KR20080111194A - Control method for constant voltage of 12v battery - Google Patents

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Abstract

A method for controlling constant voltage of 12V battery capable of preventing malfunction of device is provided to extend a lifetime of a battery by regularly maintaining a voltage of a 12V battery. A method for controlling constant voltage of 12V battery capable of preventing malfunction of device maintains a voltage of 12V battery by variably controlling an output voltage of a low voltage DC-DC converter(LDC) according to a load current. An output control voltage of the LDC is calculated by the following formula. VDC* = VLB* + IDC Î RL.

Description

12Ｖ 배터리 정전압 제어방법{Control method for constant voltage of 12V battery}Control method for constant voltage of 12V battery

도 1은 저전압 디씨-디씨 컨버터의 기능을 설명하기 위한 회로도이고,1 is a circuit diagram for explaining the function of a low voltage DC-DC converter,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법을 나타내는 블럭 다이어그램이다.2 is a block diagram illustrating a 12V battery constant voltage control method according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : LDC 12 : 전장부하10: LDC 12: Electric load

14 : 전압제어기(PI) VHB : 고전압 배터리 전압14: voltage controller (PI) V HB : high voltage battery voltage

VDC : LDC 출력 전압 VLB : 12V 배터리 전압V DC : LDC Output Voltage V LB : 12V Battery Voltage

IHB : 고전압 배터리 전류 IDC : LDC 출력전류I HB : High Voltage Battery Current I DC : LDC Output Current

본 발명은 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는하 이브리드 차량용 저전압 디씨-디씨 컨버터의 출력전압을 부하 전류에 따라서 능동적으로 가변 제어함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정 전압으로 유지시켜 배터리의 수명을 연장시킬 수 있고, 전장품의 오동작을 방지할 수 있도록 한 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 12V battery constant voltage control method, and more particularly, by actively controlling the output voltage of a hybrid vehicle low voltage DC-DC converter according to the load current, thereby maintaining the voltage of the 12V battery at a constant voltage This invention relates to a 12V battery constant voltage control method which can extend the service life of the battery and prevent malfunction of the electronics.

알려진 자동차의 전기장치로는 엔진전기장치(시동장치, 점화장치, 충전장치)와 등화장치가 일반적이나, 최근에는 차량이 보다 전자제어화 됨으로써 샤시전기장치를 포함한 대부분의 시스템들이 전기전자화 되고 있는 추세이다. Engine electric devices (starters, ignition devices, charging devices) and lighting devices are generally known as electric devices of automobiles. However, in recent years, as the vehicle becomes more electronically controlled, most systems including chassis electric devices are becoming electronic. to be.

자동차에 설치되는 램프, 오디오, 히터, 에어컨 등의 각종 전장품들은 자동차 정지시에는 배터리로부터 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기로부터 전원을 공급받도록 되어 있는데, 이때 통상의 전원 전압으로 14V계 전원 시스템의 발전용량이 사용되고 있다. Various electric appliances such as lamps, audio, heaters, and air conditioners installed in automobiles are supplied with power from the battery when the vehicle is stopped, and from the generator when driving the vehicle. Capacity is being used.

최근 들어 정보기술 산업의 발달과 더불어 자동차의 편의성 증대를 목적으로 하는 다양한 신기술(모터식 파워 스티어링, 인터넷 등)들이 차량에 접목되고 있으며, 앞으로도 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 신기술의 개발이 계속될 전망이다.Recently, with the development of the information technology industry, a variety of new technologies (motor-powered steering, the Internet, etc.) aimed at increasing the convenience of automobiles have been applied to vehicles, and the development of new technologies that can make the most of the current automobile system will continue. It is a prospect.

따라서, 12V 배터리는 차량의 성능 향상 및 편리함, 편안함, 안전을 위한 전기장치로 인해서 증가하는 전기부하 때문에 그 한계에 점점 다다르고 있다. Thus, 12V batteries are approaching their limits due to increasing electrical loads due to improved performance of the vehicle and electrical devices for convenience, comfort and safety.

이에 기존의 14V계 전원 시스템으로는 신기술이 적용된 차량에 충분한 전력을 공급할 수 없고, 보다 큰 전력을 공급할 수 있는 전원 시스템의 도입이 요구되고 있다.Therefore, the existing 14V power supply system is not able to supply enough power to the vehicle to which the new technology is applied, it is required to introduce a power supply system that can supply more power.

