KR20070121609A - 2 전원 방식의 차량용 전력공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 전력공급장치는, 차량용 엔진을 통해 구동되는 발전기에 의하여 충전되는 제1배터리, 차량용 전기부하에 연결되는 제2배터리, 및 상기 두 제1 및 제2배터리로부터 전기부하로 공급될 전력을 조절하는 전력조절장치를 포함한다. 상기 전력을 조절하기 위하여, 상기 전력조절장치는 상기 제1 및 제2배터리가 전기부하에 공동으로 전력을 공급하기 전에, 제1배터리의 잔존용량이 소정 문턱값 보다 클 경우, 상기 제1배터리가 전기부하로 전력을 우선 공급하는 소정의 순서로 사용된다.
전력공급장치, 제1배터리, 제2배터리, 전기부하, 전력조절장치, 잔존용량, 문턱값

Description

2 전원 방식의 차량용 전력공급장치{ON-VEHICLE POWER SUPPLYING APPARATUS WITH TWO POWER SUPPLIES}
본 발명은 2 전원(two power supply) 방식의 차량용 전력공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 배터리를 갖는 2 전원 방식의 차량용 전력공급장치에 관한 것이다.
최근 연료절감뿐만 아니라 환경문제를 고려하여 아이들링(idling) 동작을 정지할 수 있는 차량이 증가하고 있다. 이러한 차량은 소위 "아이들링 정지 차량(idling stop vehicle)"이라 한다. 하이브리드 차량(hybrid car)(즉, 가스 및 전기 차량)은 상기 아이들링 정지 차량의 일종이다.
상기 아이들링 정지 차량에서, 엔진정지중에는 전기부하(electric load)로의 전력공급은 하나 이상의 배터리만으로 이루어진다. 이러한 상황이더라도, 공조용 전기 압축기는 차량에 장착될 전기부하에 포함되는 것이 바람직하다.
이와 같이 복수개의 배터리를 구비하는 2 전원 방식의 차량용 전력공급장치 는 공지의 기술이다. 이러한 방식의 차량용 전력공급장치는 동일전압(등전압(equi-voltage)) 2 전원 방식 및 다른전압(이전압(unequi-voltage)) 2 전원 방식의 두 가지 방식으로 분류된다.
일본특허공개 제2002-345161호에는 상기 이전압 2 전원 방식의 일예를 제안하고 있다. 상기 특허문헌에 따른 전력공급장치에서는 시동모터(starter motor)로서 동작하는 발전기(generator)가 제공된다. 상기 장치의 통상적인 동작중의 상기 발전기는 고 단자전압(higher terminal voltage)의 제1배터리를 충전하고, 전력전송장치(power transmission unit)를 통해 저 단자전압의 제2배터리 및 상기 제2배터리에 의해 전력공급될 모든 전기부하로 전력을 공급한다. 이러한 이전압 2 전원 방식의 전력공급장치가 아이들링 정지 차량에 채용될 경우, 엔진 시동을 실행하지 않는 제2배터리로부터의 전력으로 전기부하들이 구동될 수 있기 때문에, 엔진 시동시 전기부하로의 전력전압이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 이러한 이전압 2 전원 방식의 전력공급장치는 엔진을 빈번하게 시동시키는 아이들링 정지 차량에 잘 대처하도록 구성된다. 이러한 아이들링 정지 차량은 엔진을 시동시킬 때 마다, 제1배터리로부터 제2배터리로 연결된 경로(path)를 따라 흐르는 전류는 저항손실을 감소되도록 저감된다. 따라서 전력전송을 위한 배선은 소형화 및 경량화될 수 있다. 이러한 이전압 2 전원 방식의 전력공급장치에서, 전력전송장치가 쌍방향 전송방식으로 형성될 경우, 제1배터리에 저장된 잔존전력량(residual power amount)이 소정 레벨(level) 이하인 상태에서 엔진이 시동될 때 제2배터리로부터 제1배터리로 역송전하도록 전력송전장치가 구동되도록 이루어질 수 있다.
한편 앞서 제시한 등전압 2 전원 방식의 전력공급장치의 기술로서는 일본특개평 제5-78536호 및 일본특개평 제7-322531호에 제안되었다. 이들 특허문헌에서는 아이들링 동작 이후 재시동에서 발생될 전압 저하에 대처하는 등전압 2 전원 방식에 따른 장치를 예시하고 있다. 시동모터 이외 소정의 차량용 전기부하에 영향을 미치는 전압의 감소를 방지하기 위하여 이들 장치에서는 다음과 같은 구성을 제안하고 있다. 이러한 구성에서는 통상적으로 발전기로서 기능하는 시동모터에 엔진시동전력을 공급하는 제1배터리, 및 조명장치, 라디오 및 제어장치와 같이 전압저하에 민감하게 반응하는 특정 전기부하에 전력을 공급하는 제1배터리를 포함한다. 서로 다른 제1 및 제2배터리 모두는 릴레이(relay)를 통해 상호 접속된다. 상기 엔진이 시동될 경우, 상기 릴레이는 개방되어 특정 전기부하에 대한 전압의 감소는 방지될 수 있다.
