KR20170041189A - 자동차의 가역 dc-dc 컨버터를 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

자동차의 가역 dc-dc 컨버터를 제어하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

인버터(4)에 의해 전력 공급되는 전기 기계(3)에 기계적으로 연결된 내연 기관(2)을 포함하는 파워트레인이 구비된 자동차의 가역적 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법으로서, 상기 인버터(4)는 상기 가역적 DC-DC 컨버터(5)를 통해 적어도 하나의 배터리에 전기적으로 연결되어 있으며, 또한 상기 DC-DC 컨버터(5)는 보조 장치에 연결되어 있으며. 상기 방법은 : 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들에서의 전력의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 단자들에서의 전력의 추정치 간의 차이를 결정하는 단계; 및 상기 DC-DC 컨버터의 단자들에 흐르는 전류가 0일 때 전압 세트포인트가 결정될 수 있도록, 상기 결정된 차이 및 공차값(ε)의 함수로서 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들에서의 전압 세트포인트를 결정하는 단계를 포함하는, 제어 방법.

Description

자동차의 가역 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법 및 시스템 {Method and system for controlling a reversible DC-DC converter of a motor vehicle}
본 발명의 기술분야는 하나 이상의 전기 기계들을 포함하는 파워트레인들의 제어이며, 그리고 더 구체적으로는, 그러한 파워트레인들의 DC-DC 컨버터들의 제어이다.
자동차 제조업체들은 이산화탄소 배출들을 줄일 수 있는 기술적 솔루션들을 지속적으로 찾고 있는 중이다.
실제 기술 발전들을 감안할 때, 미래에는, 파워트레인들의 전화(electrification)에 의해 이산화탄소 배출 감소가 달성될 것으로 보인다.
SED(Small electric device의 약자)라는 저-비용 하이브리다이제이션 시스템(hybridization system)의 사용은 이 전략과 완전히 일치한다. 이러한 기술은 내연 기관(2) 및 인버터(4)에 전기적으로 연결된 전기 기계(3)를 도시하는 도 1에 설명되어 있다. 상기 인버터(4)는 한편에서는 그라운드와 연결되어 있으며, 다른 한편에서는 DC-DC 컨버터(5)에 연결되어 있다. 이러한 컨버터는 48 V의 전압을 14 V의 전압으로 변환할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 상기 DC-DC 컨버터(5) 또한 그라운드와 연결되어 있다. 상기 DC-DC 컨버터(5)와의 연결과 병렬로, 상기 인버터(4)는 고전압 배터리(6)에 연결된다. 그러한 고전압 배터리(6)는 2중층 커패시터(6a) 및 내부 저항(6b)의 직렬연결과 전기적으로 등가이다. 상기 고전압 배터리는 150 Wh의 커패시티를 가진 리튬 배터리일 수 있다.
상기 내부 저항(6b)의 출력은 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력에 연결되며, 저-전압 배터리(7)의 입력에 연결되며, 그리고 보조 기기들(8)의 입력에 연결되며, 상기 보조 기기들(8)은 또한 그라운드에 연결된다. 상기 저-전압 배터리(7)는 리튬 티타늄 산화물을 기반으로 한 커패시터(7a) 및 내부 저항(7b)의 직렬연결과 전기적으로 등가이며, 상기 내부 저항(7b)은 그라운드에 연결된다. 상기 저-전압 배터리는 14 V 배터리일 수 있다.
상기 전기 기계(3) 및 상기 인버터(4)는 자동차들에 공통적으로 설치된 교류발전기를 대체한다. 상기 내연기관(2)에 연결된 그러한 전기기술 시스템은 : 온보드 전기장치들에게 14 V의 전압을 공급할 수 있으며; 소위 “정지/시동” 재시동이 구현될 수 있게 하며(최초 시동은 종래 시동기에 의해 여전히 보장된다는 것이 유의될 것이다); 모터와 엔진 사이에서 구동 토크를 재분할함으로써 전력 사용이 최대화되도록 할 수 있으며; 운전자가 가속기에서 발을 떼어 낼 때 그리고 제동하는 동안 에너지가 모아지고(harvested) 저장될 수 있게 하며; 그리고 더 빠른 가속이 달성될 수 있게 한다.