12V 배터리의 한계에 대한 대안으로서 인체에 무해한 전압 범위 내에 있는 36V 배터리가 세계 유수의 자동차 회사들에 의해서 선정되었으며, 차량 내의 모든 시스템이 14V에서 42V로 바뀌기 위해서는 많은 시간이 소요되므로 과도기로서 14V와 42V가 공존하는 차량에 대한 연구가 진행되고 있다.As an alternative to the 12V battery limits, 36V batteries within the voltage range harmless to the human body have been selected by some of the world's leading automakers. Research on vehicles that coexist.

즉, 자동차의 전원 시스템을 14V/42V로 이중화 하여, 고전력을 요구하는 샤시계 및 모터류에는 42V의 전압을 공급함으로써 전력효율을 증대시키고, 저전력 장치들은 기존의 14V 전원 시스템을 사용하도록 하고 있는 것이다.In other words, the power supply system of automobiles is doubled to 14V / 42V, and the power efficiency is increased by supplying the voltage of 42V to the clocks and motors requiring high power, and the low-power devices use the existing 14V power system. .

42V 시스템 차량에서는 차량 내의 발전기는 42V로 발전하므로 14V 배터리에 전력을 공급하기 위해서 36V 배터리와 12V 배터리 사이에 전력 이동을 관장하는 양방향 DC/DC컨버터가 필요하다. In a 42V system vehicle, the generator in the vehicle generates 42V, so to power a 14V battery, a bidirectional DC / DC converter is needed to manage the power transfer between the 36V battery and the 12V battery.

하이브리드 전기 차량의 DC-DC 컨버터(10)(Low Voltage DC-DC Converter, 이하 LDC)는 일반 차량의 발전기 역할을 하는 장치로 도 1에 도시한 바와 같이 고전압 배터리 전압(VHB)을 12V 배터리 전압(VLB)으로 변환하여 전장부하(12)에 전원을 공급하고 12V 배터리를 충전시키는 역할을 담당한다. Low-voltage DC-DC converter 10 (hereinafter referred to as LDC) of a hybrid electric vehicle is a device that acts as a generator of a general vehicle, and as shown in FIG. 1, a high voltage battery voltage (V HB ) as shown in FIG. It converts to (V LB ) and supplies power to the electric load 12 and charges a 12V battery.

한편, 기존의 제어방법은 12V 배터리 전압을 제어하는 것이 아니라 LDC의 출력 전압을 제어한다.Meanwhile, the conventional control method controls the output voltage of the LDC, not the 12V battery voltage.

그런데 하이브리드 차량에서 LDC와 12V 배터리를 연결시켜주기 위해 5m 이상의 케이블을 사용하는데, 이 케이블에는 라인 저항이 존재한다.In hybrid vehicles, however, more than 5 meters of cable is used to connect the LDC and the 12V battery, which has a line resistance.

따라서 케이블을 통해 12V 전장부하를 공급하고 배터리를 충전하기 위해 전 류가 흐르게 되면 전압강하가 존재한다.Therefore, when the current flows to supply the 12V electric load through the cable and charge the battery, there is a voltage drop.

또한 상기 전압강하가 존재함에 따라 LDC가 출력 전압을 일정하게 제어한다고 할지라도 12V 배터리 전압은 전장 부하에 따라 가변되며 원하는 전압을 유지할 수 없게 되어 배터리 수명 저하를 초래하며, 전장품의 오동작 즉 헤드라이트 디밍, 냉각 팬 속도 약화에 따른 냉각 효율 저하 등의 문제점이 있다.In addition, even if the LDC controls the output voltage in the presence of the voltage drop, the 12V battery voltage is variable according to the electric load and can not maintain the desired voltage, leading to a decrease in battery life, malfunction of the electronics, that is, headlight dimming There is a problem such as a decrease in cooling efficiency due to a weakening of the cooling fan speed.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, LDC의 입력전류와 입력 전압을 센싱하여 출력 전류를 계산하고 이 전류를 12V 배터리전압의 제어에 이용함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정전압으로 유지하고 12V 배터리의 충전상태(SOC)를 일정하게 유지하여, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있고, 12V 전장부하에 안정적인 전압을 공급함으로써, 전장품의 오동작을 방지하고 수명을 연장할 수 있도록 한 12V 배터리 정전압 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by sensing the input current and input voltage of the LDC to calculate the output current and use this current to control the 12V battery voltage, thereby maintaining the voltage of the 12V battery at a constant voltage 12V battery constant voltage to extend the life of the battery by maintaining a constant state of charge (SOC) of the 12V battery, and to supply a stable voltage to the 12V electrical load, to prevent malfunction of the electronic device and to extend the life The purpose is to provide a control method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 12V 배터리 정전압 제어방법에 있어서,In the present invention for achieving the above object in the 12V battery constant voltage control method,

저전압 디씨-디씨 컨버터(LDC)의 출력전압을 부하 전류에 따라 가변제어하여 12V 배터리의 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.The output voltage of the low voltage DC-DC converter (LDC) is variably controlled according to the load current to maintain a constant voltage of the 12V battery.

