KR20070079029A - 배터리 상태를 연산하기 위한 방법과 장치 및 차량의 전원전압을 제어하기 위한 장치 - Google Patents

배터리 상태를 연산하기 위한 방법과 장치 및 차량의 전원전압을 제어하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전기(7, 7A)로부터 연장되어 배터리(battery)(1)와 전기 부하(L)를 접속하는 전원 라인(5) 상의 전원 전압(VL)을 제어하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 차량(VE)에 장착되어 있고, 검출 장치(6, 6A), 연산기(calculator)(3) 및 제어기(2, 7B)를 포함한다. 검출 장치(6, 6A)는 배터리의 전압과 전류의 쌍을 검출한다. 연산기(3)는 검출된 전압과 전류의 쌍 및 전원 전압에 대한 목표 전압에 기초하여 제어 전류를 연산한다. 전압과 전류의 쌍은 배터리의 내부 저항 및/또는 회귀선을 연산하기 위해 이용된다. 제어기(2, 7B)는 전원 전압이 목표 전압으로 제어되도록 제어 전류에 기초하여 배터리의 충방전 전류(charge and discharge current)를 제어한다.
차량, 배터리 상태 연산, 전원 전압 제어, 검출 장치, 목표 전압, 충전, 방전

Description

배터리 상태를 연산하기 위한 방법과 장치 및 차량의 전원 전압을 제어하기 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALCULATING BATTERY STATE AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER VOLTAGE IN VEHICLE}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전원 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도2는 제1 실시예에 있어서 배터리 제어기에 의해 수행되는 처리를 도시한 흐름도.
도3은 배터리 제어기에 있어서 배터리의 전압과 전류의 샘플링 및 연산을 도시한 흐름도.
도4 - 도6은 각각 제1 실시예에 있어서 배터리 제어기에 의해 수행되는 처리를 도시한 흐름도.
도7은 회귀선의 시프트 동작을 도시한 그래프.
도8은 제1 실시예의 변형예에 따른 차량용 전원 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도9 및 도10은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 제어기에 의해 수행되는 처리를 도시한 흐름도.
도11 및 도12는 제2 실시예에서 선택되는 미리 셋팅되어 판단된 다양한 회귀선을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 배터리 2: 양방향 전류 제어기
3: 연산기(배터리 제어기) 5: 전원 라인
7, 7A: 발전기
본 발명은 차량에 장착되는 2차 전지(secondary battery)(충전지)의 내부 상태(예를 들어, 충전 상태)를 나타내는 물리량을 연산하기 위한 방법과 장치 및 차량의 전원 전압을 제어하는 장치에 관한 것이고, 특히 배터리로부터 검출된 복수의 전압/전류 데이터 쌍을 이용하여 연산을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
보통 차량용 배터리 시스템은 납 배터리와 같은 2차 전지를 이용한다. 이러한 배터리에 있어서는, 용량(capacity) 관리 및 안전(safety) 관리를 위하여 그 내부 충전 상태를 추정하는 것이 요구된다. 종래, 이러한 목적으로, 다양한 종류의 장치가 제공되었으며, 이들은 배터리의 내부 충전 상태를 나타내는 물리량을 추정한다. 예를 들어, 이러한 물리량은 배터리의 전압, 전류, 잔존 용량, 개방-회로 전 압 및 내부 저항이 될 수 있으며, 이들은 후술되는 설명에 있어서 "배터리-상태량"으로 언급된다.
이러한 추정 장치들은 공통의 구성을 갖는다. 즉, 샘플링된 다수의 전압과 전류의 데이터 쌍은 배터리로부터의 입력 파라미터로서 측정되고, 샘플링된 데이터 쌍은 전압과 전류 사이의 관계를 추정하기 위해 이용되며, 이 관계는 배터리-상태량을 추정하기 위한 것이다.
그러나, 전압과 전류 사이의 관계는, 이 관계에 영향을 미치는 많은 물리적 현상이 존재함에 따라, 간단히 선형으로 정의될 수 없다. 이러한 현상으로는, 배터리의 잔존 용량, 온도, 열화 정도 및 분극(polarized) 정도가 있다.
전압과 전류 사이의 관계를 추정하기 위한 종래의 방법 중 하나로서 회귀선을 이용하는 것이 있다. 구체적으로, 2차원 좌표에서 전압(V) 및 전류(I)를 도시하기 위해, 샘플링된 다수의 전압/전류 데이터 쌍이 이용되어, 좌표에서 회귀선이 생성된다. 이 회귀선은 입력되는 전압값에 대응하는 전류값을 추정하거나 입력되는 전류값에 대응하는 전압값을 추정하기 위해 이용된다. 이러한 방법은 현재 널리 이용되고 있는 "회귀선 이용방법"으로서 알려져 있다. 회귀선의 기울기는 배터리 내부 저항값을 의미한다.
또한, 다른 방법들도 제안되었으며, 이들은 예를 들어 일본특허공개공보 제9-243716호 및 제2003-249271호에 개시되어 있다. 이 공보들은, 샘플링된 다수의(즉, 복수의) 전압/전류의 데이터 쌍 및 다른 배터리-상태량(예를 들어, 온도 및 운전 시간)을 뉴럴 네트워크(neural network)에 적용함으로써, 출력 파라미터의 역 할을 하는 일부 배터리-상태량(예를 들어, SOC 및 SOH)을 추정하는 방법을 제안한다. 이러한 방법은 "뉴럴 네트워크 연산방법"으로서 언급된다.
그러나, 종래의 회귀선 이용방법 및 뉴럴 네트워크 연산방법은 둘 다 여전히 여러 어려움에 직면하고 있다. 회귀선 이용방법이 이용되는 경우, 배터리-상태량의 추정 결과는 큰 에러를 갖는다. 이는 샘플링된 다수의 전압/전류의 쌍의 좌표가 2차원 좌표 공간에서 넓게 분산된다는 사실 때문이다. 결과적으로, 좌표의 분산은 추정되는 회귀선의 정확성을 저하시키게 된다.
한편, 전술된 뉴럴 네트워크 연산방법을 이용하기 위해서는, 회귀선 이용방법이 이용되는 경우와 비교하여, 프로세서에 로드되는 연산량이 현격하게 증가한다. 물론, 프로세서 자체의 크기가 커지게 된다. 그럼에도 불구하고, 이 방법은 아직까지 완전히 만족스러운 결과를 생성하지 못하였다.
그리고, 배터리에서 전원 전압(배터리 전압)의 제어와 내부 충전 상태의 변화 사이에는, 해결되어야 하는 다른 어려움이 존재한다. 차량용 전원 시스템에 있어서, 전원 전압의 큰 변동은 다양한 문제를 야기하게 되며, 예를 들어, 부하 동작의 불안정, 헤드라이트의 깜빡거림 및 배터리 수명 감소를 야기하게 된다. 따라서, 부하량 변화에 관계없이, 전원 전압(배터리 전압)을 안정화시키는 것이 강하게 요구된다. 종래의 차량에 있어서는, 일반적으로 피드백 제어가 수행되어, 검출된 전원 전압값과 목표 전압값 사이의 차가 0에 수렴하게 된다. 그러나, 이 피드백 방식으로 제어되는 전원 전압은 배터리 내부 상태의 변화를 야기하게 되며, 그에 따라, 전원 전압의 헌팅(hunting) 및/또는 제어의 지연을 초래하게 된다. 따라서, 전원 전압의 갑작스러운 변화에 대응하여 전원 전압을 안정화하는 제어가 수행될 수 없다.