이러한 등전압 2 전원 방식의 전력공급장치는 전술한 바와 같이 엔진 시동시 전기부하로의 전압감소를 방지할 수 있지만, 상기 이전압 2 전원 방식에 의하여 달성되는 효과는 얻을 수 없다.
그러나 상기 전력전송장치를 갖는 이전압 2 전원 방식이 아이들링 정지 차량에채용될 경우에는 문제가 발생한다. 구체적으로 살펴보면, 아이들링 동작 동안, 전기부하가 제2배터리에 의하여 구동되고, 그 결과 아이들링 정지시간이 길어질수록 제2배터리의 잔존전력용량은 감소된다. 엔진은 아이들링 정지 동작이 정지된 후 시동되고, 이에 따라 아이들링 정지에 의한 연비개선 효과가 저하된다. 이러한 문 제의 대응책으로는 제2배터리의 용량을 증대시킬 수 있으나, 제2배터리의 크기, 중량 및 제조비용을 증가시키는 문제가 있다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 배터리의 대형화를 방지하고, 아이들링 정지시간을 연장시킬 수 있는 2 전원 방식의 차량용 전력공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전력공급장치는, 차량용 엔진에 의하여 구동되는 발전기 및 상기 발전기에 의하여 충전되는 제1배터리를 구비한 제1전력공급시스템; 차량용 전기부하에 연결되는 제2배터리를 구비한 제2전력공급시스템; 상기 제1전력공급시스템으로부터 상기 제2전력공급시스템으로 전력을 전송하기 위한 전력전송장치; 및 상기 엔진이 정지될 때, 상기 제1배터리의 잔존용량이 소정 문턱값(역치(threshold))보다 클 경우, 제1배터리는 전력을 전기부하로 우선 공급하도록 하는 소정의 순서로 상기 제1전력공급시스템으로부터 제2전력공급시스템으로 전송되는 전력을 조절하도록 상기 전력전송장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함한다.
상기 제어장치는, 상기 엔진이 정지될 때, 상기 제1배터리의 잔존용량을 연산하는 제1수단; 상기 제1배터리의 잔존용량(residual capacity)이 소정 문턱값보다 큰 지 여부를 판정하는 제2수단; 및 상기 제1배터리의 잔존용량이 소정 문턱값보다 크다고 판정될 경우, 엔진의 정지에 응답하여 제1배터리가 전기부하로 전력을 우선 공급하도록 한 다음, 상기 제1배터리의 전력 공급과 함께 제2배터리가 상기 전기부하로 전력을 공급하도록 상기 전력전송장치의 동작을 제어하는 제3수단을 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 제1배터리의 충전 및 방전 동작에서의 부담은 경감될 수 있으며, 제2배터리는 소형화 및 소용량화 될 수 있다. 구체적으로, 엔진이 정지되는 짧은 시간 동안, 전기부하로 공급될 전력은 제1배터리 만으로부터의 방전에 의하여 실행될 수 있다.
또한 엔진이 정지하는 동안, 제1배터리가 전기부하측으로 방전을 우선하도록 명령받을 경우, 제2전력공급시스템의 전압 강하는 적절히 방지될 수 있다. 그러므로 전기부하로 공급될 전력 강하는 방지될 수 있고, 전압 강하에 의하여 발생되는 문제점(drawback)은 감소될 수 있다. 여기에서 상기 "우선 방전"은 전기부하로의 "제1배터리 만의 방전"을 포함하는 것을 알 수 있다.
또한 엔진이 정지하는 동안 제2배터리 만이 전기부하로의 전력을 공급하도록 하는 경우와 비교해 볼 때, 아이들링 정지동작 동안 전기부하로의 전력공급은 장시간 유지될 수 있다. 따라서 제2배터리를 대형화시키지 않고, 아이들링 정지 시간을 길게 유지할 수 있다.
한편 제1배터리의 우선 방전에 관계없이, 제1배터리의 잔존용량이 소정값보다 낮아진 경우에 응답하여 전기부하로의 우선 방전은 정지된다. 그러므로 제1배터리는 전기부하로의 전력공급이 해제됨으로써, 제1배터리는 그의 용량이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 과도하게 방전되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 교류발전기는, 차량용 엔진에 의하여 구동되는 발전기 및 상기 발전기에 의하여 충전되는 제1배터리를 구비한 제1전력공급시스템; 차량용 전기부하에 연결되는 제2배터리를 구비한 제2전력공급시스템; 상기 제1전력공급시스템으로부터 상기 제2전력공급시스템으로 전력을 전송하기 위한 전력전송장치; 및 상기 엔진이 정지될 때, 상기 두 제1 및 제2배터리가 전기부하로의 전력을 공동으로 공급하도록 조절하기 위하여 상기 전력전송장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함한다.