더 나은 전력 사용을 보장하기 위해, 통상적으로 가역적이며 상기 두 개의 배터리들(6, 7)과 상기 인버터(4) 사이에 배치되는 상기 DC-DC 컨버터(5)는 한 방향에서 저전압 네트워크의 전압
Figure pct00001
의 조절(regulation) 또는 다른 방향에서 상기 인버터의 단자들 양단의 전압
Figure pct00002
의 조절을 관리하는데 사용된다.
일반적으로, 본 발명에 의해 설명되는 제어 방법은 상기 가역적 DC-DC 컨버터(5)가 전압 조절되도록 한다. 즉, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력은 여전히 조절된다. 그러나 상기 저전압 배터리(7)를 충전하고자 한다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전압
Figure pct00003
은 전압 세트포인트
Figure pct00004
를 통해 제어될 것이다. 다른 경우, 즉 상기 고전압 배터리(6)의 방전을 통해 상기 전기 기계에 전력을 공급하고자 한다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전압
Figure pct00005
은 전압 세트포인트
Figure pct00006
를 통해 제어될 것이다.
이러한 조절의 주된 어려움은 차량의 전력 관리 시스템(power management system; PMS)이 한 방향에 대해(배터리 충전의 경우) 제1 기준 전력 세트포인트
Figure pct00007
를 전송하고 다른 방향에 대해(배터리 방전의 경우) 제2 기준 전력 세트포인트
Figure pct00008
를 전송한다는 사실에 있다. 이에 따라, 그리고 상기 DC-DC 컨버터(5)가 전압 조절된다는 사실에 비추어, 상기 DC-DC 컨버터(5)에 발송된 상기 전압 세트포인트는 한경우에는 전력을 상기 컨버터의 출력 전류
Figure pct00009
로 나눈 것이며, 또는 다른 경우에는 전력을 상기 컨버터의 입력 전류
Figure pct00010
로 나눈 것이다. 그러나 상기 컨버터의 출력 전류 또는 상기 컨버터의 입력 전류가 0이 될 때, 제어시 고려되어야 할 특이점(singularity)이 나타난다.
도 1로부터, 다음의 연립방정식이 추론될 수 있다 :
Figure pct00011
(방정식 1)
이 때 :
μ는 상기 DC-DC 컨버터의 효율이며;
Figure pct00012
는 저-전압 배터리의 전압이며,
Figure pct00013
= 11 V 및
Figure pct00014
= 18 V 사이에 포함된다;
Figure pct00015
는 고전압 배터리의 전압이다;
Figure pct00016
는 상기 인버터의 양단에 걸리는 전압이며,
Figure pct00017
= 26 V 및
Figure pct00018
= 60 V 사이에서 변한다;
Figure pct00019
는 상기 인버터에 의해 전달되는 전류이며, 외인성(exogenous) 입력(섭동(perturbation))으로 고려된다;
Figure pct00020
는 상기 고전압 배터리를 통해 흐르는 전류이다;
Figure pct00021
는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류이다;
Figure pct00022
는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전류이다;
Figure pct00023
는 상기 저전압 배터리를 통해 흐르는 전류이다;
Figure pct00024
는 상기 저전압 배터리의 개방 전압이다;
Figure pct00025
는 상기 고전압 배터리의 개방 전압이다;
Figure pct00026
는 상기 저전압 배터리의 전기 저항이다;
Figure pct00027
는 상기 고전압 배터리의 전기 저항이다; 그리고
Figure pct00028
는 보조장치들에 의해 요구되는 전류이며, 이 또한 외인성(exogenous) 입력(섭동)으로 고려된다.
종래 기술 문헌으로부터, 전압이 아닌 전류로 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 전략을 기술하는 WO 2009/074604이 공지되어 있다. 전압-조절되는 DC-DC 컨버터들은 전류-조절 컨버터들보다 저렴하다. 대조적으로, 전압-조절되는 DC-DC 컨버터들은 DC-DC 컨버터의 전류가 0이 될 때 특이점을 가지며, 이는 전압-조절 DC-DC 컨버터들을 제어하기 어렵게 만든다.
