KR20080005764A - Super capacitor self-compensation system and method thereof - Google Patents

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Abstract

A method and a system for a self-compensation of a super capacitor are provided to improve initial driving performance of a vehicle by compensating for a self discharge of the super capacitor. A fuel battery stack(110) generates and supplies power. An MCU(Motor Control Unit)(160) receives the power and drives a motor. A super capacitor(120) is charged by the power from the fuel battery stack and supplies the power to the MCU. An auxiliary battery(130) supplies power to the super capacitor, when a charged power is smaller than an operation voltage during a key off process of a vehicle. A low voltage converter(140) steps up the auxiliary battery power and supplies a boosted power to the super capacitor. A sensor(195) measures the charged power of the super capacitor and the auxiliary battery. A PCU(Power Controller Unit)(170) activates the fuel battery stack during an initial start process and determines a charging timing of the super capacitor during the key off process. A power distribution unit(180) supplies the power from the fuel battery stack to the MCU through a first path and the power from the auxiliary battery to the super capacitor through a second path.

Description

슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법{Super Capacitor Self-compensation System And Method thereof}Super Capacitor Self-compensation System And Method

도 1은 종래 슈퍼 커패시터 하이브리드 시스템을 도시하는 구성도.1 is a block diagram showing a conventional super capacitor hybrid system.

도 2는 종래 슈퍼 커패시터의 자기 방전 그래프를 나타낸 도면.Figure 2 is a diagram showing a self-discharge graph of a conventional super capacitor.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 시스템을 도시하는 구성도.3 is a block diagram showing a hybrid system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터의 전원 충전 량을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the power charging amount of the super capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 방법을 나타낸 순서도.5 is a flowchart illustrating a supercapacitor self-compensation method according to an exemplary embodiment of the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

110 : 연료 전지 스택 120 : 슈퍼 커패시터110: fuel cell stack 120: super capacitor

130 : 보조 배터리 140 : LDC130: auxiliary battery 140: LDC

150 : 정션 박스 HV 160 : 모터 컨트롤 유닛150: junction box HV 160: motor control unit

170 : 파워 컨트롤 유닛 180 : 전원 배분 장치170: power control unit 180: power distribution device

190 : 브레이킹 레지스터 195 : 센서190: Breaking register 195: Sensor

본 발명은 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법에 관한 것으로, 특히, 고전압 파워넷으로 구성된 슈퍼 커패시터 하이브리드 방식에 있어서, 보조 배터리를 이용하여 슈퍼 커패시터의 자기보상을 수행할 수 있는 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a supercapacitor self-compensation system and a self-compensation method, and more particularly, to a supercapacitor hybrid system including a high voltage power net, a supercapacitor self-compensation system capable of performing self-compensation of a supercapacitor using an auxiliary battery; It's about self-compensation.

도 1은 종래의 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 차량에 적용되는 기존의 파워넷 구성도이다. 1 is a diagram illustrating a conventional power net applied to a conventional super capacitor-fuel cell hybrid vehicle.

도 1을 참조하면, 종래의 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 차량의 파워넷은 고출력의 충방전이 가능한 보조 에너지원으로 연료전지 스택(10)을 사용하며, 출력 파워의 부족분을 슈퍼 커패시터(20)을 이용 보충함으로써 모터 컨트롤 유닛(MCU)(30)의 모터링을 실시하게 된다. Referring to FIG. 1, the powernet of the conventional supercapacitor-fuel cell hybrid vehicle uses the fuel cell stack 10 as an auxiliary energy source capable of high power charging and discharging, and uses a supercapacitor 20 to reduce the output power. By replenishing, the motor control unit (MCU) 30 is motorized.

이러한 종래의 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 구조에서의 초기 시동시 제어로직은 먼저, Relay와 Relay4를 On 시킨후 스택(10) 파워만 이용하여 모터 컨트롤 유닛(30)의 모터링을 시작한다.In this conventional supercapacitor-fuel cell hybrid structure, the control logic at initial start-up first starts the motoring of the motor control unit 30 using only the stack 10 power after turning on the relay and the relay 4.

다음으로, Precharge쪽 Relay2를 On 시켜서 주행 중 슈퍼 커패시터(20)을 충전을 시작한다.Next, the precharge side Relay2 is turned on to start charging the super capacitor 20 during driving.

슈퍼 커패시터(20) 충전이 진행되어 연료전지 스택(10) 전압과 슈퍼 커패시터(20) 전압이 거의 같아질 때 Relay1을 On 시키고 Precharge쪽 Relay2를 Off시킨다.When the super capacitor 20 is charged and the fuel cell stack 10 voltage and the super capacitor 20 voltage are almost the same, the relay 1 is turned on and the precharge side relay 2 is turned off.

이러한 종래의 슈퍼 커패시터는 자기방전이 비율이 매우 높은 단점이 있다. 즉, 기존 시스템은 차량의 Key off 기간 동안에 슈퍼 커패시터의 높은 자기방전 문제로 인하여 연료전지 하이브리드자동차의 시동 후 일정시간 동안 슈퍼 커패시터를 충전시켜 주어야 하는데, 이 시간 동안 슈퍼 커패시터는 보조동력원으로서의 역할을 못하기 때문에 차량의 초기 주행성능은 떨어질 수 밖에 없다.Such a conventional supercapacitor has a disadvantage of having a very high self discharge rate. In other words, the existing system has to charge the supercapacitor for a certain time after the start of the fuel cell hybrid vehicle due to the high self-discharge problem of the supercapacitor during the key off period of the vehicle. Therefore, the initial running performance of the vehicle is bound to fall.

