KR101583956B1 - Control method for DC-DC converter - Google Patents

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윤길영
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a control method for a DC-DC converter and the main purpose of the present invention is to provide a control method for operating a DC-DC converter having n buck-boost converter sub-circuits paralleled for DC-DC converting between power sources or between the power source and a load, in the maximum efficiency. To attain the purpose, for a control method of a parallel type DC converter which has n sub circuit parts converting DC-DC composed with parallel connection, and which output a current on the basis of a current demand value, by the operation of the sub circuit part, disclosed is the control method comprising: a) a step of seeking current distribution values which are equally distributed to the sub circuit part on the basis of the number of sub circuit parts used, from the current demand value; b) a step of seeking a predetermined efficiency value corresponding to each current distribution value, from the current distribution value on the basis of the number of sub circuit parts used; c) a step of determining the current distribution values and the number of sub circuit parts used to represent the maximum efficiency value by comparing efficiency values corresponding to each current distribution value; and d) a step of selecting the determined number of sub circuit parts used and controlling the operation of the sub circuit part in order to output the current of the determined current distribution values.

Description

직류변환장치의 제어 방법{Control method for DC-DC converter}[0001] The present invention relates to a control method for a DC-DC converter,

본 발명은 직류변환장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 병렬형 구조를 가지는 직류변환장치를 최적의 효율점에서 운전하기 위한 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method for DC converters, and more particularly to a control method for operating DC converters having a parallel structure at an optimum efficiency point.

오늘날 가솔린이나 디젤 등과 같은 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차는 배기가스로 인한 환경오염, 이산화탄소로 인한 지구온난화, 오존 생성 등으로 인한 호흡기 질환 유발 등의 여러 문제점을 가지고 있다. Today, internal combustion engine vehicles using fossil fuels such as gasoline and diesel have various problems such as environmental pollution caused by exhaust gas, global warming caused by carbon dioxide, and generation of respiratory diseases caused by ozone generation.

따라서, 전기동력으로 주행하는 자동차, 즉 전기모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나, 엔진과 전기모터로 주행하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지에서 생성되는 전력으로 전기모터를 구동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)와 같은 친환경 자동차가 개발되어 왔다.Accordingly, there is a demand for an electric vehicle (EV) that drives an electric motor, that is, an electric motor, a hybrid electric vehicle (HEV) that runs on an engine and an electric motor, Eco-friendly vehicles such as a fuel cell electric vehicle (FCEV) that drives an electric motor by electric power have been developed.

주지하는 바와 같이, 친환경 자동차에서는 차량의 제동 혹은 관성에 의한 타행(coasting) 주행시에 제동 및 관성에너지를 전기모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전(모터 충전)하는 회생제동(Regenerative Braking, RB)이 수행된다.As well known, an eco-friendly automobile has a regenerative braking (RB) system that recovers braking and inertia energy through electric motor power generation when the vehicle is coasting due to braking or inertia, Is performed.

이렇게 친환경 자동차에서는 제동이나 타행 주행시 전기모터(구동모터(Traction Motor))를 통해 에너지를 회수하여 배터리를 충전하고 차량 주행시 전기모터를 구동하는데 재사용하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지의 이용이 가능하다. In an eco-friendly automobile, energy can be recovered through an electric motor (a traction motor) during braking or traveling on a bumpy road, thereby recharging the battery and reusing the electric motor to drive the vehicle.

한편, 수소를 연료로 사용하는 연료전지 자동차에 탑재되는 고분자 전해질막 연료전지는 높은 효율로 작동하지만, 연료전지만을 차량의 동력원으로 사용할 경우 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당해야 하므로 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 문제점이 있다.On the other hand, a polymer electrolyte membrane fuel cell mounted on a fuel cell vehicle using hydrogen as a fuel operates at a high efficiency. However, when only a fuel cell is used as a power source of a vehicle, There is a problem that the performance is deteriorated in an operation region where the efficiency of the battery is low.

또한, 차량에 급격한 부하가 인가될 경우 화학반응에 의해 전기를 발생시키는 연료전지의 출력 전압이 순간적으로 급강하하고 차량 주행을 위한 구동모터에 충분한 전력을 공급하지 못하게 되어 차량 성능이 저하될 수 있다.In addition, when a sudden load is applied to the vehicle, the output voltage of the fuel cell, which generates electricity by a chemical reaction, may instantaneously drop and fail to supply sufficient power to the driving motor for driving the vehicle, resulting in deterioration of vehicle performance.

또한, 연료전지가 단방향 출력 특성을 가지므로 차량 제동시 구동모터로부터 인입되는 에너지를 회수할 수 없어 차량 시스템의 효율성을 저하시키는 문제점이 있다.In addition, since the fuel cell has a unidirectional output characteristic, it is not possible to recover the energy drawn from the drive motor at the time of braking the vehicle, thereby reducing the efficiency of the vehicle system.

상기한 문제점들을 보완하기 위한 방안으로, 주동력원인 연료전지 외에 구동모터 및 고전압 부품의 구동을 위한 별도의 보조동력원으로 에너지 저장장치, 예컨대 충/방전 가능한 고전압 배터리나 슈퍼커패시터(슈퍼캡)를 연료전지와 병렬로 연결하여 탑재하는 연료전지 하이브리드 시스템의 연구가 진행되고 있다.In order to overcome the above problems, an energy storage device such as a high voltage battery or a super capacitor (supercap) capable of charge / discharge as a separate auxiliary power source for driving a drive motor and a high voltage component, in addition to a fuel cell, Fuel cell hybrid systems that are connected in parallel with a battery are being studied.

이렇게 연료전지 외에 충/방전 가능한 보조동력원을 탑재할 경우 필요에 따라 보조동력원의 동력으로 차량을 구동시킬 수 있고(보조동력원의 출력만으로 구동모터를 구동하는 EV 모드의 주행이 가능), 구동모터의 발전을 통해 에너지를 보조동력원으로 회수(회생제동)하는 것이 가능하다.When an auxiliary power source capable of charging / discharging other than the fuel cell is mounted, the vehicle can be driven by the power of the auxiliary power source if necessary (the EV mode in which the driving motor is driven only by the output of the auxiliary power source is possible) It is possible to recover energy (regenerative braking) as an auxiliary power source through power generation.

이와 같이 두 에너지원(동력원), 즉 연료전지와 배터리를 함께 탑재하는 연료전지 하이브리드 자동차에서는 연료전지와 배터리를 연결함에 있어 전압 매칭성 및 차량 요구조건에 빠르게 대응 가능한 양방향 고전압 직류변환장치(Bi-direction High Voltage DC-DC Converter, BHDC)를 배터리 앞 또는 연료전지 앞에 장착하는 것이 일반적이다.As described above, in a fuel cell hybrid vehicle in which two energy sources (a power source), that is, a fuel cell and a battery are mounted together, a bidirectional high voltage DC converter (Bi- direction High Voltage DC-DC Converter, BHDC) in front of the battery or in front of the fuel cell.