소위 “정지&시동” 시동 기능이라 불리는 것을 달성하기 위해, 더 빠른 가속을 얻기 위해, 에너지를 모으기(harvesting) 위해, 그리고 보조장치들의 양단 전압들을 유지하기 위해, DC-DC 컨버터에 적용될 수 있는 전압 제어 방법이 필요하다.
그러한 시스템의 조절과 관련하여, 해결해야할 또 다른 문제점은 상기 컨버터의 입력 전류 또는 출력 전류가 0이 될 때의 상기 특이점을 감안하기 위해, 상기 보조 장치들의 전류 요구
Figure pct00029
및 상기 인버터의 전류 요구
Figure pct00030
에도 불구하고 배터리가 방전중인 경우에 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전력을 유지하는 것, 그리고 배터리가 충전중인 경우에 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전력을 유지하는 것이다.
본 발명의 대상(subject)은 인버터에 의해 전력이 공급되는 전기 기계에 기계적으로 연결된 내연 기관을 포함하는 파워트레인이 구비된 자동차의 가역적 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법으로서, 상기 인버터는 상기 가역적 DC-DC 컨버터를 통해 적어도 하나의 배터리에 전기적으로 연결되어 있으며, 또한 상기 가역적 DC-DC 컨버터는 보조 장치에 연결되어 있는, 방법이다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 배터리는 직렬로 배치된 두 개의 배터리으로부터 형성된 고-전압(48V) 배터리이며, 상기 두 개의 배터리들 중 하나는 저-전압(14V) 배터리로서 사용된다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다 :
- 상기 DC-DC 컨버터의 단자들을 가로지르는 전력의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 단자들을 가로지르는 전력의 추정치 간의 불일치를 결정하는 단계; 및
- 상기 DC-DC 컨버터의 단자들을 통해 흐르는 전류가 0일 때 전압 세트포인트가 결정될 수 있도록, 상기 결정된 불일치 및 공차값에 따라 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트를 결정하는 단계. 이러한 공차값은 상기 DC-DC 컨버터의 전력 세트포인트에 대한 최대 허용 불일치에 대응한다.
상기 전력 세트포인트가 양수이거나 0이어서 적어도 하나의 배터리가 충전되고 있는 중이라면, 상기 DC-DC 컨버터의 단자들에서의 전력은 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전류와 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 전압의 곱으로 추정될 수 있으며, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값은 상기 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 최소 전압과 동일하다고 결정될 수 있으며, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값은 상기 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 최대 전압과 동일하다고 결정될 수 있으며, 그리고,
상기 전력 세트포인트가 음수여서 상기 인버터에 전력이 공급되고 있는 중이라면, 상기 DC-DC 컨버터의 단자들에서의 전력은 상기 DC-DC 컨버터의 입력 전류와 상기 인버터의 양단에 걸리는 전압의 곱으로 추정될 수 있으며, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값은 상기 인버터의 양단에 걸리는 최소 전압과 동일하다고 결정될 수 있으며, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값은 상기 인버터의 양단에 걸리는 최대 전압과 동일하다고 결정될 수 있다.
상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 더 큰지 여부가 판단될 수 있으며, 그리고 상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 더 크다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압에 대한 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값과 동일하다고 결정될 수 있으며,
그리고 상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 크지 않다면, 상기 추정된 불일치가 상기 공차값의 반수(opposite number)보다 작은지 여부가 판단되며, 상기 추정된 불일치가 상기 공차값의 반수(opposite number)보다 작다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값과 동일하다고 결정될 수 있으며,
그리고 상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값과 최댓값의 선형 조합과 동일하다고 결정되며, 이 때, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값과 최댓값은 상기 추정된 불일치 및 상기 공차값에 의해 가중되며, 이렇게 결정된 상기 전압 세트포인트의 값은 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값 사이에서 상기 공차값에 대한 상기 추정된 불일치의 값에 따라 변한다.
