KR101533011B1 - Improved power system of vehicle for power converter structure and control method for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치; 차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치; 및 상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템을 개시한다.The present invention relates to a first electric energy storage device connected to a starter and a generator provided in a vehicle in a chargeable and dischargeable manner; A second electric energy storage device that supplies electric power to a load in the vehicle and is supplied with electric power from the starter-generator; And an output variable power converter for adjusting an electric energy storage ratio of the second electric energy storage device to the first electric energy storage device in accordance with an output change of the electric energy generated in the starter and generator, A vehicle power supply system.

Description

전력변환기의 구조가 개선된 차량용 전원 시스템 및 그 제어방법{IMPROVED POWER SYSTEM OF VEHICLE FOR POWER CONVERTER STRUCTURE AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power supply system for a vehicle,

본 발명은 차량의 시동 제어를 위한 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이들 스톱 앤 고(Idle stop & go) 기능을 갖춘 차량에 사용되는 전원 시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for starting control of a vehicle, and more particularly, to a power supply system used in a vehicle having an idle stop & go function and a control method thereof.

아이들 스톱 앤 고 시스템은 차량의 정지 상태가 일정 시간 이상 지속될 경우 이를 감지하여 엔진을 자동으로 정지시킴으로써 연료절약과 배출가스 저감 효과를 제공한다.The idle stop and go system detects the stoppage of the vehicle for a certain period of time and automatically stops the engine, thereby saving fuel and reducing exhaust gas.

최근에는 차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)를 사용한 아이들 스톱 앤 고 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 울트라 캐패시터는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리는 것으로서, 높은 전기에너지 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 배터리와의 병용 및 대체가 가능한 장점이 있다.In recent years, studies on idle stop and high system using ultra capacitors, which are attracting attention as the next generation electric energy storage devices, have been actively conducted. Ultracapacitors, also called super capacitors, have the advantage of being able to be combined with or replaced with batteries due to their high electrical energy efficiency and semi-permanent lifetime characteristics.

또한, 울트라 캐패시터는 매우 빠른 충방전 특성을 가질 뿐만 아니라, 극저온의 환경에서도 안정적인 충방전 특성을 보이므로 차량의 시동을 위한 전기에너지 저장장치로 매우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.In addition, since the ultra capacitor has a very fast charging / discharging characteristic and has a stable charge / discharge characteristic even in a cryogenic environment, it is expected to be very useful as an electric energy storage device for starting a vehicle.

도 1에는 아이들 스톱 앤 고 시스템을 가진 차량에 채용되는 일반적인 전원 시스템의 구성이 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이 전원 시스템은 스타터 겸용 제너레이터인 ISG(Intergrated Starter & Generator)(10)에 연결되어 충방전을 수행하는 울트라 캐패시터(20)와, 스타터(50)와 부하(60)에 전원을 제공하는 배터리(50)와, ISG(10)에서 발생한 전력의 일부를 DC(직류)-DC(직류) 변환하여 배터리(30)에 저장하는 전력변환기(DC/DC 컨버터)(40)를 포함한다.1 shows a configuration of a general power supply system employed in a vehicle having an idle stop and high system. As shown in FIG. 1, the power supply system includes an ultracapacitor 20 connected to an ISG (Integrated Starter & Generator) 10 serving as a starter generator for charging and discharging, And a power converter (DC / DC converter) 40 for converting a part of the power generated in the ISG 10 into DC (direct current) -DC (DC) .

상기 전원 시스템과 관련된 기술은 예컨대, 대한민국 특허등록 제900280호, 대한민국 공개특허 제2011-0054513호에 개시되어 있다.The technology related to the power supply system is disclosed in, for example, Korean Patent Registration No. 900280, Korean Patent Publication No. 2011-0054513.

대한민국 특허등록 제900280호는 울트라 캐패시터와 배터리의 잔존용량(SOC: State Of Charge)을 검출하고, 그 검출된 잔존용량 및 회생 제동(Regenerative braking) 여부에 따라 스위칭 제어신호를 발생시켜 배터리와 전원선 간의 연결을 제어하는 전기에너지 관리시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 복합형 전기에너지 저장장치를 제안하고 있다.Korean Patent Registration No. 900280 detects a state of charge (SOC) of an ultracapacitor and a battery, generates a switching control signal in accordance with the detected remaining capacity and regenerative braking, And an electric energy management system for controlling the connection between the electric energy storage device and the electric energy storage device.

