KR20190051329A - Method for controlling dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 DC-DC 컨버터의 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 배터리 상태를 기반으로 48V DC-DC 컨버터를 효율적으로 운전하는 DC-DC 컨버터의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a DC-DC converter, and more particularly, to a control method of a DC-DC converter that efficiently operates a 48V DC-DC converter based on a battery state.
일반적으로 하이브리드 차량은 엔진과 모터의 조합으로 주행이 이루어지는 미래형 차량으로서, 그 구동 방식에 따라 병렬형, 직렬형, 복합형 등으로 구분되며, 또한 엔진과 구동모터의 파워 분담비에 따라 마일드(Mild), 미들(Middle), 하드(Hard) 타입으로 분류된다.In general, a hybrid vehicle is a future type vehicle that travels by a combination of an engine and a motor. The hybrid vehicle is classified into a parallel type, a series type, and a hybrid type according to the driving method. Middle, and Hard types.
마일드(Mild) 타입으로 분류되는 마일드 하이브리드 시스템(mild hybrid system)은 기존 내연기관만 사용하는 경우보다 연비를 향상하기 위한 목적으로, 엔진 토크보조 및 회생제동을 통해 48V 배터리를 활용하는 시스템이다.The mild hybrid system, which is classified as a mild type, is a system that utilizes a 48V battery through engine torque assist and regenerative braking for the purpose of improving fuel economy compared to a conventional internal combustion engine only.
마일드 하이브리드 시스템에서, 48V 배터리는 엔진토크 보조, 회생제동 및 고부하를 담당하며, 기존의 12V 전장 배터리는 저부하를 담당한다. In a mild hybrid system, the 48V battery is responsible for engine torque assist, regenerative braking and high load, while conventional 12V battle batteries are responsible for low loads.
48V 배터리와 12V 배터리 간의 전기에너지 흐름을 제어하는 DC-DC 컨버터는 12V 배터리에 연결되어 있는 전기 부하를 공급함과 동시에 12V 배터리를 적정한 수준의 충전 상태를 유지시켜야 한다.A DC-DC converter that controls the flow of electrical energy between a 48V battery and a 12V battery should provide an electrical load connected to the 12V battery while maintaining the proper level of charge for the 12V battery.
기존의 48V DC-DC 컨버터는 출력전압(혹은 출력파워)을 특정한 값으로 설정하여, 12V 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제어되므로, 컨버터의 입력측(48V 배터리) 전압변동, 출력측(12V 배터리) 전압변동 및 출력 파워 별로 컨버터의 효율 구간을 고려한 제어를 수행하지 않는다.Since the output voltage (or output power) of a conventional 48V DC-DC converter is set to a specific value and the voltage of the 12V battery is controlled to be constant, the output voltage of the converter (48V battery) The control considering the efficiency interval of the converter is not performed according to the variation and the output power.
본 발명의 목적은 DC-DC 컨버터의 효율구간을 설정하고, 저전압 배터리(12V)의 충전상태(SOC, State Of Charge)와 전압값을 고려하여 DC-DC 컨버터의 출력파워와 12V 배터리 기준전압을 효율이 좋은 구간에서 작동하도록 제어하여 DC-DC 컨버터의 전력 변환효율을 높여 저전압 배터리로 충전되는 컨버터의 소비출력을 줄이는 데 있다.An object of the present invention is to set the efficiency period of a DC-DC converter and to set the output power of the DC-DC converter and the 12V battery reference voltage in consideration of the state of charge (SOC) and voltage value of the low- And to reduce the power consumption of a converter charged with a low-voltage battery by increasing the power conversion efficiency of the DC-DC converter.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 DC-DC 컨버터의 제어 방법은 DC-DC 컨버터가 최적의 파워 변환 효율로 운전하도록 효율운전구간을 학습하는 단계; DC-DC 컨버터의 입력측 및 출력측 전압값, 저전압 배터리의 SOC값을 수집하는 단계; 저전압 배터리의 SOC값을 고려하여, 상기 입력측 및 출력측 전압값에 대응하는 상기 효율운전구간 내에서 상기 DC-DC 컨버터가 컨버팅 동작을 수행하도록 상기 DC-DC 컨버터의 출력 파워를 결정하는 단계; 및 상기 DC-DC 컨버터가 상기 효율운전구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 상기 결정된 출력 파워에 대응하는 듀티값을 계산하는 단계;를 포함한다.In order to accomplish the above object, a control method of a DC-DC converter of the present invention includes: learning an efficient operation period so that the DC-DC converter operates at an optimal power conversion efficiency; Collecting an input side and an output side voltage value of the DC-DC converter and an SOC value of the low voltage battery; Determining an output power of the DC-DC converter such that the DC-DC converter performs a converting operation in the efficient operation period corresponding to the input side and output side voltage values, taking into account the SOC value of the low voltage battery; And calculating a duty value corresponding to the determined output power so that the DC-DC converter performs a converting operation within the efficient operation interval.
