KR101524878B1 - Power control apparatus according to work mode in hybrid industrial vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리와 울트라 커패시터를 전원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드에 따라 배터리 전력을 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드에 따른 배터리 전력제어장치는 배터리와 울트라 커패시터를 포함하고, 전력을 제공하는 전력 제공부와, 초기 작업 모드 선택 시 선택된 작업 모드에 대응하여 미리 설정된 배터리 출력 제어값으로 상기 배터리 출력을 제어하고, 작업 모드 변경 시 변경된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값에서 이전 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값의 차분을 산출하고, 현재 배터리 출력 제어값에 산출된 보상값을 가하여 보상된 배터리 출력 제어값으로 배터리의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for controlling battery power according to a work mode in a hybrid industrial vehicle using a battery and an ultracapacitor as a power source. To this end, in the hybrid industrial vehicle of the present invention, a battery power control apparatus according to a working mode includes a battery and an ultracapacitor, and includes a power supply for providing power, a battery output A difference between the battery output control value corresponding to the previous operation mode is calculated from the battery output control value corresponding to the changed operation mode when the operation mode is changed, And a control unit for controlling the output of the battery to a battery output control value that is compensated by applying a value to the battery output control value.
울트라 커패시터, 2중 전원, 하이브리드, 동력 제어. Ultracapacitor, Dual Power, Hybrid, Power Control.
Description
본 발명은 하이브리드 산업용 차량의 배터리 전력제어장치에 관한 것으로, 특히 2중 전원을 사용하는 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드 변경 시 배터리 출력을 변경된 작업 모드에 대응하는 배터리 출력으로 신속하게 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery power control apparatus for a hybrid industrial vehicle, and more particularly, to an apparatus for quickly controlling a battery output in a hybrid industrial vehicle using a dual power source, will be.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 전기 에너지 저장장치에 저장하고, 엔진의 부족한 동력을 전기 에너지 저장장치로부터 공급하여 연비를 개선한 하이브리드 형태의 산업용 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, studies have been actively conducted on a hybrid type industrial vehicle in which surplus power of the engine is stored in an electric energy storage device with a rapid increase in oil price, and the fuel consumption is improved by supplying the insufficient power of the engine from the electric energy storage device .
이러한 하이브리드 산업용 차량의 전기 에너지 저장장치는 배터리와 울트라 커패시터로 구성되어 에너지 효율을 극대화 시킬 수 있도록 각 저장장치의 특성에 맞추어 동력을 제어하고 있다.The electric energy storage device of the hybrid industrial vehicle is composed of a battery and an ultracapacitor, and controls power according to characteristics of each storage device to maximize energy efficiency.
배터리는 저장 에너지 밀도가 울트라 커패시터보다 크지만, 출력밀도는 울트라 커패시터가 배터리보다 크다. The battery has a higher storage energy density than the ultracapacitor, but the output density is higher than the ultracapacitor battery.
이에 따라, 빈번하게 이루어지거나 큰 동력은 울트라 커패시터로부터 전력을 공급하고, 작은 동력과 장기적으로 필요한 대용량의 에너지는 배터리로부터 전력을 공급하고 있다.Thus, the frequent or large power supplies power from the ultracapacitor, and the small power and long-term, large capacity of energy are supplying power from the battery.
한편, 이와 같이 2중 전원을 사용하는 하이브리드 산업용 차량에서 부하가 큰 작업에서 작은 작업으로 작업 모드가 변경되는 경우 부하가 큰 작업 에 맞추어 설정된 초기 설정된 배터리 출력에 대해서도 부하가 작은 작업에 맞게 배터리 출력을 조정해야 한다. 즉, 에너지 효율 및 작업 효율의 저하를 방지하기 위해 작업 모드의 변경에 따라 전원들의 출력 제어의 변경과 관련한 기술 개발이 요구되고 있다.On the other hand, in the case of a hybrid industrial vehicle using such a dual power source, when the operation mode is changed from a high load operation to a small operation, the battery output is set to the initial set battery output set for a heavy load operation Should be adjusted. That is, in order to prevent the deterioration of the energy efficiency and the working efficiency, there is a demand for technology development related to the change of the output control of the power sources according to the change of the operation mode.