상기 추정된 불일치 및 상기 공차값에 따라 제1 계수가 결정될 수 있으며; 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값에 따라 제2 계수가 결정될 수 있으며; 상기 제1 계수, 상기 제2 계수 및 상기 추정된 불일치의 곱의 시간에 대한 적분으로부터 발생한 보정 팩터(correction factor)가 결정될 수 있으며; 그리고 상기 보정 팩터 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 합산될 수 있다.
상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같은지 여부가 판단될 수 있으며, 그리고 상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같다면, 상기 제1 계수가 메모리에 저장된 참조값과 동일한지 여부가 판단될 수 있으며, 그리고 상기 제1 계수가 상기 메모리에 저장된 참조값과 동일하지 않다면, 상기 제1 계수는 0으로 결정될 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같은지 여부가 판단될 수 있으며, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같다면, 상기 제2 계수는 0으로 결정될 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같지 않다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값보다 작거나 같은지 여부가 판단될 수 있으며, 그리고 상기 전압 세트포인트가 상기 최솟값보다 크고 최댓값보다 작다면, 상기 제2 계수는 0으로 결정될 수 있으며, 그렇지 않다면, 상기 제2 계수는 값 1과 동일하다고 결정될 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값 사이에 포함되도록 포화될 수 있으며, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 세트포인트를 결정하는 단계 또는 상기 세트포인트를 보정하는 단계에서 생성된다.
본 발명의 다른 대상은 인버터에 의해 전력이 공급되는 전기 기계에 기계적으로 연결된 내연 기관을 포함하는 파워트레인이 구비된 자동차의 가역적 DC-DC 컨버터를 제어하는 시스템으로서, 상기 인버터는 상기 가역적 DC-DC 컨버터를 통해 적어도 하나의 배터리에 전기적으로 연결되어 있으며, 또한 상기 DC-DC 컨버터는 보조 장치에 연결되어 있는, 시스템이다. 상기 시스템은 : 상기 DC-DC 컨버터의 전력 세트포인트의 부호를 결정하는 수단; 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 상기 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 전류에 따라, 저-전압 배터리의 전압에 따라, 상기 DC-DC 컨버터의 입력 전류에 따라, 그리고 상기 인버터의 단자들을 가로지르는 전압에 따라 상기 DC-DC 컨버터의 단자들에서의 전력을 추정하는 수단으로서, 상기 추정 수단은 또한 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 그리고 상기 저-전압 배터리의 전압의 최솟값 및 최댓값 그리고 상기 인버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값에 따라 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값 또한 결정할 수 있는, 추정 수단; 상기 DC-DC 컨버터의 전력의 추정치 및 상기 DC-DC 컨버터의 전력 세트 포인트 간의 불일치를 결정할 수 있는 감산기; 및 입력으로서 상기 불일치의 값, 공차값, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값을 수신하여, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트를 결정하는 수단을 포함한다.
상기 시스템은 : 상기 불일치 및 상기 공차값에 따라 제1 계수를 결정하는 수단, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값에 따라 제2 계수를 결정하는 수단; 상기 제1 계수와 상기 제2 계수와 상기 불일치 의 곱을 구할 수 있는 멀티플라이어; 이와 같이 얻어진 상기 곱을 시간에 대해 적분함으로써 보정 팩터를 결정할 수 있는 적분기; 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트와 상기 보정 팩터를 합함으로써 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트를 결정할 수 있는 가산기를 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 보정된 세트포인트는 그 후 상기 제2 계수를 결정하는 수단에 입력으로서 입력되는 상기 세트포인트를 대체한다.
상기 시스템은 또한 : 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 또 는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트를 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값 사이에 포함되는 값들로 제한할 수 있는 포화 수단도 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 제한된 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 수단에 전달된다.
본 발명의 효과는 본 명세서에 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 다음의 설명을 읽을 때 명백해질 것이다.
- 도 1은 SED에 의해 전기 구동되는(electrified) 파워 트레인의 주요 요소들을 도시한다.
- 도 2는 그러한 파워트레인의 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법의 주요 단계들을 도시한다.
- 도 3은 보정 루프가 구비된 상기 파워트레인의 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법의 주요 단계들을 도시한다.
