KR101794857B1 - 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법 - Google Patents

알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법

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Abstract

본 발명은 배터리 전압 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 알터네이터의 저전압 강제 발전기능을 이용하여 배터리 목표 전압을 상향 제어하고 이를 통해 배터리 저전압에 따른 필드 문제점을 개선하는 배터리 전압 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 알터네이터의 발전 제어 방법에 있어서, 차량의 크랭킹 이후 알터네이터의 듀티 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제1 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제1 단계; 제1 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO: Low voltage Excitation On)을 수행하고 차량의 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제2 단계; 및 제2 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 무발전 전압을 나타내는 배터리 전압을 기 설정 값보다 상승시키는 제3 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 알터네이터 전압이 기 설정값 이하에서 일정 시간 지속되는 경우 전원 안전성 및 시동 성능을 향상시키고, 배터리 저전압의 경우 ECU가 알터네이터를 FULL발전하도록 목표 전압의 상향 및 목표 전압 추종 속도의 증가를 제어하여 배터리 저전압에 따른 전장품 동작 제한을 방지하는 이점이 있다.

Description

알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법{CONTROLLING METHOD FOR BATTERY VOLTAGE USING THE LOW VOLTAGE EXCITATION ON OF ALTERNATOR}
본 발명은 배터리 전압 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 알터네이터의 저전압 강제 발전기능을 이용하여 배터리 목표 전압을 상향 제어하고 이를 통해 배터리 저전압에 따른 필드 문제점을 개선하는 배터리 전압 제어 방법에 관한 것이다.
자동차의 모든 전기, 전자 장치의 전력 공급은 배터리(납산 축전지)와 발전기에 의해서 전원 시스템이 실행된다. 배터리는 엔진을 시동시키는 스타팅 모터를 구동시키는 것이 가장 큰 역할인데, 엔진이 정지된 상태에서 작동시키고자 하는 전장품(電裝品)에 일시적으로 전력을 공급하는 것과 ECU의 RAM(random access memory)에 기억된 데이터를 보유하기 위한 백업전원으로서도 중요한 역할을 한다.
발전기는 엔진의 크랭크 풀리로부터 V벨트에 의해서 구동되는 알터네이터(전파 정류 삼상교류 발전기)로서 발전능력은 엔진 회전수에 의존한다. 전기부하가 알터네이터의 발전량보다 많을 때에는 배터리가 부족분을 공급하여 작동에 지장이 없도록 하고, 발전량이 전기부하보다 많을 때에는 배터리가 충전된다. 발전기는 엔진에 의해서 구동되므로 사용 회전수의 광범위한 변화와 함께 발전기의 출력도 계속해서 변동된다.
또한, 사용되는 전기부하, 주행환경, 주행상태와 운전자의 사용방법에 따라 끊임없이 변동된다. 그리고, 발전기의 부하에 이상전압이 발생되어 과전류가 흘러 전장품이 손상되는 것을 방지하기 위해 모든 전장품의 전단에는 릴레이스위치와 휴즈가 구성되어 있는 바, 과전류가 발생되어 휴즈의 용단치이상의 전류가 인가되면 퓨즈가 용단되어 전장품이 보호될 수 있도록 하고 릴레이스위치는 운전자의 기능 입력이나 ECU의 제어신호를 인가받아 릴레이스위치가 온/오프됨에 따라 차량에 채용되는 각종의 전장품에 전원이 인가되는 실정이다.
이와 관련, 종래의 한국등록특허 제10-1438330호(배터리센서를 이용한 알터네이터 제어방법)는 일반 내연기관 차량에서 배터리의 신뢰성을 검증하고, 배터리가 영향을 받지 않는 범위 내에서 알터네이터를 제어할 수 있도록 한 배터리센서를 이용한 알터네이터 제어방법에 관한 것으로서, 배터리의 신뢰성을 확인하는 배터리 센서에서 배터리 센서 값의 신뢰성을 확인하는 단계; 배터리 센서 값을 신뢰할 수 있는 경우 배터리 용량을 기초로 알터네이터 제어가능 신호를 발생하는 단계; 알터네이터를 제어하는 엔진 제어기에서 배터리 센서 값을 수신하여 무효 에러가 존재하는지를 확인하는 단계; 무효 에러가 존재할 경우 알터네이터의 제어를 정지하는 단계; 무효 에러가 존재할 경우 배터리 센서 값이 정상범위 내에 존재하는지를 확인하여, 정상범위 내에 존재할 경우 알터네이터 제어가능 신호에 따라 알터네이터를 제어하는 단계를 개시하고 있다.
다만 종래 기술은 초기 냉간 시동시 알터네이터 발전 지연에 따른 배터리 저전압으로 일부 샤시 전장품의 동작 제한 및 DTC코드 등이 발생하거나 강제 발전시 알터네이터 전압이 일정값을 초과하게 되면 무발전 상태로 제어되어 배터리 저전압 상태가 유지되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1438330호