아이들링 정지동작 동안, 동일 전기부하(예를 들면, 공조 압축기의 구동모터)로의 이러한 공동 전력공급을 통해 전력공급에서의 제1 및 제2배터리의 부담몫(burden share)은 각각 감소된다. 그러므로 방전동작에서의 배터리 손실은 감소될 수 있기 때문에, 연비는 향상될 수 있고, 배터리의 수명은 장시간 연장될 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 2 전원 방식의 전력공급장치는 배터리의 소형화 및 경량화를 증대시킬 수 있고, 아이들링 정지시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 방전동작에서의 배터리 손실은 감소될 수 있어 연비는 향상 될 수 있고, 배터리의 수명은 장시간 연장될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 차량용 전력공급장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 차량용 전력공급장치의 전체 전기적 구성을 나타낸 블록도이다. 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 차량용 전력공급장치는 발전기(generator)(1), 제1배터리(2), 전기부하(electric load)(3), 제2배터리(4), 전력전송장치(power transmission unit)(5), 및 제어장치(controller)(6)를 포함한다.
상기 발전기(1)는 공지의 정류자 일체형 AC(교류)로 구성된다. 또한 상기 발전기(1)는 시동모터 또는 토크 어시스트(torque assist) 방식을 사용하여 동작하는 동기(synchronous) 모터 발전기(MG: motor generator)로 이루어질 수 있다. 상기 토크 어시스트 방식의 경우, 상기 제1배터리(1)는 토크 어시스트 동작에 대하여 모터 발전기에 방전(discharge)되도록 제어된다.
상기 제1배터리(2)는 발전기(1)와 전력을 전송하고 전송받기 위하여 케이블 만을 통해 상기 발전기(1)의 출력단자에 전기적으로 접속된다. 상기 발전기(1) 및 제1배터리(2) 모두는 제1전력공급시스템(PS1)을 형성한다.
상기 제1배터리(2)는 임시적인 잔여전력이 아닌 발전기(1)에 의하여 발생된 잉여전력(surplus power)을 저장할 수 있다. 엔진 정지중에, 엔진 재시동에 필요한 전력량의 일부 또는 모두의 전력을 제1배터리(2)에 저장할 필요가 있다.
또한 상기 제1배터리(2)는 차량 제동시 발전기(1)에 의하여 실행된 제동으로 재생된 전력을 저장할 수 있다. 상기 저장된 재생 전력은 전기부하(3)로 방전(discharge)될 수 있다.
상기 전기부하(3)는 차량에 장착되고, 케이블을 통해 제2배터리(4)에 전기적으로 접속되어 제2배터리(4)에 의하여 전력을 제공받는다. 본 실시예에서, 상기 전기부하(3)는 차량용 공조장치의 압축기를 구동시키기 위한 시동모터 및 다른 모터를 포함한다. 이러한 구성의 변형은 상기 제1전력공급시스템(PS1)에 시동모터를 배치하는 것이다. 상기 제2배터리(4)는 전기부하(3)에 전기적으로 접속되는 제2전력공급시스템(PS2)를 구성한다.
상기 전기부하(3)에 의하여 전력소비가 일시적으로 상승할 경우, 상기 제1배터리(2)는 전기부하(3)로 전력을 공급하기 위한 기능을 구비한다. 이러한 전력소비의 일시적 상승의 일 예로, 상기 제2전력공급시스템(PS2)의 전기부하(3) 중 하나인 시동모터를 구동시킴으로써 엔진이 시동되는 경우 전력소비의 상승이 발생된다.
상기 제1전력공급시스템(PS1)은 제2전력공급시스템(PS2)보다 전압(즉, 제1 및 제2배터리(2, 4) 모두의 단자전압)에 있어서 높다. 따라서 상기 제1전력공급시스템(PS1)은 보다 소형화 및 경량화로 이루어질 수 있고, 저항손실은 감소될 수 있다.
본 실시예에서, 제1배터리(2)는 제2배터리(4)보다 뛰어난 충전(charge) 및 방전(discharge) 특성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1배터리(2)는 급속충전 및 방전 특성이 뛰어난 4-셀(cell) 직렬접속방식의 리튬 2차전지(lithium secondary battery)이다. 그러나 상기 제1배터리(2)는 이에 한정되지 않으며, 다른 방식의 배터리가 제1배터리(2)로서 사용될 수 있다.
상기 제2전력공급시스템(PS2)의 전압은 차량에 있어 통상적인 전력공급전압과 동일한 값으로 설정되어, 상기 전기부하(3)는 그 전기부하의 사양변경을 방지할수 있다. 본 실시예에서, 상기 제2배터리(4)는 통상적으로 저가인 12V 리드(lead) 2차전지이다. 상기 제2배터리(4)는 이에 한정되지 않으며 다른 방식의 배터리가 사용될 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1 및 제2배터리(2, 4)의 셀 전압은 서로 다르기 때문에, 상기 제1 및 제2배터리(2, 4)의 각 단자전압(다시 말해서, 두 전력공급시스템(PS1, PS2)의 전압)은 특정수단(particular countermeasure)이 주어지지 않는 한 서로 다르다. 그러므로 이들 전압 간의 차이를 감소시키기 위하여, 각 배터리에 배치된 직결 셀의 개수는 조절될 수 있다.