- 도 4는 보정 루프가 구비된 파워트레인의 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 시스템의 주요 컴포넌트들을 도시한다.
도입부에서 설명한 바와 같이, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류 또는 출력 전류가 0이 될 때, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 제어에서 고려되어야할 특이점이 형성된다.
제안된 솔루션은 상기 외인성 입력들
Figure pct00031
및
Figure pct00032
을 거부하고
Figure pct00033
및
Figure pct00034
가 0이 될 수 있다는 사실을 고려하는 강인한(robust) 전략으로 구성된다. 그러한 솔루션은 다음 단계들을 포함하는 도 2에 도시된 제어 방법에 포함되어 있다.
제1 단계(10)에서, (상기 차량의 상기 전력 관리 시스템(PMS)에 의해 판단되는) 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트포인트
Figure pct00035
가 양인지 또는 음인지 여부가 검증된다. 상기 전력 세트포인트가 양이거나 0이라면, 상기 방법은 단계 11로 진행한다. 상기 전력 세트포인트가 음수라면, 상기 방법은 단계 12로 진행한다.
단계 11은 배터리 충전의 경우에 대응한다. 이 단계에서, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들에서의 전력의 추정치
Figure pct00036
는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전류
Figure pct00037
와 상기 저전압 배터리의 전압
Figure pct00038
을 곱함으로써 결정된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전압의 최솟값
Figure pct00039
은 상기 저전압 배터리의 전압의 최솟값
Figure pct00040
과 동일하다고 결정된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전압의 최댓값
Figure pct00041
은 상기 저전압 배터리의 전압의 최댓값
Figure pct00042
과 동일하다고 결정된다.
단계 12는 상기 배터리들의 방전의 경우에 대응한다. 이 단계에서, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전력의 추정치
Figure pct00043
는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류
Figure pct00044
와 상기 인버터의 양단 전압
Figure pct00045
을 곱함으로써 결정된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전압의 최솟값
Figure pct00046
은 상기 인버터의 양단 전압의 최솟값
Figure pct00047
과 동일하다고 결정된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전압의 최댓값
Figure pct00048
은 상기 인버터의 양단 전압의 최댓값
Figure pct00049
과 동일하다고 결정된다.
제4 단계(13)에서, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전력의 추정치와 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트포인트
Figure pct00050
간의 불일치(discrepancy) σ가 결정된다.
단계 14에서, 상기 불일치 σ가 공차값 ε(이 값이 높을수록 제어가 더 원활하다)보다 큰지가 판단된다. 상기 불일치가 상기 공차값 보다 크다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00051
가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값
Figure pct00052
과 동일하다고 결정된다. 상기 불일치가 상기 공차값 보다 크지 않다면, 상기 불일치 σ가 상기 공차값 ε의 반수(opposite number)보다 작은지 여부가 판단된다. 그러하다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00053
가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값
Figure pct00054
과 동일하다고 결정된다. 상기 불일치 σ의 절댓값이 상기 공차값 ε보다 작거나 같다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00055
는 다음의 방정식의 적용에 의해 결정된다 :
Figure pct00056
( 방정식 2 )
ε는 상기 컨버터의 전력 세트포인트 및 상기 컨버터가 전달하는 측정된 전력 간의 불일치에 대한 공차값(단위 : 와트(W))이다. 본 발명의 실시예에서, 이러한 공차값은 약 200 와트이다.
단계 15에서, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00057
가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값
Figure pct00058
과 최댓값
Figure pct00059
사이에 포함되는지 여부가 판단된다.
그런 경우가 아니라면, 제한된 전압 세트포인트
Figure pct00060
가 생성되어 상기 DC-DC 컨버터에 인가되기 전에 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00061
가 포화된다.
또한, 단계 14에서의 DC-DC 컨버터의 양단 전압의 세트포인트
Figure pct00062
의 결정과 단계 15에서의 포화 사이에 보정 루프를 추가함으로써 정적 오류를 제거하도록 제어의 수렴(convergence)을 개선하는 것이 가능하다. 도 3은 그러한 루프를 포함하는 방법을 도시한다. 전술한 방법에 공통된 단계들은 동일한 참조번호들로 참조되었으며, 그리고 설명의 간결성을 위해 다시 설명되지 않는다.
