 승압시키기 위한 전압 변환 장치; 알터네이터의 저전압을 배터리에 공급하기 위한 제1 파워 스위치; 및 전압 변환 장치에 의해 승압된 고전압을 배터리에 공급하기 위한 제2 파워 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 차량 운전 상태 및 배터리 충전 상태에 따라, 부스터 변압기와 같은 전압 변환 장치를 이용하여, 빠른 충전 제어를 실행시킬 수 있게 되므로, 배터리 충전 효율과 충전 시간을 단축시켜, 차량의 연비 개선 효과를 극대화할 수 있게 되는 효과가 있다.

알터네이터, 전압 변환 장치, 부스터 변압기, 엔진 전자 컨트롤 유니트, 제1 파워 스위치, 제2 파워 스위치

Description

전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템 {Alternator electricity generation system using a voltage conversion device}

본 발명은, 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템에 관한 것으로, 예를 들어 부스터(Booster) 변압기와 같은 전압 변환 장치를 이용하여, 차량의 연비를 개선시킬 수 있도록 하기 위한 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템에 관한 것이다.

최근에는, 차량의 연비에 대한 중요성이 크게 증대함에 따라, 차량의 연비를 향상시키기 위한 여러 유형의 발전 제어 시스템들이 제안되고 있는 데, 예를 들어 도 1은, 종래의 알터네이터(Alternator) 발전 제어 시스템을 도시한 것이다.

한편, 상기 알터네이터 발전 제어 시스템에는, 알터네이터(10), 레귤레이터(Regulator)(20), 엔진 전자 컨트롤 유니트(ECU)(30), 전류 센서(40), 온도 센서(50), 그리고 배터리(60) 등이 포함되며, 상기 레귤레이터(20)에서는, 상기 알터네이터(10)의 전압을 제어하게 된다.

또한, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 충/방전을 제어하게 되는 데, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 충전 전압 제어부(300)와, SOC(State Of Charge) 판정부(301), 그리고 운전 조건 감지부(302)가 포함된다.

그리고, 상기 전류 센서(40)에서는, 배터리 상태를 모니터링하기 위하여, 전류를 검출하고, 상기 온도 센서(50)에서는, 온도를 검출하게 되며, 상기와 같이 검출된 전류와 온도 검출 값은, 상기 SOC 판정부(301)로 입력된다.

또한, 상기 SOC 판정부(301)에는, 배터리 상태를 나타내는 전압이 입력되므로, 상기 전류와 온도, 그리고 전압을 모니터링하여, 배터리의 충전 상태인 SOC를 판정하게 된다.

한편, 상기 운전 조건 감지부(300)에는, 차속과, 엑셀 포지션 센서(APS) 등의 검출 값 등이 입력되므로, 현재의 차량 속도 및 운전 조건을 감지하게 되며, 상기 충전 전압 제어부(300)에서는, 상기 SOC 판정부(301)와 운전 조건 감지부(302)에서 출력되는 SOC 판정 결과와, 운전 조건 감지 신호를 입력받아, 충/방전을 제어하기 된다.

즉, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 차속 및 APS(또는 TPS) 값을 읽어 차량의 운전 조건을 감지하고, 또한 배터리의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 배터리의 SOC 상태를 판정한 후, 충전 전압 제어를 실행할 것인지 또는 방전 전압 제어를 실행할 것인지를 판단하게 된다.

한편, 도 2는 종래의 충/방전 제어 다이어그램을 도시한 것으로, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 차량 초기 시동시, 배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하여 SOC를 판정한 후, 시동 목표 SOC에 도달할 때까지 충전 전압 제어를 실행시키게 된다.