실질적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 슈퍼 커패시터의 자기방전이 비율이 매우 높아 슈퍼 커패시터의의 최대 충전 상태에서 최저 전압 사용구간인 500V 까지 자기방전 되는데 약 72시간 가량의 시간이 소요되며, 재 충전을 위해서는 약 470Wh 에너지가 소요된다. 이에 따라, 시동 후 연료전지 스택(10)을 이용하여 슈퍼 커패시터(20)를 충전하는데 최악의 경우 1분 이상 소요되어, 차량 운전을 위해 대기하는 시간소모가 너무 크다는 단점이 있다. 이러한 특성은 슈퍼 커패시터 하이브리드 자동차가 초기 연료전 스택(10)의 에너지를 차량주행과 슈퍼 커패시터 충전에 분산하여 사용하기 때문에 나타나게 되며, 결과적으로, 초기 주행성능이 매우 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.Substantially, as shown in FIG. 2, the self-discharge rate of the supercapacitor is very high, and it takes about 72 hours to self-discharge from the maximum charge state of the supercapacitor to the lowest voltage range of 500V. It takes about 470Wh of energy. Accordingly, in the worst case, it takes more than one minute to charge the supercapacitor 20 using the fuel cell stack 10 after starting, and thus, there is a disadvantage in that the time spent waiting for driving the vehicle is too large. This characteristic appears because the supercapacitor hybrid vehicle distributes the energy of the initial fuel field stack 10 for driving the vehicle and charging the supercapacitor, and as a result, it is pointed out that the initial driving performance is very poor.

따라서, 본 발명의 목적은 연료전지 하이브리드 전기차에 탑재되어 있는 슈퍼 커패시터의 자기방전 보상을 key off 기간 중 슈퍼 커패시터와 저 전압 보조 배터리를 통합 관리하여, 슈퍼 커패시터의 자기방전을 보상토록 함으로써, 차량의 초기 주행성능을 개선할 수 있는 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a self-discharge compensation of the supercapacitors mounted on a fuel cell hybrid electric vehicle by managing the supercapacitor and the low voltage auxiliary battery in a key off period so as to compensate for the self discharge of the supercapacitor. The present invention provides a supercapacitor self-compensation system and a self-compensation method capable of improving initial driving performance.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템은 전원을 생성하여 제공하는 연료 전지 스택; 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛; 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터; 차량 키 오프시, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값이 동작전압 값 이하로 떨어질 경우, 상기 슈퍼 커패시터에 전원을 공급하는 보조 배터리; 상기 보조 배터리 전원을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 제공하는 저전압 변환기; 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값 및 상기 보조 배터리의 충전 전원 값을 측정하는 센서; 초기 시동시 상기 연료 전지 스택을 활성화하고, 차량 키 오프시 상기 센서의 결과에 따라, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 시기를 결정하는 파워 컨트롤 유닛; 및 상기 연료 전지 스택의 전원을 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 경로 및 상기 보조 배터리 전원을 상기 슈퍼 커패시터에 제공하는 경로를 제공하는 전원 배분 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a self-compensation system of a super capacitor according to an embodiment of the present invention comprises a fuel cell stack for generating and providing a power; A motor control unit configured to perform motoring by receiving the power; A super capacitor charging the power generated by the fuel cell stack and providing the power to the motor control unit; An auxiliary battery for supplying power to the super capacitor when the vehicle power-off value of the super capacitor falls below an operating voltage value; A low voltage converter boosting the auxiliary battery power to provide the super capacitor; A sensor measuring a charging power value of the super capacitor and a charging power value of the auxiliary battery; A power control unit for activating the fuel cell stack at initial start-up and for determining when to charge the supercapacitor according to the results of the sensor upon vehicle key off; And a power distribution device providing a path for providing power of the fuel cell stack to the motor control unit and a path for providing the auxiliary battery power to the super capacitor.

상기 전원 배분 장치는 상기 연료 전지 스택과 상기 모터 컨트롤 유닛 사이의 제 1 메인 릴레이; 상기 차량의 보조 브레이크 수단인 브레이킹 레지스터에 포함된 쵸퍼와 상기 슈퍼 커패시터 간의 제 2 메인 릴레이; 상기 브레이킹 레지스터와 상기 슈퍼 커패시터 간의 브레이킹 릴레이; 및 상기 쵸퍼와 상기 브레이킹 릴레이 사이에 프리챠지 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power distribution device includes a first main relay between the fuel cell stack and the motor control unit; A second main relay between the chopper and the super capacitor included in the braking resistor, the auxiliary brake means of the vehicle; A breaking relay between the breaking resistor and the super capacitor; And a precharge relay between the chopper and the breaking relay.