도 1은 연료전지 하이브리드 자동차의 파워넷 구성을 예시한 도면으로서, 주동력원인 연료전지(1), 보조동력원인 고전압 배터리(2), 차량 구동을 위한 구동모터(7), 구동모터(7)를 구동시키기 위해 연료전지(1) 또는 배터리(2)의 DC 전력을 3상 AC 전력으로 변환하여 인가하는 인버터(Inverter)(5)를 포함하는 모터 제어기(Motor Contol Unit, MCU)(6)가 도시되어 있다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power net of a fuel cell hybrid vehicle, which includes a fuel cell 1 as a main power source, a high voltage battery 2 as an auxiliary power source, a drive motor 7 for driving the vehicle, A motor control unit (MCU) 6 including an inverter 5 for converting the DC power of the fuel cell 1 or the battery 2 to three-phase AC power for driving the motor .

도시된 바와 같이, 연료전지 하이브리드 자동차의 파워넷 구성에서는 축전수단이면서 전원이 되는 고전압 배터리(2)가 양방향 고전압 직류변환장치(3)를 통해 DC-링크단(4)에 연결되어 연료전지(1)에 병렬로 접속 배치된다. As shown in the figure, in the power net configuration of the fuel cell hybrid vehicle, the high-voltage battery 2 which is the power storage unit and is the power source is connected to the DC-link stage 4 through the bidirectional high voltage DC converter 3, In parallel.

상기 직류변환장치(3)는 차량 발진시 인버터(5)에 배터리(2)의 전력을 공급하며, 제동시에는 구동모터(7)를 통해 회생에너지를 전달받아 배터리(2)를 충전하고, 배터리 충전상태(State of Charge,SOC)가 낮을 경우 연료전지(1)의 전력을 공급받아 배터리(2)를 충전한다.The DC-DC converter 3 supplies the electric power of the battery 2 to the inverter 5 at the time of vehicle start, and receives the regenerative energy via the drive motor 7 at the time of the motor-generator 3 to charge the battery 2, When the state of charge (SOC) is low, the power of the fuel cell 1 is supplied and the battery 2 is charged.

그리고, 상기와 같은 직류변환장치는 전류 레벨을 줄이기 위해 여러 개(n개)의 소형 컨버터(후술하는 컨버터 서브 회로부)를 병렬로 연결하여 구성될 수 있는데, 차량 요구 전력에 따라 산술적으로 전력을 분배하여 제공할 수 있도록 한다.In order to reduce the current level, the DC converter may be configured by connecting a plurality of (n) small converters (converter sub circuit portions described below) in parallel. The DC converters may distribute power arithmetically .

도 2는 2개의 전원, 즉 연료전지 하이브리드 자동차의 두 동력원인 연료전지와 배터리 사이에 연결되는 직류변환장치의 구성을 예시한 도면으로, 예시된 바와 같이 직류변환장치(3)는 서로 병렬로 연결되는 3개의 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 서브 회로부(3a), 각 컨버터 서브 회로부(3a)의 스위칭 소자(Q1,Q2)에 대한 PWM 제어신호를 출력하는 컨버터 제어기(3b), 및 컨버터 제어기(3b)의 PWM 제어신호에 따른 게이트 구동신호를 인가하는 게이트 드라이버(3c)를 포함한다.FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a DC converter connected between two power sources, that is, a fuel cell, which is the two power sources of a fuel cell hybrid vehicle, and a battery. As illustrated, the DC converters 3 are connected in parallel A converter controller 3b for outputting a PWM control signal to the switching elements Q1 and Q2 of each converter sub circuit portion 3a and a converter controller 3b for outputting a PWM control signal to the converter elements Q1 and Q2 of the converter sub- And a gate driver 3c for applying a gate driving signal in accordance with the PWM control signal of the inverter 3b.

예시된 직류변환장치(3)는 직류 입력전압을 다른 레벨의 직류 출력전압으로 변환하기 위하여 3개의 컨버터 서브 회로부(3a)가 병렬로 연결된 구성을 가지는 것으로, 각 컨버터 서브 회로부(3a)는 2개의 스위칭 소자(Q1,Q2)를 가지는 하프 브리지(Half Bridge) 구조로 구성될 수 있다.The illustrated DC converter 3 has a configuration in which three converter sub circuit portions 3a are connected in parallel so as to convert a DC input voltage to a DC output voltage of another level. Each converter sub circuit portion 3a has two And a half bridge structure having switching elements Q1 and Q2.

도 2에 예시된 직류변환장치(3)는 3상(U,V,W)의 서브 회로부(3a) 3개가 병렬로 연결된 구성을 예시하고 있으나, 서브 회로부의 개수는 n개(n상)로 확장 가능하다.The DC converter 3 illustrated in FIG. 2 exemplifies a configuration in which three sub-circuit portions 3a of three phases (U, V, and W) are connected in parallel, but the number of sub-circuit portions is n It is expandable.

상기와 같은 직류변환장치(3)에서는 상위 제어기(10)의 운전지령에 따라 컨버터 제어기(3b)에 의해 전압/전류 제어가 실시되는데, 3개(n개)의 벅-부스트 컨버터 서브 회로부(3a)가 상위 제어기(10)의 전류 요구값(전류지령)에 대해서 1/3(1/n)씩 전류 배분이 이루어지도록 작동한다.In the DC converter 3, voltage / current control is performed by the converter controller 3b in accordance with an operation command of the host controller 10. The voltage controller 3b includes three (n) buck-boost converter sub circuit portions 3a (1 / n) with respect to the current demand value (current command) of the host controller 10. [

그러나, 상기와 같이 전류 요구값에 대해서 전체 서브 회로부에 대해 1/n씩의 전류 배분이 이루어지는 기존의 제어 방법에서는 고전류를 사용하는 영역의 경우 효율 측면에서 유리하나, 저전류 영역에서는 아주 낮은 효율을 나타내는 문제점을 가지고 있다.
However, in the conventional control method in which a current distribution of 1 / n is applied to all the sub-circuit portions with respect to the current demand value as described above, the region using the high current is advantageous in terms of efficiency, I have a problem to show.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전원과 전원, 또는 전원과 부하 사이의 직류-직류(DC-DC) 전력 변환을 위해 n개의 벅-부스트 컨버터 서브 회로부가 병렬로 연결된 구성을 가지는 직류변환장치가 최적의 효율점에서 운전될 수 있도록 하는 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a DC-DC converter for a DC- And it is an object of the present invention to provide a control method that allows a DC converter having a connected configuration to be operated at an optimum efficiency point.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 직류-직류 전력 변환이 이루어지는 n개의 서브 회로부가 병렬로 연결되어 구성되고 서브 회로부의 작동으로 전류 요구값에 따른 전류 출력이 이루어지는 병렬형 직류변환장치의 제어 방법에 있어서, a) 상기 전류 요구값으로부터 서브 회로부의 사용 개수에 따라 서브 회로부에 균등 분배되어야 하는 전류 분배값을 구하는 단계; b) 상기 서브 회로부의 사용 개수에 따른 전류 분배값으로부터 각 전류 분배값에 해당하는 정해진 효율값을 구하는 단계; c) 상기 각 전류 분배값에 해당하는 효율값들을 비교하여 최대 효율값을 나타내는 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값을 결정하는 단계; 및 d) 상기 결정된 사용 개수의 서브 회로부를 선택하고 선택된 각 서브 회로부의 작동을 상기 결정된 전류 분배값의 전류 출력이 이루어지도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided a parallel-type power supply device in which n sub-circuit parts in which DC-DC power conversion is performed are connected in parallel and a current output according to a current demand value is performed by operation of a sub- A) calculating a current distribution value to be uniformly distributed to the sub circuit section according to the number of sub circuit sections from the current demand value; b) obtaining a predetermined efficiency value corresponding to each current distribution value from a current distribution value according to the number of uses of the sub circuit section; c) comparing the efficiency values corresponding to the respective current distribution values to determine the number of uses and the current distribution value of the sub circuit section indicating the maximum efficiency value; And d) selecting the determined number of sub-circuit portions and controlling operation of each selected sub-circuit portion so that current output of the determined current distribution value is made. .