대한민국 공개특허 제2011-0054513호는 현재 전장부하가 기준 부하 이상으로 판단된 경우 전기에너지 저장장치를 모터-발전기에서 분리하고, 상기 모터-발전기의 전압 수준을 기준 전장부하의 전압 수준과 동일하게 유지한 상태에서 단방향 DC/DC 벅 컨버터가 바이패스를 수행하는 마일드 하이브리드 시스템을 제안하고 있다. 상기 대한민국 공개특허 제2011-0054513호는 바이패스 기능시 단방향 DC/DC 벅 컨버터가 벅 컨버팅 기능을 사용하지 않고 단순히 모터-발전기와 차량 전장을 물리적으로 직접 연결함으로써 시스템의 사이즈 축소와 열 발생 감소 등의 효과를 얻을 수 있다고 명시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2011-0054513 discloses a method of separating an electric energy storage device from a motor-generator when the current electric load load is judged to be equal to or higher than a reference load, maintaining the voltage level of the motor- In this paper, we propose a mild hybrid system in which a unidirectional DC / DC buck converter performs bypassing. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0054513 discloses a bypass function in which a unidirectional DC / DC buck converter does not use a buck conversion function but merely physically connects the motor-generator and the vehicle electric field directly to reduce the size of the system and reduce heat generation The effect of the

하지만, 상기와 같은 종래의 전원 시스템은 회생 제동에 의해 발전기에서 순간적으로 큰 회생 에너지가 발생할 경우 울트라 캐패시터의 내압 한계로 인해 지속적인 충전이 곤란한 문제가 있다. 이러한 문제를 고려하여, 종래의 전원 시스템은 회생 제동이 발생한 이후에 울트라 캐패시터의 SOC가 기준치 이상으로 높을 경우 제너레이터의 동작을 정지시키도록 구성되거나, 울트라 캐패시터 쪽에 충분한 용량이 확보되도록 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 직렬연결된 형태로 구성되었다.However, in the conventional power supply system as described above, when a large regenerative energy is instantaneously generated in the generator due to the regenerative braking, there is a problem that continuous charging is difficult due to the internal pressure limit of the ultracapacitor. In consideration of such a problem, the conventional power supply system may be configured to stop the operation of the generator when the SOC of the ultracapacitor is higher than the reference value after the occurrence of the regenerative braking, or to prevent an excessive amount of ultra- Capacitors are configured in series.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스타터 겸용 제너레이터에서 발생하는 전기에너지가 변화하더라도 울트라 캐패시터의 충전 에너지를 적정 수준으로 안정적으로 유지할 수 있는 구조를 가진 차량용 전원 시스템과 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power supply system for a vehicle having a structure capable of stably maintaining the charging energy of an ultracapacitor at an appropriate level even if the electric energy generated by the starter- The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 스타터 겸용 제너레이터에서 발생하는 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 제너레이터를 그대로 동작시킬 수 있으며, 적정 개수의 울트라 캐패시터를 구비하여 원가 절감이 가능한 차량용 전원 시스템과 그 제어방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a vehicular power system and a control method thereof that can operate the generator as it is even if the regenerative energy generated by the starter and generator is instantaneously increased and the cost can be reduced by providing an appropriate number of ultracapacitors have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치; 차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치; 및 상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle including: a first electric energy storage device connected to a starter and a generator provided in a vehicle so as to be charged and discharged; A second electric energy storage device that supplies electric power to a load in the vehicle and is supplied with electric power from the starter-generator; And an output variable power converter for adjusting an electric energy storage ratio of the second electric energy storage device to the first electric energy storage device in accordance with an output change of the electric energy generated in the starter and generator, Power supply system for a vehicle.

상기 스타터 겸용 제너레이터로는 ISG 또는 SSG가 채용되고, 상기 제1 전기에너지 저장장치와 상기 제2 전기에너지 저장장치로는 각각 울트라 캐패시터 및 배터리 중 선택된 어느 하나가 채용될 수 있다.ISG or SSG may be employed as the starter and generator, and either one of an ultracapacitor and a battery may be employed as the first electric energy storage device and the second electric energy storage device.