따라서 본 발명은 2중 전원을 사용하는 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드 변경 시 에너지 효율 및 작업 효율의 저하를 방지할 수 있는 제어장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a control device capable of preventing a reduction in energy efficiency and work efficiency when a work mode is changed in a hybrid industrial vehicle using a dual power source.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 산업용 차량의 배터리 전력제어장치는 배터리와 울트라 커패시터를 포함하고, 전력을 제공하는 전력 제공부와, 초기 작업 모드 선택 시 선택된 작업 모드에 대응하여 미리 설정된 배터리 출력 제어값으로 상기 배터리 출력을 제어하고, 작업 모드 변경 시 변경된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값에서 이전 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값의 차분을 산출하고, 현재 배터리 출력 제어값에 산출된 보상값을 가하여 보상된 배터리 출력 제어값으로 배터리의 출력을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a battery power control apparatus for a hybrid industrial vehicle including a battery and an ultracapacitor, the apparatus comprising: a power supplier for providing power; The battery output control value corresponding to the previous operation mode is calculated from the battery output control value corresponding to the changed operation mode when the operation mode is changed, And a controller for controlling the output of the battery with the compensated battery output control value by applying a compensation value.
또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 작업 모드별 배터리 출력 제어값은, 각 모드별 해당 작업 차량의 표준 작업 패턴에서 작업 부하의 평균치인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the battery output control value for each operation mode is an average value of a work load in a standard operation pattern of the corresponding work vehicle for each mode.
또한, 본 발명의 일례에 따른 하이브리드 산업용 차량의 배터리 전력제어장치는 상기 배터리로부터 출력되는 직류(DC) 전압을 상기 제어부에 의해 제어된 DC 전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 목표 제어값으로 상기 배터리 출력이 조절되도록 상기 DC/DC 컨버터에서 변환하고자 하는 DC값을 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, the apparatus for controlling battery power of a hybrid industrial vehicle according to an example of the present invention further includes a DC / DC converter for converting a direct current (DC) voltage output from the battery into a DC voltage controlled by the controller, DC converter controls the DC value to be converted by the DC / DC converter so that the battery output is adjusted to the target control value of the battery.
또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 제어부는, 소정 시간 동안 작업 부하 평균값을 산출하고, 상기 울트라 커패시터 전압값이 미리 설정된 허용 전압 범위를 벗어나면 현재 작업 부하 평균값에 미리 설정된 부하값만큼을 보정하여 상기 울트라 커패시터의 전압이 상기 허용 전압 범위에 속하도록 제어하고, 상기 보정된 작업 부하값을 상기 배터리의 목표 제어값으로 하여 상기 배터리의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may calculate the workload average value for a predetermined time, and when the ultracapacitor voltage value is out of a preset allowable voltage range, correct the workload average value by a predetermined load value, Controls the voltage of the ultracapacitor to fall within the allowable voltage range, and controls the output of the battery with the corrected work load value as the target control value of the battery.
또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 제어부는, 소정 시간 동안 미리 설정된 측정 주기마다 작업 부하를 측정하여 작업 부하 평균값을 산출하고, 상기 허용 전압 범위는 최소 허용 전압값을 하한값으로 최대 허용 전압값을 상한값으로 하는 범위이고, 상기 제어부는, 상기 울트라 커패시터 전압값이 최대 허용 전압값 이상이면 현재 작업 부하 평균값에 미리 설정된 부하값만큼 음의 보정을 수행하고, 최소 허용 전압값 이하이면 현재 작업 부하 평균값에 미리 설정된 부하값만큼 양의 보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the control unit calculates a workload average value by measuring a workload at a preset measurement period for a predetermined time, and the permissible voltage range includes a minimum allowable voltage value as a lower limit value and a maximum allowable voltage value as an upper limit value And the control unit performs a negative correction for the current work load average value by a preset load value when the voltage value of the ultracapacitor is equal to or greater than the maximum allowable voltage value, And performs a positive correction by a set load value.
상기한 본 발명에 따르면, 작업 모드 변경 시 즉각적으로 해당 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값으로 제어할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, when the operation mode is changed, the battery output control value corresponding to the corresponding mode can be immediately controlled.
또한 해당 작업 모드에 적절한 배터리 출력 제어값으로 제어한 후에는 실제 차량 부하에 따라 배터리 출력을 제어함으로써 좀 더 정확히 작업 부하를 배터리 출력 제어에 반영할 수 있는 이점이 있다.In addition, after controlling the battery output control value suitable for the operation mode, there is an advantage that the work load can be more accurately reflected in the battery output control by controlling the battery output according to the actual vehicle load.