바람직한 실시예에서, 상기 b) 단계에서 전류값에 따라 해당하는 효율값을 정의한 전류 vs. 효율 테이블 정보를 이용할 수 있다.In a preferred embodiment, the current vs. current value defining the corresponding efficiency value according to the current value in the step b). Efficiency table information can be used.

또한, 서브 회로부의 사용 개수가 1개일 때 사용 개수 1개의 전류 분배값은 상기 전류 요구값으로 구해지고, 상기 d) 단계의 서브 회로부를 선택하는 과정에서, 전체 서브 회로부 중 작동 누적 전류량이 적은 순서대로 사용 개수만큼의 서브 회로부를 선택하도록 설정될 수 있다.In addition, in the process of selecting the sub circuit portion in the step d), the current distribution value of one used current divider value is obtained when the number of the sub circuit portions is one, Can be set to select as many sub-circuit portions as the number of used sub-circuit portions.

또한, 상기 d) 단계의 선택된 각 서브 회로부의 작동을 제어하는 과정에서, 작동되는 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량에 '전류 분배값×작동시간'만큼 적산한 값으로 저장하도록 구성될 수 있다. In addition, in the process of controlling the operation of each selected sub-circuit portion in the step d), the operation cumulative current amount of each of the sub-circuit portions to be operated is configured to be accumulated as a value obtained by accumulating the current cumulative value x the operation time ' .

또한, 상기 최대 효율값, 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값이 결정되면, 상기 결정된 현재의 최대 효율값과 이전 사이클의 최대 효율값 사이의 차이를 미리 정해진 설정값과 비교하여, 설정값 이하인 경우에는 이전 사이클에서 선택 및 작동되었던 서브 회로부의 작동으로 전류 요구값의 출력을 충족시키도록 설정될 수 있다.If the maximum efficiency value, the number of sub-circuit units to be used, and the current distribution value are determined, the difference between the determined maximum efficiency value and the maximum efficiency value of the previous cycle is compared with a predetermined set value, May be set to meet the output of the current demand value with the operation of the sub circuit portion that was selected and operated in the previous cycle.

또한, 상기 이전 사이클에서 선택 및 작동되었던 각 서브 회로부에서 전류 요구값의 균등 분배된 전류 출력이 이루어지도록 제어하고, 상기 현재의 최대 효율값과 이전 사이클의 최대 효율값 사이의 차이가 상기 설정값보다 큰 경우에는 c) 단계에서 결정된 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값에 따른 d) 단계를 수행하도록 설정됨이 바람직하다.
The control circuit controls the sub-circuit sections of the sub-circuit sections selected and operated in the previous cycle so that the current output value of the current demand value is uniformly distributed. The difference between the current maximum efficiency value and the maximum efficiency value of the previous cycle is greater than the set value And if it is larger, it is preferable to perform the step d) according to the number of used sub-circuit portions and the current distribution value determined in the step c).

이에 따라, 본 발명에 따른 직류변환장치의 제어 방법에 의하면, 각 벅-부스트 컨버터 서브 회로부가 최적 효율점에서 운전될 수 있도록 각 서브 회로부의 전류 분배 및 출력량을 전류별 효율값에 따라 조정함으로써 전체 직류변환장치가 최적의 효율점에서 운전될 수 있고, 직류변환장치의 최적 제어를 통해 작동효율이 향상되는 효과가 있다.Thus, according to the control method of the direct current converter according to the present invention, the current distribution and the output amount of each sub circuit section are adjusted according to the current efficiency value so that each of the buck-boost converter sub circuit sections can be operated at the optimum efficiency point, DC converter can be operated at an optimum efficiency point, and the operation efficiency is improved through optimal control of the DC converter.

또한, 본 발명에 따른 직류변환장치의 제어 방법을 친환경 자동차, 예컨대 연료전지 하이브리드 자동차에서 연료전지와 배터리(전원인 동시에 축전수단), 부하인 구동모터 사이에 개재되는 양방향 고전압 직류변환장치(BHDC)의 제어 기법으로 적용할 경우 효율점을 고려한 직류변환장치의 최적 제어가 이루어짐에 의해 차량의 연비가 향상되는 이점이 있게 된다.In addition, the control method of the DC / DC converter according to the present invention can be applied to an environmentally friendly automobile such as a bi-directional high voltage DC converter (BHDC) interposed between a fuel cell and a battery (power storage device and power storage device) It is possible to improve the fuel efficiency of the vehicle by optimally controlling the dc converter considering the efficiency point.

또한, 각 컨버터 서브 회로부의 작동 누적 전류량에 따라 전력 변환을 위해 사용될 서브 회로부가 선택되도록 함으로써 직류변환장치 내 서브 회로부를 균등하게 사용할 수 있고, 서브 회로부에 대해 전류량 및 전력량의 균동 분배 제어가 이루어질 수 있게 된다. 결국, 각 서브 회로부 및 이에 포함된 파워 모듈(스위칭 소자 포함)의 작동시간과 전류량을 균등하게 제한할 수 있으므로 서브 회로부 및 그 파워 모듈의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다. In addition, since the sub-circuit portion to be used for power conversion is selected in accordance with the amount of cumulative operating current of each converter sub-circuit portion, the sub-circuit portion in the DC-DC converter can be used equally and the current distribution and the amount of power can be uniformly distributed to the sub- . As a result, the operating time and the current amount of each sub-circuit portion and the power module (including the switching device) included therein can be evenly limited, so that the durability of the sub-circuit portion and the power module can be increased.

또한, 본 발명에 따른 최적 효율 제어 알고리즘에서는 효율 히스테리시스(hysteresis)를 적용하여 효율차에 따라 작동 방식 변경을 제한함으로써 잦은 서브 회로부의 수량 변경에 따른 스위칭 손실과 전류 변화에 의한 효율 저하를 줄일 수 있다.In addition, in the optimal efficiency control algorithm according to the present invention, efficiency hysteresis is applied to limit the operation mode change according to the efficiency difference, thereby reducing switching loss due to frequent changes in the number of sub circuit portions and efficiency deterioration due to current variations .

또한, 본 발명에 따른 직류변환장치의 제어 방법은 배터리에서 차량의 부하측으로 흐르는 전류의 제어 및 변환 작동뿐만 아니라 차량에서 배터리로 흐르는 전류의 제어 및 변환 작동(회생), 연료전지에서 배터리로 흐르는 전류의 제어 및 변환 작동(충전)시에도 적용 가능하다. In addition, the control method of the DC / DC converter according to the present invention is a control method for controlling the current flowing from the battery to the load side of the vehicle, as well as controlling and converting the current flowing from the vehicle to the battery (regeneration) (Charging) of the battery.