본 발명에 따르면, 고전압 배터리와 저전압 배터리를 적용한 전원체계에서 저전압 배터리를 충전하는 DC-DC 컨버터가 입력측 전압과 출력측 저전압 배터리의 전압, SOC와 부하 전력 정보를 활용하여, 컨버터가 효율이 좋은 출력파워 영역에서 동작함으로써, 파워 변환 효율을 개선하고, 추가적인 연비개선이 가능하다. 또한, 저전압 배터리의 SOC 전략에 근거하여 DC-DC 컨버터의 According to the present invention, a DC-DC converter for charging a low-voltage battery in a power system using a high-voltage battery and a low-voltage battery utilizes the input side voltage, the voltage of the output side low-voltage battery, the SOC and the load power information, By operating in the region, it is possible to improve power conversion efficiency and further improve fuel economy. In addition, based on the SOC strategy of the low-voltage battery,
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 컨버터 제어기의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 효율 운전 구간의 학습 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨버터 제어기의 동작 과정을 보여주는 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시한 단계 S420의 상세 과정을 보여주는 순서도이다.1 is a configuration diagram of a mild hybrid system according to an embodiment of the present invention.
2 is a functional block diagram of the converter controller shown in Fig.
3 is a flowchart illustrating a learning process of an efficient operation period according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of a converter controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a flowchart showing the detailed procedure of step S420 shown in FIG.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a mild hybrid system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 시스템은 고전압 배터리팩(100), 저전압 배터리팩(200), DC-DC 컨버터(300), 전장 부하(400) 및 컨버터 제어기(500)를 포함한다. 도 1에서 화살표 형태의 점선은 CAN 통신 라인을 의미한다.1, a mild hybrid system according to an embodiment of the present invention includes a high-
고전압 배터리팩(100)과 저전압 배터리팩(200)은 모터의 동작 모드(전동모드 또는 발전모드)에 따라, 일정한 전압이 충전 또는 방전된다.The high
고전압 배터리팩(100)은, 인버터(10)를 통해 모터(20)에 전력을 공급하거나 회생제동을 통해 충전된다. 고전압 배터리팩(100)은, 예를 들면, 48V 배터리팩 일 수 있다. 여기서, 회생제동은 모터(20)를 발전기로 동작시켜서 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 것을 의미한다. The high-
이러한 고전압 배터리팩(100)은 고전압 배터리 제어부(110) 및 48V 셀로 구성된 고전압 배터리(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. This high
고전압 배터리 제어부(110)는 고전압 배터리(120)의 전압값(또는 전류값) 및 SOC(State Of Charge)값을 DC-DC 컨버터(300)에 제공한다. 전압값 및 SOC값의 제공 방식은 주기적 및/또는 실시간 제공 방식을 포함한다. 고전압 배터리 제어부(110)는 고전압 배터리의 온도나 전압을 관리하는 BMS(BMS, Battery Management System)로 불릴 수도 있다.The high
