KR101876027B1

KR101876027B1 - 친환경 차량의 ｌｄｃ 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101876027B1
Application number: KR1020160069670A
Authority: KR
Inventors: 이호중; 신동준; 최원경; 박준연; 손기봉; 성현욱; 김지헌; 류창렬; 장희숭
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2018-07-06
Also published as: CN107465218A; US20170349047A1; CN107465218B; KR20170137480A; US10377237B2

Abstract

본 발명은 친환경 차량의 LDC 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 각 제어기의 우선순위를 정하고, 각 제어기를 우선순위에 따른 오름차순으로 직렬로 연결한 후 각 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC의 지령전압을 결정함으로써, 우선순위가 높은 제어기가 동작하더라도 우선순위가 낮은 제어기의 동작을 정지시키지 않아도 되도록 하여 상태천이 시 발생하는 순간적인 과전류에 의한 전장부하의 성능 저하를 방지할 수 있는 친환경 차량의 LDC 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 친환경 차량의 LDC 제어 장치에 있어서, LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정하는 제1 제어기; 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정하는 제2 제어기; 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 제3 제어기; 및 제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정하는 지령전압 결정기를 포함한다.

Description

친환경 차량의 ＬＤＣ 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING LDC IN GREEN CAR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 친환경 차량의 LDC 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변전압제어기, LDC(Low DC-DC Converter) 출력단 전압강하 보상 제어기, 보조배터리 충전전류제한 제어기, LDC 출력전류 제한 제어기를 우선순위에 따라 오름차순으로 직렬 연결한 후 친환경 차량의 LDC를 제어하는 기술에 관한 것이다.

본 발명에서 친환경 차량은 친환경 차량은 고전압 배터리를 이용하여 전기모터를 구동시켜 주행하는 차량으로서, HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함한다.

종래의 LDC 제어 장치는 연비, 부하 성능, 보조배터리의 보호 목적에 따라 가변전압제어기를 통해 지령전압을 결정하고, LDC 출력단 전압강하 보상 제어기를 통해 가변전압제어기에 의해 결정한 지령전압이 보조배터리의 단자전압과 일치하도록 제어한다.

이러한 가변전압제어기와 LDC 출력단 전압강하 보상 제어기는 LDC 정상 동작 상태에서는 상시 동작하지만, 보조배터리의 과충전 방지를 위한 충전전류 제한 상황에서는 동작을 정지하고, 보조배터리 충전전류 제어기만 동작하여 LDC 지령전압을 결정하고 충전전류를 제한한다.

또한, LDC 출력전류 제한 상황에서는 가변전압제어기와 LDC 출력단 전압강하 보상 제어기 및 보조배터리 충전전류 제어기가 모두 동작을 정지하고, LDC 출력전류제한 제어기만 동작하여 LDC 지령전압을 결정한다.

상기와 같이 특정 상태에서 제어기(로직)의 동작이 정지하였을 경우, 상태 천이시 LDC 전압이 순간적으로 변경되어 순간적인 과전류 또는 전장부하 성능 변동에 따른 고객 클레임 증가 등의 문제가 발생할 수 있다.

결국, 종래의 LDC 제어 장치에서 가변전압제어기, LDC 출력단 전압강하 보상 제어기는 LDC 정상 동작 상태에서는 상시 동작하지만, 보조배터리 충전전류제한 제어기가 동작하는 경우에는 동작을 정지하며, LDC 출력전류 제한 제어기가 동작하는 경우에는 가변전압제어기와 LDC 출력단 전압강하 보상 제어기는 물론 보조배터리 충전전류제한 제어기까지도 동작을 정지하기 때문에, 각 제어기의 상태천이 시 LDC 전압이 순간적으로 변경되어 순간적인 과전류를 발생시켜 전장부하의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