차량 키 오프 시 상기 슈퍼 커패시터를 충전하기 위하여 상기 제 1 메인 릴레이는 턴-온 상태; 상기 제 2 메인 릴레이는 턴-오프 상태; 상기 프리챠지 릴레이 는 턴-온 상태; 상기 쵸퍼는 턴-온 상태; 및 상기 브레이킹 릴레이는 턴-오프 상태;를 유지하는 것을 특징으로 한다.The first main relay is turned on to charge the super capacitor upon vehicle key off; The second main relay is turned off; The precharge relay is turned on; The chopper is turned on; And the breaking relay is turned off.

상기 파워 컨트롤 유닛은 차량 키 오프시 상기 보조 배터리 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터의 충전 값을 동작 전압 값 이상에서 상기 슈퍼 커패시터의 완전 충전 전원 값 미만으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.The power control unit may be configured to maintain the charging value of the supercapacitor below the fully charged power supply value of the supercapacitor above the operating voltage value by using the auxiliary battery power when the vehicle key is off.

상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값은 500~775V로 유지되는 것을 특징으로 한다.A charge power supply value of the super capacitor is maintained at 500 to 775V.

본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 방법은 차량 키 오프 상태를 확인하는 단계; 상기 차량 키 오프시 슈퍼 커패시터 전원 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 슈퍼 커패시터 전원 값이 동작전압 이하인지 확인하는 단계; 상기 슈퍼 커패시터 전원 값이 동작전압 이하로 떨어진 경우, 보조 배터리 전원 값을 측정하는 단계; 상기 보조 배터리 전원 값이 슈퍼 커패시터를 충전할 수 있는 기준전압 값 이상인지 확인하는 단계; 및 상기 보조 배터리 전원 값이 상기 기준전압 값 이상일 경우, 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 일정 전압 까지 충전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Supercapacitor self-compensation method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of checking the vehicle key off state; Measuring a super capacitor power value when the vehicle key is off; Checking whether the measured super capacitor power supply value is lower than an operating voltage; Measuring an auxiliary battery power value when the super capacitor power value falls below an operating voltage; Checking whether the auxiliary battery power value is greater than or equal to a reference voltage value capable of charging a super capacitor; And charging the supercapacitor to a predetermined voltage by using the auxiliary battery power when the auxiliary battery power value is equal to or greater than the reference voltage value.

상기 동작전압은 500V~900V 이며, 상기 일정 전압은 775V 인 것을 특징으로 한다.The operating voltage is 500V ~ 900V, the predetermined voltage is characterized in that the 775V.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 이하 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the following description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 버스의 파워넷 구성도이다.3 is a power net diagram of a supercapacitor-fuel cell hybrid bus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 버스의 파워넷은 연료 전지 스택(110), 슈퍼 커패시터(120), 브레이킹 레지스터(190), LDC(140), 보조 배터리(130), 정션 박스 HV(150), 모터 컨트롤 유닛(MCU)(160), 파워 컨트롤 유닛(PCU)(170), 센서(195), 전원 배분 장치(PDU : Power Distribution Unit)(180)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the power net of the supercapacitor-fuel cell hybrid bus according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 110, a supercapacitor 120, a breaking resistor 190, an LDC 140, and an auxiliary battery ( 130, junction box HV 150, motor control unit (MCU) 160, power control unit (PCU) 170, sensor 195, and power distribution unit (PDU) 180. It is configured by.

연료전지 스택(110)은 파워 컨트롤 유닛(170)의 제어에 따라 초기 시동시, 모터 컨트롤 유닛(160)이 모터링을 실시할 수 있도록 전력을 공급하며, 초기 시동 후에는 슈퍼 커패시터(120)를 충전시키는 역할을 수행한다.The fuel cell stack 110 supplies power for the motor control unit 160 to perform motoring at initial start-up under the control of the power control unit 170, and after the initial start-up, the supercapacitor 120 It serves to charge.

슈퍼 커패시터(120)는 900V 레벨의 하이브리드 파워소스를 모터 컨트롤 유닛(160)에 제공한다. 이 슈퍼 커패시터(120)는 연료전지 스택(110)에 의하여 충전되며, 본 발명에서슈퍼 커패시터(120)는 충전상태가 동작전압 내에서 유지되도록 보조 배터리(130)로부터 전력을 공급받는다. 즉, 슈퍼 커패시터(120)의 자기방전으로 인하여 전압레벨이 점차적으로 감소하게 되는데, 키 오프 상태 즉, 연료전지 스택(110)으로부터 전원 충전을 받을 수 없는 상태에서는 슈퍼 커패시터(120)의 전압레벨이 동작전압 이하로 떨어질 경우, 보조 배터리(130)로부터 전원을 충전하여 전압레벨이 동작전압 내에 있도록 유지한다.The super capacitor 120 provides a hybrid power source of 900V level to the motor control unit 160. The super capacitor 120 is charged by the fuel cell stack 110. In the present invention, the super capacitor 120 is supplied with power from the auxiliary battery 130 so that the state of charge is maintained within the operating voltage. That is, the voltage level gradually decreases due to self discharge of the supercapacitor 120. In the key-off state, that is, a state in which power charging from the fuel cell stack 110 cannot be received, the voltage level of the supercapacitor 120 is increased. When the voltage falls below the operating voltage, the power is charged from the auxiliary battery 130 to maintain the voltage level within the operating voltage.