또한 작업 부하의 변경뿐 아니라, 울트라 커패시터의 전압을 감안하여 배터리 전력을 제어함으로써 울트라 커패시터의 전압이 최대 허용치와 최소 허용치를 넘어서지 않도록 할 수 있게 된다.In addition to changing the workload, the voltage of the ultracapacitor can be prevented from exceeding the maximum allowable value and the minimum allowable value by controlling the battery power in consideration of the voltage of the ultracapacitor.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same configurations of the drawings denote the same reference numerals as possible whenever possible. Specific details are set forth in the following description, which is provided to provide a more thorough understanding of the present invention. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명에 따른 하이브리드 산업용 차량에서는 작업 부하가 걸리는 크기에 따라 하이 모드(High Mode), 스탠다드 모드(Standard Mode), 이코노미 모드(Economy Mode)로 모드 패턴이 구분되고, 작업자는 작업 특성에 맞추어 작업 모드를 선택한 후 작업할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에서는 3가지 모드를 실시 예로 설명하지만, 작업 모드는 더 세부적으로 구분되어 더 많은 수의 모드를 가질 수 있음에 유의하여야 할 것이다.In the hybrid industrial vehicle according to the present invention, a mode pattern is classified into a high mode, a standard mode, and an economy mode according to the size of a workload, You can then select and work with. As described above, in the embodiment of the present invention, three modes are described as an embodiment, but it should be noted that the operation modes can be further classified to have a larger number of modes.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드에 따른 배터리 전력제어장치의 구성이다.1 is a configuration of a battery power control apparatus according to an operation mode in a hybrid industrial vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 전력제어장치는 제어부(100), 배터리(102), DC/DC(Direct Current/Direct Current) 컨버터(104), 인버터(106), 모터(108), 울트라 커패시터(Ultra Capacitor)(110) 및 차량조작부(112)를 포함한다.1, a battery power control apparatus according to the present invention includes a
배터리(102)와 울트라 커패시터(110)로부터 출력된 직류전력이 인버터(106)로 인가되면, 인버터(106)는 인가된 직류전력을 교류전력으로 변환시킨 후 모터(108)로 공급하여 모터(108)를 구동시킨다.When the DC power output from the
이때, 도 1와 같은 2중 전원 구조를 가지는 배터리 전력제어장치에서는 배터리(102)에서 가능한 일정한 전력을 출력하도록 하고, 작업 부하가 급격하게 변화하는 경우에는 울트라 커패시터(110)의 전력을 사용하도록 한다.In this case, in the battery power control apparatus having the dual power supply structure as shown in FIG. 1, a constant power is outputted from the
배터리(102)는 배터리의 출력 변동이 심하면 배터리의 내부 저항에 의한 내부 손실이 크고, 배터리의 수명에도 악영향을 미치기 때문에, 배터리가 일정 출력이 가능하도록 제어한다면 배터리의 사용시간(즉, 작업 차량의 연속 사용 시간) 및 수명을 길게 가져갈 수 있다.If the output of the
이에 따라 작업 부하가 급격하게 변화하는 경우에는 울트라 커패시터(110)의 전력을 추가로 사용하도록 하는 것이다.Accordingly, when the workload is abruptly changed, the power of the
따라서, 작업 패턴을 반영하여 DC/DC 컨버터(104) 제어를 통한 배터리(102)의 출력을 조정할 필요가 발생한다.Therefore, it is necessary to adjust the output of the
본 발명에서 작업 모드별 배터리 출력 제어값을 미리 설정한다. 여기서, 작업 모드별 미리 설정된 배터리 출력 제어값이라 함은 각 모드별 해당 작업 차량의 표준 작업 패턴에 있어서 작업 부하의 평균치이다. In the present invention, the battery output control value for each operation mode is set in advance. Here, the preset battery output control value for each operation mode is an average value of the work load in the standard operation pattern of the corresponding work vehicle for each mode.
또한 초기 작업 모드 설정 시 설정된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값을 배터리의 초기 목표 제어값으로 제어한다. 이후, 작업 모드가 변경되면 변경된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값과 현재 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값의 차분을 현재 배터리 출력 제어값에 보상하여 보상된 배터리 출력 제어값을 배터리의 목표 제어값으로 제어한다.In addition, the battery output control value corresponding to the operation mode set at the initial operation mode setting is controlled to the initial target control value of the battery. Thereafter, when the operation mode is changed, the difference between the battery output control value corresponding to the changed operation mode and the battery output control value corresponding to the current operation mode is compensated to the current battery output control value, Value.