또한, 연료전지 하이브리드 자동차의 3병렬형 양방향 고전압 직류변환장치뿐만 아니라 n병렬 서브 회로 방식을 사용하는 하이브리드 자동차나 순수 전기자동차의 직류변환장치에도 널리 활용 가능하다. In addition, it can be widely used not only in a three-parallel type bidirectional high-voltage DC converter of a fuel cell hybrid vehicle but also in a DC converter of a hybrid car or a pure electric car using an n parallel sub-circuit scheme.

또한, 고전압 직류변환장치뿐만 아니라 n개의 병렬형 서브 회로부를 가지는 저전압 직류변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)에서도 응용이 가능하다.
Further, the present invention can be applied not only to a high-voltage DC converter but also to a low-voltage DC-DC converter (LDC) having n parallel sub-circuits.

도 1은 일반적인 연료전지 하이브리드 자동차의 파워넷 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 2개의 전원에 연결되는 일반적인 직류변환장치의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서 효율 히스테리시스 및 전류량 균등 분배 제어가 적용되는 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 직류변환장치의 전류에 따른 효율 특성 및 시간에 따른 차량의 임의의 요구 전류를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 6은 제어 방법에 따른 효율 곡선을 나타내는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a power net configuration of a general fuel cell hybrid vehicle.
2 is a diagram illustrating a configuration of a general DC converter connected to two power sources.
3 is a flowchart showing a control method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing a control method in which the efficient hysteresis and the current amount even distribution control are applied as an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an efficiency characteristic according to a current of the DC-DC converter and an arbitrary required current of the vehicle according to time.
6 is a view showing an efficiency curve according to a control method.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 전원과 전원, 또는 전원과 부하 사이의 직류-직류(DC-DC) 전력 변환을 위해 n개의 벅-부스트 컨버터 서브 회로부가 병렬로 연결된 구성을 가지는 직류변환장치가 최적의 효율점에서 운전될 수 있도록 하는 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to a DC converter having a configuration in which n buck-boost converter sub circuit portions are connected in parallel for DC-DC power conversion between a power source and a power source or between a power source and a load, And to provide a control method for enabling the control device to be controlled.

이를 위해, 본 발명에서는 각 벅-부스트 컨버터 서브 회로부가 최적 효율점에서 운전될 수 있도록 각 서브 회로부의 전류 분배 및 출력량을 전류별 효율값에 따라 조정하는 방식이 적용된다.To this end, in the present invention, a method of adjusting the current distribution and the output amount of each sub circuit portion according to the current efficiency value is applied so that each of the buck-boost converter sub circuit portions can be operated at the optimum efficiency point.

이러한 본 발명의 제어 방법은 친환경 자동차, 특히 연료전지 하이브리드 자동차에서 연료전지와 배터리, 구동모터(명확히는 인버터) 사이에 개재되는 양방향 고전압 직류변환장치(BHDC)의 제어 기법으로 적용할 수 있다.The control method of the present invention can be applied to a control method of a bidirectional high voltage DC converter (BHDC) interposed between a fuel cell, a battery, and a drive motor (specifically, an inverter) in an environmentally friendly vehicle, particularly a fuel cell hybrid vehicle.

이에 본 명세서에서는 연료전지 하이브리드 자동차의 3병렬형 양방향 고전압 직류변환장치를 예로 하여 설명하기로 하며, 3병렬 양방향 고전압 직류변환장치의 구성에 대해서는 도 2를 참조하기로 한다.In this specification, a three-parallel type bidirectional high voltage DC converting apparatus of a fuel cell hybrid vehicle will be described as an example, and a configuration of a three-parallel bidirectional high voltage DC converting apparatus will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 순서도로서, 컨버터 제어기(도 2에서 도면부호 3b임)가 상위 제어기(도 2에서 도면부호 10임)로부터 직류변환장치의 제어 출력값, 즉 전류 요구값(전류지령)(i*) 정보가 포함된 운전지령을 수신하고(S11), 전류 요구값으로부터 최대 효율값을 나타내는 서브 회로부(3a) 사용 개수를 결정한다.FIG. 3 is a flowchart showing a control method according to an embodiment of the present invention, in which a converter controller (3b in FIG. 2) receives a control output value of a direct current converter from an upper controller (10 in FIG. 2) (Step S11), and determines the number of sub-circuit portions 3a used for indicating the maximum efficiency value from the current demand value.

여기서, 상위 제어기(10)는 컨버터 제어기(3b)와 CAN 통신 등을 통해 통신 가능하게 연결되는 차량 제어기(예, FCEV Controller)가 될 수 있다.Here, the host controller 10 may be a vehicle controller (e.g., FCEV Controller) communicably connected to the converter controller 3b through CAN communication or the like.

좀더 설명하면, 상위 제어기의 전류 요구값을 i*라 할 때, 1개의 벅-부스트 컨버터 서브 회로부(이하, '서브 회로부'로 약칭함)만을 작동시킬 경우, 그 1개의 서브 회로부에 분배되어 그 1개의 서브 회로부가 담당 및 변환 출력해야 하는 전류 출력량, 즉 전류 분배값 i1은 상위 제어기의 전류 요구값 i*가 될 것이다.To be more specific, when only one buck-boost converter sub circuit section (hereinafter abbreviated as "sub circuit section") is operated when the current demand value of the host controller is i *, it is distributed to one sub circuit section, The amount of current output, that is, the current distribution value i1, which the one sub-circuit portion should take charge of and output from, is the current demand value i * of the host controller.

또한, 2개의 서브 회로부를 작동시킬 경우, 그 2개의 서브 회로부에 전류 균등 분배가 이루어짐에 있어, 작동되는 2개의 각 서브 회로부에 분배되어야 하는 전류 분배값 i2는 전체 전류 요구값 i*의 1/2, 즉 i*/2가 될 것이다.When the two sub circuit portions are operated, current distribution is equalized in the two sub circuit portions. The current distribution value i2 to be distributed to each of the two sub circuit portions to be operated is 1 / 2, i * / 2.

또한, 3개의 서브 회로부를 작동시킬 경우, 그 3개의 서브 회로부에 전류 균등 분배가 이루어짐에 있어, 작동되는 3개의 각 서브 회로부에 분배되어야 하는 전류 분배값 i3는 전체 전류 요구값 i*의 1/3, 즉 i*/3가 될 것이다.When the three sub-circuit portions are operated, the current distribution is distributed to the three sub-circuit portions. The current distribution value i3 to be distributed to each of the three sub-circuit portions to be operated is 1 / 3, i * / 3.

따라서, 서브 회로부의 사용 개수(작동 개수) 값에 따라 개별 서브 회로부에 균등 분배되어야 하는 전류 분배값 i1, i2, i3를 구한다(S12).Therefore, the current distribution values i1, i2, and i3 that are to be uniformly distributed to the individual sub-circuit portions are obtained according to the number of use (operation number) of the sub-circuit portion (S12).