브레이킹 레지스터(190)는 보조 브레이크 수단을 위한 것으로, 브레이킹 레지스터(190)에 포함된 쵸퍼(chopper) 상태에 따라 슈퍼 커패시터(120)의 충전이 이루어진다.The braking resistor 190 is for auxiliary brake means, and the super capacitor 120 is charged according to the chopper state included in the braking resistor 190.

LDC(140)는 보조 배터리(130)를 전원으로 이용하는 부품들이 차량 운행 중 계속 파워를 소모하기 때문에, 이를 충전하기 위해 보조 배터리(130)의 전력 공급을 제어하게 된다. 보조 배터리(130)가 14V 및 28V 용으로 구분되는 경우, 차량은 LDC14(Low Voltage DCDC 14) 및 LDC28(Low Voltage DCDC 28)을 구비할 수 있으며, LDC14의 기능은 350V 고전압을 14V 레벨로 낮추어 14V 보조 배터리에 공급한다. 또한, LDC28은 양방향으로 전환이 가능한 것으로 900V 레벨의 파워라인에서 900V의 전압을 28V로 다운시켜 28V 보조 배터리를 운행 중 충전하고 초기 시동시 28V 전원을 이용해 900V로 승압시켜 연료전지 스택(110)을 시동시키는 역할을 담당한다. 다시 말하며, LDC(140)는 해당 전압레벨을 가지는 보조 배터리(130)를 충전하는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 14V와 28V 전원용 보조 배터리 및 그에 해당하는 LDC14 및 LDC28을 설명하고 있으나, 본 발명이 전압레벨에 한정되는 것은 아니다. 즉, 보조 배터리(130)가 다른 전압레벨 용으로 채택되는 경우, LDC(140)도 그에 해당하는 스펙으로 대체될 수 있다.The LDC 140 controls the power supply of the auxiliary battery 130 to charge the parts because the parts that use the auxiliary battery 130 as a power continue to consume power while driving the vehicle. When the auxiliary battery 130 is divided for 14V and 28V, the vehicle may be equipped with a low voltage DCDC 14 (LDC14) and a low voltage DCDC 28 (LDC28), and the function of the LDC14 is to lower the 350V high voltage to 14V level to 14V. Supply the spare battery. In addition, the LDC28 is bi-directionally switchable. The 900V level power line lowers the voltage of 900V to 28V to charge the 28V auxiliary battery during operation and boosts the fuel cell stack 110 by increasing the voltage to 900V using the 28V power supply at the initial start-up. It is responsible for starting. In other words, the LDC 140 charges the auxiliary battery 130 having the corresponding voltage level. In the present invention, the auxiliary batteries for the 14V and 28V power sources and the corresponding LDC14 and LDC28 are described. That is, when the auxiliary battery 130 is adopted for different voltage levels, the LDC 140 may also be replaced with the corresponding specification.

보조 배터리(130)는 LDC(140)에 의하여 충전되며, 충전된 전원을 초기 시동시 연료전지 스택(110)에 전달하여 연료 전지 스택(110)을 구동하고, 차량의 키 오프 상태에서는 슈퍼 커패시터(120)의 자기방전에 따른 동작전압 이하의 전압레벨 유지시, 이 슈퍼 커패시터(120)의 전압레벨을 동작전압을 유지하도록 슈퍼 커패시터(120)를 충전하는 역할을 수행한다.The auxiliary battery 130 is charged by the LDC 140, and transfers the charged power to the fuel cell stack 110 at initial startup to drive the fuel cell stack 110, and in the key-off state of the vehicle, the super capacitor ( When maintaining the voltage level below the operating voltage according to the self-discharge of the 120, the super capacitor 120 serves to charge the voltage level of the super capacitor 120 to maintain the operating voltage.

정션 박스 HV(150)는 전원 배분 장치(180)와 LDC(140) 사이에 배치되어, 보조 배터리(130)에 전달되는 전원을 제어하고, 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 주변 시스템에 전달하도록 제어하는 역할을 수행한다.The junction box HV 150 is disposed between the power distribution device 180 and the LDC 140 to control power delivered to the auxiliary battery 130 and to transmit power stored in the auxiliary battery 130 to the peripheral system. It plays a role of controlling.

모터 컨트롤 유닛(160)은 연료 전지 스택(110)으로부터 전원을 공급받아 모터를 시동하여 모터링을 수행하도록 하는 유닛이며, 초기 시동 이후, 연료 전지 스택(110) 및 슈퍼 커패시터(120)로부터 전원을 공급받게 된다.The motor control unit 160 is a unit that receives power from the fuel cell stack 110 to start the motor to perform motoring. After the initial startup, the motor control unit 160 supplies power from the fuel cell stack 110 and the super capacitor 120. Will be supplied.