상기 출력가변형 전력변환기는 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리 사이에 개재될 수 있다.The output variable power converter may be interposed between the ultracapacitor and the battery.

상기 울트라 캐패시터는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 병렬연결될 수 있다.The ultracapacitor may be connected in parallel to the starter-combined generator.

상기 출력가변형 전력변환기는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 직렬연결될 수 있다.The output variable power converter may be serially connected to the starter-combined generator.

상기 배터리와 상기 부하는 상기 출력가변형 전력변환기의 다음단에 병렬연결될 수 있다.The battery and the load may be connected in parallel to the next stage of the output variable power converter.

상기 출력가변형 전력변환기는, 상기 울트라 캐패시터의 사용 개수를 최소화하기 위하여, 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것이 바람직하다.Wherein the output variable power converter boosts the charging voltage of the battery when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter and generator to minimize the number of uses of the ultracapacitor, It is preferable to perform output control for increasing the power storage ratio of the battery to the capacitor.

상기 배터리에는 추가적인 엔진 시동기능을 제공하는 스타터가 병렬연결될 수 있다.The battery may be connected in parallel with a starter providing additional engine starting function.

최초 시동시에는 상기 배터리에 의해 상기 스타터가 구동되고, 상기 ISG의 구동은 상기 울트라 캐패시터에 의해 수행될 수 있다.During the initial start-up, the starter is driven by the battery, and the driving of the ISG can be performed by the ultracapacitor.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 연결되는 울트라 캐패시터 및 배터리를 구비한 차량용 전원 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 스타터 겸용 제너레이터와 상기 울트라 캐패시터 간에 충,방전을 수행하고, 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 측정하는 제1단계; 및 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 제2단계;를 포함하는 차량용 전원 시스템의 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a vehicular power system including an ultracapacitor and a battery connected to a starter and a generator provided in a vehicle, the method including charging and discharging between the starter- A first step of measuring an SOC of the ultracapacitor; And a second step of increasing a power storage ratio of the battery with respect to the ultracapacitor when a measured SOC of the ultracapacitor exceeds a reference SOC due to an increase in output of the starter-generative generator / RTI >

상기 제2단계에서는, 상기 스타터 겸용 제너레이터에 의해 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리의 충전 전압으로 사용하고, 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것이 바람직하다.In the second step, the alternating voltage generated by the starter and generator is converted into a DC voltage to be used as the charging voltage of the ultracapacitor and the battery, and the charging voltage of the battery is boosted, It is preferable to perform output control to increase the power storage ratio of the power supply.

본 발명에 따르면 아이들 스톱 앤 고 시스템에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 ISG의 동작을 정지시키지 않고 전기에너지의 저장 동작을 수행할 수 있다.According to the present invention, even when the regenerative energy is instantaneously increased in the idle stop and high system, the storage operation of the electric energy can be performed without stopping the operation of the ISG.

또한, 아이들 스톱 앤 고 시스템에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하는 것에 대비하여 울트라 캐패시터 쪽에 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 직렬연결할 필요가 없으므로, 상호 직렬연결되는 울트라 캐패시터의 사용 개수를 종래기술에 비해 줄일 수 있어 원가를 절감하는 것이 가능하다.In addition, since an excessively large number of ultracapacitors do not need to be connected in series with respect to an instantaneous increase in the regenerative energy in the idle stop and high system, the number of use of the ultracapacitors connected in series can be reduced compared to the prior art It is possible to reduce the cost.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 출력가변형 전력변환기에서 SOC를 측정함으로써 시스템의 구성을 간소화할 수 있으며, 울트라 캐패시터의 자연방전에 의한 돌입전류로부터 시스템을 보호할 수 있는 장점이 있다.According to another aspect of the present invention, there is an advantage that the system can be simplified by measuring the SOC in the output variable power converter, and the system can be protected from the inrush current caused by the natural discharge of the ultracapacitor.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 전원시스템의 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구성을 도시한 블록도,
도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 회로도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a circuit diagram of a vehicle power supply system according to the prior art,
2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 to 4 are circuit diagrams of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention,
5 is a flowchart illustrating a control method of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템은 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터(100)에 대하여 충, 방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치(110)와, 스타터 겸용 제너레이터(100)로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치(120)와, 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120) 사이에 개재된 출력가변형 전력변환기(130)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention includes a first electric energy storage device 110 connected to a starter-generator 100 provided in a vehicle so as to be charged and discharged, A second chargeable energy storage device 120 powered by the generator 100 and an output variable power converter 120 interposed between the first electric energy storage device 110 and the second electric energy storage device 120 130).