이를 일반화하면, n개의 서브 회로부가 병렬로 연결된 직류변환장치에서는 i1, i2, i3뿐만 아니라 i4=i*/4, i5=i*/5,...,i(n-1)=i*/(n-1), in=i*/n의 방법으로 서브 회로부의 다양한 사용 개수 값에 따른 개별 서브 회로부의 균등 전류 분배값 i1~in을 구한다(여기서, n은 자연수임).(N-1) = i * / 4, i5 = i * / 5, ..., i (n-1) as well as i1, i2 and i3 in a DC converter in which n sub- (n is the natural number) of the individual sub-circuit portions according to various use count values of the sub-circuit portions by the method of (i) / (n-1), in = i * / n.

이어, 서브 회로부의 사용 개수 값에 따른 각 전류 분배값으로부터 전류별 효율값, 즉 서브 회로부의 사용 개수 값에 따른 전류 분배값에 해당하는 효율값(eff1~eff3)을 구한다(S13).Then, efficiency values eff1 to eff3 corresponding to the current division values according to the current efficiency values, that is, the number of used sub-circuit portions, are determined from the respective current distribution values according to the number of used sub-circuit portions (S13).

이때, 선행 시험을 통해 실험적으로 취득된 뒤 컨버터 제어기에 저장되는 전류 vs. 효율 테이블 정보가 이용될 수 있다.In this case, the currents stored in the converter controller after experimentally obtained through the preceding test are compared. Efficiency table information can be used.

여기서, 전류 vs. 효율 테이블 정보는 각 전류값에 따라 그에 해당하는 효율값을 정의한 테이블 정보로서, 전류와 효율 그래프를 디지털화하여 룩업 테이블(Lookup Table)에 명기한 것이며, 각 전류 분배값(i1~i3)에 해당하는 효율값(eff1~eff3)을 취득할 수 있도록 구비된다.Here, The efficiency table information is table information that defines an efficiency value corresponding to each current value. The current and efficiency graphs are digitized and specified in a lookup table. The efficiency table information is defined as a value corresponding to each current distribution value (i1 to i3) So that the efficiency values eff1 to eff3 can be obtained.

이어 i1에 상응하는 효율값을 eff1, i2에 상응하는 효율값을 eff2, i3에 상응하는 효율값을 eff3이라고 한다면, 각 전류 분배값에 해당하는 효율값들을 서로 비교하여(S14',S14") 최대가 되는 효율값(eff)을 결정한다(S15',S15",S15'").If the efficiency value corresponding to i1 is represented as eff1, the efficiency value corresponding to i2 is referred to as eff2, and the efficiency value corresponding to i3 is referred to as eff3, efficiency values corresponding to the respective current distribution values are compared with each other (S14 ', S14 " (S15 ', S15 ", S15 "").

이 과정에서 최대 효율(eff)을 나타내는 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값을 확정하고, 이에 컨버터 제어기는 사용 개수 및 전류 분배값(i1~i3)에 따라 서브 회로부의 작동이 이루어질 수 있도록 제어한다.In this process, the number of use and the current distribution value of the sub-circuit portion indicating the maximum efficiency (eff) are determined, and the converter controller controls the operation of the sub-circuit portion according to the number of use and current distribution values i1 to i3 .

즉, 최대 효율을 나타내는 사용 개수만큼의 서브 회로부를 작동시키며, 이때 각 서브 회로부의 출력 전류가 서브 회로부의 사용 개수에 따른 전류 분배값(i1~i3)이 되도록 서브 회로부의 출력을 제어한다.That is, the sub-circuit portions are operated as many as the number of uses that indicate the maximum efficiency, and the output of the sub-circuit portion is controlled so that the output current of each sub-circuit portion becomes the current distribution values i1 to i3 according to the number of uses of the sub-circuit portion.

이를 통해 전체 직류변환장치에서 최대 효율값(최적 효율)을 나타내는 선택된 개수의 서브 회로부만을 사용하여 상위 제어기가 요구하는 전류값 출력을 충족시킨다.Thus, only the selected number of sub-circuit portions representing the maximum efficiency value (optimum efficiency) in the entire DC-DC converter is used to satisfy the current value output requested by the host controller.

물론, 각 서브 회로부의 출력 제어는 전류 분배값에 해당하는 전류 출력이 이루어질 수 있도록 컨버터 제어기가 개별 서브 회로부에 대한 PWM 제어신호를 출력하고, 게이트 드라이버가 PWM 제어신호에 따라 개별 서브 회로부의 스위칭 소자에 대한 게이트 구동신호(온/오프 스위칭 신호)를 출력함으로써 이루어진다. Of course, the output control of each sub-circuit part outputs the PWM control signal for the individual sub-circuit part so that the current output corresponding to the current distribution value can be made, and the gate driver outputs the PWM control signal to the switching element And outputs a gate driving signal (on / off switching signal).

이와 같이 본 발명에서는 상위 제어기의 전류 요구값으로부터 서브 회로부의 다양한 사용 개수 값에 따른 균등 전류 분배값(i1~in)을 구하고, 각 전류 분배값에 해당하는 효율값(eff1~effn)을 구하여 최적 효율을 결정한 뒤, 최적 효율에 해당하는 서브 회로부의 사용 개수와 균등 전류 분배값을 확정한 다음, 확정된 개수의 서브 회로부에 대해 전류 분배값의 출력이 이루어질 수 있도록 해당 서브 회로부의 작동을 제어한다.Thus, in the present invention, the uniform current distribution values (i1 to in) according to the various use number values of the sub circuit section are obtained from the current demand values of the host controller, and the efficiency values (eff1 to effn) After the efficiency is determined, the number of sub-circuit portions corresponding to the optimum efficiency and the equal current distribution value are determined, and then the operation of the sub-circuit portion is controlled so that the output of the current distribution value can be output to the determined number of sub-circuit portions .

결국, 이러한 제어 방법이 적용됨에 따라 최적 효율점에서 직류변환장치의 운전이 가능해지고, 최적 효율을 반영한 서브 회로부의 선택 작동 및 전류량 분배 제어에 의해 전체 직류변환장치가 최적의 효율점에서 운전될 수 있는바, 직류변환장치의 작동효율이 향상되는 효과가 있게 된다.As a result, the DC converter can be operated at the optimum efficiency point, and the entire DC converter can be operated at the optimum efficiency point by the selection operation of the sub circuit portion reflecting the optimum efficiency and the current amount distribution control As a result, the operating efficiency of the DC / DC converter is improved.

또한, 상기한 직류변환장치의 제어 방법을 친환경 자동차, 예컨대 연료전지 하이브리드 자동차의 양방향 고전압 직류변환장치(BHDC)의 제어 기법으로 적용할 경우 효율점을 고려한 직류변환장치의 최적 제어가 이루어짐에 의해 차량의 연비가 향상되는 이점이 있게 된다.In addition, when the control method of the DC-DC converter is applied to a control method of a bi-directional high-voltage DC converter (BHDC) of an eco-friendly automobile such as a fuel cell hybrid vehicle, optimal control of the DC- The fuel efficiency of the engine is improved.