상기 전력전송장치(5)는 제1전력공급시스템(PS1)과 제2전력공급시스템(PS2) 모두를 연결하도록 배치된다. 예를 들면, 본 실시예는 제1전력공급시스템(PS1)으로부터 제2전력공급시스템(PS2)으로 일방향으로만 전력을 전송하도록 하나의 유닛으로서 전력전송장치(5)를 채용한다. 상기 전력전송장치(5)는 DC-DC 컨버터(converter), 시리즈 레귤레이터(series regulator), 및 레지스터(resistor)와 릴레이(relay)를 직렬접속한 릴레이-레지스터 회로를 포함하는 다양한 방식의 회로로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 발전기(1)가 차량용 엔진에 의하여 시동될 수 있는 발전기 모터로 구성될 경우, 전력을 쌍방향으로 전송할 수 있는 DC-DC 컨버터가 상기 전력전송장치(5)로서 사용될 수 있다.
또한 상기 제어장치(6)는 제1 및 제2배터리(2, 4)의 동작조건을 나타내는 정보에 기초하여 전력전송장치(5)를 제어하도록 배치되어, 상기 제1전력공급시스템(PS1)으로부터 제2전력공급시스템(PS2)으로의 전력 전송이 제어될 수 있다. 그러므로 상기 전력전송장치(5)는 제어장치(6)로부터의 지시에 응답하여 전력을 전송하도록 회로로 구성된다.
본 실시예에서, 상기 제어장치(6) 및 전력전송장치(5) 모두는 제1 및 제2배터리(2, 4) 모두로부터 전기부하(3)로 공급될 전력을 조절하는 전력조절장치로서 기능한다.
상기 제어장치(6)는 전력전송을 제어하도록 제공되는 전용(sole) 장치이지만, 차량에 장착되는 ECU(전자제어장치)로서 알려진 차량용 전기제어장치로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, ECU가 상기 제어장치(6)로서 동작하도록 디자인될 수 있다.
상기 제어장치(6)는 두가지 방식의 제어동작을 제공한다. 하나의 제어동작은 발전기(1)가 동작할 때 실행되고, 다른 제어동작은 발전기(1)가 정지될 때 실행된다.
차량용 엔진에 의하여 구동되는 발전기(1)가 작동될 경우(즉, 통상적인 작동), 상기 제어장치(6)는 제2배터리(4)의 단자전압(즉, 용량)을 소정 목표레 벨(target level)로 조절하기 위하여 발전기(1) 또는 전력전송장치(5)를 피드-백(feed-back) 방식으로 제어한다. 이러한 통상적인 동작에서, 상기 발전기(1)의 출력전압은 상기 제1배터리(2)의 용량이 그의 허용범위(예를 들면 SOC20-60%)를 벗어나지 않도록 하는 소정 범위 내에서 조절된다. 그 제어 자체에 있어서는 공지이므로, 상기 제어의 상세한 설명은 생략한다.
도2와 관련하여, 엔진 정지중 상기 제어장치(6)에 의하여 실행되는 전력전송장치(5)의 동작을 상세히 설명한다. 이러한 제어에 있어서 본 발명에 따른 개념은 실제에 적용된다.
상기 제어, 즉 엔진 정지 중에 실행될 제어는 제어장치(6)가 아이들링 정지 정보(즉, 아이들링 정지를 나타내는 정보)의 입력을 제공받을 때마다 개시된다.
먼저 제어장치(6)에서, 제1배터리(2)의 전력의 잔존용량(residual capacity)SOH1), 제2배터리(4)의 전력의 잔존용량(SOH2), 및 전기부하(3)의 의한 소비전력인 전기부하량(PLoad)을 산출한다(단계 S100). 이들 용량의 산출방법은 공지의 사항으로 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서, 상기 잔존용량(SOH1, SOH2)의 단위는 AH(ampere hour)이고, 상기 전기부하량(PLoad)의 단위는 WH(watt hour)이다.
상기 제어장치(6)에서, 상기 두 배터리(2, 4)의 잔존용량(SOH1, SOH2)의 합(SOH1 + SOH2)이 산출되고, 그 합이 소정의 엔진시동 문턱값(역치)(engine-start threshold)(Lev2)을 초과하는지 여부를 판정한다(단계 S120). 다시 말해서, SOH1 + SOH2L 〉Lev2의 산출 및 판정을 실행한다. 상기 문턱값(Lev2)은 엔진 시동을 위해 필요한 총 잔존용량을 측정하기 위한 값으로 할당된다.