스타터 겸용 제너레이터(100)는 차량의 신호대기 등 정차에 의하여 엔진이 정지된 이후의 재시동 장치로 사용된다. 또한, 스타터 겸용 제너레이터(100)는 엔진이 시동되어 온 상태를 유지하는 상태에서는 발전기로서 작동한다. 이러한 스타터 겸용 제너레이터(100)로는 바람직하게 통상의 ISG가 채용 가능하고, 그밖에 SSG가 채용되는 것도 가능하다. 이하에서는 스타터 겸용 제너레이터(100)로 ISG가 채용된 구성을 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.The starter-combined generator 100 is used as a restarting device after the engine is stopped due to a stoppage of the signal of the vehicle or the like. Further, the starter and generator 100 operates as a generator in a state in which the engine is kept in the on-state. As this starter-generator 100, a normal ISG may be preferably employed, and SSG may be employed. Hereinafter, the present invention will be described with reference to a configuration in which ISG is employed as the starter and generator 100.

제1 전기에너지 저장장치(110)는 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 충전하는 한편, 스타터 겸용 제너레이터(100)로 전력을 방전하여 시동전원을 제공한다. 제1 전기에너지 저장장치(110)로는 전기에너지 효율과 극저온 특성이 우수하고, 매우 빠른 충방전 특성을 갖는 울트라 캐패시터가 채용되는 것이 바람직하다.The first electric energy storage device 110 charges electric power generated by the starter-combined generator 100, and discharges electric power to the starter-combined generator 100 to provide starting power. It is preferable that the first electric energy storage device 110 employs an ultra capacitor having excellent electric energy efficiency and cryogenic temperature characteristics and having very fast charge / discharge characteristics.

제2 전기에너지 저장장치(120)는 차량의 각종 부하(140)에 전원을 제공하는 한편, 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 배분받아 저장한다. 제2 전기에너지 저장장치(120)로는 통상의 납축전지나 리튬전지와 같은 배터리가 채용된다.The second electric energy storage device 120 supplies power to various loads 140 of the vehicle while distributing and storing the electric power generated by the starter-generator 100. As the second electric energy storage device 120, a battery such as a conventional lead storage battery or a lithium battery is employed.

스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 제2 전기에너지 저장장치(120)에 충전하기 위하여 제2 전기에너지 저장장치(120)의 앞단에는 스타터 겸용 제너레이터(100)로부터 공급되는 DC 전력을 배터리의 DC 충전 전압에 걸맞게 변환하는 출력가변형 전력변환기(130)가 구비된다.In order to charge the second electric energy storage device 120 with the electric power generated by the starter-generator 100, DC power supplied from the starter-combined generator 100 is supplied to the front end of the second electric energy storage device 120, And an output variable power converter 130 for converting the DC charge voltage to a DC charge voltage.

출력가변형 전력변환기(130)는 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 제1 전기에너지 저장장치(110)에 대한 제2 전기에너지 저장장치(120)의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 기능을 제공한다. 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 회생 제동 등에 의해 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생되는 전기에너지가 증가하여 제1 전기에너지 저장장치(110)의 기준 용량을 초과할 경우 제1 전기에너지 저장장치(110)에 대한 제2 전기에너지 저장장치(120)의 전기에너지 저장 비율을 증가시키는 제어를 수행한다. 이러한 구성에 의하면 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 스타터 겸용 제너레이터(100)의 동작을 정지시키지 않고도 안정적으로 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120)에 전기에너지를 저장할 수 있다.The output variable power converter 130 converts the electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device 120 to the first electrical energy storage device 110 according to the change in the output of the electrical energy generated in the starter- It provides the function to adjust. Specifically, when the electric energy generated by the starter-generator 100 increases due to regenerative braking or the like and exceeds the reference capacity of the first electric energy storage device 110, the output variable power converter 130 stores the first electric energy storage And performs control to increase the electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device 120 to the device 110. According to such a configuration, even if the regenerative energy instantaneously increases in the starter-generative generator 100, the first and second electric energy storage devices 110 and 120 can be stably operated without stopping the operation of the starter- ). ≪ / RTI >