보정 루프를 생성하기 위해, 다음 단계들이 상기 제어 방법에 추가된다.
단계 16에서, 상기 불일치 σ의 절대값이 상기 공차값 ε보다 작거나 같은지 여부가 판단된다. 그러한 경우라면, 제1 계수
Figure pct00063
의 값은 경험적으로 결정된 세트포인트 값
Figure pct00064
과 동일하다고 결정된다. 그러한 경우가 아니라면, 상기 계수
Figure pct00065
의 값은 0이라고 결정된다.
단계 17에서, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00066
가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값
Figure pct00067
보다 높거나 동일한지 여부, 또는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00068
가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값
Figure pct00069
보다 작거나 동일한지 여부가 판단된다. 그러한 경우라면, 제2 계수
Figure pct00070
는 0이라고 결정된다. 그러한 경우가 아니라면, 상기 제2 계수
Figure pct00071
는 1이라고 결정된다.
단계 18에서, 상기 계수
Figure pct00072
와 상기 계수
Figure pct00073
와 상기 불일치 σ의 곱이 취해진다.
단계 19에서, 보정 팩터(correction factor) δ는 상기 곱
Figure pct00074
을 시간에 대하여 적분함으로써 결정된다.
이에 따라, 상기 제1 계수
Figure pct00075
는 상기 불일치 σ가 -ε에서 +ε까지의 원하는 값 범위에 있는지 여부를 판단할 수 있게 한다는 것이 될 것이다. 그러한 경우가 아니라면, 상기 적분은 적분될 상기 항을 삭제함으로써 중단된다.
마찬가지로, 상기 제2 계수
Figure pct00076
는 상기 DC-DC 컨버터의 단자들을 가로지르는 전압 세트포인트
Figure pct00077
의 포화가 검출될 수 있게 하며, 그리고 포화가 검출된다면, 적분될 항을 삭제함으로써 상기 적분이 중단된다.
단계 20에서, 상기 보정 팩터 δ는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트
Figure pct00078
를 획득하기 위해 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00079
와 합해진다. 이 경우, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트
Figure pct00080
는 포화 단계(15) 및 상기 제2 계수
Figure pct00081
를 결정하는 단계(17)에서 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00082
를 대체한다.
도 4는 도 1에서 설명된 DC-DC 컨버터를 제어하는 시스템을 도시한다. 상기 제어 시스템은 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트포인트의 부호를 결정하는 수단(21)을 포함한다. 상기 수단(21)의 출력은 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전류
Figure pct00083
에 따라, 상기 저-전압 배터리의 전압
Figure pct00084
에 따라, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류
Figure pct00085
에 따라, 그리고 상기 인버터(4)의 단자들을 가로지르는 전압
Figure pct00086
에 따라 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들을 가로지르는 전력을 추정하는 수단(22)에 연결되어 있다. 또한, 상기 추정 수단(22)은 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 그리고 상기 저-전압 배터리의 전압
Figure pct00087
의 최솟값 및 최댓값 그리고 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 전압
Figure pct00088
의 최솟값 및 최댓값에 따라 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값
Figure pct00089
및 최솟값
Figure pct00090
을 판단할 수 있다.
감산기(23)는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류의 추정치 및 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트 포인트
Figure pct00091
에 따라 불일치 σ를 결정한다.
상기 시스템은 입력으로서 상기 불일치 σ의 값, 공차값 ε, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값을 수신하여 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00092
를 결정하는 수단(24)을 포함한다.
그 다음, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00093
는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00094
를 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값 사이에 포함되는 값들로 제한하는 포화 수단(25)에 전달된다. 그 다음, 상기 제한된 세트포인트
Figure pct00095
는 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 수단에 전달된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상술된 제어 시스템은 상기 제어의 수렴을 개선할 수 있는 보정 루프를 구비한다.
상기 제어 시스템은 상기 불일치 σ 및 상기 공차값 ε에 따라 제1 계수를 결정하는 수단(26) 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값에 따라 제2 계수를 결정하는 수단(27)을 포함한다.