본 발명은 상기 관점에서 완성되었고, 차량에 장착된 배터리의 내부 상태를 나타내는 전기량을 연산하는데 있어서 정확성을 향상시키고, 차량의 전원 전압을 빠르고 안정되고 정확한 방식으로 제어하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위하여, 일양태로서, 본 발명은 발전기(7, 7A)로부터 연장되어 배터리(1)와 전기 부하(L)를 접속하는 전원 라인(5) 상의 전원 전압(VL)을 제어하기 위한 장치를 제공하며, 이 장치는 차량(VE)에 장착되어 있고, 이 장치는, 배터리의 전압과 전류의 쌍을 검출하는 검출 장치(6, 6A); 검출된 전압과 전류의 쌍 및 전원 전압에 대한 목표 전압에 기초하여 제어 전류를 연산하는 연산기(3); 및 전원 전압이 목표 전압으로 제어되도록 제어 전류에 기초하여 배터리의 충방전 전류를 제어하는 제어기(2, 7B)를 포함한다.
다른 양태로서, 본 발명은 차량에 장착된 배터리(1)의 상태를 나타내는 전기량을 연산하기 위한 장치를 제공하며, 이 배터리는 라인(5)을 통하여 발전기(7, 7A) 및 전기 부하(L)에 접속되어 있고, 상기 장치는, 배터리의 전압과 전류의 쌍을 검출하는 검출 장치(6, 6A); 및 전압과 전류의 쌍에 기초하여 제1 회귀선을 연산하고, 제1 회귀선이 충분한지 여부를 판정하며, 제1 회귀선이 충분하지 않은 것으로 판정되면, 검출 장치를 통하여 측정되는 전압과 전류의 쌍에 기초하여 제1 회귀선 을 제2 회귀선으로 시프트하고, 제2 회귀선에 기초하여 전기량을 연산하도록 구성된 연산기(3)를 포함한다.
또다른 양태로서, 본 발명은 차량(VE)에 장착된 배터리의 상태를 나타내는 전기량을 연산하는 방법을 제공하며, 여기서 배터리는 라인(5)을 통하여 발전기(7, 7A) 및 전기 부하(L)에 접속되어 있고, 상기 방법은, 배터리가 방전 상태 또는 충전 상태에 있는지를 판정하는 단계; 배터리가 방전 상태 또는 충전 상태에 있는지에 의존하여 미리 준비된 복수 종류의 회귀선으로부터, 판정하는 단계에 의해 판정된 결과에 의존하여 하나의 회귀선(RG1, RG2, RG3 또는 RG4)을 선택하는 단계; 및 선택된 하나의 회귀선을 이용하여 전기량을 연산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 일례로서, 배터리의 상태를 나타내는 전기량은 회귀선에 기초하여 연산된다. 이 경우, 회귀선은 광범위하게 해석되어야 한다. 즉, "회귀선"이라는 용어는 회귀선 자체를 정의하는 배터리 내부 저항과 같은 특성 함수를 포함한다.
이제 본 발명에 따른 차량용 전원 시스템의 다양한 실시예들이 도면을 참조하여 설명된다.
(제1 실시예)
도1 - 도7을 참조하면, 차량용 전원 시스템의 제1 실시예가 도시되어 있다. 이 차량용 전원 시스템은 본 발명에 따른 배터리-상태량 연산 방법에 기초하여 구 성되어 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 차량(VE)은 본 실시예에 따른 차량용 전원 시스템을 구비하고 있다. 이 시스템은 본 발명에 따른 제어 장치와 연산 장치 둘 다를 기능적으로 실현한다.
이 차량용 전원 시스템에는, 배터리(1), 양방향 전류 제어기(2), 배터리 제어기(3) 및 차량용 ECU(electronic control unit)(4)가 제공된다. 배터리(1)는 양방향 전류 제어기(2)를 통하여 전원 라인(5)과 전기적으로 접속되어 있고, 또한 전원 라인(5)을 통하여 차량용 전기 부하(L) 및 차량용 발전기(G)(7)와 접속되어 있다. 또한, 현재 차량용 전원 시스템에는, 배터리(1)에 대한 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 센서(6)가 제공된다. 충방전 전류(I)는 경로(6A)를 통하여 제어기(3)에 공급된다. 또한, 전원 라인(5) 상의 전압인 전원 전압(VL)도 제어기(3)에 공급된다. 제어기(3)는 차량용 ECU(4)로부터 전원 전압(VL)에 대한 목표 전압(Va)(전원 전압(VL)이 제어되어야 하는 "제어 전압"으로도 언급됨)을 받는다.
즉, 입력 파라미터인 배터리(1)의 전압(V) 및 전류(I) 신호, 전원 전압(VL) 및 목표 전압(Va)은 마이크로컴퓨터에 내장된 제어기(3)에서 이용된다. 따라서, 제어기(3)는 양방향 전류 제어기(2)를 통하여 배터리(1)에 대한 충방전 전류를 제어하기 위해 목표값(Va)을 이용한다. 이러한 제어는 전원 전압(VL)이 목표값(Va)으로 수렴하도록 하고, 결과적으로 전원 전압(VL)이 안정적으로 제어되도록 초래한다(즉, 전원-전압 안정화 제어).
양방향 전류 제어기(2)는 스위칭 소자가 제공되는 회로 내에 형성되며, 여기 서 스위칭 소자는 스위칭 제어 방식으로 제어되어, 결과적으로 배터리(1)에 대한 충방전 전류를 제어 전류(Is)로 제어하게 된다.
다음의 설명에 있어서, 배터리(1)에 대한 충방전 전류가 양방향 전류 제어기(2)의 동작 하에 제어됨에 따라, 이 충방전 전류는 "제어 전류(Is)(즉, 배터리에 대한 전류의 목표값)"로도 언급되며, 이는 "제어 전압(Va)(즉, 전원 전압에 대한 목표값)"과 쌍을 이룬다.
이제 도2를 참조하여, 전원-전압 안정화 제어를 실현하기 위한 동작이 설명되며, 이는 배터리 제어기(3)에 의해 수행된다.
우선, 배터리 제어기(3)는 배터리(1)의 전압(V)과 전류(I) 신호(샘플링된 전압/전류 데이터 쌍), 제어 전압(Va) 및 전원 라인(5) 상의 전압인 실제 전원 전압(VL)을 읽어낸다(단계(S1)). 다음으로, 배터리 제어기(3)는 배터리(1)의 전압과 전류 사이의 관계에 대하여 제어 전압값(Va)을 적용하고, 제어 전압(Va)에 대응하는 제어 전류(Is)를 연산한다(단계(S2)). 여기서, 이 관계는 제어기(3)에 미리 기억되어 있거나 또는 전류 처리에서 생성된다. 배터리 제어기(3)는 연산된 제어 전류(Is)를 양방향 전류 제어기(2)에 제공한다(단계(S3)). 이에 응답하여, 양방향 전류 제어기(2)는 제어 전류(Is)에 대한 스위칭 제어를 수행하여, 그 결과 배터리(1)에 대한 충방전 전류는 제어 전류(Is)로 제어된다.