상기 산출 및 판정에 있어서, 상기 잔존용량(SOH1, SOH2)의 단위가 WH 단위로서 주어질 경우 문제는 없다. 그러나 상기 제1 및 제2전력공급시스템(PS1, PS2) 간의 전압레벨은 다르다. 그러므로 상기 잔존용량(SOH1, SOH2)의 단위가 AH로 주어질 경우, 상기 잔존용량(SOH1, SOH2)의 합은 전압 레벌에서의 차이를 보상하기 위하여 제1전력공급시스템(PS1)의 전압을 기준으로 하여 산출된다. 상기 전력전송장치(5)의 전력전송효율(η)이 1 이하이기 때문에, 제2배터리(4)의 잔존용량(SOH2)은 그 잔존용량(SOH2)이 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)에 가산되기 전에 전력전송효율(η)을 곱하는(multiplied) 것이 바람직하다. 즉, 단계 S102에서 제1전력공급시스템(PS1)에서의 전력레벨을 기초로 산출한 잔존용량의 합(SOH1 + SOH2)은 소정 엔진시동 문턱값(Lev2)과 비교되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 다른 바람직한 예로서, 엔진시동 문턱값(Lev2)은 엔진 시동에 필요한 최소전력량에 소정 마진율(margin factor)을 곱한 값으로 설정된다. 상기 문턱값(Lev2)은 제1전력공급시스템(PS1)의 전압에 의하여 결정된 AH 단위를 기초로 산출된다. 엔진시동시의 제1전력공급시스템(PS1)의 전압변동오차는 곱셈될 상기 마진율에 의하여 흡수될 수 있다.
단계 S102의 판정에서 잔존용량의 합(SOH1 + SOH2)이 엔진시동 문턱값(Lev2) 이하로 판정될 경우, 상기 제어장치(6)는 아이들링 정지 동작을 중지하고 엔진을 재시동(단계 S104)시키도록 명령한 다음, 이러한 루틴(routine)은 종료된다.
이에 반하여 앞선 판정과 반대되게 판정될 경우, 즉 잔존용량의 합(SOH1 + SOH2)이 엔진시동 문턱값(Lev2)보다 초과하는 것으로 판정될 경우, 상기 제어장치(6)는, 아이들링 동작중이더라도 배터리가 전기부하(3)로의 전력공급을 유지할 수 있다는 것을 인식한다. 그러므로 상기 제어장치(6)는 전환개시 문턱값(Lev1)(이하, "전환문턱값(switching threshold)(Lev1)"으로 칭함)을 산출한다(단계 S160). 이러한 전환문턱값(Lev1)은, 상기 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)이 전기부하(3)를 단독으로 전력 공급할 수 있는지 여부를 결정하는 값(단위 AH)을 나타낸다.
그런 다음, 상기 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)이 전환문턱값(Lev1)보다 큰 지 여부를 판단한다(단계 S108). 상기 단계 S108에서 예(yes)로 판정될 경우, 다시 말해서 상기 제1배터리(2)가 그 자체로 전기부하(3)를 구동시키기에 충분한 전력의 잔존용량을 갖는 것으로 판정될 경우, 상기 제1 및 제2배터리(2, 4)로 할당된 전력 할당량(battery assigned amount)(Assg1, Assg2)은 다음과 같이 판정(단계 S110)된다. 즉 상기 제1배터리(2)로 할당될 제1배터리 할당량(Assig1)(단위 W)은 연산된 전기부하량(PLoad)(단위 W)과 동일하게 이루어지고, 제2배터리(4)로 할당될 제2배터리 할당량(Assig2)(단위 W)은 제로(zero)로 조절된다(단계 S110).
변형예로서, 상기 제1배터리 할당량(Assig1), 상기 제2배터리 할당량(Assig2), 및 전기부하량(PLoad)은 제2전력공급시스템의 전압으로부터 알 수 있는 전류의 단위(amperes)를 기초로 산출될 수 있다.
그러나 단계 S108에서, 제1배터리(2)에 남아있는 전력이 충분하지 않기 때문 에, 제1배터리(2)가 전기부하(3)를 단독으로 구동시키기에 어렵다고 판정할 경우, PreAssig1으로 나타낸 사전의 제1배터리 할당량(Assig1)으로부터 소정의 변화량(ΔAssig1)을 감산하여 산출한 양으로 설정되도록 전력은 조절된다. 상기 제1 및 제2배터리(2, 4)로부터 각각 공급될 전력량을 할당함에 있어, 상기 소정의 변화량 (ΔAssig1)은 제1배터리 할당량(Assig1)이 얼마나 큰 지 검토될 단계량(step amount)이다.
여기에서 도2에 나타낸 루틴(routine)의 제1처리과정은 사전의 제1배터리 할당량(PreAssig1)이 전기부하량(PLoad)으로 설정되는 조건(즉, 제1배터리 할당량(Assig1) = 전기부하량(PLoad)) 하에서 실행된다.
이러한 전력 조절에서 처리될 양(amount)의 단위는 다음과 같이 변형될 수 있다. 다시 말해서, 본 실시예에서 상기 PreAssign1 및 ΔAssig1 양의 단위는 WH로 설정된다. 그러나 전술한 바와 같이 상기 제1 및 제2배터리 할당량(Assig1, Assig2) 및 전기부하량(PLoad)이 제2전력공급시스템(PS2)의 전압으로부터 얻어진 전류(A)의 단위로서 산출되는 경우, 상기 두 PreAssign1 및 ΔAssig1 양의 단위를 Assig1 및 Assig2 양의 단위로 조절하는 것이 바람직하다. 즉 제2전력공급시스템(PS2)의 전압을 기초로 한 전류(A)의 단위를 사용하는 것이 바람직하다.