대한민국등록특허 제10-1534972호

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 각 제어기의 우선순위를 정하고, 각 제어기를 우선순위에 따른 오름차순으로 직렬로 연결한 후 각 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC의 지령전압을 결정함으로써, 우선순위가 높은 제어기가 동작하더라도 우선순위가 낮은 제어기의 동작을 정지시키지 않아도 되도록 하여 상태천이 시 발생하는 순간적인 과전류에 의한 전장부하의 성능 저하를 방지할 수 있는 친환경 차량의 LDC 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 친환경 차량의 LDC 제어 장치에 있어서, LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정하는 제1 제어기; 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정하는 제2 제어기; 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 제3 제어기; 및 제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정하는 지령전압 결정기를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 친환경 차량의 LDC 제어 방법에 있어서, 제1 제어기가 LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정하는 단계; 제2 제어기가 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정하는 단계; 제3 제어기가 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 단계; 및 지령전압 결정기가 제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, 각 제어기의 우선순위를 정하고, 각 제어기를 우선순위에 따른 오름차순으로 직렬로 연결한 후 각 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC의 지령전압을 결정함으로써, 우선순위가 높은 제어기가 동작하더라도 우선순위가 낮은 제어기의 동작을 정지시키지 않아도 되어 상태천이 시 발생하는 순간적인 과전류에 의한 전장부하의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LDC 제어 구조를 개선하여 상태 천이에 의한 이상 동작을 방지할 수 있고, 아울러 정확한 제어 게인 선정이 가능해져 친환경 차량의 연비를 향상시키는 것은 물론 보조 배터리를 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 보조배터리 충전전류제한 제어기를 충전전류제어기로 변경 적용하여 보조배터리 전류제어를 이용한 연비 아이템 개발을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치의 일실시예 회로도,
도 3 은 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치가 LDC를 제어한 결과를 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치에 대한 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치는, 제1 제어기(100), 제2 제어기(200), 제3 제어기(300), 제4 제어기(400), 및 지령전압 결정기(500)를 포함한다.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 제1 제어기(100)는 가변전압제어기로서 연비, 부하성능, 보조 배터리(일례로 리튬 배터리)의 보호 목적에 따라 LDC(600)의 초기 지령전압을 결정한다.

다음으로, 제2 제어기(200)는 LDC 출력단 전압강하 보상 제어기로서, 제1 제어기(100)에 의해 결정된 초기 지령전압이 보조 배터리의 단자전압과 일치되도록 하는 보상전압을 결정한다.

이러한 제1 제어기(100)와 제2 제어기(200)는 LDC가 동작하는 동안에는 상시 동작한다.

다음으로, 제3 제어기(300)는 보조 배터리의 충전전류를 제한한다. 일례로, 온도가 44℃ 이상 49℃ 미만이면 보조 배터리의 충전전류를 60A로 제한하고, 온도가 49℃ 이상 54℃ 미만이면 보조 배터리의 충전전류를 20A로 제한하며, 온도가 54℃ 이상 55℃ 미만이면 보조 배터리의 충전전류를 10A로 제한하고, 온도가 55℃ 이상이면 보조 배터리의 충전전류를 60A로 제한한다. 이는 온도만을 고려하여 보조 배터리의 충전전류를 제한하는 일례로서, 일반적으로 널리 알려진 다양한 방식을 통해 보조 배터리의 충전전류를 제한할 수 있다.

이러한 제3 제어기(300)는 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력한다.

다음으로, 제4 제어기(400)는 일례로 하기의 [표 1]을 통해 LDC의 출력전류를 제한한다.

	180	190	200	220
13.8	×	×	×	140
13.6	×	×	129	135
13.2	×	70	120	134
13.0	×	50	110	133
12.8	30	46	95	130

[표 1]에서 가로축은 고전압 배터리(미도시)로부터 LDC로 입력되는 전압을 나타내고, 세로축은 LDC의 출력전압을 나타낸다. 예를 들어, LDC의 입력전압이 200V이고, LDC의 출력전압이 13V인 경우에 LDC의 출력전류는 110A로 제한한다.

이러한 제4 제어기(400)는 LDC의 출력 제한전류에 상응하는 전압을 출력한다.

다음으로, 지령전압 결정기(500)는 일종의 가감산기로서, 제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압 및 제4 제어기의 출력전압을 합산 또는 감산하여 LDC 최종 지령전압을 결정한다.

이하, 도 2를 참조하여 지령전압 결정기(500)가 최종 지령전압을 결정하는 과정에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치의 일실시예 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 제어기(100)는 초기 지령전압(V_REF*)이 급격히 변하는 것을 방지하기 위해 변화율을 제한하는 비율 제한기(Rate Limiter)(110)를 포함한다. 이러한 비율 제한기(110)는 초기 지령전압이 초당 기준치를 초과하여 변하지 않도록 제한한다.