그리고 나서, 배터리 제어기(3)는 차량이 그 주행 동작을 종료했는지 여부를 판정한다(단계(S4)). 판정이 "예"이면, 즉 차량 주행이 정지되었다면, 처리는 종료되며, 판정이 "아니오"이면, 즉 차량이 여전히 주행 동작 중이라면, 배터리 제어 기(3)의 처리는 단계(S1)로 리턴된다(returned).
또한, 배터리 제어기(3)는, 전술된 제어 전류(Is)를 연산하기 위한 함수를 얻기 위하여, 소정의 간격으로 수행되거나 또는 소정의 배터리 상태에서 수행되는 인터럽트 루틴을 제공받는다. 이러한 간격은 도3에서 연산 타이밍으로서 예시되어 있으며, 여기서 패턴 A(도3a) 및 패턴 B(도3b)는 연산 타이밍(즉, 도2에 도시된 인터럽트 루틴을 수행하기 위한 타이밍)과 함께 전압과 전류 데이터 쌍을 샘플링하는(즉, 취득하는) 간격을 예시한다. 도3에 패턴 A 및 B로 도시된 바와 같은, 데이터 취득 및 연산을 위한 타이밍 스킴은 간단한 예이며, 타이밍 스킴은 다른 여러 방식으로 개발될 수도 있다.
도2에 도시된 인터럽트 루틴은 제어 전류(Is)를 연산하기 위한 함수를 선택하기 위한 입력 정보를 이용하도록 설계되며, 이 함수는 보다 작은 연산 에러를 갖도록 셋팅되어 있다. 따라서, 구체적으로, 단계(S2)에서의 처리는 인터럽트 루틴에 의해 선택되는 제어 전류값(Is)을 읽어내는 처리이다.
이제 도4를 참조하여, 단계(S2)에서 수행되는, 제어 전류(Is)를 연산하는 방법이 설명된다. 또한, 이 처리는 소정의 간격으로 반복해서 수행된다.
이 연산은 복수의 연산 함수(즉, 제어 전류(Is)를 연산하기 위한 공식), 즉 회귀 공식에 의해 정의되는 회귀선을 이용하여 이루어진다. 상황에 의존하여, 연산 함수들 중 바람직한 하나의 함수가 선택되고, 선택된 함수는 제어 전류(Is)의 연산에 이용된다. 그리고, 새로운 연산 함수의 연산은, 단지 샘플링된 전압/전류의 쌍의 현재값을 추가하는 것 이외에, 배터리 상태에 의존하는 과거의(past) 연산 함수 의 수정을 포함한다.
도4에 도시된 바와 같이, 정기적인 인터럽트 방식에 있어서, 연산 루틴은 엔진 스타터의 시동에 응답하여 개시된다. 스타터가 주행하도록 시동되면, 배터리(1)에 대한 전류는 단기간 동안 크게 변동하며, 이 시간 동안 샘플링된 다수의 전압/전류 데이터 쌍이 측정된다(단계(S101)). 다음으로, 엔진 시동 기간 동안 측정된 이 데이터 쌍은 배터리(1)의 내부 저항(R)을 연산하는데 이용되며 이 내부 저항(R)은 기억된다(단계(S102)).
이제 단계(S102)에서의 내부 저항(R)의 연산이 도5를 참조하여 보다 상세히 설명된다. 또한, 이 연산은 배터리 제어기(3)에 의해 수행된다.
샘플링된 다수의 전압/전류 데이터 쌍에는 우선 평균화가 가해되고, 그 결과, 데이터에서 야기되어 데이터에 수반되는 노이즈 성분이 제거 또는 감소된다(단계(S201)). 그리고 나서, 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍은 배터리(1)의 내부 저항(R)을 연산하기 위해 준비된다(단계(S202)). 구체적으로, 연산에 할당되는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍은, 유입 전류가 최초로 스타터로 흘러들어가는 경우 측정되는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍으로부터 선택된다. 연산에 할당되는 이 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍은, 유입 전류 상태 이후에 야기되는 전압 하한값으로부터 전압 회복 상태가 된 경우에 수집되는 데이터로서 규정된다. 이러한 선택이 이루어지는 이유는, 데이터 측정 및 취득 동작이 안정적이고 추정된 전압(스타터, 즉 엔진의 시동 시의 전압 강하)과 실제로 측정된 전압 사이의 차가 최소가 되는, 내부 저항의 연산을 위한 전류 및 전압 범위가 제공되기 때문이다. 그리고 나서, 선 택된 전압/전류 데이터 쌍들은 알려진 연산 방법에 의해 제1 회귀선(시동 동안의 회귀선)을 생성하게 되고(단계(S203)), 제1 회귀선의 경사각은 배터리(1)의 내부 저항으로서 연산되어 기억된다(단계(S204)).
이러한 준비 후에, 차량의 주행 시작에 응답하여, 배터리 제어기(3)도 전압/전류 데이터 쌍을 샘플링하기 시작한다(도4, 단계(S103)). 다음으로, 배터리 제어기(3)는 제어 전류(Is)를 연산하는 방법을 선택하기 위한 플래그(F)가 0인지 여부를 판별한다(단계(S104)). 후술되는 설명에 있어서, 이러한 연산 방법은 제1 연산 방법으로서 언급되며, 이는 제어 전류(Is)가 내부 저항(R)에 기초하여 연산되도록 한다.
이 플래그(F)값 "0"은 제어 전류(Is)가 제1 연산 방법에 기초하여 연산된다는 것을 의미하며 이는 후술되는 단계(S105 - S107)에서 설명된다. 한편, 플래그(F)값 "1"은 제어 전류가 제2 연산 방법에 기초하여 연산된다는 것을 의미하여, 이는 후술되는 단계(S111 - S113)에서 설명된다. 이 제2 연산 방법은 제어 전류(Is)가 회귀선에 기초하여 연산되도록 한다. 플래그(F)는 루틴 처리가 시작 직후, 즉 주행 시작 직후 수행되는 초기화 프로세스에 의해 0으로 리셋된다. 따라서, 주행 시작 직후, 처리는 단계(S104)로부터 단계(S105)로 진행한다.
단계(S105)에서, 주행 중 선택된 일부 기간 동안 측정되는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍도, 단계(S102)에서와 동일한 방식으로 회귀선(즉, 주행 동안의 회귀선) 생성에 이용되고, 이 회귀선은 내부 저항(R)으로서의 그 기울기를 연산하기 위해 이용되며, 내부 저항(R) 데이터는 기억된다. 또한, 회귀선을 정확하게 추정하는 데 충분한 분산을 갖는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 측정할 수 없었다면, 시동 동안의 회귀선이 주행 동안의 회귀선으로서 이용될 수도 있다. 예를 들어, 이는 주행 동안 배터리(1)의 전류 및 전압의 변화가 덜 존재하는 경우에 성립한다.
다음으로, 배터리 제어기(3)는 차량용 ECU(4)로부터 전원 라인(5)의 전원 전압(VL)에 대한 목표값인 제어 전압(Va)을 읽어낸다(단계(S106)). 읽어낸 제어 전압(Va) 및 단계(S105)에서 연산된 내부 저항(R)은 둘 다, 배터리(1)의 충방전 전류에 대한 목표값인 제어 전류(Is)의 연산에 이용된다(단계(S107)). 얻어진 제어 전류(Is)는 제어 전류(Is)를 표현하는 명령의 방식으로 양방향 전류 제어기(2)로 보내지며, 배터리(1)의 충방전 전류는 연산된 제어 전류(Is)(목표값)으로 제어된다. 제어 전류(Is)는 다음의 공식에 따라 연산된다.