이를 위해 제어부(100)는 차량조작부(112)를 통해 초기 작업 모드 선택이 있으면, 선택된 작업 모드에 대응하여 미리 설정된 배터리 출력 제어값으로 배터리(102)의 출력을 제어한다.For this, if there is an initial operation mode selection through the
또한 제어부(100)는 차량조작부(112)를 통해 작업 모드 변경이 있으면, 변경된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값에서 이전 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값의 차분을 산출한다.If the operation mode is changed through the
이후, 제어부(100)는 이전 배터리 출력 제어값에 산출된 보상값을 가하여 보상된 배터리 출력 제어값으로 배터리의 출력을 제어한다.Then, the
이와 같이 작업 모드 변경 시 즉각적으로 해당 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값으로 제어한 후에는 제어부(100)는 실제 차량 부하에 따라 배터리 출력을 제어함으로써 좀 더 정확히 작업 부하를 배터리 출력 제어에 반영할 수 있게 된다.After the operation mode is immediately changed to the battery output control value corresponding to the corresponding mode, the
그러면, 이제 본 발명의 실시 에에 따라 작업 모드에 따른 배터리 전력을 제어하는 과정에 대하여 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.Now, the process of controlling the battery power according to the operation mode according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
먼저, 현재 설정된 작업 모드를 확인한 후(S200), 이전 설정된 작업 모드가 존재하는지 검사한다.(S201)First, after confirming the currently set work mode (S200), it is checked whether a previously set work mode exists (S201)
만약, 이전 설정된 작업 모드가 존재하지 않는다면, 즉 초기 차량 기동이어서 초기 설정된 작업 모드라면 배터리의 출력 제어값을 현재 설정된 작업 모드에 해당되는 배터리 출력 제어값으로 설정한다.(S205)If the previously set work mode does not exist, that is, if the work mode is the initial work mode after the initial vehicle start, the output control value of the battery is set to the battery output control value corresponding to the currently set work mode (S205)
그러나 만약, 이전 설정된 작업 모드가 존재하면 직전 설정된 작업 모드가 현재 설정된 작업모드가 동일한 지를 검사한다.(S202)However, if the previously set work mode exists, it is checked whether the previously set work mode is the same as the currently set work mode (S202)
S202 검사결과 직전 설정된 작업 모드가 현재 설정된 작업모드가 동일하면 현재 배터리 출력 제어값은 이전 배터리 출력 제어값과 동일하게 설정될 것이다.(S203)If the currently set work mode is the same as the currently set work mode, the current battery output control value will be set equal to the previous battery output control value (S203)
그러나 S202 검사결과 직전 설정된 작업 모드가 현재 설정된 작업모드가 동일하지 않다면, 즉 작업 모드가 변경되었다면 However, if the currently set work mode is not the same as the currently set work mode, that is, if the work mode is changed
변경된 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값에서 이전 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값의 차분을 산출하고, 이전 배터리 출력 제어값에 산출된 보상값을 가하여 보상된 배터리 출력 제어값을 현재 배터리의 출력 제어값으로 설정한다.(S204)Calculating a difference between the battery output control value corresponding to the previous operation mode and the calculated battery output control value by applying the calculated compensation value to the previous battery output control value from the battery output control value corresponding to the changed operation mode, (S204). ≪ RTI ID = 0.0 >
이후, S203, S204, S205에서 설정된 현재 배터리 출력 제어값으로 배터리 출력을 제어하면서, 차량 부하에 따라 배터리 출력 제어값을 제어한다.(S206) 즉, S200단계 내지 S205 단계를 통해 일단 작업 모드에 따른 배터리 출력 제어 후 S206단계에서 실제 작업 부하에 따라 배터리 출력을 제어하여 보다 정밀한 배터리 출력 제어를 수행할 수 있도록 하는 것이다.Thereafter, the battery output control value is controlled according to the vehicle load while controlling the battery output with the current battery output control value set in S203, S204, and S205 (S206). That is, through steps S200 and S205, After controlling the battery output, in step S206, the battery output is controlled according to the actual work load so that the battery output control can be performed more precisely.
이때, S206 단계에서 배터리 출력을 제어할 시 부하 변경에 따라서만 배터리 출력을 제어할 수도 있고, 다른 실시 예로 울트라 커패시터(110)의 전압을 감안하여 배터리 출력을 제어할 수도 있다. 울트라 커패시터의 전압을 감안하여 배터리 출력을 제어하기 위한 동작에 대하여 하기의 도 4 내지 도 6의 설명에서 구체적으로 살펴보도록 한다.At this time, the battery output can be controlled only in accordance with the load change when controlling the battery output in step S206. Alternatively, the battery output can be controlled in consideration of the voltage of the
이후, 작업이 종료되면 종료하고, 그렇지 않으면 S200 단계로 진행하여 계속하여 작업 모드에 따른 배터리의 전력을 제어하는 동작을 수행한다.(S207)Thereafter, when the operation ends, the operation is terminated. Otherwise, the operation proceeds to step S200 to continue the operation of controlling the power of the battery according to the operation mode (S207)
상기한 바와 같이 작업 모드에 따른 배터리 전력 제어 흐름을 도 3의 그래프를 참조하여 살펴본다.The battery power control flow according to the operation mode as described above will be described with reference to the graph of FIG.