도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구체적인 회로 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템은 스타터 겸용 제너레이터(100)인 ISG와 상기 ISG에 추가적으로 병렬연결되어 시동기능을 제공하는 스타터(150)에 결합된다. 여기서, 스타터(150)는 초기 시동시에 사용되는 것으로서, ISG와 일체 또는 분리된 형태로 구성될 수 있다. 대안으로는, 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 스타터가 없이 ISG에서 초기 시동기능까지 담당하는 시스템이 채용될 수도 있다.3 shows a specific circuit configuration of a power supply system for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention is coupled to an ISG, which is a starter-combined generator 100, and a starter 150, which is further connected in parallel to the ISG to provide a starting function. Here, the starter 150 is used at the time of initial startup, and may be formed integrally with or separated from the ISG. Alternatively, as shown in FIG. 4, a system may be employed that takes charge of the ISG to the initial start function without a separate starter.

제1 전기에너지 저장장치(110)로 채용된 울트라 캐패시터는 ISG에 병렬연결되어 ISG의 시동동작을 위한 전원을 제공한다. 비록, 도면에는 미도시되었으나 ISG의 구동을 위하여 ISG에는 울트라 캐패시터의 출력 전압을 교류 3상 전압으로 변환시키는 소정의 인버터(Inverter)가 마련된다. 아울러, 상기 인버터는 ISG의 발전에 의해 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 울트라 캐패시터에 충전 전압으로 공급한다.The ultracapacitors employed in the first electrical energy storage device 110 are connected in parallel to the ISG to provide power for starting operation of the ISG. Although not shown in the drawing, the ISG is provided with a predetermined inverter for converting the output voltage of the ultracapacitor to the AC three-phase voltage for driving the ISG. In addition, the inverter converts the AC voltage generated by the power generation of the ISG into a DC voltage and supplies the DC voltage to the ultracapacitor as a charging voltage.

또한, 상기 ISG의 인버터에서 출력되는 직류 전압은 출력가변형 전력변환기(130)에 의해 DC-DC 변환되어 제2 전기에너지 저장장치(120)인 배터리에 충전 전압으로 공급된다.Also, the DC voltage output from the inverter of the ISG is DC-DC converted by the output variable power converter 130 and supplied to the battery, which is the second electric energy storage device 120, as a charging voltage.

출력가변형 전력변환기(130)는 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 지속적으로 측정하고, ISG의 회생 에너지 상승으로 인한 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 제어를 수행한다.The output variable power converter 130 continuously measures the SOC of the ultracapacitor and increases the charging voltage of the battery when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds a reference SOC due to an increase in output due to an increase in the regenerative energy of the ISG Thereby increasing the power storage ratio of the battery to the ultracapacitor.

상술한 바와 같이 본 발명은 출력가변형 전력변환기(130)에서 울트라 캐패시터와 배터리 간의 전력 저장 비율을 조정함으로써 울트라 캐패시터에 기준 SOC를 초과하는 전기에너지가 공급되는 것을 방지한다. 따라서, 제1 전기에너지 저장장치(110)로서 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 사용될 필요가 없으므로, 울트라 캐패시터의 사용 개수를 종래기술에 비해 줄일 수 있는 현저한 효과를 제공할 수 있다.As described above, the present invention prevents the supply of electrical energy exceeding the reference SOC to the ultracapacitor by adjusting the power storage ratio between the ultracapacitor and the battery in the output variable power converter 130. [ Therefore, since a too large number of ultracapacitors need not be used as the first electric energy storage device 110, it is possible to provide a remarkable effect that the number of uses of the ultracapacitor can be reduced as compared with the prior art.