Is = (V-Va)/R
여기서, V는 제어 전류(Is)의 연산 직전에 측정되는 배터리 전압이다.
덧붙여서, 상기 공식에 있어서, 양방향 전류 제어기(2)의 내부 저항은 배터리(1)의 내부 저항보다 상대적으로 작은 값으로서 무시된다. 이는 양방향 전류 제어기(2)에 스위칭 조절기(switching regulator)가 구비되어 있다는 사실로부터 도출되며, 여기서 스위칭 조절기는 특정한 듀티(specified duty)의 모든 소정의 간격에 의존하여 선택적으로 개방/폐쇄된다. 따라서, 폐쇄 동작(전류가 흐름) 동안의 저항 손실은 무시될 만큼 작다.
그리고 나서, 배터리 제어기(3)는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 다시 측정하고, 측정된 전압(V)과 제어 전압(Va) 사이의 전압 에러(α)를 연산한다(단 계(S108)). 배터리 제어기(3)는 이 전압 에러(α)가 소정의 임계값 이하인지 여부를 판정한다(단계(S109)). 이 임계값은 허용가능한 전압 범위를 판정하기 위한 것이다.
판정이 "예"이면, 즉 "전압 에러(α) ≤ 임계값"이면, 에러가 임계값보다 작기 때문에 제어 전류(Is)를 위해 현재 이용되는 연산 방법은 적절하고, 이 연산 방법은 유지되어야 하는 것으로 인식된다. 따라서, 배터리 제어기(3)는 계속해서 플래그(F)에 0값을 주고, 그 결과 단계(S103 - S107)에서 설명된 바와 같은 주행 동안의 회귀선을 이용하는 제2 연산 방법을 계속해서 이용하게 된다(단계(S110)). 이 플래그 처리 이후, 주행이 종료되었는지 여부가 판정된다(단계(S117)). 주행이 종료되었으면, 루틴은 도시되지 않은 주요 처리로 리턴되고, 반면 주행이 계속해서 유지되어 있으면, 처리는 루틴의 단계(S103)로 리턴된다.
반면, 단계(S109)에서, 판정이 "아니오"이면, 즉 "전압 에러(α) ＞ 소정의 임계값"인 것으로 알려지면, 처리는 단계(S111 - S115)로 진행한다. 이 단계들 중, 단계(S111 - S113)는 제2 회귀선에 기초한 제어 전류(Is)를 위한 제2 연산 방법에 할당되어 있다.
구체적으로, 단계(S110A)에서, 플래그(F1)가 0인지 여부가 판정된다. 이 플래그(F1)는 다음(next) 단계(S111)가 스킵되어야(skipped) 하는지 여부를 판단하기 위해 이용된다. 따라서, 플래그(F1)가 0인 경우(단계(S110A)에서 "예"인 경우)에만, 단계(S111)의 처리가 수행된다.
단계(S111)에서, 단계(S105)에서 선택된 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍들과 상이한 데이터 쌍들도 역시, 단계(S103)에서 측정된 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍으로부터 선택되고, 그리고 나서, 선택된 전압/전류 데이터 쌍은 제2 회귀선을 연산하기 위해 이용된다. 이러한 제2 회귀선을 위해 이용되는 전압/전류 데이터 쌍은, 예를 들어, i) 연산 직전에 샘플링되는 전압/전류 데이터 쌍만의 그룹, ii) 측정되는 모든 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍 또는 iii) 배터리(1)의 현재 운전 모드와 유사하거나 동일한 배터리(1)의 운전 모드에서 이미 측정된 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍들과 같은 여러 데이터 쌍으로 구성될 수도 있다.
이러한 유사하거나 동일한 운전 모드는 충방전 전류 또는 잔존 용량의 상태에 의존하여 판단될 수도 있다. 예를 들어, 충방전 전류 상태는 4개의 상태로 구분되며, 이 4개의 상태는 충전 전류가 증가하고 있는 상태, 충전 전류가 감소하고 있는 상태, 방전 전류가 증가하고 있는 상태 및 방전 전류가 감소하고 있는 상태로 구성된다. 그리고, 현재의 충방전 전류 상태와 유사하거나 동일한 상태에 속하는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 이용하기 위하여, 상태 각각에 대해서 비교가 이루어진다. 대안적으로, 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍은, 연산된 잔존 용량이 과거에 얻어진 용량과 유사하거나 동일한, 미리 기억된 데이터로부터 이용될 수도 있다.
또한, 배터리 제어기(3)는 차량용 ECU(4)로부터 제어 전압(Va) 데이터를 읽어낸다(단계(S112)). 전술된 바와 같이, 제어 전압(Va)은 전원 라인(5) 상의 전원 전압(VL)의 목표값이다. 읽어낸 제어 전압(Va)은 단계(S111)에서 얻어진 제2 회귀선에 적용되어, 그 결과 제어 전류(Is), 즉 배터리(1)의 충방전 전류가 연산된다 (단계(S113)). 이 제어 전류(Is)는 명령 신호의 형태로 양방향 전류 제어기(2)에 보내지며, 결과적으로 배터리(1)는 제어 전류(Is)로 조정되는 충방전 전류를 갖도록 제어된다.
다음으로, 전술된 바와 동일한 방식으로, 배터리 제어기(3)는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 다시 측정하고, 측정된 전압(V)과 제어 전압(Va) 사이의 전압 에러(α)를 연산한다(단계(S114)). 배터리 제어기(3)는 이 전압 에러(α)가 소정의 임계값 이하인지 여부를 판정한다(단계(S115)).
이 판정이 "예"이면, 즉 "전압 에러(α) ≤ 임계값"이면, 에러가 임계값보다 작기 때문에 제어 전류(Is)를 위해 현재 이용되는 연산 방법은 적절하고, 이 연산 방법은 유지되어야 하는 것으로 인식된다. 따라서, 배터리 제어기(3)는 계속해서 플래그(F)에 0값을 주고, 그 결과 단계(S103, S111 - S113)에서 설명된 바와 같은 주행 동안의 회귀선을 이용하는 제2 연산 방법을 계속해서 이용하게 된다(단계(S116)). 이 플래그 처리 이후, 주행이 종료되었는지 여부가 판정된다(단계(S117)). 주행이 종료되었으면, 루틴은 도시되지 않은 주요 처리로 리턴되고, 반면 주행이 계속해서 유지되어 있으면, 처리는 루틴의 단계(S103)로 리턴된다.
또한, 상기 단계(S104)에서, 플래그(F)가 현재 1을 나타내는 것으로 판단되어도, 처리는 단계(S111 - S115)로 진행한다. 따라서, 이 경우, 처리는 "플래그(F) = 1"에 기초하여 전술된 바와 동일한 방식으로 수행되며, 이는 제2 회귀선에 기초한 제어 전류(Is)를 위한 제2 연산 방법을 나타낸다.
한편, 단계(S115)에서의 "아니오" 판정은 처리가 도6에 도시된 단계(S118)로 진행하도록 야기한다. 즉, 전압 에러(α)가 소정의 임계값보다 크면, 배터리 제어기(3)는 제2 회귀선이 더 수정되도록 요구되는 것으로 인식한다.