참고로, 인버터(10)는 모터(20)와 고전압 배터리팩(100) 사이에 직렬로 연결되며, 모터(20)의 동작모드가 전동모드인 경우에는 고전압 배터리팩(100)으로부터 인가되는 전압을 교류 형태로 변환하여 모터(20)에 전달하며, 발전모드(회생제동모드)인 경우에는 모터(20)로부터 인가되는 전압을 직류로 변환하여 고전압 배터리팩(100)에 전달한다.The
저전압 배터리팩(200)은 차량 내의 부하(400)에 전력을 공급한다. 부하(400)는 차량 내의 전장 시스템일 수 있다. 이러한 저전압 배터리팩(200)은, 예를 들면, 12V 배터리팩일 수 있다. The low
저전압 배터리팩(200)은 저전압 배터리 제어부(210) 및 12V 셀로 구성된 저전압 배터리(220)를 포함하도록 구성될 수 있다. The low
저전압 배터리 제어부(210)는 저전압 배터리(220)의 전압값(또는 전류값) 및 SOC값을 DC-DC 컨버터(100)에 제공한다. 저전압 배터리 제어부(210)는 때때로 저전압 배터리의 온도나 전압을 관리하는 BMS(BMS, Battery Management System)로 불릴 수도 있다.The low-voltage
DC-DC 컨버터(300)는 고전압 배터리팩(100)과 저전압 배터리팩(200) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, DC-DC 컨버터(300)는 스위칭 소자, 인덕터, 커패시터 및 환류용 다이오드 등으로 구성될 수 있다.The DC-
DC-DC 컨버터(300)는 모터(20)의 동작 모드에 따라, 승압 모드(BOOST) 또는 강압 모드(BUCK)로 동작할 수 있다. 예를 들면, 저전압 배터리(220)의 전압을 승압하여, 모터(20)에 전력 공급하는 승압 모드 또는 모터(20)로부터 공급되는 전압을 강압하여, 저전압 배터리(220)에 전력을 공급하는 강압 모드(BUCK)로 구동되는 양방향 DC-DC 컨버터일 수 있다.The DC-
컨버터 제어기(500)는 파워 변환 효율이 우수한 효율 운전 구간을 설정하고, 설정된 효율 운전 구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 DC-DC 컨버터(300)를 제어함으로써, DC-DC 컨버터(300)의 에너지 변환 효율을 개선한다. 이러한 에너지 변환 효율의 개선은 추가적인 연비 개선으로 이어질 수 있다.The
이하, 컨버터 제어기(500)에 대해 상세히 기술한다.Hereinafter, the
도 2는 도 1에 도시한 컨버터 제어기의 기능 블록도이다.2 is a functional block diagram of the converter controller shown in Fig.
도 2를 참조하면, 컨버터 제어기(500)는, 수집부(510), 출력 파워 결정부(520), 듀티값 계산부(530), 효율운전구간 학습부(540) 및 저장소(550)를 포함한다.2, the
수집부(510)는 2개의 배터리팩들(100, 200)로부터의 배터리 정보 및 전장 부하(400)로부터의 전장 부하 정보를 수집한다. The
수집된 배터리 정보는 전압값(또는 전류값) 및 SOC값을 포함한다.The collected battery information includes voltage value (or current value) and SOC value.
전압값(또는 전류값)은 고전압 배터리(120)와 연결된 DC-DC 컨버터(300)의 입력단자(도 1의 302)에서 측정된 고전압 배터리(120)의 전압값 및 저전압 배터리(220)와 연결된 DC-DC 컨버터의 출력단자(도 1의 304)에서 측정된 저전압 배터리(220)의 전압값을 포함한다.The voltage value (or the current value) is the voltage value of the high-
SOC값은 저전압 배터리팩(200) 내의 저전압 배터리 제어부(210)에서 제공된 저전압 배터리(220)의 SOC값을 포함한다. 이때, 설계에 따라, 저전압 배터리팩(200) 내에 저전압 배터리 제어부(210)가 설계되지 않을 수도 있다. 이 경우, 저전압 배터리(220)의 (-)단자에 설치된 전압센서(도시하지 않음) 등으로부터 저전압 배터리(220)의 SOC값 또는 전압값(또는 전류값)을 획득할 수도 있다.The SOC value includes the SOC value of the
전장 부하 정보는 다수의 전장 부하들 각각이 소비하는(요구하는 또는 필요한) 전력값들(이하, 전장부하 전력값)을 포함한다. The electrical field load information includes power values (hereinafter, referred to as " electric field load power values ") consumed (required or required) by each of a plurality of electric field loads.