본 발명은 초기 시동시 알터네이터 발전 지연에 따른 배터리 저전압으로 일부 샤시 전장품의 동작 제한 및 DTC발생 등을 방지하는 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 알터네이터의 발전 제어 방법에 있어서, 차량의 크랭킹 이후 알터네이터의 듀티 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제1 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제1 단계; 제1 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO: Low voltage Excitation On)을 수행하고 차량의 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제2 단계; 및 제2 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 무발전 전압을 나타내는 배터리 전압을 기 설정 값보다 상승시키는 제3 단계;를 포함하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 제3 단계 이후, 배터리 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제어 시간 이상 작동하는지 판단하는 제4 단계;를 포함하고, 제4 단계를 만족하는 경우 제1 단계 이전으로 돌아가 차량을 정상 제어할 수 있다.
바람직하게, 제1 단계를 만족하지 않는 경우 차량의 크랭킹의 재시도를 수행할 수 있다.
바람직하게, 제2 단계를 만족하지 않는 경우 기존과 같은 배터리 전압으로 알터네이터의 무발전 제어를 수행할 수 있다.
바람직하게, 제4 단계를 만족하지 않는 경우 제3 단계를 재수행 할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 알터네이터 전압이 기 설정값 이하에서 일정 시간 지속되는 경우 전원 안전성 및 시동 성능을 향상시키는 이점이 있다.
또한 본 발명은, 배터리 저전압의 경우 ECU가 알터네이터를 FULL발전하도록 목표 전압을 상향하고 목표 전압 추종 속도를 빠르게 제어하여 배터리 저전압에 따른 전장품 동작 제한을 방지하는 이점이 있다.
도 1a는 종래의 초기 시동성 확보를 위한 알터네이터 및 배터리의 변화를 나타낸다.
도 1b는 알터네이터의 강제 발전 기능(LEO :Low voltage Excitation On)의 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기술 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 로직의 상세도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 로직 흐름도의 세부 구성을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1a는 종래의 초기 시동성 확보를 위한 알터네이터 및 배터리의 변화를 나타낸다. 도 1a를 보면, 내수 차량의 초기 저온 시동성 평가가 나타나는데, 양산 차량의 경우 초기 시동성 확보를 위해 ECU가 알터네이터 전압을 일정 전압(10.7V)으로 제어하여 일정 시간(7초) 무발전한다. 이 때 ECU는 정상적인 시동 이후에도 일정 시간(7초) 동안 알터네이터 전압을 제어하여 무발전하게 되는 데 이 경우 배터리 대전력 전장품(MDPS등) 작동시 배터리 전압이 작동 보증 범위 전압(9V 이상)이하로 Down되어 일부 샤시 전장품(MDPS, ECS등)의 동작 제한 및 DTC 가 발생하여 양산 차량 필드 문제로 제기되었다. 또한 일반적으로 알터네이터의 강제 발전 제어는 배터리 전압이 9.75V이하로 0.4초 지속시 강제 자가 발전하고 9.75V 이상이 되면 해제되는 특성이 있다. 이 경우 전술한 바와 같은 무발전 상태로 제어되어 배터리 저전압 상태(8.2V)가 유지되는 문제점이 발생한다.
도 1b는 알터네이터의 강제 발전 기능(LEO :Low voltage Excitation On)의 모습을 나타낸다. 도 1b를 참조하면, 알터네이터의 강제 발전 기능을 나타내는데 이는 전원 안정성 및 시동 성능 확보를 위하여 ECU의 제어 명령과 무관하게 일정 저전압에서는 목표 전압으로 상향시키는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기술 개략도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 알터네이터와 ECU는 종래의 LIN통신을 통해 신호를 송수신하고, 알터네이터에서 수신한 신호를 바탕으로 ECU는 다시 알터네이터로 목표 전압과 추종 속도를 피드백하여 FULL 발전을 제어하도록 한다. 자세한 수치 및 입력 값은 이하 도 3의 로직의 상세도에서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 로직의 상세도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 알터네이터의 발전 제어 방법은, 차량의 크랭킹 이후 알터네이터의 듀티 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제1 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제1 단계; 제1 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO : Low voltage Excitation On)을 수행하고 차량의 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제2 단계; 제2 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 무발전 전압을 나타내는 배터리 전압을 기 설정 값보다 상승시키는 제3 단계; 및 배터리 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제어 시간 이상 작동하는지 판단하는 제4 단계;를 포함할 수 있다. 또한 제4 단계를 만족하는 경우 제1 단계 이전으로 돌아가 차량을 정상 제어할 수 있다.
제1 단계는, 알터네이터 듀티의 범위와 전압 그리고 지속 시간을 입력값으로 판단하여 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO : Low voltage Excitation On)의 수행 여부를 결정한다. 알터네이터의 듀티는 아래 표 1과 같이 계산될 수 있다.
[표 1]
Figure 112016102893633-pat00001