파워 컨트롤 유닛(170)은 모터링을 위한 초기 시동 제어를 실시 및 슈퍼 커패시터(120)의 동작전압 유지를 수행하는 유닛으로, 연료 전지 스택(110)을 제어하여 연료 전지 스택(110)의 전원을 모터 컨트롤 유닛(160)에 공급하도록 제어함과 아울러, 차량의 키 오프시 슈퍼 커패시터(120)에 저장되는 전압이 동작전압 이하로 떨어질 경우, 보조 배터리(130)의 전원을 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하도록 제어한다. 이를 상세히 하면, 차량 키 오프시, 슈퍼 커패시터(120)에 저장된 전원 및 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 각각 감시하여, 슈퍼 커패시터(120)에 저장된 전원이 동작전압 이하로 떨어지는 경우, 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 슈퍼 커패시터(120)에 전달함으로써, 슈퍼 커패시터(120)에 저장된 전원이 동작전압을 유지하도록 한다. 동작전압은 500V 이상의 값으로 설정될 수 있으나, 차량의 크기 및 엔진 성능 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.The power control unit 170 performs initial start control for motoring and maintains the operating voltage of the super capacitor 120. The power control unit 170 controls the fuel cell stack 110 to supply power to the fuel cell stack 110. In addition to controlling the supply to the motor control unit 160, and when the voltage stored in the super capacitor 120 when the key off of the vehicle falls below the operating voltage, the super capacitor 120 using the power of the auxiliary battery 130. Control to charge. In detail, when the vehicle key is off, the power stored in the supercapacitor 120 and the power stored in the auxiliary battery 130 are respectively monitored, and when the power stored in the supercapacitor 120 falls below the operating voltage, the auxiliary battery ( By transferring the power stored in the 130 to the super capacitor 120, the power stored in the super capacitor 120 to maintain the operating voltage. The operating voltage may be set to a value of 500V or more, but may be set differently according to the size and engine performance of the vehicle.

센서(195)는 슈퍼 커패시터(120) 및 보조 배터리(130)에 각각 저장된 전원의 크기를 측정하는 센서로서, 측정된 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1) 및 보조 배터리 전원 값(SOC2)을 파워 컨트롤 유닛(170)에 전달함으로써, 파워 컨트롤 유닛(170)이 슈퍼 커패시터(120)의 전원값이 동작전압을 유지하도록 한다. 이 센서(195)는 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.The sensor 195 is a sensor for measuring the magnitude of the power stored in the super capacitor 120 and the auxiliary battery 130, respectively, and measures the measured super capacitor power value SOC1 and the auxiliary battery power value SOC2. By transmitting to 170, the power control unit 170 causes the power value of the super capacitor 120 to maintain the operating voltage. The sensor 195 may measure at least one of voltage and current of a power supply.

전원 배분 장치(180)는 초기 시동시 연료 전지 스택(110)에서 생성되는 전원을 모터 컨트롤 유닛(160)에 전달하고, 시동 이후, 연료 전지 스택(110)을 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하며, 차량의 키 오프시 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 슈퍼 커패시터(120)에 전달하도록 제어하기 위한 다수개의 릴레이로 구성된다. 이를 상세히 설명하면, 전원 배분 장치는 연료 전지 스택(110)과 모터 컨트롤 유닛(160) 사이의 제 1 메인 릴레이(Main Relay[-]), 브레이킹 레지스터(190)에 포함된 쵸퍼(chopper)와 슈퍼 커패시터(120) 간의 제 2 메인 릴레이(Main Relay[+]), 브레이킹 레지스터(190)와 슈퍼 커패시터(120) 간의 브레이킹 릴레이(Braking Relay), 쵸퍼(chopper)와 브레이킹 릴레이(Braking Relay) 사이에 프리챠지 릴레이(Precharge Relay)를 포함하여 구성된다. 전원 배분 장치(180)에 포함된 각 릴레이 들은 키 오프 상태에서, 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 슈퍼 커패시터(120)에 전달하기 위하여, 제 1 메인 릴레이(Main Relay[-])는 턴-온 상태, 제 2 메인 릴레이(Main Relay[+])는 턴-오프 상태, 프리챠지 릴레이(Precharge Relay)는 턴-온 상태, 쵸퍼(chopper)는 턴-온 상태 및 브레이킹 릴레이(Braking Relay)는 턴-오프 상태를 유지한다.The power distribution device 180 transfers the power generated in the fuel cell stack 110 to the motor control unit 160 at the initial startup, and after startup, charges the supercapacitor 120 using the fuel cell stack 110. And, it is composed of a plurality of relays for controlling to transfer the power stored in the auxiliary battery 130 to the super capacitor 120 when the vehicle key off. In detail, the power distribution device includes a first main relay [-] between the fuel cell stack 110 and the motor control unit 160, a chopper and a supercharger included in the breaking register 190. Free between second main relay [+] between capacitor 120, braking relay between braking resistor 190 and super capacitor 120, chopper and braking relay. It is configured to include a charge relay. Each of the relays included in the power distribution device 180 is turned off in order to transfer the power stored in the auxiliary battery 130 to the super capacitor 120 in the key off state. On state, the second main relay (Main Relay [+]) is turned off, the precharge relay is turned on, the chopper is turned on, and the braking relay is Maintain turn-off state.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 차량 키 오프시 파워 컨트롤 유닛(170)이 웨이크 업(Wake up) 모드로 작동하여, 슈퍼 커패시터(120)의 전원이 동작전압 이하로 떨어지는 경우에 보조 배터리(130)를 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하게 된다. 이를 위하여, 파워 컨트롤 유닛(170)은 차량 키 오프 동안 주기적으로 슈퍼 커패시터 모듈, 보조배터리의 작동상태를 모니터링하며, 측정된 정보를 이용하여 슈퍼 커패시터와 보조배터리 상태를 계산 후 필요에 따라 LDC(140)를 작동하여 슈퍼 커패시터를 작동영역으로 유지시킴으로써, 차량 시동시 즉시 주행가능토록 할 수 있다.In the supercapacitor self-compensation system having the above configuration, the power control unit 170 operates in the wake up mode when the vehicle key is off, as shown in FIG. When the power supply of the 120 falls below the operating voltage, the super capacitor 120 is charged using the auxiliary battery 130. To this end, the power control unit 170 periodically monitors the operation state of the supercapacitor module and the auxiliary battery during the vehicle key-off, calculates the state of the supercapacitor and the auxiliary battery using the measured information, and then calculates the LDC 140 as necessary. By operating the supercapacitor in the operating area, it is possible to drive immediately when the vehicle is started.