도6의 단계(118)에서, 회귀선을 수정하기 위하여, 단계(S111)에서 연산된 제2 회귀선은, 연산 직전 샘플링된 전압/전류의 쌍인 좌표(Vx, Ix)를 지나는 선과 평행하게 시프트된다. 시프트된 선은 제3 회귀선(간단히, 시프트된 회귀선 또는 제3 회귀선)으로서 규정된다. 즉, 전압축 또는 전류축과 평행하게 시프트하는 방식과 비교하여, 여기서 시프트된 회귀선은 최소의 시프트 거리에 의해 얻어진다.
그리고 나서, 제어 전압(Va)을 읽어내고(단계(S119)), 읽어낸 제어 전압(Va)은 수정된 제어 전류(Ia)를 연산하기 위해 시프트된 회귀선에 적용된다(단계(S120)). 이 연산은 다음의 공식에 따라 수행된다.
Is = (Vx-Va)/R + Ix
여기서, R은 제2 회귀선의 기울기이며, 이는 내부 저항(R)이 된다.
그리고 나서, 상기와 동일한 방식으로, 배터리 제어기(3)는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 다시 측정하고, 측정된 전압(V)과 제어 전압(Va) 사이의 전압 에러(α)를 연산한다(단계(S121)). 배터리 제어기(3)는 이 전압 에러(α)가 소정의 임계값 이하인지 여부를 판정한다(단계(S122)).
이 판정이 "예"이면, 즉 "전압 에러(α) ≤ 임계값"이면, 에러가 임계값보다 작기 때문에 제어 전류(Is)를 위해 현재 이용되는 연산 방법은 적절하고, 이 연산 방법은 유지되어야 하는 것으로 인식된다. 따라서, "플래그(F1) = 0"이 유지된다(단계(S122A)). 다음으로, 배터리 제어기(3)는 그 처리를 단계(S116)로 시프트한 다. 반면, 단계(S122)에서의 판정이 "아니오"이면, 즉 "전압 에러(α) ＞ 임계값"이면, 단계(S123)에서의 처리가 수행된다.
단계(S123)에서, 배터리 제어기(3)가 제3 회귀선의 기울기를 약간 수정하여, 그 결과 경사각, 즉 내부 저항(R)은, 전압 에러(α)를 소정의 값만큼 감소시키도록 변경된다. 이러한 변경은 도7에 도시되어 있다.
덧붙여서, 단계(S123)에서의 처리 이후, 플래그(F1)는 (F = 1)로 셋팅되어, 단계(S111)에서의 처리를 스킵하게 된다(단계(S123A)).
도7에서, 제2 회귀선은 직전 샘플링된 전압/전류의 쌍 좌표(Vx, Ix)를 지나는 제3 회귀선과 평행하게 시프트된다. 제어 전압(Va)은 제어 전류(Is)를 얻기 위해 제3 회귀선에 적용된다. 이 제어 전류(Is)는 배터리(1)의 실제 전류를 제어(조정)하기 위해 이용되며, 그 결과 실제 전압(Vn)이 제어 후에 측정된다. 실제 측정된 전압(Vn)이 목표값인 제어 전압(Va) 이하이면, 도7에 도시된 바와 같이, 제2 회귀선의 경사각은 제어 전류(Is)가 증가하도록 변경된다. 보다 구체적으로, 원래의 제3 회귀선 "m"의 경사각은 새로운 제2 회귀선 "m+1"에 할당되는 새로운 경사각을 갖도록 감소된다.
플래그(F1)를 이용하는 플래그 처리로 인하여, 경사각이 소정의 값 만큼 변경된 이 새로운 제3 회귀선은, 단계(S111)에서 생성된 제2 회귀선을 대신하여, 단계(S112)에서의 처리에 의해 이용된다.
반면, 실제로 측정된 전압(Vn)이 제어 전압(Va)보다 크면, 제3 회귀선의 경사각은 제어 전류(Is)가 감소하도록 변경된다. 즉, 원래의 제3 회귀선 "m"의 경사 각은 새로운 제3 회귀선 "m+1"를 갖도록 증가한다.
여기서, 경사각이 조정된 새로운 제3 회귀선 "m+1"이 생성되고, 새로운 회귀선을 나타내는 데이터는 이후에 수행되는 제어를 위해 기억된다.
변형예로서, 도6에 도시된 바와 같이, 소정의 간격으로, 제2 회귀선의 수정을 정지하는 것이 유리하다. 수정이 정지될 때마다, 단계(S112)에서의 마지막 제2 회귀선 생성 이후 샘플링된 새로운 전압/전류의 쌍이 제2 회귀선을 갱신하기 위해 이용되며, 이는 새롭고 시기적절하여, 결과적으로 현재의 주행 상태가 새롭게 갱신된 회귀선에 반영된다.
(주요 장점)
본 발명에 따른 차량용 전원 시스템에 있어서, 차량의 주행 상황에 응답하여 크게 변동하는 전원 라인(5) 상의 전원 전압(VL)은, 시간에 의존하여 조정되는 목표값으로 배터리(1)의 충방전 전류를 제어함으로써 제어된다. 이는 전원 전압이 배터리(1)의 내부 충전 상태를 고려하여 미세하고 시기적절하게 조정되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 차량의 주행 상태 동안 시간에 따라 변화하는 배터리(1)의 내부 상황의 고려 뿐만 아니라 시간에 따른 방식에 기초한 제어로 인하여, 제어는 보다 정확하게 수행될 수 있다.
또한, 실제 전원 전압과 목표 전압 사이의 차에 의존하여 발전량을 제어하는 종래의 피드백 제어와 비교하여, 상기 제어는 응답이 보다 빠르고 보다 효과적이다. 그 이유는, 전원 전압이 제어에 따라 변화하는 배터리의 내부 상태에서의 변화를 고려하여 조정되기 때문이다.
특히 본 실시예에 있어서, 전압 에러가 보다 더 큰 경우(단계(S115) 참조), 전압과 전류 사이의 관계를 나타내는 회귀선은 제2 회귀선으로부터 직전 샘플링된 전압/전류의 쌍의 좌표를 지나는 제3 회귀선으로 시프트된다(단계(S118)). 이러한 방식으로 회귀선을 수정 또는 시프트하는 것은 목표값인 제어 전류(Is)를 연산하는데 있어서 에러를 감소시킨다.
즉, 배터리의 내부 상태는 시프트된 회귀선으로 잘 반영될 수 있고, 따라서, 배터리 상태는 크게 감소한 연산 에러를 갖고 매우 정확하게 연산된다.
또한, 회귀선은 갱신될 수 있다. 연산 에러가 임계값, 즉 허용가능한 범위보다 크면, 현재 이용되는 회귀선의 연산을 위해 이용되는 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍과는 상이한 데이터 쌍에 대하여 다른 회귀선이 연산되거나, 또는 현재 이용되는 회귀선을 위한 방법과는 상이한 방법을 이용하여 다른 회귀선이 연산된다. 따라서, 제어 전류 연산의 에러는 감소할 수 있으며, 이는 전원 전압의 미세한 제어를 초래하게 된다.