바람직한 구현예로서, 상기 LDC의 출력제어전압은 다음 식 VDC* = VLB* + IDC × RL 에 의해 구하고, 식에서 VDC*는 LDC 출력 제어 전압이고, VLB*는 12V 배터리 제어 전압이며, IDC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, RL은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타내는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the output control voltage of the LDC is obtained by the following equation V DC * = V LB * + I DC × R L, where V DC * is the LDC output control voltage and V LB * is the 12V battery control voltage. Where I DC is the calculated output current of the LDC and R L represents the line resistance corresponding to the cable length from the LDC to the 12V battery.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 LDC의 출력 전류(IDC)는 LDC의 입력전류(IHB)를 센싱하여 다음 식 IDC = (VHB × IHB ÷ VDC) × η 에 의해 구하고, 상기 식에서 VHB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전압의 센싱값이고, IHB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이고, VDC는 LDC 출력 전압 센싱값이며, η는 LDC 효율을 나타내는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the output current (I DC ) of the LDC is obtained by sensing the input current (I HB ) of the LDC by the following equation I DC = (V HB × I HB ÷ V DC ) × η, where V HB is the sensing value of the LDC input (high voltage battery) voltage, I HB is the LDC input (high voltage battery) current sensing value, V DC is the LDC output voltage sensing value, η represents the LDC efficiency.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 일실시예에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법은 LDC의 입력전류와 입력 전압을 센싱하여 출력전류를 계산하고, 이 출력전류를 12V 배터리 전압 제어에 이용하여 12V 배터리 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.12V battery constant voltage control method according to an embodiment of the present invention to calculate the output current by sensing the input current and the input voltage of the LDC, so that the 12V battery voltage can be kept constant by using this output current for 12V battery voltage control At one point is the point.

본 발명은 12V 배터리 전압을 정전압으로 제어히기 위해서 수학식 1을 사용한다. 또한, 12V 배터리 전압을 센싱할 수 없으므로 본 발명에서 제안한 방법으로 LDC 출력 전류를 계산하여 LDC 출력 전압 제어에 사용한다.The present invention uses Equation 1 to control the 12V battery voltage to a constant voltage. In addition, since the 12V battery voltage cannot be sensed, the LDC output current is calculated by the method proposed in the present invention and used to control the LDC output voltage.

VDC* = VLB* + IDC × RL V DC * = V LB * + I DC × R L

수학식 1에서 VDC*는 LDC 출력 제어 전압이고, VLB*는 12V 배터리 제어 전압이며, IDC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, RL은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타낸다. RL은 케이블 굵기와 길이에 의해 상수로 결정된다. In Equation 1, V DC * is the LDC output control voltage, V LB * is the 12V battery control voltage, I DC is the output current calculation of the LDC, and R L is the line corresponding to the cable length from LDC to 12V battery. Indicates resistance. R L is a constant determined by cable thickness and length.

그리고 LDC 출력전류를 센싱하는 경우 대전류용 전류센서를 사용하여야 하므로, 원가 및 패키지 측면에서 불리하게 된다. In case of sensing the LDC output current, a large current sensor must be used, which is disadvantageous in terms of cost and package.

따라서 본 발명은 LDC 입력전류를 센싱하여 출력 전류를 계산하는 방식을 제공한다.Therefore, the present invention provides a method of calculating the output current by sensing the LDC input current.

IDC = (VHB × IHB ÷ VDC) × η I DC = (V HB × I HB ÷ V DC ) × η

상기 수학식 2에서 VHB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전압 센싱값이고, IHB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이고, VDC는 LDC 출력 전압 센싱값이다. 그리고 η는 LDC 효율을 의미한다.In Equation 2, V HB is an LDC input (high voltage battery) voltage sensing value, I HB is an LDC input (high voltage battery) current sensing value, and V DC is an LDC output voltage sensing value. And η means LDC efficiency.

도 2는 식 1과 식 2를 통해 본 발명에 따른 12V 배터리의 정전압 제어방법을 나타내는 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram illustrating a constant voltage control method of a 12V battery according to the present invention through equations (1) and (2).