도 5에는 본 발명의 다른 측면에 따라 제공되는 차량용 전원 시스템의 주요 제어방법이 도시되어 있다.Fig. 5 shows a main control method of a vehicle power system provided according to another aspect of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명은 ISG에서 발생하는 전기에너지를 울트라 캐패시터에 먼저 충전하고, 울트라 캐패시터의 내압 조건에 따라 출력가변형 전력변환기(130)를 동작시켜 배터리를 충전한다. 출력가변형 전력변환기(130)에서는 지속적으로 울트라 캐패시터의 SOC를 측정한다(단계 S100).Referring to FIG. 5, the present invention first charges the ultracapacitor with electrical energy generated in the ISG, and operates the output variable power converter 130 according to the internal pressure condition of the ultracapacitor to charge the battery. The output variable power converter 130 continuously measures the SOC of the ultracapacitor (step S100).

차량의 회생 제동 등에 의하여 ISG에서 회생 에너지가 발생하게 되면(단계 S110), 출력가변형 전력변환기(130)에서는 상기 울트라 캐패시터에 충전되는 에너지가 상기 울트라 캐패시터의 기준 SOC를 초과하는지 여부를 판단한다(단계 S120).When regenerative energy is generated in the ISG by regenerative braking of the vehicle or the like (step S110), the output variable power converter 130 determines whether the energy charged in the ultracapacitor exceeds the reference SOC of the ultracapacitor S120).

단계 S120의 판단 결과, 울트라 캐패시터의 충전 에너지가 기준 SOC를 초과하지 않을 경우, 출력가변형 전력변환기(130)는 배터리에 공급되는 충전 전압을 그대로 유지하여 울트라 캐패시터와 배터리에 배분되는 전력 저장 비율을 유지한다(단계 S130). 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 울트라 캐패시터의 충전 전압을 10V로 유지하고, 출력 전압을 12V로 하여 부하와 배터리에 공급한다.If it is determined in step S120 that the charge energy of the ultracapacitor does not exceed the reference SOC, the output variable power converter 130 maintains the charge voltage supplied to the battery and maintains the power storage ratio allocated to the ultracapacitor and the battery (Step S130). Specifically, the output variable power converter 130 maintains the charge voltage of the ultracapacitor at 10V and supplies the load and the battery at an output voltage of 12V.

한편, ISG에서 회생 에너지가 많이 발생하여 울트라 캐패시터의 충전 에너지가 기준 SOC를 초과하게 되는 경우, 출력가변형 전력변환기(130)는 배터리에 공급되는 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시킨다(단계 S140). 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 울트라 캐패시터의 충전 전압을 10V로 유지한 상태에서, 출력 전압을 14V로 승압하여 부하와 배터리에 공급한다.Meanwhile, when a large amount of regenerative energy is generated in the ISG and the charging energy of the ultracapacitor exceeds the reference SOC, the output variable power converter 130 boosts the charging voltage supplied to the battery to increase the power of the battery for the ultracapacitor The storage ratio is increased (step S140). Specifically, the output variable voltage power converter 130 boosts the output voltage to 14V and supplies the load and the battery with the charging voltage of the ultracapacitor maintained at 10V.

상기와 같은 충전 제어과정에 의해, 울트라 캐패시터에는 기준 SOC를 만족시키는 전기에너지가 안정적으로 저장될 수 있다.By the charging control process as described above, the electric energy satisfying the reference SOC can be stably stored in the ultracapacitor.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 상술한 실시예 및 도면에서 제1 전기에너지 저장장치(110)로는 울트라 캐패시터가 채용되고 제2 전기에너지 저장장치(120)로는 배터리가 채용되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120)는 울트라 캐패시터 및/또는 배터리의 조합에 의해 다양하게 변경 가능하며, 그밖에 다른 종류의 충전장치의 조합에 의해 다양하게 변경될 수도 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims. For example, in the above-described embodiments and drawings, an ultracapacitor is employed as the first electric energy storage device 110 and a battery is employed as the second electric energy storage device 120. However, The storage device 110 and the second electric energy storage device 120 may be variously modified by a combination of an ultracapacitor and / or a battery, and may be variously modified by a combination of other types of charging devices.