계속해서, 상기 제어장치(6)의 처리과정은 제1배터리 할당량(Assig1)이 제로(0)보다 큰 지 여부를 판정하는 단계 S114의 판정 단계로 이동한다. 이러한 상태에서 예로 판정될 경우, 즉 Assig1 〉0으로 판정될 경우, 전기부하량(PLoad)으로부터 제1배터리 할당량(Assig1)을 감산하여 제2배터리 할당량(Assig2) 값을 구한다(단계 S 116).
상기 제2배터리 할당량(Assig2)의 단위는 제1배터리 할당량(Assig1)의 단위와 같이 WH이다. 그러므로 전술한 바와 같이, 상기 제1배터리 할당량(Assig1) 및 전기부하량(PLoad) 모두가 제2전력공급시스템(PS2)의 전압을 사용하여 산출된 전류(AH)의 단위를 기초로 하여 처리될 경우, 상기 전류(AH)의 단위는 제2배터리 할당량(Assig2)으로 주어지는 것이 바람직하다.
한편 상기 단계 S114에서 상기 제1배터리 할당량(Assig1)이 제로(0) 이하로 판정될 경우, 상기 처리과정은 단계 S118로 이동되어, 제1배터리 할당량(Assig1)은 제로로 설정되고, 상기 제2배터리 할당량(Assig2)은 전기부하량(PLoad)과 동일하게 되도록 설정된다.
상기 제어장치(6)에서 단계 S120의 처리과정은 단계 S116 또는 S118의 처리과정을 추종한다. 다시 말해서, 앞선 루틴을 통하여 실시간으로 업데이트(update)되는 제1 및 제2배터리 할당량(Assig1, Assg2) 모두는 전력전송장치(5)에 소정 대응명령을 부여함으로써 상기 전력전송장치(5)에서의 동작을 제어하도록 사용된다(단계 S120). 상기 전력전송장치(5)로의 해당 명령이 완료되면, 상기 제어장치(6)는 그의 처리과정을 도2에 나타낸 루틴을 통제하는 미도시의 메인프로세스 플로(main process flow)로 복귀된다. 상기 메인프로세스 플로의 제어하에서, 도2에 나타낸 루틴은 소정 시간간격으로 반복된다. 상기 제어장치(6)가 차량용 ECU로부터 아이들링 정지 완료를 나타내는 신호를 제공받을 때마다 도2에 나타낸 루틴의 처리과정의 반복은 정지된다.
전술한 처리과정에 있어, 이하 단계 S120에서의 전력전송 제어, 즉 제1 및 제2배터리 할당량(Assig1, Assig2)을 기초로 한 전력전송장치(5)의 제어를 보다 상세히 설명한다.
전력전송 제어는 전력전송장치(5)를 통해 제1배터리(2)로부터 제2전력공급시스템(PS2)으로 제1배터리 할당량(Assig1)에 대응하는 전력(WM)을 전송할 수 있을 경우, 전송될 전력은 전기부하(3)로 공급된다. 그러므로 이 경우 전기부하(3)에 의해 필요로 되는 전기부하량(WH)에 대하여 여전히 요구되는 잔존전력은 제2배터리(4)에 의하여 자동적으로 공급될 수 있다.
전력전송효율(η)을 갖는 전력전송장치(5)는 제1배터리 할당량(Assig1)에 대응하는 전력을 다양한 제어방식으로 제2전력공급시스템으로 전송할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2전력공급시스템(PS2)의 전압을 V2로 하고, 전력전송장치(5)는 Assig1/V2로 정의된 출력전류(I2)를 제공하는 것으로 가정한다. 그러므로 상기 전력전송장치(5)로부터의 출력전류(I2)는 검출되고, 상기 전력전송장치(5)에 배치되는 전환소자(switching element)의 듀티(duty)비는 피드-백(feed-back)방식으로 제어되어, 상기 검출 출력전류(I2)는 Assig1/V2 값으로 수렴(converge)된다. 이러한 제어에서, 상기 전력전송장치(5)로의 입력전력은 Assig1/η으로 되어, 제1배터리(2)로부터의 방전전류는 Assig1/(η·V1)이 된다. 여기에서 V1은 제1전력공급시스템(PS1)의 전압을 의미한다. 이러한 제어방식은 전술한 전력전송을 실현한다.
전술한 바와 같이, 엔진의 정지 동작 중 전기부하로 공급될 전력은 제어되고, 그의 제어는 아래와 같은 작용효과를 제공한다.
첫번째, 제1배터리(2)는 제2배터리(4)보다 높은 전압이 주어지고, 그 결과 제1전력공급시스템(PS1)에서의 저항손실은 감소되어 연비를 향상시킨다. 또한 발전기 자체 및 전력을 전송하는 케이블은 소형화 및 경량화 될 수 있다.