또한, 연산 에러가 임계값보다 크면 회귀선이 다음 연산을 위해 수정되는 것도 가능하다. 즉, 회귀선의 경사각(내부 저항)은 연산 에러를 보다 작게 만들도록 수정된다. 따라서, 연산 에러는 다음 제어에서 감소하여, 그 결과 제어는 허용가능한 범위 내에서 수렴하는 에러를 갖도록 시기적절하게 수정된다.
즉, 회귀선은 간단하게 다른 회귀선으로 스위칭될 수 있다. 회귀선이 과거에 취득한 전압/전류 데이터 쌍에 의존하지만, 이러한 데이터 쌍들이 상이한 시점에 배터리(1)의 상이한 내부 상태에서 샘플링됨에 따라, 회귀선이 항상 배터리의 현재 내부 상태를 정확하게 반영하는 것은 아니다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 다음 회귀선은 연산 에러(α)가 소정의 임계값을 초과하는 경우 또다른 다음 회귀선이 되도록 선택되고, 이는 회귀선들 사이의 간단한 스위칭을 초래하며, 또한 현재의 회귀선의 간단한 수정도 초래한다.
(변형예)
본 발명에 따른 차량용 전원 시스템의 구성은 다른 다양한 형태로 변형될 수도 있다.
도1에 도시된 회로는 다른 형태들로 변형될 수도 있으며, 그 중 하나가 도8에 도시되어 있다. 도8에 도시된 바와 같이, 본 변형예에 따른 차량용 전원 시스템은 전술된 양방향 전류 제어기(2)의 생략에 관한 것이다. 이 회로에 있어서, 배터리(1)의 충방전 전류의 제어는 발전기(7A) 자체 및 조절기(7B)가 제공되는 발전기 시스템(G)(7)으로 시프트되어, 그 결과 양방향 전류 제어기(2)는 회로로부터 생략될 수 있게 된다. 전류 센서(8)는 발전기 전류(IG)를 감지하고 이를 배터리 제어기(3)에 공급한다. 반면, 도1에 경우에 있어서는, 이러한 제어의 책임이 있는 양방향 전류 제어기(2)를 갖도록 요구된다.
도8에 도시된 회로에 있어서는, 전원-전압 안정화 제어가 다음과 같이 수행된다. 우선, 전류 제어기(3)는 전류 센서(8)를 통하여, 배터리(1)의 전압(V)(= 전원 전압(VL)) 및 전류(I) 뿐만 아니라 발전기(7A)로부터의 출력 전류(발전 전류에 대응함)의 신호를 읽어낸다. 그리고 나서, 배터리 제어기(3)는 배터리(1)의 전압과 전류 사이의 관계에 제어 전압값(Va)을 적용하고, 제어 전압(Va)에 대응하는 제어 전류(Is)를 연산한다. 그리고 나서, 배터리 제어기(3)는 제어 전류(Is), 출력 전류(IG) 및 배터리(1)의 실제로 측정된 전류(I)를 이용하여, 발전기(7A)로부터 다음에 발전되는(출력되는) 전류값(IGS)을 다음 표현에 따라 연산하게 된다.
IGS = (IG-I) + Is
이 표현에 있어서, "IG-I" 항은 차량용 전기 부하에 의해 소비되는 전류의 합계를 의미한다. 따라서, 이 표현에 따라, 발전 전류(IGS)에 대한 명령이 조절기(7B)에 주어지며, 그 결과 다음의 발전 전류(IGS)는 총 전류("IG-I")와 현재의 제어 전류("Is")의 합계로 이루어진다. 조절기(7B)는 발전 전류(IGS)에 대한 명령을 수신하고, 명령된 전류(IGS)에 대응하는 계자 전류값(field current value)을 연산하며, 연산된 계자 전류값에 상당하는 계자 전류를 발전기(7A)의 계자 코일에 공급한다. 따라서, 도1에 도시된 것와 유사한 방식으로, 차량용 전원 전압은 각각의 배터리(1) 고유의 특성(즉, 상태)을 고려하여 제어된다.
다른 여러 변형 형태가 다음과 같이 제공될 수 있다.
전술된 실시예는, 제어 전류(Is)를 연산하기 위한 공식이 회귀선을 이용하는 경우에 관하여 설명하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 다른 일례에 있어서, 다수의 전압/전류의 쌍은 2차원 평면에 소정의 곡률의 회귀 곡선을 생성하도록 도시되고(plotted), 이 회귀 곡선은 목표 전압을 이 회귀 곡선에 대입함으로써 제어 전류(Is)를 연산하기 위해 이용된다. 또다른 일례에 있어서는, 전술된 회귀 곡선을 이용하여, 실제측정 좌표점에서의 접선이 목표 전압을 나타내는 선과 교차하는 좌표에 의해 표현되는 전류값이, 제어 전류(Is)로서 셋팅된다.
그리고, 전술된 실시예는 선형 회귀선을 채택하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 비선형 회귀 곡선도 채택될 수 있다. 또한, 회귀 곡선을 직전에 샘플링된 좌표로 시프트하기 위하여, 회귀 곡선은 2번 시프트되는 것, 즉 전압축을 따라 1번, 전류축을 따라 1번 시프트되는 것이 바람직하며, 그 결과 2차원 좌표 시스템 상에서 시프트 거리는 최소가 된다.
전술된 실시예 및 변형예들에 따라, 다른 장점들이 존재한다.
소정의 타이밍에 갱신되는 회귀선을 이용하여 제어 전류값이 변화되어, 그 결과 전원 전압은 정확한 방식으로 목표 전압에 수렴할 수 있게 된다. 갱신 타이밍은 단기간동안 전류가 크게 변화하는 전류급변기간이 되도록 셋팅되는 것이 바람직하다. 그러나, 전류가 오랜 기간 동안 변화하지 않으면, 회귀선은 과거에 획득된 다수의 전압과 전류의 데이터 쌍을 이용하여 갱신될 수도 있다.
회귀선이 선형인 경우에는, 직전의 회귀선의 경사각으로, 직전 획득된 데이터 쌍을 정의하는 좌표를 지나는 직선을 도시함으로써, 회귀선 시프트가 수행될 수 있다. 제2 회귀선은 최소의 시프트 거리를 유지하도록 제2 회귀선으로 시프트된다. 따라서, 시프트 거리는 보다 작아질 수 있으며, 또한 연산 에러를 감소시키게 된다.
배터리(1)의 충방전 전류는, 시프트된 회귀선이 배터리(1)의 목표 전압을 나타내는 직선과 교차하는 좌표에서 연산된다. 따라서, 목표 전압에 대하여 필요한, 배터리의 갱신된 충방전 전류는 확실하게 추정될 수 있으며, 차량 전원 전압을 정확하게 제어하도록 한다.
반면, 배터리(1)의 전압은, 시프트된 회귀선이 배터리(1)의 전류를 나타내는 직선과 교차하는 좌표에서 연산되어, 소정의 충방전 전류에 대응하는 배터리 전압이 정확하게 검출될 수 있게 된다. 소정의 충방전 전류를 0으로 설정하면, 배터리(1)의 개방회로 전압은 정확하게 추정될 수 있다.
(제2 실시예)
이제 도9 - 도12를 참조하여, 본 발명에 따른 차량용 전원 시스템의 제2 실시예가 설명된다. 본 실시예에 있어서, 간단하고 중복없는 설명을 위하여, 제1 실시예의 구성요소와 유사하거나 동일한 구성요소는 제1 실시예의 부호와 동일한 부호가 주어지게 된다.