이러한 전압값(또는 전류값), SOC값 및 전장부하 전력값을 수집하는 수집부(510)는 모니터링 기능을 수행하는 센서라는 명칭으로 불릴 수도 있다. 예를 들면, 컨버터 제어기(500)는 전장부하들의 동작 상태를 모니터링하고, 동작 중인 전장부하들에게 전장부하 전력값을 요청하여, 이러한 요청에 응답하여 동작 중인 전장부하들로부터 전장부하 전력값을 제공받을 수 있다.The
출력 파워 결정부(520)는 수집부(510)로부터 제공된 전압값(또는 전류값), SOC값 및 전장부하 전력값을 종합적으로 분석하여 사전에 학습된 효율 운전 구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 결정한다. The output
효율 운전 구간은 효율 운전 구간 학습부(540)에 의해 사전에 학습되며, 학습된 효율 운전 구간은 테이블 형태로 저장소(550)에 저장된다.The efficient operation section is previously learned by the efficient operation
저장소(550)에 저장된 효율 운전 구간 테이블은 출력 파워 결정부(520)의 요청에 따라 출력 파워 결정부(520)에 로딩되고, 출력 파워 결정부(520)에 로딩된 효율 운전 구간 테이블은 DC-DC 컨버터(300)의 컨버팅 동작을 결정하기 위한 지표로 활용된다.The efficiency operation section table stored in the
듀티값 계산부(530)는 출력 파워 결정부(520)로부터 파워 변환 효율이 우수한 효율 운전 구간 내에서 결정된 출력 파워값을 수신하고, 수신한 출력 파워값에 대응하는 듀티값을 계산하여, 이를 DC-DC 컨버터(300)에 제공한다.The duty
DC-DC 컨버터(300) 내의 각종 스위칭 소자들은 파워 변환 효율이 우수한 효율 운전 구간 내에서 결정된 출력 파워값으로부터 계산된 듀티값에 따라 스위칭 동작을 수행함으로써, DC-DC 컨버터(300)는 기본적으로, 파워 변환 효율이 우수한 효율 운전 구간 내에서 컨버팅 동작을 수행할 수 있게 된다. The various switching elements in the DC-
또한, 이러한 DC-DC 컨버터(300)의 컨버팅 동작은 동작 중인 전장 부하(400)의 전력값을 반영하기 때문에, DC-DC 컨버터(300)가 전장 부하(400)에 전력을 공급하는 저전압 배터리를 충전하는 모드로 동작하는 상황에서, 그 소비 출력을 절감할 수 있고, 나아가 저전압 배터리의 내구성 향상을 기대할 수 있다.Also, since the converting operation of the DC-
이하, 도 2에 도시한 컨버터 제어기(500)에서 수행하는 동작 과정에 대해 상세히 기술한다.Hereinafter, the operation process performed by the
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 효율 운전 구간의 학습 과정을 설명하는 흐름도이다. 아래에서 설명하는 각 단계의 수행 주체는 특별한 언급이 없는 한, 도 2에 도시한 효율운전구간 학습부(540)로 가정한다. 3 is a flowchart illustrating a learning process of an efficient operation period according to an embodiment of the present invention. The execution subject of each step described below is assumed to be the efficiency driving
도 3을 참조하면, 먼저, 단계 S310에서, DC-DC 컨버터(300)의 입력측 학습전압과 출력측 학습전압을 측정하는 과정이 수행된다. 학습전압은 DC-DC 컨버터의 효율운전구간을 학습하기 위한 학습 데이터로 활용된다. 입력측 학습전압은 DC-DC 컨버터(300)의 입력측 단자(302)에서 학습을 위해 측정한 고전압 배터리의 전압레벨(또는 전압값)이고, 출력측 학습전압은 DC-DC 컨버터(300)의 출력측 단자(304)에서 학습을 위해 측정한 저전압 배터리의 전압레벨(전압값)이다.Referring to FIG. 3, in step S310, a process of measuring an input-side learning voltage and an output-side learning voltage of the DC-
이어, 단계 S320에서, 현재 측정한 입력측 학습 전압과 출력측 학습 전압을 이용하여 DC-DC 컨버터(300)의 최적의 출력 파워치(Optimal Output Power value: OOP)를 학습하는 과정이 수행된다. 최적의 출력 파워치를 학습하는 방법으로, 기계학습과 같은 다양한 학습 방법이 활용될 수 있다.Next, in step S320, a process of learning the optimal output power value (OOP) of the DC-
이어, 단계 S330에서, 학습된 최적의 출력 파워치(OOP)를 중심으로 상한 출력 파워치(Upper Output Power value: UOP)와 하한 출력 파워치(Lower Output Power value: LOP)로 이루어진 효율운전구간을 결정하는 과정이 수행된다. Next, in step S330, an efficiency operation section including an upper output power value (UOP) and a lower output power value (LOP) centered on the learned optimal output power value (OOP) A determination process is performed.