제2 제어기(200)는 LDC의 출력전압(V_O _{_} _LDC)에서 보조 배터리의 전압(V_BAT)을 빼는 감산기(210)와, 감산기(220)에 의해 감산된 결과를 PI(Proportional Integral) 제어하는 PI 로직(220)을 포함한다.

제3 제어기(300)는 보조 배터리의 충전 제한전류(I_BAT _{_LIMIT})의 변화율을 제한하는 비율 제한기(310)와, 비율 제한기(310)로부터 출력되는 전류에서 보조 배터리의 전류(I_BAT)를 빼는 감산기(320)와, 감산기(320)에 의해 감산된 결과를 PI 제어하는 PI 로직(330)을 포함한다.

제4 제어기(400)는 LDC의 출력 제한전류(I_O _{_LIMIT})의 변화율을 제한하는 비율 제한기(410)와, 비율 제한기(410)로부터 출력되는 전류에서 LDC의 출력전류(I_{O_LDC_LPF})를 빼는 감산기(420)와, 감산기(420)에 의해 감산된 결과를 PI 제어하는 PI 로직(430)을 포함한다. 아울러, PI 내부 변수로서 'Anti-Windup Limit' 값은 LDC 출력 제한전류에서 LDC 출력전류(센싱 값)를 뺀 결과값으로 설정하는 것이 바람직하다.

이때, 제3 제어기(300)의 동작주기가 제2 제어기(200)의 동작주기보다 빠르고, 제4 제어기(400)의 동작주기가 제3 제어기(300)의 동작주기보다 빠르다.

지령전압 결정기(500)는 합산기(510)와 제1 감산기(520) 및 제2 감산기(530)를 포함한다.

합산기(510)는 제1 제어기(100)로부터의 초기 지령전압과 제2 제어기(200)로부터의 보상전압을 합산한다. 이렇게 합산된 결과는 초기 지령전압에 전압강하보상 로직이 적용된 전압(V_{BAT_COMP}*)이 된다.

제1 감산기(520)는 합산기(510)에 의해 합산된 결과(V_BAT _{_COMP})에서 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 뺀다. 이렇게 감산된 결과는 보조 배터리의 충전전류 제한 로직이 적용된 전압(V_{BAT_LIMITED}*)이 된다.

제2 감산기(530)는 제1 감산기(520)에 의해 감산된 결과(V_BAT _{_LIMITED}*)에서 LDC 출력 제한전류에 상응하는 전압을 뺀다. 이렇게 감산된 결과는 LDC 출력전류 제한 로직이 적용된 전압으로서 최종 지령전압(V_CMD _{_} _LDC*)이 된다. 이때, 제2 감산기(530)가 LDC 출력 제한전류에 상응하는 전압을 입력받지 못하면, 제1 감산기(520)의 출력전압(V_{BAT_LIMITED}*)이 최종 지령전압이 된다.

한편, 제1 감산기(520)가 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 입력받지 못하고, 아울러 제2 감산기(530)가 LDC 출력전류 제한 로직이 적용된 전압을 입력받지 못하면, 합산기(510)의 출력전압(V_BAT _{_COMP}*)이 최종 지령전압이 된다. 즉, 평상시에는 합산기(510)의 출력전압(V_BAT _{_COMP}*)이 최종 지령전압이 되지만, 보조 배터리의 충전전류를 제한하는 경우에는 제1 감산기(520)의 출력전압(V_BAT _{_LIMITED}*)이 최종 지령전압이 되고, LDC 출력전류를 제한하는 경우에는 제2 감산기(530)의 출력전압(V_{CMD_LDC}*)이 최종 지령전압이 된다.

이러한 본 발명은 지령전압 결정기(500)를 매개로 하여 제1 제어기(100), 제2 제어기(200), 제3 제어기(300), 제4 제어기(400)를 순차적으로 연결함으로써, 우선순위가 낮은 제어기의 동작 여부에 상관없이 우선순위가 높은 제어기에 의해 LDC가 제어되도록 한다. 이는 도 3을 통해 입증된다.