제2 실시예는 배터리(1)의 여러 운전 모드에 기초하여 회귀선을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 특정한 회귀선을 판단하기 위하여, 4개의 회귀선이 미리 제공되며, 이들은 i) 방전-전류 증가 회귀선, ii) 방전-전류 감소 회귀선, iii) 충전-전류 증가 회귀선 및 iv) 충전-전류 감소 회귀선이다. 이들 중 방전-전류 증가 회귀선은, 배터리(1)가 방전 상태에 있고 방전 전류가 증가하고 있는 경우 이용된다. 방전-전류 감소 회귀선은 배터리(1)가 방전 상태에 있고 방전 전류가 감소하고 있는 경우 이용된다. 충전-전류 증가 회귀선은 배터리(1)가 충전 상태에 있고 충전 전류가 증가하고 있는 경우 이용된다. 그리고, 충전-전류 감소 회귀선은 배터리(1)가 충전 상태에 있고 충전 전류가 감소하고 있는 경우 이용된다. 또한, 배터리(1)가 현재 어느 운전 모드에서 동작하는지가 판별된다. 특정한 회귀선은 배터 리(1)의 현재 운전 모드에 따라 미리 준비된 4개의 선 중 선택되며, 선택되는 회귀선은 제어를 위해 이용된다.
이제 도9를 참조하여, 배터리 제어기(3)에 의해 수행되는 처리가 설명된다. 또한, 이 처리는 예를 들어 도3에 도시된 패턴 A 또는 B에 기초하여 소정의 간격으로 반복해서 수행된다.
우선, 샘플링된 전압/전류의 쌍이 직전 간격 동안 측정된다(즉, 검출 또는 취득)(단계(S300)). 직전 간격 동안 측정되는 다수의 전압/전류 데이터 쌍을 이용하여, 배터리(1)의 현재 운전 모드가 판별된다(단계(S301)). 본 실시예에 있어서, 운전 모드는, 방전-전류 증가 모드, 방전-전류 감소 모드, 충전-전류 증가 모드 및 충전-전류 감소 모드의 4개 모드로 구성된다.
다음으로, 단계(S301)에서 판별된 운전 모드와 일치하는 신호 회귀선이 미리 기억된 4개의 회귀선으로부터 선택된다(단계(S302)). 이 4개의 회귀선은 방전-전류 증가 회귀선, 방전-전류 감소 회귀선, 충전-전류 증가 회귀선 및 충전-전류 감소 회귀선이다.
알려진 방법을 이용하여, 이 시점에 선택되는 회귀선은 직전 샘플링 타이밍에 측정된 전압/전류 데이터 쌍을 나타내는 좌표를 지나는 선으로 시프트된다(단계(S303)). 보다 구체적으로, 직전 샘플링 타이밍에 측정된 전압/전류 데이터 쌍의 좌표를 지나고, 또한 선택된 회귀선의 경사각을 갖는 선이, 전압과 전류를 나타내는 2개 축에 의해 정의되는 2차원 평면에 도시된다.
도시된 회귀선을 따라 존재하는, 목표 전압에 대응하는 특정 좌표에서의 전 류값이 제어 전류(Is)로서 판단되고, 제어 명령의 형태로 출력된다(단계(S304)).
다음으로, 이제 도10을 참조하여, 4개의 회귀선을 생성하는 방법이 설명된다. 또한, 이 처리도 소정의 간격으로 활성화되어 인터럽트 루틴으로서 반복적으로 수행된다.
우선, 직전의 소정의 간격 동안 측정되는 복수의 전압/전류 데이터 쌍을 이용하여 배터리(1)의 현재 운전 모드를 판별한다(단계(S400)). 그리고 나서, 판별된 운전 모드와 모드가 일치하는 회귀선이 4개의 회귀선에 관하여 이미 기억된 정보로부터 선택되며, 이들은, 도11(a)에 도시된 바와 같은 방전-전류 증가 회귀선(RG1), 도11(b)에 도시된 바와 같은 방전-전류 감소 회귀선(RG2), 도12(a)에 도시된 바와 같은 충전-전류 증가 회귀선(RG3) 및 도12(b)에 도시된 바와 같은 충전-전류 감소 회귀선(RG4)이다(단계(S401)). 각각의 회귀선(RG1 - RG4)의 경사각은 서로 동일하거나 상이하다. 그리고, 지금까지 이용된 회귀선은 지금 선택되는 새로운 회귀선으로 갱신된다(단계(S402)).
이제, 방전-전류 증가 회귀선을 일례로서 취하여, 회귀선의 갱신가 더 설명된다. 과거에 측정된 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍들은 4개의 운전 모드로 분류된다. 직전 소정의 간격 동안 샘플링된 복수의 전압/전류 데이터 쌍은 지금까지 동일한 운전 모드(본 일례에서는 방전-전류 증가 모드)로 분류된 전압/전류 데이터 쌍과 섞이고, 이 운전 모드에서 회귀선이 새로운 특성 곡선, 즉 새로운 선을 갖도록 갱신한다. 따라서, 이 4개 모드에 대한 회귀선은 계속해서 갱신되고 제어를 위해 기억된다. 물론, 다른 모드에 대한 다른 회귀선도 동일한 방식으로 갱신될 수 있 다.
덧붙여서, 새로운 데이터를 오래된 데이터와 섞기 위하여, 예를 들어 현재의 데이터로루터 가장 오래된 시점에 샘플링된 전압/전류 데이터 쌍을 제외하는 것이 가능하다. 이러한 오래된 데이터의 제외는 항상 데이터를 새롭게 유지하여, 회귀선이 정확하게 추정될 수 있도록 한다. 그리고, 회귀선을 연산하는 다른 방법이 존재하며, 여 방법에 있어서는, 지금까지 이용된 회귀선이 현재 추가되는 전압/전류 데이터 쌍과 조합되어, 연산에 의해 회귀선이 완성된다.
여기서는, 제어 전류(Is)를 연산하기 위해 이용될 수 있는 회귀선이 배터리(1)의 운전 모드와 동일한 모드에서 생성되기 때문에, 제어 전류(Is)를 연산하는데 있어서 에러를 크게 개선하는 것이 가능하다. 특히, 배터리(1)의 상이한 전압/전류 특성을 나타내는 상이한 배터리-전류 상태들에 따라 상이한 종류의 회귀선을 구별하여 이용하는 것이 가능하다. 이러한 상태들은 예를 들어 배터리(1) 내에서 야기되는 분극의 영향으로 인한 것이다. 그러나, 상이한 종류의 회귀선이 구별되어 이용되어, 제어 전류의 연산에 있어서 에러를 감소시키게 된다.
본 발명은 그 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 다른 형태로 실시될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위가 지금까지 설명된 실시예들 및 변형예들보다는 첨부되는 청구범위에 의해 규정됨에 따라, 실시예들 및 변현예들은 단지 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 의도된다. 따라서, 청구범위의 경계 및 한도 내에 있는 모든 변화 또는 이러한 경계 및 한도의 등가물은, 청구범위가 포함하는 것으로 의도된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량에 장착된 배터리의 내부 상태를 나타내는 전기량을 연산하는데 있어서 정확성을 향상시키고, 차량의 전원 전압을 빠르고 안정되고 정확한 방식으로 제어하는 장치가 제공된다.