그리고, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC에 도달하게 되면, 차속 또는 APS로부터 차량의 운전 조건을 파악하여, Low_목표 SOC에 도달할 때까지 방전 전압 제어를 실행시키게 되며, 이후, 일반 차량 주행 상태에서는, 배터리 SOC 상태가, 목표 SOC 구간(Band)에 유지되도록 하기 위하여, 상기 알터네이터(10)를 온/오프 제어함으로써, 충/방전 제어가 실행되도록 하여, 차량의 연비를 개선하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 알터네이터 발전 제어 시스템은, 차량 초기 시동시, 배터리의 SOC 상태 또는 운전자의 운전 모드 등에 따라, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC에 도달하는 때까지, 배터리를 충전하는 데 장시간이 소요되는 문제점이 있으며, 또한 이로 인해 짧은 거리를 운행할 경우, 차량의 연비를 향상시키지 못하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 부스터(Booster) 변압기와 같은 전압 변환 장치를, 알터네이터와 배터리 사이에 설치하여, 차량 시동 초기시, 배터리의 목표 SOC에 도달하는 시간을 단축시키고, 또한 충/방전 제어시, 충전 시간을 단축하여, 차량의 연비 개선을 극대화할 수 있도록 하기 위한 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템은, 알터네이터의 전압을 제어하기 위한 레귤레이터; 배터리의 충/방전을 제어하기 위한 엔진 전자 컨트롤 유니트; 배터리와 알터네이터 사이에 설치되어, 저전압을 고전압으로 승압시키기 위한 전압 변환 장치; 알터네이터의 저전압을 배터리에 공급하기 위한 제1 파워 스위치; 및 전압 변환 장치에 의해 승압된 고전압을 배터리에 공급하기 위한 제2 파워 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 전압 변환 장치는, 상기 알터네이터에서 공급되는 저전압을 고전압을 승압하기 위한 부스터 변압기이고, 상기 제1 파워 스위치와 제2 파워 스위치는, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트에 의해 온/오프되는 것으로, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트는, 배터리 상태와 운전 조건을 판단하여, 상기 제1 파워 스위치와 제2 파워 스위치를 온/오프 제어하는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트는, 차량 시동 초기시, 배터리 상태가, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC 이하이면, 상기 제1 파워 스위치를 오프시킴과 아울러, 상기 제2 파워 스위치를 온시켜, 빠른 충전 제어를 실행시키고, 차량 시동 초기시, 배터리 상태가, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC 이상이면, 상기 제1 파워 스위치를 온 시킴과 아울러, 상기 제2 파워 스위치를 오프시켜, 느린 충전 제어를 실행시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템에 의하면, 차량 운전 상태 및 배터리 충전 상태에 따라, 부스터 변압기와 같은 전압 변환 장치를 이용하여, 빠른 충전 제어를 실행시킬 수 있게 되므로, 배터리 충전 효율과 충전 시간을 단축시켜 차량의 연비 개선 효과를 극대화할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 알터네이터 발전 제어 시스템은, 엔진 시스템에 전압, 전류, 온도 등을 측정할 수 있는 센서를 배터리에 장착하여 배터리의 충전 상태, 즉 SOC(State Of Charge)를 적정 수준으로 유지하도록 제어하게 된다.

이에 따라, 고속 주행시, 차량 연비를 최대 5~8% 정도 개선하게 되므로, 최근에는 많은 차량에 적용되고 있는 데, 이와 같은 알터네이터 발전 제어 시스템은, 차량의 배터리 상태 및 운전 상태에 따라, 알터네이터를 온(On)/오프(Off)시킴으로써, 배터리를 충전 또는 방전시켜, 차량의 전기 소비 효율이 최적화되어 알터네이 터에 의한 부하를 감소시킨다.

예를 들면, 차속이 감속할 경우에는 작은 량의 소비 전력이 필요하기 때문에, SOC 제어를 통하여 남은 에너지를 배터리에 충전함으로써 배터리 효율을 높이므로, 일반적으로 배터리에 충전된 에너지양이 차량의 연비 개선 효과로 나타난다.

따라서, 알터네이터 발전 제어 시스템이 차량의 연비 개선 효과를 최대로 나타내기 위해서는, SOC 제어 상태에서 배터리의 충전 시간을 줄이고, 충전 량을 최대로 증가시키는 것이 중요하다.

도 3은, 본 발명에 따른 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템을 도시한 것으로, 알터네이터(10), 레귤레이터(Regulator)(20), 엔진 전자 컨트롤 유니트(ECU)(30), 전류 센서(40), 온도 센서(50), 그리고 배터리(60) 등이 포함됨과 아울러, 부스터 변압기(70), 제1 파워 스위치(80), 제2 파워 스위치(81)가 추가로 포함 구성된다.

또한, 상기 부스터 변압기(70)는, 상기 알터네이터(10)와 배터리(60) 사이에 설치되어, 알터네이터에서 공급되는 저전압을 고전압을 승압하게 되며, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)는, 상기 제1 파워 스위치(80)와 제2 파워 스위치(81)를 온/오프시켜, 상기 부스터 변압기(70)에 의해 승압된 고전압을 배터리에 공급하거나, 또는 상기 알터네이터(10)에서 공급되는 저전압을 배터리에 공급하게 된다.