※ Duty = (Ton / T) * 100
듀티별 알터네이터 전압 분포는 기종에 따라 분포될 수 있고 비례 상승합에 따라 조정 전압(V)의 범위가 결정될 수 있으며, 그 자세한 사항은 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에서 제1 단계는, 알티네이터의 듀티가 95% 이상, 전압이 9.75V 이하 및 제1 지속시간이 0.5초가 되는지 판단하여 강제 발전의 수행 여부를 결정할 수 있다. 만약 제1 단계를 만족하지 않는 경우, 차량의 크랭킹의 재시도를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있는데, 차량의 크랭킹은 스타터 모터가 엔진을 강제로 회전하는 것으로 배터리와 시동모터의 상태가 정상 여부인지 확인할 수 있다. 따라서 알터네이터의 듀티와 전압이 상술한 일정 범위가 아니라면 알터네이터의 듀티와 전압을 정상 상태로의 재구동이 필요하기 때문이다.
제2 단계는, 차량의 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 단계로, 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO : Low voltage Excitation On)을 수행한 이후, 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하여 목표 전압을 상승시켜 배터리의 저전압 상태를 방지하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 있어 제2 단계는, 엔지 시동 RPM이 500 이상인지 전압은 10V 이하인지 및 제2 지속 시간이 0.5초 이상인지 판단하여 알터네이터의 목표 전압의 상승 여부를 결정할 수 있다.
제2 단계를 만족하지 않는 경우 기존과 같은 배터리 전압으로 알터네이터의 무발전 제어를 수행할 수 있는데, 이는 목표 전압의 상승이 없어도 정상적인 작동으로 전장품의 동작 제한을 방지할 수 있기 때문이다.
제3 단계는 제2 단계를 만족하는 경우 알터네이터의 무발전 전압을 나타내는 배터리 전압을 기 설정 값보다 상승시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어 제3 단계는 기 설정된 목표 전압을 10.7V에서 12.5V로 상승시킬 수 있다. 이 경우 ECU 는 1.5V/S의 추종 속도를 이용하여 알터네이터의 전압을 제어할 수 있다.
제4 단계는 상술한 제1 단계 내지 제3 단계의 과정을 통해 상승된 배터리 목표 전압으로 알터네이터 발전 지연에 따른 배터리 저전압으로 전장품의 동작 제한 및 DTC발생 등을 방지할 수 있는지 테스트하는 단계이다. 본 발명의 실시예에 있어 제4 단계는, 배터리 전압이 12.5V 이상의 상태로 제어시간 7초 이상의 작동을 만족하는지 확인하여 이를 만족하면 정상 제어로 판단하는 단계이다. 또한 제4 단계를 만족하지 않는 경우 제3 단계로 돌아가 차량의 정상 제어를 위한 목표 전압 상승을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 로직 흐름도의 세부 구성을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 제1 단계의 구성 성분의 만족 여부를 AND 게이트로 구성하여 확인하고, 이 결과 값을 이용하여 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO : Low voltage Excitation On)의 수행을 결정할 수 있다. 그리고, 제2 단계의 구성 성분의 만족 여부를 AND 게이트로 연결시켜 확인하고, 만족여부에 따라 ECU에서 제3 단계의 진행 여부를 결정할 수 있다.
마지막으로 ECU는, 제3 단계의 진행여부를 알터네이터로 피드백하여 알터네이터의 FULL발전을 위한 목표 전압 상향 및 추종 속도 증가를 제어하여 최종적으로 배터리 저전압에 따른 문제를 해결할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 알터네이터의 발전 제어 방법에 있어서,
    차량의 크랭킹 이후 상기 알터네이터의 듀티 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제1 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제1 단계;
    상기 제1 단계를 만족하는 경우 상기 알터네이터의 저전압 강제 발전 기능(LEO: Low voltage Excitation On)을 수행하고 상기 차량의 엔진 시동 RPM 및 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제2 지속시간 이상 작동하는지 판단하는 제2 단계; 및
    상기 제2 단계를 만족하는 경우 상기 알터네이터의 무발전 전압을 나타내는 배터리 전압을 기 설정 값보다 상승시키는 제3 단계;를 포함하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계 이후,
    상기 배터리 전압이 일정 범위 내에서 기 설정된 제어 시간 이상 작동하는지 판단하는 제4 단계;를 포함하고,
    상기 제4 단계를 만족하는 경우 상기 제1 단계 이전으로 돌아가 상기 차량을 정상 제어하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단계를 만족하지 않는 경우 상기 차량의 크랭킹의 재시도를 수행하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 단계를 만족하지 않는 경우 기존과 같은 배터리 전압으로 상기 알터네이터의 무발전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제4 단계를 만족하지 않는 경우 상기 제3 단계를 재수행하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 저전압 강제 발전기능을 이용한 배터리 전압 제어 방법.
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