상기에서는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기 보상 시스템 설명을 위한 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 차량의 파워넷 구성에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 슈퍼 커패시터-연료전지 하이브리드 버스의 파워넷을 이용한 슈퍼 커패시터의 자기보상 방법에 대하여 설명하기로 한다.In the above, the powernet configuration of the supercapacitor-fuel cell hybrid vehicle for explaining the supercapacitor self-compensation system according to the embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a self-compensation method of a super capacitor using a power net of a super capacitor-fuel cell hybrid bus having the above configuration will be described.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터의 자기보상 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a self-compensation method of a super capacitor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 슈퍼 커패시터 자기보상 방법은 먼저, 차량 키 오프 상태를 확인하고(S101), 키 오프시 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)을 측정한다(S102).Referring to FIG. 5, the supercapacitor self-compensation method of the present invention first checks a vehicle key off state (S101), and measures a super capacitor power supply value SOC1 at key off (S102).

S101 단계에서, 차량 키 온 상태에서는 슈퍼 커패시터의 자기 보상을 실시하지 않는다.In step S101, the self-compensation of the super capacitor is not performed in the vehicle key-on state.

S102 단계에서, 센서(195)를 이용하여 슈퍼 커패시터(120)에 충전되어 있는 잔류 전원 값인 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)을 측정하여, 파워 컨트롤 유닛(170)에 전달한다.In operation S102, the sensor 195 measures a super capacitor power value SOC1, which is a residual power value charged in the super capacitor 120, and transmits the measured super capacitor power value SOC1 to the power control unit 170.

다음으로, 파워 컨트롤 유닛(170)은 상기 측정된 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)이 동작전압 이내에 있는지 확인한다(S103).Next, the power control unit 170 checks whether the measured super capacitor power supply value SOC1 is within the operating voltage (S103).

SS103 단계에서, 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)이 동작전압 이내에 있는 경우에는 S102 단계로 복귀한다.In step SS103, when the super capacitor power supply value SOC1 is within the operating voltage, the process returns to step S102.

S103 단계에서, 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)이 동작전압 이하로 떨어진 경우, 보조 배터리 전원 값(SOC2)을 측정한다(S104).In operation S103, when the super capacitor power value SOC1 falls below the operating voltage, the auxiliary battery power value SOC2 is measured (S104).

S104 단계에서, 파워 컨트롤 유닛(170)은 슈퍼 커패시터 전원 값(SOC1)이 기 설정된 동작전압 값 이하인 경우, 센서(195)를 제어하여 보조 배터리 전원 값(SOC2)을 측정하도록 한다. 여기서, 동작전압 값은, 슈퍼 커패시터(120)가 모터 컨트롤 유닛(160)에 전원을 공급할 수 있는 값으로서, 차량의 크기 및 엔진 성능 등 차량의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있다.In operation S104, the power control unit 170 controls the sensor 195 to measure the auxiliary battery power value SOC2 when the super capacitor power value SOC1 is equal to or less than a predetermined operating voltage value. Here, the operating voltage value is a value that the supercapacitor 120 can supply power to the motor control unit 160 and may be set differently according to the characteristics of the vehicle, such as the size and engine performance of the vehicle.

다음으로, 보조 배터리 전원 값(SOC2)이 슈퍼 커패시터(120)를 충전할 수 있을만큼 충분한 전압 즉, 기 설정된 기준전압 값 이상인지 확인한다(S105).Next, it is checked whether the auxiliary battery power value SOC2 is a voltage sufficient to charge the super capacitor 120, that is, a predetermined reference voltage value or more (S105).

S105 단계에서, 보조 배터리 전원 값(SOC2)이 기준전압 값 이하일 경우에는 종료한다.In operation S105, when the auxiliary battery power value SOC2 is equal to or less than the reference voltage value, the operation ends.

S105 단계에서, 보조 배터리 전원 값(SOC2)이 기준전압 값 이상일 경우, 보조 배터리(130)의 전원을 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하기 위하여 LDC(140)를 활성화 시켜 슈퍼 커패시터(120)를 충전시킨다(S106).In operation S105, when the auxiliary battery power value SOC2 is equal to or greater than the reference voltage value, the supercapacitor 120 is activated by activating the LDC 140 to charge the supercapacitor 120 using the power of the auxiliary battery 130. Charge (S106).