도 3 은 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 장치가 LDC를 제어한 결과를 나타내는 일예시도로서, 보조 배터리(일례로, 리튬 배터리)의 충전전류를 제한하는 경우를 나타낸다.

시험조건은 입력전압 240V, 부하 10A, 보조 배터리 CAN 송신 100ms, 보조 배터리 내부저항 10mΩ이다. 아울러, 지령전압은 15.1V이고, 충전 제한전류는 20A이다.

도 3을 통해 알 수 있듯이, 지령전압 15.1V 대비 충전전압이 14.94V로 제한되었고, 제어기 안정화 시간은 11.65s이고, 보조 배터리의 충전 제한전류는 20A로 정상적으로 제어되었다.

도 4 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

먼저, 제1 제어기(100)가 LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정한다(401).

이후, 제2 제어기(200)가 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정한다(402).

이후, 제3 제어기(300)가 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력한다(403).

이후, 지령전압 결정기(500)가 제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정한다(404).

도 5 는 본 발명에 따른 친환경 차량의 LDC 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.

먼저, 제1 제어기(100)가 LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정한다(501).

이후, 제2 제어기(200)가 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정한다(502).

이후, 제3 제어기(300)가 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력한다(503).

이후, 제4 제어기(400)가 LDC의 출력 제한전류에 상응하는 전압을 출력한다(504).

이후, 지령전압 결정기(500)가 제1 제어기(100)의 출력전압과 제2 제어기(200)의 출력전압과 제3 제어기(300)의 출력전압 및 제4 제어기(400)의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정한다(505).

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100 : 제1 제어기
200 : 제2 제어기
300 : 제3 제어기
400 : 제4 제어기
500 : 지령전압 결정기

Claims

LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정하는 제1 제어기;
초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정하는 제2 제어기;
보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 제3 제어기; 및
상기 결정된 초기 지령전압과 상기 결정된 보상전압을 합산하고, 상기 합산된 결과에서 제3 제어기의 출력전압을 뺀 결과를 LDC 지령전압으로 결정하는 지령전압 결정기
를 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 지령전압 결정기는,
초기 지령전압에 보상전압을 합산하는 합산기; 및
합산기에 의해 합산된 결과에서 제3 제어기의 출력전압을 빼는 감산기
를 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
제3 제어기의 동작주기가 제2 제어기의 동작주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
LDC의 출력 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 제4 제어기
를 더 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
제4 제어기의 동작주기가 제3 제어기의 동작주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 지령전압 결정기는,
제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압 및 제4 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 지령전압 결정기는,
초기 지령전압에 보상전압을 합산하는 합산기;
합산기에 의해 합산된 결과에서 제3 제어기의 출력전압을 빼는 제1 감산기; 및
제1 감산기의 감산 결과에서 제4 제어기의 출력전압을 빼는 제2 감산기
를 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 제어기는,
온도에 따라 보조 배터리의 충전전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 장치.
제1 제어기가 LDC(Low DC-DC Converter)의 초기 지령전압을 결정하는 단계;
제2 제어기가 초기 지령전압을 보조 배터리의 단자전압과 일치시키는 보상전압을 결정하는 단계;
제3 제어기가 보조 배터리의 충전 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 단계; 및
지령전압 결정기가 상기 결정된 초기 지령전압과 상기 결정된 보상전압을 합산하고, 상기 합산된 결과에서 제3 제어기의 출력전압을 뺀 결과를 LDC 지령전압으로 결정하는 단계
를 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
제3 제어기의 동작주기가 제2 제어기의 동작주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
제4 제어기가 LDC의 출력 제한전류에 상응하는 전압을 출력하는 단계
를 더 포함하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
제4 제어기의 동작주기가 제3 제어기의 동작주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 지령전압 결정 단계는,
제1 제어기의 출력전압과 제2 제어기의 출력전압과 제3 제어기의 출력전압 및 제4 제어기의 출력전압에 기초하여 LDC 지령전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 지령전압 결정 단계는,
초기 지령전압에 보상전압을 합산하고, 상기 합산된 결과에서 제3 제어기의 출력전압을 빼고, 상기 뺀 결과에서 제4 제어기의 출력전압을 뺀 결과를 LDC 지령전압으로 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 LDC 제어 방법.