두번째, 차량의 아이들링 정지 하에서, 제1배터리(2)가 주로 엔진 시동을 위하여 사용되는 전력을 저장하도록 디자인되더라도, 제1배터리(2)에서의 잔존용량이 소정 문턱값(Lev1)보다 크게 제공될 경우, 제1배터리(2)는 전기부하(3)에 구동전력을 제공한다. 그러므로 제2배터리(4)의 용량의 증가 없이, 제1배터리(2)가 전력유지상태를 허용하는 한, 제2배터리(4)의 잔존용량은 차후에 사용되도록 유지될 수 있다. 따라서 아이들링 정지동작 동안 전기부하(3)로의 전력전송을 가능한 한 길게 유지할 수 있다.
세번째, 차량의 아이들링 동작 하에서, 제1배터리(2)의 잔존용량이 소정 문턱값(Lev1) 이하로 되는 즉시, 제1 및 제2배터리(2, 4) 모두는 동일 전기부하(3)로 서로 공동의 전력을 공급한다. 이러한 공동전력 공급을 통해, 전력 방전에서 제1 및 제2배터리(2, 4)로 각각 할당되는 부담몫(burden share)은 감소된다. 그러므로 제1배터리(2)에서의 내부 저항으로 인한 제2배터리(4)에서의 방전손실 및 제2배터리(4)에서의 내부 저항으로 인한 방전손실 모두는 감소될 수 있다. 따라서 방전 동작에서 배터리(4)에서의 손실 저감으로 인하여 연비는 향상된다.
네번째 작용효과는 다음과 같다. 공동의 전력공급(협력적인 전력 방전)을 실 행함에 있어, 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)이 감소됨에 따라 제2배터리(4)로부터의 방전전류 또는 방전전력은 점차 증가되게 이루어진다. 상기 전력공급전압은 제2배터리(4)의 전력공급전압에 기초하여 부드럽게 전환되기 때문에, 상기 전기부하(3)로 공급될 전력공급전압에서의 급격한 변동은 발생하지 않는다.
다섯번째 작용효과는 전력전송 처리과정으로부터 비롯된다. 전술한 실시예에서, 아이들링 정지동작이 개시될 때, 먼저 발전기(1)에 연결되어 배치된 제1배터리(2)가 전력전송장치(5)를 통해 전기부하(3)로 전력을 전송하도록 동작한다. 그런 다음, 전기부하(3)에 직접적으로 연결된 제1배터리(2) 및 제2배터리(4) 모두는 공동으로 전기부하(3)로 전력을 공급한다. 이후 제2배터리(4)만이 전기부하(3)로 전력을 공급한다. 따라서 교통신호변경이 짧음으로 인하여 아이들링 정지시간이 짧을 경우, 제2배터리(4)의 방전은 작은 전력량 또는 경미한 전력량으로 유지될 수 있다. 그 결과 제2배터리(4)의 방전으로 수반되는 전기부하(3)의 전압강하(즉, 전력공급전압의 변동)은 충분히 방지될 수 있다.
도3 및 도4를 참조하여 조절가능한 전환문턱값(Lev1)을 적용하도록 관련된 변형예를 설명한다.
전술한 실시예에서, 전환 문턱값(Lev1)은 일정하게 이루어지지만, 이러한 문턱값(Lev1)은 전기부하의 양에 따라 조절될 수 있다. 도3은 이러한 조절을 나타낸다.
도3은 전환문턱값(Lev1)의 변화와 전기부하량(PLoad)의 변화 간의 관계를 나 타낸 것이다. 전환문턱값(Lev1)은 전기부하량(PLoad)에서의 증가와 함께 선형으로 증가하도록 설정된다. 도3에서 전기부하량(PLoad)이 10일 경우(상대값), 상기 전환문턱값(Lev1)은 Lev10이다. 하지만 전기부하량(PLoad) = 20일 경우(즉 〉10)는 전환문턱값(Lev1) = Lev20되도록 한다( 〉Lev10).
도4는 상기한 조절가능한 전환문턱값(Lev1)을 사용한 제어 일예를 나타낸 것이다.
도4에 나타낸 바와 같이, 전기부하량(PLoad)이 20일 경우, 즉 전기부하량(PLoad)이 클 경우, 전환문턱값(Lev1)은 Lev20의 레벨보다 크도록 설정된다(도3 참조). 그 결과 도2에 나타낸 이전의 처리과정은 아이들링 정지개시 시점 t0으로부터 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)이 전환문턱값 Lev1 = Lev30으로 감소하는 시점 t1까지 제1배터리(2)가 전기부하량(PLoad)을 공급하도록 한다. 상기 시점 t1에서, 제1 및 제2배터리(2, 4) 모두는 공동으로 전력공급을 개시하고, 이러한 전력공급동안 제2배터리(4)의 방전 부담몫은 점차 증가한다. 다시 말해서, 전력공급을 위한 태스크(task)는 제1배터리(2)로부터 제2배터리(4)로 점차 이동된다. 제1배터리 할당량(Assig1)이 제로가 되는 시점 t3에서, 제2배터리(4)는 전기부하량(PLoad)에 대응하는 전력을 공급하기 시작한다. 또한 이러한 상태는 시점 t3로부터 개시되는 소정의 허용 시간 동안 유지된다.
그런 다음, 제1 및 제2배터리(2, 4)의 잔존용량의 합(SOH1 + SOH2)이 엔진시 동 문턱값(Lev2) 까지 감소되는 시점 t4에서, 아이들링 정지동작 완료와 함께 엔진은 다시 개시되도록 명령된다.