이러한 효율운전구간은 최적의 출력 파워치(OOP)와 상한 출력 파워치 사이의 상한 간격과 최적의 출력 파워치(OOP)와 하한 출력 파워치(LOP) 사이의 하한 간격의 합으로 이루어진다.This efficient operation section is made up of the upper limit interval between the optimum output power value OOP and the upper limit output power value and the lower limit interval between the optimum output power value OOP and the lower limit output power value LOP.
상한 간격과 하한 간격은 동일하게 설정되거나 다르게 설정될 수 있다. 설계의 복잡함을 피하기 위해, 상한 간격과 하한 간격을 동일하게 설정하는 것이 바람직할 것이다.The upper limit interval and the lower limit interval may be set the same or may be set differently. In order to avoid the complexity of the design, it would be desirable to set the upper and lower spacings equally.
효율운전구간은 입력측/출력측 전압 별로 학습된 최적의 출력 파워치(OOP)의 일정 비율(%)에 따라 결정된다. The efficiency operation section is determined according to a certain ratio (%) of the optimum output power value (OOP) learned for each input / output side voltage.
구체적으로, 효율운전구간은 DC-DC 컨버터(300)의 입력측/출력측 전압 별로 학습된 최적의 출력 파워치(OOP)를 중심으로, 최적의 출력 파워치(OOP)의 일정 비율 이내에서 하한 출력 파워치(LOP)와 상한 출력 파워치(UOP)가 설정될 수 있다.Specifically, the efficiency operation period is determined based on the learned optimal output power value OOP for each input / output side voltage of the DC-
예를 들면, DC-DC 컨버터(300)의 특정 입력측/출력측 전압에서 학습된 최적의 출력 파워치(OOP)가 100(W)이고, 일정 비율이 10%로 가정하고, 상한 간격과 하한 간격이 동일한 경우에서, 일정 비율이 10%이므로, 효율운전구간의 폭은 100의 10%에 해당하는 10이고, 상한 간격과 하한 간격이 동일하므로, 하한 출력 파워치(LOP)는 95이고, 상한 출력 파워치(UOP)는 105가 된다. 따라서, 이 예에서, 효율운전구간은 최적의 출력 파워치(OOP)가 100(W)를 중심으로 95(W)~105(W)로 결정될 수 있다. 여기서 예시된 수치들은 설명의 이해를 돕기 위해, 과도하게 높은 수치로 가정한 것이다. For example, assuming that the optimum output power value OOP learned from the specific input side / output side voltage of the DC-
이와 같이 결정된 효율운전구간은 출력 파워 결정부(도 2의 520)에서 우수한 파워 변환 효율로 동작하도록 컨버터(300)의 출력 파워를 결정하기 위한 기준 지표로 활용된다. The thus determined efficiency operation period is utilized as a reference index for determining the output power of the
한편, DC-DC 컨버터(300)의 효율은 온도에 영향을 받을 수 있다. 이는 컨버터(300)를 구성하고 있는 소자(예를 들면, 저항, 커패시터, 인덕터, MOSFET, 다이오드 등)의 특성이 온도에 따라 달라지기 때문이다. On the other hand, the efficiency of the DC-
전술한 바와 같이, 학습을 통해 획득된 효율운전구간은 온도의 영향을 고려한 것이 아니므로, 그 신뢰성이 떨어질 수 있다. 따라서, 신뢰도를 높이기 위해, 효율운전구간은 컨버터가 작동하는 현재의 온도를 고려하여 조정될 필요가 있다.As described above, since the efficiency operation section obtained through learning does not consider the influence of temperature, its reliability may be deteriorated. Therefore, in order to increase the reliability, the efficiency operation section needs to be adjusted in consideration of the current temperature at which the converter operates.