멀티플라이어(28)는 상기 제1 계수와 상기 제2 계수와 상기 불일치 σ의 곱을 얻는다.
적분기(29)는 이와 같이 얻어진 곱을 시간에 대해 적분함으로써 보정 팩터 δ를 결정한다.
가산기(30)는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트
Figure pct00096
와 상기 보정 팩터 δ를 합함으로써 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트
Figure pct00097
를 결정한다.
그 다음, 상기 세트포인트가 아니라 상기 보정된 세트포인트가 상기 포화 수단(25) 및 상기 제2 계수를 결정하는 수단(27)에 입력된다.
전술된 방법 및 시스템은 입력들(
Figure pct00098
및
Figure pct00099
)의 변화 및 진폭에 대한 불완전한 지식으로 인한 불확실성이 해결될 수 있게 한다. 또한, 상기 방법은 상기 전류들(
Figure pct00100
및
Figure pct00101
)로 인한 섭동(perturbation)을 제거함으로써 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력이 기준 전력으로 유지되도록 한다. 뿐만 아니라, 상기 방법은 또한 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들을 가로지르는 전류가 0이 될 때 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전압 세트포인트가 계산될 수 있게 한다.

Claims (10)

  1. 인버터(4)에 의해 전력이 공급되는 전기 기계(3)에 기계적으로 연결된 내연 기관(2)을 포함하는 파워트레인이 구비된 자동차의 가역적 DC-DC 컨버터를 제어하는 방법으로서,
    상기 인버터(4)의 출력은 상기 가역적 DC-DC 컨버터(5)를 통해 적어도 하나의 배터리(6, 7)에 전기적으로 연결되어 있으며,
    또한 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력은 보조 장치(8)에 연결되어 있고,
    상기 방법은 :
    - 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들을 가로지르는 전력의 전력 세트포인트(
    Figure pct00102
    ) 및 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들을 가로지르는 전력의 추정치 간의 불일치(σ)를 결정하는 단계; 및
    - 상기 DC-DC 컨버터의 단자들을 통해 흐르는 전류가 0일 때 전압 세트포인트가 결정될 수 있도록, 상기 결정된 불일치 및 상기 불일치의 공차값(ε)에 따라 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 세트포인트가 양수이거나 0이어서 적어도 하나의 배터리가 충전되고 있는 중이라면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전력은 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력 전류(
    Figure pct00103
    )와 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 전압(
    Figure pct00104
    )의 곱으로 추정되며, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값은 상기 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 최소 전압(
    Figure pct00105
    )과 동일하다고 결정되며, 그리고 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최댓값은 상기 저-전압 배터리의 양단에 걸리는 최대 전압(
    Figure pct00106
    )과 동일하다고 결정되며,
    상기 전력 세트포인트가 음수여서 상기 인버터에 전력이 공급되고 있는 중이라면, 상기 DC-DC 컨버터의 입력 전력은 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류(
    Figure pct00107
    )와 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 전압의 곱으로 추정되며, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값은 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 최소 전압과 동일하다고 결정되며, 그리고 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최댓값은 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 최대 전압과 동일하다고 결정되는, 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 더 큰지 여부가 판단되며, 그리고
    상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 더 크다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압에 대한 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값과 동일하다고 결정되며,
    상기 추정된 불일치가 상기 공차값 보다 크지 않다면, 상기 추정된 불일치는 상기 공차값의 반수(opposite number)보다 작은지 여부가 판단되며, 상기 추정된 불일치가 상기 공차값의 반수(opposite number)보다 작다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최댓값과 동일하다고 결정되며, 그리고
    상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같다면, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 추정된 불일치 및 상기 공차값에 의해 가중되는 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값과 최댓값의 선형 조합과 동일하다고 결정되며, 이렇게 결정된 상기 전압 세트포인트의 값은 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값 사이에서 상기 공차값에 대한 상기 추정된 불일치의 값에 따라 변하는, 제어 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추정된 불일치 및 상기 공차값에 따라 제1 계수가 결정되며,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값에 따라 제2 계수가 결정되고,