S106 단계에서, 파워 컨트롤 유닛(170)의 제어에 따라, LDC(140)는 보조 배터리 전원 값(SOC2)이 슈퍼 커패시터(120)를 충전할 수 있는 전원 값을 가지는 경우, 보조 배터리(130)에 저장된 전원을 승압한다. 여기서, 기준전압은 보조 배터 리(130)가 슈퍼 커패시터(120)를 충전할 수 있는 전원 값으로서, 차량의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있다.In step S106, according to the control of the power control unit 170, the LDC 140 is connected to the auxiliary battery 130 when the auxiliary battery power value SOC2 has a power value capable of charging the super capacitor 120. Step up the stored power. Here, the reference voltage is a power value for the auxiliary battery 130 to charge the super capacitor 120, and may be set differently according to the characteristics of the vehicle.

다음으로, 보조 배터리(130)를 이용하여 슈퍼 커패시터(120)를 충전하고(S107), 슈퍼 커패시터(120)의 전원 값이 일정 전압 예를 들면, 775V 이상인지 여부를 확인한다(S107).Next, the supercapacitor 120 is charged using the auxiliary battery 130 (S107), and it is checked whether the power supply value of the supercapacitor 120 is a predetermined voltage, for example, 775V or more (S107).

S107 단계에서, 슈퍼 커패시터(120)의 완전 충전 전원이 900V인 경우, 보조 배터리(130)는 슈퍼 커패시터(120)의 전원 충전량을 완전 충전 전원 값인 900V 이하의 값으로 충전하게 된다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 전원 값에서의 슈퍼 커패시터(120)의 자기방전 비율이 매우 높기 때문에, 완전 충전을 할 경우, 자기방전에 의해 소모되는 전력이 크기 때문이다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터(120)는 충전 값을 완전 충전 전원 값이 아닌, 완전 충전 전원 값보다 낮게 충전하게 된다. 이러한 일정 전압 값은, 775V가 아닌 슈퍼 커패시터(120)의 용량 및 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다.In step S107, when the fully charged power supply of the super capacitor 120 is 900V, the auxiliary battery 130 charges the power charging amount of the super capacitor 120 to a value of 900V or less, which is a fully charged power supply value. This is because, as shown in FIG. 2, since the self-discharge ratio of the super capacitor 120 at a constant power supply value is very high, when fully charged, power consumed by self-discharge is large. Accordingly, the supercapacitor 120 charges the charging value lower than the fully charged power supply value, not the fully charged power supply value. This constant voltage value may be set differently according to the capacity and size of the super capacitor 120 other than 775V.

S107 단계에서, 슈퍼 커패시터(120)의 전원 값이 775V 이하일 경우 S106 단계로 복귀하고, 이상일 경우 슈퍼 커패시터(120)의 충전을 종료한다.In step S107, when the power supply value of the super capacitor 120 is 775V or less, the process returns to step S106, and when the power supply value of the super capacitor 120 is over, the charging of the super capacitor 120 is terminated.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법은 시동 이 꺼져 있는 키 오프 기간 동안 슈퍼 커패시터의 전원 값이 동작전압 내에 유지되는 상태인가를 주기적으로 감시 후, 제어 로직에 따라 보조배터리의 에너지를 이용하여 슈퍼 커패시터를 충전하고, 초기 시동 후 즉시 차량 주행성능을 확보할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법은 보조 배터리의 심방전 없이, 보조배터리 에너지를 이용하여 실제 최대 20일 이상 초기 주행성능 확보가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법은 항상 슈퍼 커패시터의 충전 전원값을 작동 범위로 유지시켜 줌으로서, 장기 주차 후에라도 차량의 초기 동력성능에 저하가 야기 되지 않으므로 차량 상품성을 개선할 수 있다.The supercapacitor self-compensation system and the self-compensation method according to the embodiment of the present invention periodically monitor whether the power supply value of the supercapacitor is maintained within the operating voltage during the key-off period in which startup is turned off, and then, according to the control logic, The battery's energy can be used to charge the supercapacitor and ensure vehicle performance immediately after initial startup. In addition, the supercapacitor self-compensation system and the self-compensation method according to an embodiment of the present invention can secure initial driving performance for up to 20 days or more by using auxiliary battery energy without deep discharge of the auxiliary battery. In addition, the supercapacitor self-compensation system and the self-compensation method according to the embodiment of the present invention always maintain the charging power value of the supercapacitor in the operating range, so that the initial power performance of the vehicle does not occur even after long-term parking. The marketability can be improved.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼 커패시터 자기보상 시스템 및 자기보상 방법은, 연료전지 하이브리드 전기차에 탑재되어 있는 슈퍼 커패시터의 자기방전 보상을 key off 기간 중 슈퍼 커패시터와 저 전압 보조 배터리를 통합 관리하여, 슈퍼 커패시터의 자기방전을 보상토록 함으로써, 차량의 초기 주행성능을 개선할 수 있다.As described above, the supercapacitor self-compensation system and the self-compensation method according to the embodiment of the present invention provide a self-discharge compensation for the supercapacitor mounted on the fuel cell hybrid electric vehicle during the key off period. The integrated management can compensate for the self-discharge of the supercapacitor, thereby improving the initial running performance of the vehicle.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (7)