100: 스타터 겸용 제너레이터 110: 제1 전기에너지 저장장치
120: 제2 전기에너지 저장장치 130: 출력가변형 전력변환기
140: 부하 150: 스타터100: starter-combined generator 110: first electric energy storage device
120: second electric energy storage device 130: output variable power converter
140: load 150: starter

Claims (12)

차량용 전원 시스템에 있어서,
차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치;
차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치; 및
상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기;를 포함하고,
상기 스타터 겸용 제너레이터로는 ISG 또는 SSG가 채용되고,
상기 제1 전기에너지 저장장치와 상기 제2 전기에너지 저장장치로는 각각 울트라 캐패시터 및 배터리 중 선택된 어느 하나가 채용되고,
상기 출력가변형 전력변환기는, 상기 울트라 캐패시터의 사용 개수를 최소화하기 위하여, 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하고,
상기 출력가변형 전력변환기에서 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.In a vehicle power system,
A first electric energy storage device connected to the starter-combined generator provided in the vehicle so as to charge and discharge;
A second electric energy storage device that supplies electric power to a load in the vehicle and is supplied with electric power from the starter-generator; And
And an output variable power converter for adjusting an electric energy storage ratio of the second electric energy storage device to the first electric energy storage device in accordance with an output change of electric energy generated in the starter-
ISG or SSG is employed as the starter and generator,
Wherein the first electric energy storage device and the second electric energy storage device employ either one of an ultracapacitor and a battery,
Wherein the output variable power converter boosts the charging voltage of the battery when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter and generator to minimize the number of uses of the ultracapacitor, Performing an output control to increase the power storage ratio of the battery to the capacitor,
And the SOC of the ultracapacitor is measured in the output variable power converter. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 출력가변형 전력변환기는 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the output variable power converter is interposed between the ultracapacitor and the battery. 제3항에 있어서,
상기 울트라 캐패시터는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 병렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 3,
And the ultracapacitor is connected in parallel to the starter-and-generator. 제4항에 있어서,
상기 출력가변형 전력변환기는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 직렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.5. The method of claim 4,
And said output variable power converter is connected in series to said starter-and-generator. 제5항에 있어서,
상기 배터리와 상기 부하는 상기 출력가변형 전력변환기의 다음단에 병렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the battery and the load are connected in parallel to the next stage of the output variable power converter. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 차량용 전원 시스템에 있어서,
차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치;
차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치;
상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기; 및
상기 배터리에 병렬연결되어 추가적인 엔진 시동기능을 제공하는 스타터;를 포함하고,
상기 스타터 겸용 제너레이터로는 ISG 또는 SSG가 채용되고,
상기 제1 전기에너지 저장장치와 상기 제2 전기에너지 저장장치로는 각각 울트라 캐패시터 및 배터리 중 선택된 어느 하나가 채용되고,
상기 출력가변형 전력변환기는, 상기 울트라 캐패시터의 사용 개수를 최소화하기 위하여, 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하고,
최초 시동시에는 상기 배터리를 이용하여 상기 스타터를 구동하고,
상기 ISG의 구동은 상기 울트라 캐패시터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.In a vehicle power system,
A first electric energy storage device connected to the starter-combined generator provided in the vehicle so as to charge and discharge;
A second electric energy storage device that supplies electric power to a load in the vehicle and is supplied with electric power from the starter-generator;
An output variable power converter for adjusting an electric energy storage ratio of the second electric energy storage device to the first electric energy storage device in accordance with an output change of the electric energy generated in the starter and generator; And
And a starter connected in parallel to the battery to provide an additional engine starting function,
ISG or SSG is employed as the starter and generator,
Wherein the first electric energy storage device and the second electric energy storage device employ either one of an ultracapacitor and a battery,
Wherein the output variable power converter boosts the charging voltage of the battery when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter and generator to minimize the number of uses of the ultracapacitor, Performing an output control to increase the power storage ratio of the battery to the capacitor,
The starter is driven using the battery at the time of initial start,
And the driving of the ISG is performed by the ultracapacitor. 삭제delete 삭제delete
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