한편, 도 4는 직류변환장치의 내구성 증대를 위해 효율 히스테리시스(hysteresis) 및 전류량 균등 분배 제어가 추가로 적용되는 실시예를 나타내는 순서도로서, 최적 효율(eff)과 서브 회로부의 사용 개수(작동 개수), 균등 전류 분배값(i1~i3)이 확정되고 나면, 차량 제어기에서 요구하는 전력 변환 및 전압/전류 출력을 위해 상기 확정된 사용 개수에 따라 어느 서브 회로부를 선택하여 작동시켜야 하는지를 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량(Ca,Cb,Cc)에 기초하여 판단하는 과정을 더 포함하고 있다.4 is a flowchart showing an embodiment in which efficiency hysteresis and current amount even distribution control are additionally applied to increase the durability of the DC / DC converter. The optimum efficiency (eff) and the number of uses (number of operations) After the equal current distribution values i1 to i3 are determined, it is determined which sub-circuit section is to be selected and operated according to the determined number of uses for power conversion and voltage / current output required by the vehicle controller, Based on the accumulated current amounts Ca, Cb and Cc.

즉, 도 4의 실시예에서는 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량에 따라 전력 변환을 위해 사용될 사용 개수만큼의 서브 회로부가 선택되도록 함으로써 직류변환장치 내 서브 회로부에 대해 전체적인 전류량 균동 분배 제어가 이루어질 수 있도록 하고 있다.That is, in the embodiment of FIG. 4, the number of sub-circuit portions to be used for power conversion is selected in accordance with the accumulated cumulative current amount of each sub-circuit portion so that the whole current amount uniform distribution control can be performed on the sub-circuit portion in the DC- have.

이로써, 각 서브 회로부 및 이에 포함된 파워 모듈(스위칭 소자 포함)의 작동시간과 전류량을 균등하게 제한할 수 있는바, 서브 회로부 및 그 파워 모듈의 내구성을 증대시킬 수 있다.Thus, the operation time and current amount of each sub-circuit portion and the power module (including the switching device) included therein can be evenly limited, and the durability of the sub-circuit portion and the power module can be increased.

먼저, 최적 효율(eff)에 해당하는 서브 회로부의 사용 개수와 균등 전류 분배값(i1~i3)을 확정한 뒤 최적 효율값을 저장한다(S17).First, the number of sub-circuit portions corresponding to the optimum efficiency (eff) and the equal current distribution values (i1 to i3) are determined and the optimal efficiency value is stored (S17).

또한, 기본적으로는 결정된 사용 개수만큼의 서브 회로부를 서브 회로부별 누적 전류량(Ca,Cb,Cc)을 고려하여 선택하는데, 이때 작동 누적 전류량이 적은 순서대로 사용 개수만큼의 서브 회로부를 선택한다.Basically, the number of sub-circuit portions determined by the number of uses is selected in consideration of the cumulative current amounts Ca, Cb, and Cc for each sub-circuit portion. At this time, the number of sub-circuit portions is selected in descending order of the cumulative operating current amount.

예를 들어, 1개의 서브 회로부를 사용해야 한다면, 즉 서브 회로부의 사용 개수가 1로 결정된다면, 전체 서브 회로부 중 작동 누적 전류량이 가장 적은 서브 회로부를 선택하여 작동시키고, 작동시 출력되는 전류량을 선택된 서브 회로부의 이전 누적 전류량에 누적하여 합산한다.For example, if one sub-circuit portion is to be used, that is, if the number of sub-circuit portions to be used is determined to be 1, a sub-circuit portion having the smallest accumulated operation current amount is selected and operated, And accumulates and accumulates in the amount of the accumulated current of the circuit part.

도 4를 참조하여 설명하면, 서브 회로부의 사용 개수가 1개일 때, 서브 회로부 3개의 각 작동 누적 전류량을 Ca, Cb, Cc라 한다면, Ca, Cb, Cc 중 최소값의 작동 누적 전류량(C)을 가지는 서브 회로부 1개를 선택하여, 그 서브 회로부 1개를 상위 제어기가 요구하는 i*의 전류 출력이 이루어지도록 작동시키고, 그 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량(C)에 'i*×작동시간'만큼 새로이 적산한 값으로 저장한다(C + i*×작동시간 → C)(S18',S19'). 여기서, i*는 작동되는 서브 회로부 1개의 전류 분배값이다. 4, when the number of used sub-circuit portions is one and the respective accumulated operation current amounts of the three sub-circuit portions are Ca, Cb, and Cc, the minimum cumulative operating current amount C of Ca, Cb, One sub-circuit section is selected so that one sub-circuit section is operated so that the current output of i * requested by the host controller is made, and the accumulated accumulated current amount of the sub-circuit section is set to 'i * (C + i * x operation time → C) (S18 ', S19'). Here, i * is a current distribution value of one sub-circuit portion to be operated.

또한, 서브 회로부의 사용 개수가 2개로 결정되면, 작동 누적 전류량이 적은 2개의 서브 회로부를 선택하여, 그 서브 회로부 2개를 각각 i*/2의 전류 출력이 이루어지도록 작동시키고, 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량에 'i*/2×작동시간'만큼 새로이 적산한 값으로 저장한다. 여기서, i*/2는 작동되는 서브 회로부 2개의 전류 분배값이다. When the number of sub-circuit portions is determined to be two, two sub-circuit portions having small cumulative operation current amount are selected, and two of the sub-circuit portions are operated so that a current output of i * / 2 is achieved, The accumulated cumulative current amount is stored as a value obtained by newly accumulating the accumulated cumulative current amount by the "i * / 2 × operating time". Here, i * / 2 is the current distribution value of the two sub circuit portions to be operated.

도 4의 순서도에서는 동일한 의미로 3개의 서브 회로부 중 작동 누적 전류량이 최대인 하나의 서브 회로부를 제외한 나머지 2개의 서브 회로부를 작동시키는 것으로 기재하고 있다(S18",S19"). In the flowchart of FIG. 4, it is described that the remaining two sub-circuit portions except for one sub-circuit portion having the maximum amount of operation cumulative current among the three sub-circuit portions in the same meaning are operated (S18 ", S19 ").

또한, 서브 회로부의 사용 개수가 3개로 결정되면, 전체 서브 회로부를 i*/3의 전류 출력이 이루어지도록 작동시키고, 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량에 'i*/3×작동시간'만큼 새로이 적산한 값으로 저장한다(S19"'). 여기서, i*/3는 작동되는 서브 회로부 3개의 전류 분배값이다.When the number of sub-circuit portions is determined to be three, the entire sub-circuit portion is operated so that the current output of i * / 3 is performed, and the accumulated accumulated current amount of each sub- (S19 "'), where i * / 3 is the current distribution value of the three sub-circuit sections to be operated.