예를 들어, 하이 모드(High Mode)의 표준 작업 패턴 부하의 평균치를 Pbat_h, 스탠다드 모드(Standard Mode)의 표준 작업 패턴 부하의 평균치를 Pbat_s, 이코노미 모드(Economy Mode)의 표준 작업 패턴 부하의 평균치를 Pbat_e라고 가정한다. 또한, 이전 작업 모드가 존재하지 않는 경우, 즉 차량이 초기 기동을 했을 경우 운전자가 작업 모드를 하이 모드로 선택하였다면 배터리의 출력 제어값은 Pbat_h로 설정하고, 설정된 Pbat_h로 제어한다.For example, if the average value of the standard work pattern load in the high mode is Pbat_h, the average value of the standard work pattern load in the standard mode is Pbat_s, the average value of the standard work pattern load in the economy mode Pbat_e. If the previous operation mode does not exist, that is, when the vehicle is initially started, and the driver selects the operation mode as the high mode, the output control value of the battery is set to Pbat_h and controlled to the set Pbat_h.
이와 같이 차량 배터리를 배터리 초기 출력 제어값으로 제어한 후 제어부(100)는 작업 부하에 따라 배터리의 출력 제어값을 변경 제어한다.After controlling the vehicle battery to the battery initial output control value, the
이후, 만약 작업을 행하는 도중에 작업 환경 변경 등의 이유로 운전자가 작업 모드를 이코노미 모드(Economy Mode)로 변경했다고 가정하면, 제어부(100)는 이전 작업 모드가 하이 모드이고, 현재 작업 모드가 이코노미 모드이므로 작업모드 변경에 따른 보상값을 계산하여 모드 변경 시점에 산출된 보상값을 이용하여 배터 리 출력 제어값을 보상한다.Thereafter, if it is assumed that the driver changes the operation mode to the economy mode during the operation, the
이때, 보상값은 하기의 <수학식 1>과 같이 산출할 수 있다.At this time, the compensation value can be calculated according to the following Equation (1).
예를 들어, 상기의 가정에서와 같이 이전 작업 모드가 하이 모드이고, 현재 변경된 작업 모드가 이코노미 모드라면, 이때 보상값은 하기의 <수학식 2>와 같이 산출될 것이다.For example, if the previous operation mode is the high mode and the currently changed operation mode is the economy mode as in the above assumption, the compensation value will be calculated as Equation (2) below.
상기 <수학식 2>와 같이 산출된 보상값을 이용하여 보상되는 배터리 출력 제어값은 하기의 <수학식 3>과 같이 산출될 수 있다.The battery output control value compensated by using the compensation value calculated by Equation (2) can be calculated as Equation (3) below.
이때, Pbat_e < Pbat_h 이므로 보상값인 (Pbat_e - Pbat_h)는 음의 값을 가지며, 즉 운전자가 작업 모드를 하이 모드에서 이코노미 모드로 변경함에 따라 배터리의 출력을 즉각적으로 낮출 수 있다.In this case, since Pbat_e <Pbat_h, the compensation value (Pbat_e-Pbat_h) has a negative value, that is, the driver can instantly lower the output of the battery as the operation mode is changed from the high mode to the economy mode.
즉, 하이 모드에서 이코노미 모드로 변경될 시 현재 배터리 출력 제어값에서 310과 같은 보상값을 가하여 301과 같이 배터리 출력을 바로 낮추게 된다. 만약, 본 발명에서의 같이 작업 모드에 따른 배터리 출력 제어를 수행하지 않는다면 300과 같이 변경 시점에서 소정 시간이 지난 후에야 변경 모드에 적절한 배터리 출력 제어값으로 낮춰질 것이다.That is, when the mode is changed from the high mode to the economy mode, a compensation value of 310 is added to the current battery output control value, and the battery output is immediately lowered to 301 as shown in FIG. If the battery output control according to the operation mode is not performed in the present invention, the battery output control value may be lowered to a battery output control value suitable for the change mode after a predetermined time elapses from the change point,
이때 보상값은 표준 작업 패턴으로부터 미리 계산되어 설정된 값을 사용하므로 적정한 보상이 이루어질 수 있다.At this time, since the compensation value is calculated and set from the standard operation pattern, proper compensation can be made.