온도가 올라갈수록 저항의 저항값이 증가하고 이에 따라 전력손실은 증가한다. 따라서, 파워 변환 효율은 감소할 것으로 예상할 수 있고, 실제 측정 결과 또한 예상과 일치함은 공지된 바와 같다.As the temperature rises, the resistance value of the resistor increases and the power loss increases accordingly. Thus, it is known that the power conversion efficiency can be expected to decrease and the actual measurement results also match the expectations.
이와 같이, 온도와 파워 변환 효율은 반비례 관계에 있다는 점으로부터, 컨버터의 온도가 상승할수록 학습된 효율운전구간의 폭은 작게 조정되어야 한다. 즉, 온도 별로 효율운전구간을 결정하는 최적의 출력 파워(OOP)의 일정 비율(%, 상한 출력 파워치와 하한 출력 파워치)은 적절한 값으로 보정되어야 한다.Thus, since the temperature and the power conversion efficiency are in inverse proportion, the width of the learned efficiency operation section should be adjusted to be small as the converter temperature rises. That is, a certain ratio (%, upper limit output power value and lower limit output power value) of the optimum output power (OOP) for determining the effective operation interval by temperature should be corrected to an appropriate value.
보정 방법으로, 임의의 입력측 학습전압(입력측 학습전류)과 임의의 출력측 학습전압(출력측 학습전류)으로부터 계산된 전력손실(P loss )을 컨버터의 동작온도 별로 계산한 후, 임의의 입력측 학습전압(입력측 학습전류)과 임의의 출력측 학습전압(출력측 학습전류)으로부터 결정된 효율운전구간을 각 동작온도에서 계산된 전력손실(P loss )을 이용하여 보정하는 방식으로 이루어질 수 있다.The power loss ( P loss ) calculated from an arbitrary input side learning voltage (input side learning current) and an arbitrary output side learning voltage (output side learning current) is calculated for each operating temperature of the converter and then an arbitrary input side learning voltage (Learning current on the input side) and an arbitrary output-side learning voltage (output-side learning current) using a power loss ( P loss ) calculated at each operating temperature.
DC-DC 컨버터(300)의 동작 온도가 t인 경우에서, 전력손실은 아래의 수식 1로 계산할 수 있다.In the case where the operating temperature of the DC-
여기서, Vin과 Iin은 각각 컨버터의 입력측 학습전압과 입력측 학습전류이고, Vout과 Iout은 각각 DC-DC 컨버터의 입력측 학습전압에 대응하는 출력측 학습전압과 입력측 학습전류에 대응하는 출력측 학습전류이다.Here, V in and I in are input side learning voltage and input side learning current of the converter, respectively, and V out and I out are respectively an output side learning voltage corresponding to the input side learning voltage of the DC-DC converter and an output side learning Current.
DC-DC 컨버터(300)의 동작 온도가 t인 경우에서, 보정된 효율운전구간은 아래의 수식2로 계산될 수 있다.In the case where the operating temperature of the DC-
[수학식 2]&Quot; (2) "
LOP - Ploss ≤ OOP ≤ UOP - Ploss와 같다.LOP - P loss ≤ OOP ≤ UOP - P loss .
여기서, LOP는 하한 출력 파워치이고, UOP는 상한 출력 파워치, OOP는 최적의 출력 파워치이다.Here, LOP is the lower limit output power value, UOP is the upper limit output power value, and OOP is the optimal output power value.