그리고, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 충전 전압 제어부(300)와, SOC(State Of Charge) 판정부(301), 그리고 운전 조건 감지부(302)가 포함되며, 상기 전류 센서(40)에서는, 배터리 상태를 모니터링하기 위하여, 전류를 검출하고, 상기 온도 센서(50)에서는, 온도를 검출하게 되며, 상기와 같이 검출된 전류와 온도 검출 값은, 상기 SOC 판정부(301)로 입력된다.

또한, 상기 SOC 판정부(301)에는, 배터리 상태를 나타내는 전압이 입력되므로, 상기 전류와 온도, 그리고 전압을 모니터링하여, 배터리의 충전 상태인 SOC를 판정하게 되고, 상기 운전 조건 감지부(300)에는, 차속과, 엑셀 포지션 센서(APS) 등의 검출 값 등이 입력되므로, 현재의 차량 속도 및 운전 조건을 감지하게 되며, 상기 충전 전압 제어부(300)에서는, 상기 SOC 판정부(301)와 운전 조건 감지부(302)에서 출력되는 SOC 판정 결과와 운전 조건 감지 신호를 입력받아, 충/방전을 제어하게 된다.

따라서, 상기와 같이 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 차속 및 APS(또는 TPS) 값을 읽어 차량의 운전 조건을 감지하고, 또한 배터리의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 SOC 상태를 판정하게 된다.

그리고, 충전 전압 제어를 실행할 것인지 또는 방전 전압 제어를 실행할 것인지를 판단하게 되는 데, 예를 들어, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 차량 시동 초기시, 배터리 전류, 전압 및 온도 센서로부터 현재 배터리의 SOC 상태를 판정하며, 이때 배터리의 SOC 상태가, 사전에 설정된 일정 값, 예를 들어, HI_목표 SOC 대비 70% 이하이면, 상기 제1 파워 스위치(80)를 오프하고, 상기 제2 파워 스위치(81)를 온하게 된다.

이에 따라, 상기 부스터 변압기(70)에 의해 승압된 고전압, 예를 들어, 24.0V의 고전압을 배터리에 충전시키게 되므로, Hi_목표 SOC에 도달할 때까지 이와 같은 빠른 충전 제어를 실행시키게 된다.

반면, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 판정된 배터리의 SOC 상태가 일정 값, 예를 들어 Hi_목표 SOC 대비 70% 이상이면, 상기 제1 파워 스위치(80)를 온하고, 상기 제2 파워 스위치(81)를 오프하여, Hi_목표 SOC에 도달할 때까지, 상기 알터네이터에서 공급되는 저전압, 예를 들어 13.8V~14.8V 가 배터리에 공급되도록 하는 느린 충전 제어를 실행하게 된다.

그리고, 상기 Hi_목표 SOC에 도달되면, 차속 또는 APS로부터 차량의 운전 조건을 파악하여 Low_목표 SOC에 도달할 때까지 방전 제어하며, 이후 일반 차량 주행 상태에서는 배터리 SOC 상태를 목표 SOC 구간(Band)에 유지시키기 위해 알터네이터를 온/오프 제어를 실행하게 된다.

또한, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트(30)에서는, 알터네이터 온 제어를 실행할 경우, 상기 제1 파워 스위치(80)를 오프하고, 제2 파워 스위치(81)를 온하여 빠른 충전 제어를 실행하여, 차량의 연비를 개선하게 되는 데, 배터리 발전 제어에서 충전 제어는, 배터리 SOC 상태에 따라 24.0V 또는 13.8V~14.8V 으로 스위칭하면서 충전 효율을 높일 수 있다.

도 4는, 본 발명의 충/방전 제어 다이어그램을 도시한 것으로, 종래 시스템(old system)과 본 발명의 새로운 시스템(new system)의 목표 SOC에 도달하기 위한 충 방전 제어를 비교한 것이다. 이를 통해 본 발명의 새로운 시스템에서는, 부스트 변환 장치를 이용하여 빠른 충전 제어를 실행하기 때문에, 목표 SOC에 도달하는 시간이 빠른 것을 알 수 있다.

