KR20180124579A - 배터리 전압제어 학습 알고리즘. - Google Patents

배터리 전압제어 학습 알고리즘. Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 관한 것으로서, 특히 알터네이터로부터 배터리까지의 선간 접압을 산출하여 배터리 오차를 최소화하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 관한 것이다. 본 발명은, 차량의 주행 중 알터네이터의 발전전압을 이용하여 배터리 전압의 오차를 감소시키는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 있어서, 차량의 제조 후 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 나타내는 제1 오차전압을 산출하는 단계; 알터네이터의 출력량 및 주행시간에 따라 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 업데이트하여 나타내는 제2 오차전압을 산출하는 단계; 및 제1 오차전압 및 제2 오차전압을 더하여 알터네이터와 배터리 사이의 선간 전압을 산출하는 단계;를 포함하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘을 제공한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 오픈 루프 제어와 같이 전압제어의 부작용이 없으며, 낮은 전압제어 오차를 갖는 이점이 있다.

Description

배터리 전압제어 학습 알고리즘.{LEARNING ALGORITHM FOR CONTROLLING THE VOLTAGE OF BATTERY}
본 발명은 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 관한 것으로서, 특히 알터네이터로부터 배터리까지의 선간 접압을 산출하여 배터리 오차를 최소화하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진을 시동시킬 경우에 사용되는 스타터(Starter) 모터와, 전조등, 미등 및 제동등 등의 등화장치를 비롯한 각종 전기적인 부하가 장착되어 있다. 상기 전기적인 부하에 동작 전력을 공급하기 위하여 차량에는 배터리가 장착되어 있고, 장착된 배터리의 충전전력을 상기 전기적인 부하에 공급하고 있다. 그러나 상기 배터리는 상기 전기적인 부하에 공급할 수 있는 충전전력에 한계가 있다. 그러므로 차량에는 전력을 발생할 수 있는 알터네이터를 장착하고, 알터네이터에서 발생되는 전력을 상기 배터리에 충전시켜 상기 전기적인 부하에 계속 동작전력을 공급할 수 있도록 하고 있다.
발전 제어시스템 및 ISG(Idle Stop & Go) 시스템이 없던 과거의 전원시스템에서 차량의 시스템 전압은, 단순히 알터네이터가 발전하는 전압에 의해 자동적으로 배터리 및 각 유니트의 전원 전압이 결정되었다. 그리고 시간이 지나 발전제어시스템 및 ISG 시스템이 적용됨에 따라 배터리 전압을 조정할 필요가 생기게 되었고, 배터리 센서를 통해서 보다 정확한 배터리 전압을 피드백 받아 PI(Proportion-Integral:비례적분)제어 방식을 통하여 배터리 전압을 제어하는 방식으로 바뀌어졌다.
이와 관련, 종래의 한국등록특허 제10-1438330호(배터리센서를 이용한 알터네이터 제어 방법)는 일반 내연기관 차량에서 배터리의 신뢰성을 검증하고, 배터리가 영향을 받지 않는 범위 내에서 알터네이터를 제어할 수 있도록 배터리센서를 이용한 알터네이터 제어방법을 개시하고 있다.
다만, 종래의 기술은 배터리에 센서가 필요하다는 단점이 있고, 배터리의 신뢰성을 검증하는 과정을 거치게 되며 실질적으로 배터리의 전압의 오차를 최소화할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1438330호
본 발명은 오픈 루프 제어 조건에서 배터리 전압제어 오차를 최소화할 수 있는 학습 알고리즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 주행 중 알터네이터의 발전전압을 이용하여 배터리 전압의 오차를 감소시키는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 있어서, 차량의 제조 후 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 나타내는 제1 오차전압을 산출하는 단계; 알터네이터의 출력량 및 주행시간에 따라 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 업데이트하여 나타내는 제2 오차전압을 산출하는 단계; 및 제1 오차전압 및 제2 오차전압을 더하여 알터네이터와 배터리 사이의 선간 전압을 산출하는 단계;를 포함하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘을 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 알터네이터의 발전전압으로부터 선간 전압을 제거하여 배터리 전압의 목표 전압과 실제 전압의 오차를 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 제1 오차전압을 산출하는 단계는, 차량의 학습 이력이 있는지 판단하는 과정; 및 학습 이력이 있는 경우 학습을 종료하고 학습 이력이 없는 경우 엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정;을 포함하고, 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 알터네이터에 연결된 부하들의 값이 기 설정된 저항보다 작은 경우에 한하여 제1 오차전압을 산출할 수 있다.
바람직하게, 제2 오차전압을 산출하는 단계는, 엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정;을 포함하고, 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 진행될 수 있다.