Claims (20)

  1. 발전기로부터 연장되어 배터리(battery)와 전기 부하를 접속하는 전원 라인 상의 전원 전압을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 차량에 장착되어 있고,
    상기 배터리의 전압과 전류의 쌍을 검출하는 검출 장치;
    검출되는 상기 전압과 전류의 쌍 및 상기 전원 전압에 대한 목표 전압에 기초하여, 제어 전류를 연산하는 연산기(calculator); 및
    상기 전원 전압이 상기 목표 전압으로 제어되도록 상기 제어 전류에 기초하여 상기 배터리의 충방전 전류(charge and discharge current)를 제어하는 제어기
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 기초하여, 상기 배터리의 회귀선을 얻기 위한 수단;
    상기 검출 장치를 통하여 소정의 간격으로 측정되는 상기 전압과 전류의 쌍을 이용하여, 상기 회귀선을 정기적으로 갱신하기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 정기적으로 갱신되는 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류 의 값을 연산하기 위한 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하기 위한 수단을 포함하는
    장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 검출 장치를 통하여 측정되는 상기 전압과 전류의 쌍을 이용하여, 상기 배터리의 내부 저항을 얻기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 내부 저항에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 연산하기 위한 제1 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하기 위한 제1 수단을 포함하는
    장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하기 위한 제1 수단;
    상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 검출 장치를 통하여 측정되는 상기 전압과 전류의 쌍을 이용하여, 상기 배터리의 회귀선을 얻기 위한 제1 수단;
    상기 목표 전압과 상기 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 다시 연산하기 위한 제2 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 다시 제공하기 위한 제2 수단을 포함하는
    장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하기 위한 제2 수단;
    상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 검출 장치를 통하여 측정되는 직전의 전압과 전류의 쌍에 기초하여, 상기 회귀선을 새로운 회귀선으로 시프트하기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 시프트된 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 다시 연산하기 위한 제3 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 다시 제공하기 위한 제3 수단을 포함하는
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하기 위한 제3 수단;
    상기 판정하기 위한 제3 수단에 의해 상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 시프트된 회귀선의 기울기를 변경하기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 상기 시프트되고 기울기-변경된 상기 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 다시 연산하기 위한 제4 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 다시 제공하기 위한 제4 수단을 포함하는
    장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 기초하여, 상기 배터리의 회귀선을 얻기 위한 제1 수단;
    상기 목표 전압 및 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 연산하기 위한 제1 수단;
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하기 위한 제1 수단;
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하기 위한 수단;
    상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 기초하여, 상기 배터리의 다른 회귀선을 얻기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 다른 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 다른 값을 연산하기 위한 제2 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 다른 값의 제어 전류를 제공하기 위한 제2 수단을 포함하는
    장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 따라 상기 배터리의 복수의 회귀선을 얻고;
    상기 목표 전압 및 상기 회귀선 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제어 전류의 값을 연산하고;
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하도록 구성된
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연산기는 상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 허용가능한 범위에 있는지 여부를 판정하고, 상기 회귀선 중 하나를 상기 제어 전류의 값을 연산하는데 선택적으로 이용하도록 구성된
    장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 기초하여, 상기 배터리의 회귀선을 얻기 위한 제1 수단;
    상기 목표 전압 및 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 값을 연산하기 위한 제1 수단;
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하기 위한 제1 수단;
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하기 위한 수단;
    상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 기초하여, 상기 배터리의 다른 회귀선을 얻기 위한 수단;
    상기 목표 전압 및 다른 회귀선에 기초하여, 상기 제어 전류의 다른 값을 연산하기 위한 제2 수단; 및
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 다른 값의 제어 전류를 제공하기 위한 제2 수단을 포함하는
    장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 발전기와는 별도로 배치되고 상기 전원 라인과 상기 배터리를 접속하는 경로에 배치된
    장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 발전기 내에 배치된
    장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 전압과 전류의 쌍 및 목표 전압에 따라 상기 배터리의 회귀선을 얻고;
    상기 목표 전압 및 상기 회귀선 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제어 전류의 값을 연산하고;
    상기 제어기에 대한 명령으로써 상기 제어 전류를 제공하고;
    상기 배터리의 실제 전압과 상기 목표 전압 사이의 에러가 허용가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정하고;
    상기 에러가 상기 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 판정되면, 상기 회귀선을 변경하도록 구성된
    장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연산기는 상기 에러를 보다 작게 만들기 위해 상기 회귀선의 경사각을 변경하도록 구성된
    장치.
  15. 차량에 장착된 배터리의 상태를 나타내는 전기량을 연산하기 위한 장치에 있어서,
    상기 배터리는 라인을 통하여 발전기 및 전기 부하에 접속되어 있고,
    상기 장치는,
    상기 배터리의 전압과 전류의 쌍을 검출하는 검출 장치; 및
    상기 전압과 전류의 쌍에 기초하여 제1 회귀선을 연산하고, 상기 제1 회귀선이 충분한지 여부를 판정하며, 상기 제1 회귀선이 충분하지 않은 것으로 판정되면, 상기 검출 장치를 통하여 측정되는 전압과 전류의 쌍에 기초하여 상기 제1 회귀선을 제2 회귀선으로 시프트하고, 상기 제2 회귀선에 기초하여 전기량을 연산하도록 구성된 연산기
    를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연산기는, 상기 제1 회귀선으로부터 상기 제2 회귀선까지의 시프트 거리가 최소가 되도록, 상기 제1 회귀선을 시프트하도록 구성된
    장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 연산기는 상기 배터리의 전압을 상기 제2 회귀선에 적용함으로써, 상기 전기량으로서 상기 배터리의 전류를 연산하도록 구성된
    장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 연산기는 상기 배터리의 전류를 상기 제2 회귀선에 적용함으로써, 상기 전기량으로서 상기 배터리의 전압을 연산하도록 구성된
    장치.
  19. 차량에 장착된 배터리의 상태를 나타내는 전기량을 연산하는 방법에 있어서,
    상기 배터리는 라인을 통하여 발전기 및 전기 부하에 접속되어 있고,
    상기 방법은,
    상기 배터리가 방전 상태 또는 충전 상태에 있는지를 판정하는 단계;
    상기 배터리가 방전 상태 또는 충전 상태에 있는지에 의존하여 미리 준비된 복수 종류의 회귀선으로부터, 상기 판정하는 단계에 의해 판정된 결과에 의존하여 하나의 회귀선을 선택하는 단계; 및
    선택된 상기 하나의 회귀선을 이용하여 상기 전기량을 연산하는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수 종류의 회귀선은, 상기 배터리가 상기 방전 상태에 있고 상기 배터리의 전류가 증가하고 있는 경우 이용되는 제1 회귀선, 상기 배터리가 상기 방전 상태에 있고 상기 배터리의 전류가 감소하고 있는 경우 이용되는 제2 회귀선, 상기 배터리가 상기 충전 상태에 있고 상기 배터리의 전류가 증가하고 있는 경우 이용되는 제3 회귀선 및 상기 배터리가 상기 충전 상태에 있고 상기 배터리의 전류가 감소하고 있는 경우 이용되는 제4 회귀선의, 4개의 회귀선으로 구성된
    방법.
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