전원을 생성하여 제공하는 연료 전지 스택;A fuel cell stack generating and providing power; 상기 전원 공급받아 모터링을 실시하는 모터 컨트롤 유닛;A motor control unit configured to perform motoring by receiving the power; 상기 연료 전지 스택이 생성한 전원을 충전하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 슈퍼 커패시터;A super capacitor charging the power generated by the fuel cell stack and providing the power to the motor control unit; 차량 키 오프시, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값이 동작전압 값 이하로 떨어질 경우, 상기 슈퍼 커패시터에 전원을 공급하는 보조 배터리;An auxiliary battery for supplying power to the super capacitor when the vehicle power-off value of the super capacitor falls below an operating voltage value; 상기 보조 배터리 전원을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 제공하는 저전압 변환기;A low voltage converter boosting the auxiliary battery power to provide the super capacitor; 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값 및 상기 보조 배터리의 충전 전원 값을 측정하는 센서;A sensor measuring a charging power value of the super capacitor and a charging power value of the auxiliary battery; 초기 시동시 상기 연료 전지 스택을 활성화하고, 차량 키 오프시 상기 센서의 결과에 따라, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 시기를 결정하는 파워 컨트롤 유닛; 및A power control unit for activating the fuel cell stack at initial start-up and for determining when to charge the supercapacitor according to the results of the sensor upon vehicle key off; And 상기 연료 전지 스택의 전원을 상기 모터 컨트롤 유닛에 제공하는 경로 및 상기 보조 배터리 전원을 상기 슈퍼 커패시터에 제공하는 경로를 제공하는 전원 배분 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템.And a power distribution device for providing a path for providing power of the fuel cell stack to the motor control unit and a path for providing the auxiliary battery power to the super capacitor. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전원 배분 장치는The power distribution device 상기 연료 전지 스택과 상기 모터 컨트롤 유닛 사이의 제 1 메인 릴레이;A first main relay between the fuel cell stack and the motor control unit; 상기 차량의 보조 브레이크 수단인 브레이킹 레지스터에 포함된 쵸퍼와 상기 슈퍼 커패시터 간의 제 2 메인 릴레이;A second main relay between the chopper and the super capacitor included in the braking resistor, the auxiliary brake means of the vehicle; 상기 브레이킹 레지스터와 상기 슈퍼 커패시터 간의 브레이킹 릴레이; 및 A breaking relay between the breaking resistor and the super capacitor; And 상기 쵸퍼와 상기 브레이킹 릴레이 사이에 프리챠지 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템.And a precharge relay between the chopper and the braking relay. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 차량 키 오프 시 상기 슈퍼 커패시터를 충전하기 위하여 To charge the supercapacitor when the vehicle key is off 상기 제 1 메인 릴레이는 턴-온 상태; The first main relay is turned on; 상기 제 2 메인 릴레이는 턴-오프 상태; The second main relay is turned off; 상기 프리챠지 릴레이는 턴-온 상태; The precharge relay is turned on; 상기 쵸퍼는 턴-온 상태; 및 The chopper is turned on; And 상기 브레이킹 릴레이는 턴-오프 상태;를 유지하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템.The braking relay is turned off; self-compensation system of the supercapacitors. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 파워 컨트롤 유닛은The power control unit 차량 키 오프시 상기 보조 배터리 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터의 충전 값을 동작 전압 값 이상에서 상기 슈퍼 커패시터의 완전 충전 전원 값 미만으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템.The self-compensation system of the supercapacitor, wherein the auxiliary battery power is used to maintain the charging value of the supercapacitor below the fully charged power supply value of the supercapacitor above an operating voltage value. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전원 값은 The charge power value of the super capacitor is 500~775V로 유지되는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 시스템.Self-compensation system of a super capacitor, characterized in that it is maintained at 500 ~ 775V. 차량 키 오프 상태를 확인하는 단계;Checking a vehicle key off state; 상기 차량 키 오프시 슈퍼 커패시터 전원 값을 측정하는 단계;Measuring a super capacitor power value when the vehicle key is off; 상기 측정된 슈퍼 커패시터 전원 값이 동작전압 이하인지 확인하는 단계;Checking whether the measured super capacitor power supply value is lower than an operating voltage; 상기 슈퍼 커패시터 전원 값이 동작전압 이하로 떨어진 경우, 보조 배터리 전원 값을 측정하는 단계;Measuring an auxiliary battery power value when the super capacitor power value falls below an operating voltage; 상기 보조 배터리 전원 값이 슈퍼 커패시터를 충전할 수 있는 기준전압 값 이상인지 확인하는 단계; 및Checking whether the auxiliary battery power value is greater than or equal to a reference voltage value capable of charging a super capacitor; And 상기 보조 배터리 전원 값이 상기 기준전압 값 이상일 경우, 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 일정 전압 까지 충전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 방법.And charging the supercapacitor to a predetermined voltage by using the power supply of the auxiliary battery when the auxiliary battery power value is greater than or equal to the reference voltage value. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 동작전압은 500V~900V 이며, The operating voltage is 500V ~ 900V, 상기 일정 전압은 775V 인 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터의 자기보상 방법.The constant voltage is a self-compensation method of a super capacitor, characterized in that 775V.
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