이와 같이 작업 모드 변경 시 즉각적으로 해당 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값으로 제어한 후에는 실제 차량 부하에 따라 배터리 출력을 제어함으로써 좀 더 정확히 작업 부하를 배터리 출력 제어에 반영할 수 있게 된다.After the operation mode is changed to the battery output control value corresponding to the mode immediately after the operation mode is changed, the battery output is controlled according to the actual vehicle load so that the work load can be more accurately reflected in the battery output control.
이때, 작업 모드에 대응되는 배터리 출력 제어값으로 배터리 출력을 제어한 후 부하 변경에 따라서만 배터리 출력을 제어할 수도 있고, 다른 실시 예로 울트라 커패시터(110)의 전압을 감안하여 배터리 출력을 제어할 수도 있다.At this time, it is also possible to control the battery output only in accordance with the load change after controlling the battery output with the battery output control value corresponding to the operation mode, or to control the battery output in consideration of the voltage of the
이와 같이 울트라 커패시터의 전압을 감안하여 배터리 출력을 제어하기 위한 동작에 대하여 도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하여 살펴보도록 한다.The operation for controlling the battery output in consideration of the voltage of the ultracapacitor will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. 4 to 6. FIG.
먼저, 도 1을 참조하면 제어부(100)는 차량의 작업 부하를 미리 설정된 주기 로 읽어 소정 시간 동안 작업 부하 평균값을 산출한다. 이때, 평균값 산출 시 총 작업 부하 측정값의 개수는 차량의 표준 부하 패턴의 반복 주기에 맞추어 설정하는 것이 바람직하다.First, referring to FIG. 1, the
작업 부하 측정은 제어부(100)가 인버터(106)로 인가되는 울트라 커패시터(110)의 출력값을 읽어 현재 작업의 부하를 측정할 수 있다.The workload measurement may be performed by the
그러면, 작업 부하 평균값 산출 방법에 대해서 하기 도 2를 참조하여 살펴본다.Next, a method for calculating the work load average value will be described with reference to FIG.
작업 부하 측정 주기를 t라고 하고, 평균을 산출하는 일정 시간을 T라고 하면 작업 부하의 총 측정 샘플 수 N은 T/t가 된다. 이때, 측정 주기 t 및 평균을 산출하는 시간 T는 작업 차량의 부하 특성에 따라 적절하게 설정한다. 부하의 변동이 매우 급격할 경우에는 t를 작게 가져가야 할 것이며, T는 본 제어를 적용하고자 하는 작업 차량의 표준 작업 패턴 1주기로 선정하면 적절할 것이다.Let t be the workload measurement period, and let T be a constant time to calculate the average. The total number of measurement samples N of the workload is T / t. At this time, the measurement period t and the time T for calculating the average are appropriately set in accordance with the load characteristics of the working vehicle. If the load variation is too steep, then t should be taken small, and T should be selected as one cycle of the standard work pattern of the work vehicle to which this control is applied.
예를 들어, t를 0.1초로 설정하고, T를 100초로 가정할 경우 작업 부하 샘플 수 N은 1000이 된다.For example, if t is set to 0.1 second and T is assumed to be 100 seconds, the number of workload samples N is 1000.
도 4에 도시된 바와 같이 0.1초 주기로 측정된 1000개의 작업 부하값(Pload_1, Pload_2,…, Pload_1000)에 대해서 400과 같이 평균을 산출한다.As shown in FIG. 4, an average is calculated as 400 for 1000 workload values (Pload_1, Pload_2, ..., Pload_1000) measured at a cycle of 0.1 second.
이후 새로운 1001번째 작업 부하가 측정되었을 경우에는 401과 같이 가장 과거의 작업 부하값인 Pload_1을 버리고 새로운 작업 부하값인 Pload_1001을 사용하여 1000개의 샘플의 평균을 산출한다.When the new 1001th workload is measured, the oldest workload value Pload_1 is discarded as 401 and the average of 1000 samples is calculated using the new workload value Pload_1001.