위에서 3개의 서브 회로부를 가지는 직류변환장치의 예를 들었으나, 만약 병렬로 연결된 n개의 서브 회로부를 가지는 직류변환장치로 확장한다면, 서브 회로부의 사용 개수가 m(m≤n, m은 자연수)으로 확정되었을 때, 컨버터 제어기가 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 고려하여 작동 누적 전류량이 적은 순서대로 m개의 서브 회로부를 선택하고, m개의 서브 회로부를 i*/m의 전류 출력이 이루어지도록 제어하게 된다. Although the example of the DC converter having three sub circuit portions is described above, if the number of the sub circuit portions is m (m? N, m is a natural number), if the DC converter is extended to a DC converter having n sub circuit portions connected in parallel The converter controller selects the m sub-circuit portions in the order of the small accumulated operating current amount in consideration of the cumulative operating current amount of each sub-circuit portion, and controls the m sub-circuit portions so that the current output of i * / m is performed .

또한, 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량에 'i*/m×작동시간'만큼 새로이 적산한 값으로 저장하며, 여기서 i*/m은 작동되는 각 서브 회로부의 전류 분배값이다.Also, the accumulated accumulated current amount of each sub circuit portion is stored as a value obtained by newly accumulating the accumulated accumulated current amount by an 'i * / m × operating time', where i * / m is a current distribution value of each sub circuit portion to be operated.

이와 같이 도 4의 실시예에서는 각 컨버터 서브 회로부의 작동 누적 전류량에 따라 전력 변환을 위해 사용될 서브 회로부가 선택되도록 함으로써 직류변환장치 내 서브 회로부를 균등하게 사용할 수 있고, 서브 회로부에 대해 전류량 및 전력량의 균동 분배 제어가 이루어질 수 있게 된다.4, the sub-circuit portion to be used for power conversion is selected according to the amount of cumulative operation current of each converter sub-circuit portion, so that the sub-circuit portion in the DC-DC converter can be used equally, So that the equal distribution control can be performed.

결국, 각 서브 회로부 및 이에 포함된 파워 모듈(스위칭 소자 포함)의 작동시간과 전류량을 균등하게 제한할 수 있는바, 서브 회로부 및 그 파워 모듈의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다. As a result, the operating time and current amount of each sub-circuit portion and the power module (including the switching device) included therein can be evenly limited, and the durability of the sub-circuit portion and the power module can be increased.

또한, 바람직한 실시예에서, 도 4의 제어 과정에서는 최적 효율값(eff)이 정해지고 난 뒤, 이를 이전 사이클의 최적 효율값(pre_eff)과 비교하여 효율차가 미리 정해진 설정값(a) 이하일 경우 이전의 작동 방식을 유지하고 설정값보다 클 경우에만 사용 개수에 따라 서브 회로부를 새로이 선택하여 제어 및 작동시키는 효율 히스테리시스 제어가 추가로 적용될 수 있다.4, after the optimum efficiency value eff is determined, it is compared with the optimum efficiency value pre_eff of the previous cycle, and when the efficiency difference is equal to or smaller than the predetermined set value a, It is possible to additionally apply efficient hysteresis control for selecting and controlling the sub-circuit portion according to the number of uses only when the operation mode of the sub-circuit portion is greater than the set value.

즉, 이전 S15',S15",S15"'의 단계에서 최적 효율값(eff)이 정해지면, 현재의 최적 효율값(eff)을 이전 사이클의 최적 효율값(pre_eff)과 비교하고(S16), 현재의 효율값과 이전의 효율값 사이의 차이가 미리 정해진 설정값(a) 이하인 경우(eff - pre_eff ≤ a)에는 이전의 사이클에서 선택된 서브 회로부 및 그 수량을 변경시키지 않고 이전 사이클에서 작동하였던 서브 회로부를 그대로 작동시켜 차량 제어기가 요구하는 전류 요구값을 충족시킨다.That is, if the optimum efficiency value eff is determined in the previous steps S15 ', S15', and S15 "', the current optimum efficiency value eff is compared with the optimum efficiency value pre_eff in the previous cycle (S16) When the difference between the current efficiency value and the previous efficiency value is equal to or less than a predetermined set value (a) (eff - pre_eff? A), the sub circuit portion selected in the previous cycle and the sub- The circuit portion is operated as it is and the current demand value required by the vehicle controller is satisfied.

이때, 이전 사이클의 서브 회로부 사용 개수에 따라 현재 상위 제어기의 전류 요구값을 균등 분배하여, 각 서브 회로부로부터 균등 분배된 전류값의 출력이 이루어질 수 있도록 각 서브 회로부의 작동을 제어한다.At this time, the current demand value of the current host controller is evenly distributed according to the number of the sub circuit sections used in the previous cycle, and the operation of each sub circuit section is controlled so that the output of the current value can be uniformly distributed from each sub circuit section.

물론, 이전 사이클에서 서브 회로부 1개만을 작동시켰다면, 1개의 서브 회로부에서 상위 제어기의 전류 요구값이 모두 출력되도록 하는 제어가 이루어진다. Of course, if only one sub-circuit portion is operated in the previous cycle, control is performed so that all the current requirement values of the host controller are outputted from one sub-circuit portion.

반면, 현재의 효율값과 이전의 효율값 사이의 차이가 설정값(a)보다 큰 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 작동 누적 전류량에 기초하여 사용 개수만큼의 서브 회로부를 선택하여 작동시키는 전류량 균등 분배 제어를 실시한다.On the other hand, when the difference between the current efficiency value and the previous efficiency value is larger than the set value (a), as described above, the current amount equalization control for selecting and operating the sub- Conduct.

이와 같이 산출된 최적 효율과 이전 효율을 비교하여 개선 효과 미흡시에는 기존 작동 방식을 유지하고, 효과가 클 경우(효율차가 설정값보다 큰 효과를 나타낼 경우)에만 작동 누적 전류량에 따른 전류량 균등 분배 제어를 적용한 새로운 작동 방식(새로운 작동 개수 적용 및 새로운 서브 회로부 선택 작동)으로 직류변환장치를 제어한다. In the case where the improvement efficiency is insufficient by comparing the calculated optimum efficiency with the transfer efficiency, the conventional operation method is maintained. When the effect is large (when the efficiency difference is larger than the set value), only the operation amount equalization distribution control (A new operating number application and a new sub circuit selection operation).

결국, 효율 히스테리시스를 적용하여 효율차에 따라 작동 방식 변경을 제한함으로써 잦은 서브 회로부의 수량 변경에 따른 스위칭 손실과 전류 변화에 의한 효율 저하를 줄일 수 있게 된다.As a result, efficiency hysteresis is applied to limit the operation mode change according to the efficiency difference, thereby reducing the switching loss due to frequent changes in the number of sub circuit parts and the efficiency deterioration due to the current change.

이와 같이 하여, 본 발명에서는, 차량의 전류 요구시, 전체 서브 회로부가 1/3 전류씩 출력하도록 한 종래의 방식 대신, 서브 회로부 1, 2, 3개를 사용할 때의 효율을 계산하여 효율 특성을 고려한 최적 효율점에서의 서브 회로부 출력이 이루어질 수 있게 제어하는 한편, 내구성 문제 개선을 위해 작동 전류량을 누적하여 특정 서브 회로부만 작동하지 않고 교번하여 전체 서브 회로부가 균형 있게 작동하도록 하며, 서브 회로부의 수량 변경시 히스테리시스를 두어 특정 전류 영역에서 잦은 수량 변경에 따른 손실을 최소화한다.In this way, in the present invention, when the current demand of the vehicle is required, the efficiency when the sub-circuit portions 1, 2, and 3 are used is calculated instead of the conventional method in which the entire sub- So that the output of the sub-circuit can be controlled at the optimum efficiency point considered. In addition, in order to improve the durability problem, the amount of the operating current is accumulated so that the entire sub-circuit portion operates alternately without operating only the specific sub- Hysteresis is provided to minimize losses due to frequent changes in quantity in a specific current range.