또한, 충전 제어 상태에서는, 종래 시스템 대비 부스터 변압기를 이용하여 24V 전압으로 배터리 충전 효율을 높일 수 있으며, 온/오프 제어 상태인 SOC 밴드에서는, 24V 또는 13.8V~14.8V 전압을 스위칭하여, 배터리 충전 효율을 높일 수 있게 된다.

도 5는, 본 발명의 동작 흐름도를 도시한 것으로, 본 발명의 새로운 시스템에서는, 전술한 바와 같이, 차량 시동 초기시, 배터리 전유, 온도, 전압을 모니터링하여(S10), 현재의 SOC가 사전에 설정된 Hi_목표 SOC의 70% 이하이면(S11), 제1 파워 스위치를 오프시키고, 제2 파워 스위치를 온시켜(S12), 빠른 충전 제어 모드가 실행되도록 하고(S13), 이후 현재의 SOC가 Hi_목표 SOC에 도달하는 지를 감시하게 된다(S14).

반면, 차량 시동 초기시, 현재의 SOC가 사전에 설정된 Hi_목표 SOC의 70% 이상이면, 제1 파워 스위치를 온시키고, 제2 파워 스위치를 오프시켜(S15), 느린 충전 제어 모드가 실행되도록 하고(S16), 이후 현재의 SOC가 Hi_목표 SOC에 도달하는 지를 감시하게 된다(S17).

그리고, 상기 Hi_목표 SOC에 도달하게 되면, 방전 제어 모드를 설정한 후(S18), 현재의 SOC가 Low_목표 SOC에 도달하는 지를 감시하게 되며(S19), Low_목표 SOC에 도달하면, 운전 조건을 판단하게 되는 데(S20), 정속 주행 모드이면(S21), 온/오프 제어 모드를 실행시키고(S22), 가속 모드(S23)이면, 방전 제어 모드를 실행시키며(S24), 그 이외의 모드이면 충전 제어 모드를 실행시킨다(S25).

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것 으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 알터네이터 발전 제어 시스템을 도시한 것이고,

도 2는 종래의 충/방전 제어 다이어그램을 도시한 것이고,

도 3은 본 발명의 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템을 도시한 것이고,

도 4는 본 발명의 충/방전 제어 다이어그램을 도시한 것이고,

도 5는 본 발명의 동작 흐름도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 알터네이터 20 : 레귤레이터

30 : 엔진 전자 컨트롤 유니트 40 : 전류 센서

50 : 온도 센서 60 : 배터리

70 : 부스터 변압기 80 : 제1 파워 스위치

81 : 제2 파워 스위치 300 : 충전 전압 제어부

301 : SOC 판정부 302 : 운전 조건 감지부

Claims

알터네이터의 전압을 제어하기 위한 레귤레이터;

배터리의 충/방전을 제어하기 위한 엔진 전자 컨트롤 유니트;

배터리와 알터네이터 사이에 설치되어, 저전압을 고전압으로 승압시키기 위한 전압 변환 장치;

알터네이터의 저전압을 배터리에 공급하기 위한 제1 파워 스위치;

전압 변환 장치에 의해 승압된 고전압을 배터리에 공급하기 위한 제2 파워 스위치를 포함하되,

상기 엔진 전자 컨트롤 유니트는, 배터리 상태와 운전 조건을 판단하여, 상기 제1 파워 스위치와 제2 파워 스위치를 온/오프 제어하고,

상기 엔진 전자 컨트롤 유니트는, 차량 시동 초기시, 배터리 상태가, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC 이하이면, 상기 제1 파워 스위치를 오프시킴과 아울러, 상기 제2 파워 스위치를 온시켜, 빠른 충전 제어를 실행시키고, 사전에 설정된 Hi_목표 SOC 이상이면, 상기 제1 파워 스위치를 온시킴과 아울러, 상기 제2 파워 스위치를 오프시켜, 느린 충전 제어를 실행시키고, 충전이 완료된 이후에는 운전 조건을 파악하여 Low_목표 SOC에 도달할 때까지 상기 알터네이터의 온오프 제어를 통해 방전 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 전압 변환 장치는, 상기 알터네이터에서 공급되는 저전압을 고전압을 승압하기 위한 부스터 변압기인 것을 특징으로 하는 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 제1 파워 스위치와 제2 파워 스위치는, 상기 엔진 전자 컨트롤 유니트에 의해 온/오프되는 것을 특징으로 하는 전압 변환 장치를 이용한 알터네이터 발전 제어 시스템.
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