상기의 도 4와 같은 방법으로 작업 부하의 평균값이 산출되면, 제어부(100) 는 산출한 작업 부하의 평균값을 배터리(102)의 출력 목표값으로 제어한다. 이와 동시에, 제어부(100)는 울트라 커패시터(110)의 전압이 상한값 혹은 하한값에 도달할 경우에는 작업 부하의 평균값에 미리 설정된 보정값만큼 보정을 수행한다. 이와 같이 작업 부하의 평균값에 보정을 함으로써 이후 울트라 커패시터(110)의 전압이 상한치 혹은 하한치에 도달하는 빈도를 감소시키도록 한다.4, the
다시 도 1을 참조하면, 울트라 커패시터(110)는 차량 부하 특성에 맞추어 적절한 전압 범위 및 적절한 용량을 선정하여 적용한다. 단, 용량 선정에 있어서 검토한 차량의 부하 패턴과 실제 차량의 작업 부하 패턴이 같을 수 없기에 실제 차량의 작업 중에 울트라 커패시터(110)의 전압이 상한치 혹은 하한치에 근접할 수가 있다.Referring again to FIG. 1, the
울트라 커패시터(110) 전압 범위는 하드웨어적 사양에 의한 상하한치를 기준으로, 상한치는 안전성을 고려하여 최대 전압 사양보다 적정 수준을 낮추어 최대 허용 가능한 전압값으로 설정하며, 하한치는 작업 차량의 최대 부하가 가능한 출력을 발생할 수 있는 최저 허용 가능한 전압값으로 설정하는 것이 바람직하다.The voltage range of the ultracapacitor (110) is set to the maximum allowable voltage value by lowering the upper limit lower than the maximum voltage specification in consideration of safety, and the lower limit is the maximum load of the working vehicle It is desirable to set the possible output to the lowest acceptable voltage value that can occur.
만약, 부하 작업 중에 울트라 커패시터(110)의 전압이 미리 설정한 최대 허용 전압값이나 최소 허용 전압값에 도달하였을 경우, 제어부(100)는 작업 부하 평균값을 보정하는 제어를 수행하여 울트라 커패시터(110) 전압이 허용 범위를 넘어서지 않도록 제어한다. 이렇게 함으로써 울트라 커패시터(110) 전압이 최대/최소 허용 전압값에 도달하는 빈도를 줄일 수 있다.If the voltage of the
상기한 바와 같이 본 발명에서는 배터리 전력 제어 시 작업 부하 변경을 추 종하여 제어하되, 울트라 커패시터(110)의 전압을 감안하여 배터리 전력을 제어하는 것이다.As described above, in the present invention, the battery power is controlled in consideration of the voltage of the
이와 같이 울트라 커패시터의 전압을 고려한 배터리 전력 제어 흐름을 도 5의 그래프를 참조하여 살펴본다.The battery power control flow considering the voltage of the ultracapacitor will be described with reference to the graph of FIG.
먼저, 504는 샘플 수 N의 작업 부하(Pload) 평균값이고, 506는 샘플 수 N의 작업 부하(Pload) 평균값에 보정값을 반영한 값이다. 또한, 510은 샘플 수 N의 작업 부하(Pload) 평균값에 보정값이 반영된 값을 배터리 출력 제어값(Pbat)의 목표 제어값으로 하는 경우의 울트라 커패시터의 전압값(Vcap)이고, 512는 샘플 수 N의 작업 부하(Pload) 평균값을 배터리 출력 제어값(Pbat)의 목표 제어값으로 하는 경우의 울트라 커패시터의 전압값(Vcap)이다.First,
만약, n번째 측정 시점에서 평균 부하값을 가지는 지점(500)에서 A와 같이 울트라 커패시터(110)의 전압(Vcap)이 미리 설정된 최대 허용 전압값(Vcap_max)이 되었다면, n+1 번째 측정 시점에서 평균 부하값을 산출할 때에는 산출된 작업 부하 평균값에 미리 설정된 보정값을 반영하는 보정을 수행한다.If the voltage Vcap of the
이때, n+1 번째 측정 시점에서의 평균 부하값 보정은 하기의 <수학식 4>과 같이 수행할 수 있다.At this time, the average load value correction at the (n + 1) th measurement point can be performed as Equation (4) below.
이때, “Average of Pload @ step = n+1”는 n+1 번째 측정 시점에서 산출한 평균 부하값이고, “Pcomp”는 미리 설정된 보정값이다. 여기서, 미리 설정된 보정값은 시스템 변수로 이루어진 함수가 될 수도 있으며, 혹은 적정한 고정값일 수도 있다.At this time, " Average of Pload @ step = n + 1 " is an average load value calculated at the (n + 1) th measuring point and " Pcomp " Here, the predetermined correction value may be a function composed of system variables or an appropriate fixed value.