참고로, 도 5는 직류변환장치의 전류에 따른 효율 특성 및 시간에 따른 차량의 임의의 요구 전류를 예시하여 나타낸 도면이고, 도 6은 제어 방법에 따른 효율 곡선을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an efficiency characteristic of the DC-DC converter according to the current and an arbitrary required current of the vehicle according to time, and FIG. 6 is a diagram showing an efficiency curve according to a control method.

도 6을 참조하면, 종래의 제어 방식 적용의 경우('1/3전류배분', 파란색), 고전류를 사용하는 영역에서는 효율 측면에서 유리하나, 저전류 영역의 경우 아주 낮은 효율을 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that in the case of applying the conventional control method ('1/3 current distribution', blue), it is advantageous in terms of efficiency in a region where a high current is used, have.

또한, 서브 회로부 1개를 사용하는 경우(검정색), 저전류 영역에서는 유리하지만, 고전류 영역에서는 효율이 낮아진다.In addition, in the case of using one sub circuit portion (black), it is advantageous in the low current region, but in the high current region, the efficiency is low.

반면, 본 발명에서와 같이 요구 전류에 따라 서브 회로부를 최적 요율점에 따라 1개, 2개, 3개로 적절히 사용할 경우('max효율', 빨간색), 최고의 효율을 확보할 수 있다.On the other hand, as in the present invention, the best efficiency can be ensured when one, two, or three sub-circuit portions are suitably used depending on the required current rate ('max efficiency', red).

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Forms are also included within the scope of the present invention.

1 : 연료전지 2 : 배터리
3 : 직류변환장치 3a : 서브 회로부
3b : 컨버터 제어기 3c : 게이트 드라이버
4 : DC-링크단 5 : 인버터
6 : 모터 제어기 7 : 구동모터
10 : 상위 제어기 Q1, Q2 : 스위칭 소자
1: fuel cell 2: battery
3: DC converter 3a:
3b: converter controller 3c: gate driver
4: DC-link terminal 5: Inverter
6: motor controller 7: drive motor
10: Host controller Q1, Q2: Switching element

Claims (8)

직류-직류 전력 변환이 이루어지는 n개의 서브 회로부가 병렬로 연결되어 구성되고 서브 회로부의 작동으로 전류 요구값에 따른 전류 출력이 이루어지는 병렬형 직류변환장치의 제어 방법에 있어서,
a) 상기 전류 요구값으로부터 서브 회로부의 사용 개수에 따라 서브 회로부에 균등 분배되어야 하는 전류 분배값을 구하는 단계;
b) 상기 서브 회로부의 사용 개수에 따른 전류 분배값으로부터 각 전류 분배값에 해당하는 정해진 효율값을 구하는 단계;
c) 상기 각 전류 분배값에 해당하는 효율값들을 비교하여 최대 효율값을 나타내는 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값을 결정하는 단계; 및
d) 상기 결정된 사용 개수의 서브 회로부를 선택하고 선택된 각 서브 회로부의 작동을 상기 결정된 전류 분배값의 전류 출력이 이루어지도록 제어하는 단계를 포함하고,
상기 최대 효율값, 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값이 결정되면, 상기 결정된 현재의 최대 효율값과 이전 사이클의 최대 효율값 사이의 차이를 미리 정해진 설정값과 비교하여, 설정값 이하인 경우에는 이전 사이클에서 선택 및 작동되었던 서브 회로부의 작동으로 전류 요구값의 출력을 충족시키는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
A method of controlling a parallel-type DC converter in which n sub-circuit portions in which DC-DC power conversion is performed are connected in parallel and a current output according to a current demand value is performed by operation of a sub-
a) obtaining a current distribution value to be evenly distributed to the sub circuit part according to the number of uses of the sub circuit part from the current demand value;
b) obtaining a predetermined efficiency value corresponding to each current distribution value from a current distribution value according to the number of uses of the sub circuit section;
c) comparing the efficiency values corresponding to the respective current distribution values to determine the number of uses and the current distribution value of the sub circuit section indicating the maximum efficiency value; And
d) selecting the determined number of sub-circuit portions and controlling operation of each selected sub-circuit portion so that the current output of the determined current distribution value is made,
When the maximum efficiency value, the number of sub-circuit units to be used, and the current distribution value are determined, the difference between the determined maximum efficiency value and the maximum efficiency value of the previous cycle is compared with a predetermined set value. And the output of the current demand value is satisfied by the operation of the sub circuit section which has been selected and operated in the cycle.
청구항 1에 있어서,
상기 b) 단계에서 전류값에 따라 해당하는 효율값을 정의한 전류 vs. 효율 테이블 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
The method according to claim 1,
In the step b), the current value vs. the current value defining the corresponding efficiency value according to the current value. And the efficiency table information is used.
청구항 1에 있어서,
서브 회로부의 사용 개수가 1개일 때 사용 개수 1개의 전류 분배값은 상기 전류 요구값으로 구해지는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
The method according to claim 1,
And when the number of the sub circuit portions is one, the current distribution value of one used number is obtained by the current request value.
청구항 1에 있어서,
상기 d) 단계의 서브 회로부를 선택하는 과정에서, 전체 서브 회로부 중 작동 누적 전류량이 적은 순서대로 사용 개수만큼의 서브 회로부를 선택하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in the step of selecting the sub circuit section in the step d), the sub circuit sections are selected as many as the number of the used sub circuit sections in descending order of the cumulative operating current amount among all the sub circuit sections.
청구항 4에 있어서,
상기 d) 단계의 선택된 각 서브 회로부의 작동을 제어하는 과정에서, 작동되는 각 서브 회로부의 작동 누적 전류량을 이전 누적 전류량에 '전류 분배값×작동시간'만큼 적산한 값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
The method of claim 4,
And the accumulated cumulative current amount of each of the sub circuit portions to be operated is accumulated in the previous cumulative current amount by a sum of the current divided value and the operating time in the process of controlling the operation of each selected sub circuit portion in the step d) DC converter.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 이전 사이클에서 선택 및 작동되었던 각 서브 회로부에서 전류 요구값의 균등 분배된 전류 출력이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.
The method according to claim 1,
And controls so that an evenly divided current output of the current demand value is performed in each of the sub circuit portions selected and operated in the previous cycle.
청구항 1에 있어서,
상기 현재의 최대 효율값과 이전 사이클의 최대 효율값 사이의 차이가 상기 설정값보다 큰 경우에는 c) 단계에서 결정된 서브 회로부의 사용 개수 및 전류 분배값에 따른 d) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 직류변환장치의 제어 방법.



The method according to claim 1,
If the difference between the current maximum efficiency value and the maximum efficiency value of the previous cycle is greater than the set value, performing step d) according to the number of used sub-circuit parts and the current distribution value determined in step c) DC converter.



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