즉, LDC의 입력전압 VHB와 입력전류 IHB를 곱하고, LDC의 출력전압 VDC 로 나 눈 후 LDC의 효율 η을 곱하여 LDC의 출력전류 IDC를 구한다(식 2).In other words, multiply the input voltage V HB of the LDC by the input current I HB , divide the output voltage V DC of the LDC, and multiply the efficiency η of the LDC to obtain the output current I DC of the LDC (Equation 2).

그리고, 상기 IDC에 케이블 저항 RL을 곱하고, 이에 12V 배터리 제어 전압 VLB*을 더하여 LDC 출력 제어 전압 VDC*을 구한다(식 1).Then, multiply the cable resistance R L by the I DC , and add the 12 V battery control voltage V LB * to obtain the LDC output control voltage V DC * (Equation 1).

이와 같은 방법에 의해 구한 LDC의 출력 제어 전압 VDC*은 전압제어기인 PI에 전송되고, PI의 LDC 내부 파워 소자 제어용 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해 제어된다. 차량용 LDC의 출력전압을 부하 전류에 따라서 능동적으로 가변 제어함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정한 전압으로 제어할 수 있다. The output control voltage V DC * of the LDC obtained by this method is transmitted to PI, which is a voltage controller, and is controlled by a pulse width modulation (PWM) signal for controlling the LDC internal power element of the PI. By actively controlling the output voltage of the vehicle LDC according to the load current, the voltage of the 12V battery can be controlled to a constant voltage.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.As described above, the 12V battery constant voltage control method according to the present invention has the following advantages.

1) LDC 출력전류를 센싱하는 경우에 대전류용 전류센서를 사용하지 않으므로 원가절감(약 10%)을 할 수 있다.1) In case of sensing LDC output current, cost saving (approximately 10%) can be achieved because no high current sensor is used.

2) 12V 배터리의 전압을 일정하게 유지함으로써, 배터리의 수명을 연장할 수 있고, 12V 전장부하의 오동작 즉 헤드라이트 디밍, 냉각팬 효율 저하 등을 방지할 수 있다.2) By keeping the voltage of the 12V battery constant, it is possible to extend the life of the battery and to prevent the malfunction of the 12V electric load, that is, the headlight dimming and the cooling fan efficiency.

3) 상기 대전류용 전류센서를 사용하지 않으므로 패키지 유연성을 제공하고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으므로 차량의 내구성을 향상시킨다.3) Since the current sensor for the large current is not used, package flexibility can be provided and the life of the battery can be extended, thereby improving vehicle durability.

Claims (3)

12V 배터리 정전압 제어방법에 있어서,12V battery constant voltage control method, 저전압 디씨-디씨 컨버터(LDC)의 출력전압을 부하 전류에 따라 가변제어하여 12V 배터리의 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 12V 배터리 정전압 제어방법.12V battery constant voltage control method characterized in that to maintain a constant voltage of the 12V battery by controlling the output voltage of the low-voltage DC-DC converter (LDC) according to the load current. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 LDC의 출력제어전압은 다음 식 VDC* = VLB* + IDC × RL 에 의해 구하고, 식에서 VDC*는 LDC 출력 제어 전압이고, VLB*는 12V 배터리 제어 전압이며, IDC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, RL은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타내는 것을 특징으로 하는 12V 배터리 정전압 제어방법.The output control voltage of the LDC is obtained by the following equation V DC * = V LB * + I DC × R L, where V DC * is the LDC output control voltage, V LB * is the 12V battery control voltage, and I DC is 12V battery constant voltage control method, characterized in that the output current calculation value of the LDC, R L represents the line resistance corresponding to the cable length from the LDC to the 12V battery. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 LDC의 출력 전류(IDC)는 LDC의 입력전류(IHB)를 센싱하여 다음 식 IDC = (VHB × IHB ÷ VDC) × η 에 의해 구하고, 상기 식에서 VHB는 LDC 입력(고전압 배 터리) 전압의 센싱값이고, IHB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이고, VDC는 LDC 출력 전압 센싱값이며, η는 LDC 효율을 나타내는 것을 특징으로 하는 12V 배The output current (I DC ) of the LDC is obtained by sensing the input current (I HB ) of the LDC by the following equation I DC = (V HB × I HB ÷ V DC ) × η, where V HB is the LDC input ( High-voltage battery) voltage sensing value, I HB is the LDC input (high voltage battery) current sensing value, V DC is the LDC output voltage sensing value, η is the 12V times characterized by LDC efficiency 터리 정전압 제어방법.Battery constant voltage control method.
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