바람직하게, 제2 오차전압은, 배터리의 목표 전압과 실제 전압의 차이에 가중치를 적용시킨 값에 기 산출된 제2 오차전압을 더하여 산출되며, 차량의 주행 중 엔진의 아이들(IDLE) 구간마다 업데이트 될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 오픈 루프 제어와 같이 전압제어의 부작용이 없으며, 낮은 전압제어 오차를 갖는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압제어 학습 알고리즘의 순서도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제1 오차전압을 산출하는 단계의 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 오차전압을 산출하는 단계의 순서도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예로 주행상태에 따라 제2 오차전압을 업데이트하는 표를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
발전제어시스템 및 ISG 시스템이 없던 과거의 전원시스템에서는 차량의 시스템 전압은 단순히 알터네이터가 발전하는 전압에 의해 자동적으로 배터리 및 각 유니트의 전원 전압은 결정되어졌다. 그리고, 시간이 지나 발전제어시스템 및 ISG 시스템이 적용됨에 따라 배터리 전압을 조정할 필요가 생기게 되었고 배터리 센서를 통해서 보다 정확한 배터리 전압을 피드백 받아 PI제어 방식을 통하여 배터리 전압을 제어하는 방식으로 바뀌어졌다.
그러나, 배터리 충전 전압 PI 제어 방식은 배터리 전압 오차에 대해서 실시간으로 알터네이터의 출력을 조정함에 따라 소형차량의 토크가 낮은 엔진에서는 아이들 진동 과다 혹은 램프 디밍 문제 등 발생하였다. 따라서 소형차종에서는 PI 전압 제어 대신 오픈루프 제어 방식을 통해서 발전전압을 결정하는 방식으로 바꾸었으나, 차종마다 튜닝이 필요하며 전기부하량의 크기( = 알터네이터 발전량)가 커질수록 목표하는 배터리 전압 대비 실제 배터리 전압의 오차가 커지게 된다.
알터네이터가 발전을 하고 있는 경우 선간 전압 Drop은, '알터네이터 전압 > 배터리 전압 > 전기부하 양단전압'와 같은 특성을 가지고 있다. 선간전압 Drop의 크기는 ① 발전전류의 크기가 높아질수록 선간전압 Drop은 증가하고, ② 전선 주위 온도가 올라갈수록 선간전압 Drop이 증가하는 경향이 있다.
이에 본 발명은, '알터네이터 전압=배터리전압+선간 전압'이라는 공식 하에서 선간 전압을 제1 오차전압 및 제2 오차전압으로 구분하여 산출하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압제어 학습 알고리즘의 순서도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 배터리 전압제어 학습 알고리즘은 제1 오차전압을 산출하는 단계(S10), 제2 오차전압을 산출하는 단계(S30) 및 선간 전압을 산출하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
제1 오차전압을 산출하는 단계(S10)는, 차량의 주행 중 알터네이터의 발전전압을 이용하여 배터리 전압의 오차를 감소시키는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 있어서, 차량의 제조 후 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 산출하는 과정이다.
제2 오차전압을 산출하는 단계(S30)는, 알터네이터의 출력량 및 주행시간에 따라 알터네이터의 발전전압과 배터리 전압의 차이를 업데이트하여 나타내는 과정이다.
마지막으로, 선간 전압을 산출하는 단계(S50)는, 제1 오차전압 및 제2 오차전압을 더하여 알터네이터와 배터리 사이의 선간 전압을 산출하는 과정이다.
본 발명의 실시예에 따른 3단계를 통해, 알터네이터의 발전전압으로부터 상술한 선간 전압을 제거하여 배터리 전압의 목표 전압과 실제 전압의 오차를 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제1 오차전압을 산출하는 단계의 순서도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 제1 오차전압을 산출하는 단계(S10)는, 차량의 학습 이력이 있는지 판단하는 과정(S101); 및 학습 이력이 있는 경우 학습을 종료하고 학습 이력이 없는 경우 엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정(S102);을 포함하고, 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 알터네이터에 연결된 부하들의 값이 기 설정된 저항보다 작은 경우에 한하여 제1 오차전압을 산출할 수 있다. 알터네이터에 연결된 부하들의 값이 기 설정된 저항보다 작은지 판단하는 단계(S103); 및 제1 오차전압을 산출하는 단계;(S104)를 더 포함할 수 있고, 를
차량의 학습 이력이 있는지 판단하는 과정(S101)은 차량의 조립 후 최초 1회만 제1 오차전압을 측정하기 위한 것이다. 본 과정은 알터네이터 전압과 배터리 목표전압의 차이를 측정하여 제1 오차전압을 산출하는 과정으로, 차종에 따라 회로 구성, 회로의 길이, 굵기가 모두 상이하기 때문에 튜닝을 하는 대신 차량 조립 후 최초 1회에 한하여 제1 오차전압의 측정을 진행하는 것이다. 제1 오차전압을 측정함으로써 주행조건에 따른 선간 전압을 업데이트하는 제2 오차전압의 측정 전 각 차량 별 선간 전압을 표준화 할 수 있다.
엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정(S102)은 위의 알터네이터의 발전전압을 정확히 측정하여 제1 오차전압을 측정하기 위한 것으로, 엔진이 아이들(IDLE) 상태인 경우에만 본 과정이 진행될 수 있다.
알터네이터에 연결된 부하들의 값이 기 설정된 저항보다 작은 경우(소 기준)에만 본 과정이 진행되는데, 본 기술이 소형 차종의 Open Loop 제어의 오차를 개선하기 위한 과정으로, 부하가 기 설정된 저항보다 큰 경우에는 진행되지 않는다.
알터네이터에 연결된 부하들의 값을 소비전류에 따라 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따라 준중형 차량을 기준으로 소(10~20A/0.1V 오차 발생), 중(30~40A, 0.2V 오차 발생) 및 대(50A 이상, 0.3V 오차 발생)로 측정될 수 있으며, 부하들의 크기에 따라 선간 전압이 달라질 수 있고, 오차가 상이하게 나타날 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 오차전압을 산출하는 단계의 순서도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 제2 오차전압을 산출하는 단계(S30)는, 엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정(S301);을 포함하고, 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 진행될 수 있다.
제2 오차전압을 엔진의 아이들(IDLE)상태에서만 측정하는 이유는, 위 제1 오차전압을 측정하는 과정과 동일하다. 즉, 알터네이터의 발전전압을 정확히 측정하여 제1 오차전압을 측정하기 위한 것으로, 엔진이 아이들(IDLE) 상태인 경우에만 본 과정이 진행될 수 있다.
제2 오차전압은, 차종 별 학습을 통해 업데이트 되는 값으로, 주행 조건에 따라 지속적으로 그 값이 업데이트 될 수 있다. 제2 오차전압은 차량 조립 후 최초 1회만 측정되는 제1 오차전압과는 달리, 전기 부하량의 변화 또는 엔진 Warm-up 조건에 따라 업데이트 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 주행 조건은, 아이들(IDLE) 구간마다의 주행 시간과 그 구간에서의 알터네이터 출력량을 말하는 것으로, 각 주행 조건에 따라 제2 오차전압을 업데이트 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예로 주행상태에 따라 제2 오차전압을 업데이트하는 표를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 제2 오차전압은, 배터리의 목표 전압과 실제 전압의 차이에 가중치를 적용시킨 값에 기 산출된 제2 오차전압을 더하여 산출되며, 차량의 주행 중 엔진의 아이들(IDLE) 구간마다 업데이트 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 주행조건을 K1 내지 K9 으로 구분할 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 그 조건 또한 세부적으로 변경이 가능하다. 제2 오차전압은 아래와 같이 [수학식 1]에 의해 산출될 수 있으며, 차량의 주행 중 아이들(IDLE) 구간마다 지속적으로 업데이트 될 수 있다.
Figure pat00001
(α: 가중치 0<α<1, Error = 배터리 목표전압 - 배터리 실제전압)
가중치는 조절될 수 있는 수치이며, Ki는 주행조건에 따라 각 구간별로 설정될 수 있는 제2 오차전압을 나타낸다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 차량의 주행 중 알터네이터의 발전전압을 이용하여 배터리 전압의 오차를 감소시키는 배터리 전압제어 학습 알고리즘에 있어서,
    상기 차량의 제조 후 상기 알터네이터의 발전전압과 상기 배터리 전압의 차이를 나타내는 제1 오차전압을 산출하는 단계;
    상기 알터네이터의 출력량 및 주행시간에 따라 상기 알터네이터의 발전전압과 상기 배터리 전압의 차이를 업데이트하여 나타내는 제2 오차전압을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 오차전압 및 제2 오차전압을 더하여 상기 알터네이터와 상기 배터리 사이의 선간 전압을 산출하는 단계;를 포함하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알터네이터의 발전전압으로부터 상기 선간 전압을 제거하여 상기 배터리 전압의 목표 전압과 실제 전압의 오차를 감소시키는 배터리 전압제어 학습 알고리즘.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 오차전압을 산출하는 단계는,
    상기 차량의 학습 이력이 있는지 판단하는 과정; 및
    상기 학습 이력이 있는 경우 학습을 종료하고 상기 학습 이력이 없는 경우 엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정;을 포함하고,
    상기 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 상기 알터네이터에 연결된 부하들의 값이 기 설정된 저항보다 작은 경우에 한하여 상기 제1 오차전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 오차전압을 산출하는 단계는,
    엔진의 아이들(IDLE) 상태 여부를 판단하는 과정;을 포함하고,
    상기 엔진의 아이들(IDLE) 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 오차전압은,
    상기 배터리의 목표 전압과 실제 전압의 차이에 가중치를 적용시킨 값에 기 산출된 제2 오차전압을 더하여 산출되며,
    차량의 주행 중 엔진의 아이들(IDLE) 구간마다 업데이트되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압제어 학습 알고리즘.
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