    상기 제1 계수, 상기 제2 계수 및 상기 추정된 불일치의 곱의 시간에 대한 적분으로부터 발생한 보정 팩터(correction factor)가 결정되며, 그리고
    상기 보정 팩터 및 상기 DC-DC 컨버터(5)의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 합산되는, 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같은지 여부가 판단되며, 그리고 상기 추정된 불일치의 절댓값이 상기 공차값 보다 작거나 같다면, 상기 제1 계수가 메모리에 저장된 참조 값과 동일한지 여부가 판단되며, 그리고 상기 제1 계수가 상기 메모리에 저장된 참조값과 동일하지 않다면, 상기 제1 계수는 0으로 결정되는, 제어 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같은지 여부가 판단되며, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같다면, 상기 제2 계수는 0으로 결정되고,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값보다 크거나 같지 않다면, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값보다 작거나 같은지 여부가 판단되고, 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트가 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값보다 작거나 같다면, 상기 제2 계수는 0으로 결정되며,
    상기 전압 세트포인트가 상기 최솟값보다 크고 상기 최댓값보다 작다면, 상기 제2 계수는 값 1과 동일하다고 결정되는, 제어 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값 사이에 포함되도록 포화되며,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트는 상기 세트포인트를 결정하는 단계 또는 상기 세트포인트를 보정하는 단계에서 생성되는, 제어 방법.
  8. 인버터(4)에 의해 전력이 공급되는 전기 기계(3)에 기계적으로 연결된 내연 기관(2)을 포함하는 파워트레인이 구비된 자동차의 가역적 DC-DC 컨버터를 제어하는 시스템으로서,
    상기 인버터(4)의 출력은 상기 가역적 DC-DC 컨버터(5)를 통해 적어도 하나의 배터리(6, 7)에 전기적으로 연결되어 있으며,
    또한 상기 DC-DC 컨버터(5)의 출력은 보조 장치(8)에 연결되어 있고,
    상기 시스템은 :
    - 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트포인트(
    Figure pct00108
    )의 부호를 결정하는 수단(21);
    - 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 상기 DC-DC 컨버터(5)로부터 출력되는 전류에 따라, 저-전압 배터리의 전압에 따라, 상기 DC-DC 컨버터(5)의 입력 전류에 따라, 그리고 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 전압에 따라 상기 DC-DC 컨버터(5)의 단자들에서의 전력을 추정하는 수단(22)으로서, 또한 상기 전력 세트포인트의 부호에 따라, 그리고 상기 저-전압 배터리의 전압의 최솟값 및 최댓값 그리고 상기 인버터(4)의 양단에 걸리는 전압의 최솟값 및 최댓값에 따라 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값 또한 결정할 수 있는, 추정 수단(22);
    - 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력의 추정치 및 상기 DC-DC 컨버터(5)의 전력 세트 포인트 간의 불일치 σ를 결정할 수 있는 감산기; 및
    - 입력으로서 상기 불일치의 값, 상기 불일치의 공차값(ε), 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값을 수신하여, 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트를 결정하는 수단(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 불일치 및 상기 공차값에 따라 제1 계수를 결정하는 수단(26), 그리고 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 및 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값에 따라 제2 계수를 결정하는 수단(27);
    상기 제1 계수와 상기 제2 계수와 상기 불일치의 곱을 구할 수 있는 멀티플라이어(28);
    이와 같이 얻어진 상기 곱을 시간에 대해 적분함으로써 보정 팩터를 결정할 수 있는 적분기(29); 및
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트와 상기 보정 팩터를 합함으로써 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트를 결정할 수 있는 가산기(30)를 포함하며,
    상기 보정된 세트포인트는 상기 제2 계수를 결정하는 수단(27)에 입력으로서 입력되는 상기 세트포인트를 대체하는, 제어 시스템.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 세트포인트 또 는 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 보정된 세트포인트를 상기 DC-DC 컨버터의 양단에 걸리는 전압의 최댓값 및 최솟값 사이에 포함되는 값들로 제한할 수 있는 포화 수단(25)을 포함하며,
    상기 제한된 세트포인트는 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 수단에 전달되는, 제어 시스템.

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