이후 소정 측정 시점에서 평균 부하값을 가지는 지점(501)에서 B와 같이 울트라 커패시터(110)의 전압(Vcap)이 다시 미리 설정된 최대 허용 전압값(Vcap_max)이 되었다면, 산출한 작업 부하 평균값에 미리 설정된 보정값을 반영하는 보정을 수행한다. 그러면 501과 같이 부하값이 미리 설정된 보정값만큼 떨어지게 되고, 울트라 커패시터(110)의 전압값도 최대 허용 전압값 이하로 떨어지는 것을 알 수 있다.If the voltage Vcap of the
도 5의 실시 예에서는 울트라 커패시터(110)의 전압이 최대 허용 전압값에 도달할 시 작업 부하 평균치에 보정을 수행하는 경우에 대하여 설명하였다.In the embodiment of FIG. 5, the case where the correction of the work load average value is performed when the voltage of the
이와 반대로 울트라 커패시터(110)의 전압이 미리 설정된 한계 최소 전압값에 도달하였을 경우에는 작업 부하 평균치에 양의 보정을 수행하여 울트라 커패시터(110)의 전압이 허용 전압 범위 내에 포함되도록 한다.On the other hand, when the voltage of the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 울트라 커패시터의 전압을 고려하여 배터리의 전력을 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a process of controlling power of a battery in consideration of a voltage of an ultracapacitor according to an embodiment of the present invention.
소정 시간 동안 작업 부하 평균값을 계산한다.(S600)And calculates a workload average value for a predetermined time (S600)
이후, 울트라 커패시터 전압값이 최대 허용 전압값 이상이거나 최소 허용 전압값 이하인지를 검사한다.(S602, S610) 즉, 울트라 커패시터 전압값이 미리 설정 된 허용 범위를 벗어나는지를 검사하는 것이다.Then, it is checked whether the voltage value of the ultracapacitor is above the maximum allowable voltage value or below the minimum allowable voltage value (S602, S610). That is, it is checked whether the ultracapacitor voltage value is out of the preset allowable range.
만약, 울트라 커패시터 전압값이 최대 허용 전압값 이상이면 현재 작업 부하 평균값에 음의 보정을 수행하고(S604), 울트라 커패시터 전압값이 최소 허용 전압값 이하이면 현재 작업 부하 평균값에 양의 보정을 수행한다.(S612)If the ultracapacitor voltage value is greater than the maximum allowable voltage value, negative correction is performed on the current work load average value (S604). If the ultracapacitor voltage value is less than the minimum allowable voltage value, positive correction is performed on the current work load average value (S612)
그러나 만약 울트라 커패시터 전압값이 허용 범위 내에 포함되는 값이라면 보정 없이 S606 단계로 진행한다.However, if the value of the ultracapacitor voltage is within the allowable range, the process proceeds to step S606 without correction.
한편, S604 단계와 S612 단계에서 작업 부하값을 보정한 후 S606 단계로 진행하면, 보정된 작업 부하값을 배터리(102)의 목표 제어값으로 배터리 출력을 조정한다. 이때, 배터리 출력은 상기의 도 1의 설명에서 언급한 바와 같이 제어부(100)가 DC/DC 컨버터를 통해 조정될 것이다.On the other hand, if the work load value is corrected in step S604 and step S612 and the process proceeds to step S606, the battery output is adjusted to the target control value of the
이후, 작업이 종료되면 종료하고, 그렇지 않으면 S600 단계로 진행하여 계속하여 울트라 커패시터(110)의 전압을 고려하여 배터리의 전력을 제어하는 동작을 수행한다.Thereafter, when the operation ends, the operation is terminated. If not, the operation proceeds to step S600, where the operation of controlling the power of the battery is performed in consideration of the voltage of the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청 구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 산업용 차량에서 작업 모드에 따른 배터리 전력제어장치의 구성도,1 is a configuration diagram of a battery power control apparatus according to an operation mode in a hybrid industrial vehicle according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 작업 모드에 따른 배터리 전력을 제어하는 과정을 나타내는 흐름도,FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of controlling battery power according to an operation mode according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 작업 모드에 따른 배터리 전력 제어를 설명하기 위한 그래프,3 is a graph for explaining battery power control according to an operation mode according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 작업 부하의 평균값을 산출하기 위한 방식을 나타내는 예시도,4 is an exemplary diagram illustrating a method for calculating an average value of a workload according to another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 울트라 커패시터의 전압을 고려한 배터리 전력 제어를 설명하기 위한 그래프,5 is a graph for explaining battery power control considering voltage of an ultracapacitor according to another embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 울트라 커패시터의 전압을 고려하여 배터리의 전력을 제어하는 과정을 나타내는 흐름도.6 is a flowchart illustrating a process of controlling power of a battery in consideration of a voltage of an ultracapacitor according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명> DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS OF THE DRAWINGS
100: 제어부 102: 배터리100: control unit 102: battery
104: DC/DC 컨버터 106: 인버터104: DC / DC converter 106: Inverter
108: 모터 110: 울트라 커패시터108: motor 110: ultracapacitor
112: 차량 조작부 120: 전력 제공부112: vehicle operation unit 120:
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