상기 전기부하량(PLoad)이 10 인 경우, 즉 전기부하량(PLoad)이 작은 경우, 전환문턱값(Lev1)은 낮은 레벨의 Lev10으로 설정된다. 그 결과 도2에 나타낸 앞의 처리과정은 아이들링 정지가 개시되는 시점 t0로부터 제1배터리(2)의 잔존용량(SOH1)이 전환문턱값 Lev1 = Lev10으로 감소되는 시점 t2까지 제1배터리(2)가 전기부하량(PLoad)을 공급하도록 한다. 시점 t3에서, 제1 및 제2배터리(2, 4) 모두는 공동으로 전력공급을 개시하고, 전력공급되는 동안 제2배터리(4)의 방전 무담몫은 점차 증가한다. 제1배터리 할당량(Assig1)이 제로되는 시점 t3에서, 제2배터리(4)는 전기부하량(PLoad)에 대응하는 전력을 공급하도록 개시된다. 이러한 상태는 시점 t3로부터 개시된 소정 허용시간 동안 유지된다.
그런 다음, 전기부하량(PLoad)이 20인 경우와 같이, 제1 및 제2배터리(2, 4)의 존잔용량의 합(SOH1 + SOH2)이 엔진시동 문턱값(Lev2)까지 감소되는 시점 t4에서, 아이들링 정지 동작 완료와 함께 엔진은 다시 개시되도록 명령된다.
도5는 도2에 나타낸 처리과정 중에서 적절한 시간에서 제어장치(6)에 의하여 실행되는 처리과정의 일부분을 나타낸 도면이다. 상기 제어장치(6)는 가장 근접한 전기부하량을 산출하고(단계 S30). 이후 산출된 가장 근접한 전기부하량에 따른 전환문턱값을 변화시킨다(단계 S31). 또한 상기 제어장치(6)는 공동의 전력공급이 시작될 때 두 배터리로부터 방전되는 방전율(discharge rate)이 대략적으로 상호 동 일값으로 조절되도록 제어한다(단계 S3n).
이와 같이 전기부하를 통과하는 전류량이 크게 요구되어 상기 전기부하량이 커질 경우(그의 임피던스(impedance)가 커질 경우), 상기 전력을 공급하기 위한 방전은 조기에 제1 및 제2배터리(2, 4)의 공동 방전으로 전환된다. 한편 전기부하를 통과하는 전류량이 작게 요구되어 상기 전기부하량이 작아질 경우(그의 임피던스가 작아질 경우), 상기 전력을 공급하기 위한 방전은 보다 지연되어 제1 및 제2배터리(2, 4)의 공동 방전으로 전환된다. 제1배터리(2)로부터 제2배터리(4)로의 전송에 있어 요구되는 기간에서의 불규칙은 거의 제어될 수 있고, 방전될 전류에서의 각 배터리(2, 4)의 부담은 대략 일정한 전류변화율을 유지하도록 변화될 수 있다.
따라서 방전이 제2배터리(4)로부터의 단독 방전으로 완전히 전환되는 전환시점(시점 t3)은, 전기부하량이 변화되더라도 변동되는 것을 거의 방지할 수 있다. 따라서 이러한 방전은 부드럽고 안정적인 방법으로 제1배터리(2)로부터 제2배터리(4)로 전환될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 2 전원 방식의 차량용 전력공급장치를 나타낸 전기적구성 블록도.
도2는 차량용 전력공급장치에서 제어장치에 의하여 실행되는 제어동작을 설명하는 플로 차트.
도3은 일실시예의 변형예에 사용되는 구성으로 전기부하량에 따른 전환 문턱값(역치(threshold))의 변경을 설명하기 위한 그래프.
도4는 도3에 나타낸 변형예에 사용되는 상태값에서의 변경을 나타낸 타임 차트.
도5는 변형예의 동작을 설명하기 위한 부분적 플로 차트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 발전기 2: 제1배터리
3: 전기부하 4: 제2배터리
5: 전력전송장치 6: 제어장치
PLoad: 전기부하량 Assig: 배터리 할당량
PS: 전력공급시스템 SOH: 잔존용량

Claims (1)

  1. 차량용 엔진에 의하여 구동되는 발전기 및 상기 발전기에 의하여 충전되는 제1배터리를 구비한 제1전력공급시스템과,
    차량용 전기부하에 연결되는 제2배터리를 구비한 제2전력공급시스템과,
    상기 제1전력공급시스템으로부터 상기 제2전력공급시스템으로 전력을 전송하기 위한 전력전송장치와,
    상기 엔진이 정지될 때, 상기 제1배터리의 잔존용량이 소정 문턱값보다 클 경우, 제1배터리는 전기부하로 전력을 우선 공급하도록 하는 소정의 순서로 상기 제1전력공급시스템으로부터 제2전력공급시스템으로 전송되는 전력을 조절하도록 상기 전력전송장치의 동작을 제어하는 제어장치를
    포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력공급장치.
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