이와 같이, DC-DC 컨버터(300)의 동작 온도 별로 보정된 효율운전구간은 테이블 형태로 구성되어 저장소(도 2의 550)에 저장된다. As described above, the efficiency operation period corrected for each operating temperature of the DC-
아래의 표는 컨버터의 동작 온도 별로 보정된 효율운전구간 테이블의 예시이다.The following table is an example of the efficiency operation section table corrected by the operating temperature of the converter.
운전구간Calibrated efficiency
Driving section
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨버터 제어기의 동작 과정을 보여주는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of a converter controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 먼저, S410에서, 먼저, 컨버터 제어기(510) 내의 수집부(510)가 다수의 정보를 수집하는 과정이 수행된다. 다수의 정보는 DC-DC 컨버터(300)의 현재 입력측 전압값(또는 현재 입력측 전류값)과 현재 출력측 전압값(현재 출력측 전류값), 저전압 배터리의 SOC값, 전장부하(400)의 전력값 및 DC-DC 컨버터(300)의 현재 온도값을 포함한다. Referring to FIG. 4, first, in S410, a process of collecting a plurality of pieces of information by the collecting
이어, 단계 S420에서, 컨버터 제어기(510) 내의 출력 파워 결정부(520)가 수집한 다수의 정보를 분석하여 효율운전구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 결정하는 과정이 수행된다.In step S420, the output
이어, 단계 S430에서, 컨버터 제어기(510) 내의 듀티값 계산부(530)가 결정된 DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워에 대응하는 듀티값을 계산하는 과정이 수행된다.Next, in step S430, a duty
이어, 단계 S440에서, DC-DC 컨버터가 계산된 듀티값에 따라 효율 운전구간에서 컨버팅 동작을 수행하는 과정이 수행된다.In step S440, the DC-DC converter performs the converting operation in the efficient operation period according to the calculated duty value.
도 5는 도 4에 도시한 단계 S420의 상세 과정을 보여주는 순서도로서, 특별한 언급이 없는 한, 아래의 각 단계들의 수행주체는 출력 파워 결정부(520)로 가정한다. 또한, 아래의 각 단계를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 4에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간략히 기재하거나 생략하기로 한다.FIG. 5 is a flowchart showing the detailed procedure of step S420 shown in FIG. 4. Unless otherwise specified, the execution subject of each of the following steps is assumed to be the output
도 5를 참조하면, 먼저, 단계 S420-1에서, 저장소(도 2의 550)에 저장된 효율운전구간 테이블을 조회하여, DC-DC 컨버터(300)의 현재 입력측/현재 출력측 전압값에 대응하는 사전 학습된 효율운전구간을 탐색하는 과정이 수행된다. 이때, 효율운전구간의 신뢰도를 높이기 위해, DC-DC 컨버터(300)의 현재 온도값이 더 활용될 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터(300)의 현재 입력측/현재 출력측 전압값 및 DC-DC 컨버터(300)의 현재 온도값에 대응하는 효율운전구간이 탐색될 수 있다.Referring to FIG. 5, first, in step S420-1, the efficiency operation section table stored in the storage (550 in FIG. 2) is inquired and a dictionary corresponding to the current input side / current output side voltage value of the DC- The learned efficiency section is searched for. At this time, the current temperature value of the DC-
이어, 단계 S420-3에서, 저전압 배터리의 SOC값과 제1 기준 SOC값을 비교하는 과정이 수행된다. 제1 기준값은 저전압 배터리(도 1의 220)의 만충 정도를 판단하는 기준으로서, 다양하게 설정될 수 있으며, 예를 들면, 75~100% 사이의 값에서 설정될 수 있다.Next, in step S420-3, a process of comparing the SOC value of the low-voltage battery with the first reference SOC value is performed. The first reference value may be variously set as a criterion for determining the degree of fullness of the low-voltage battery (220 in FIG. 1), and may be set at a value between 75 and 100%, for example.
이어, 단계 S420-5에서, 저전압 배터리(도 1의 220)의 SOC값이 제1 기준 SOC값 이상인 경우, DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 OFF로 결정한다. 저전압 배터리의 충전상태가 충분한 상황에서는, 저전압 배터리(220)의 충전이 요구되지 않고, 또한 저전압 배터리(220)가 단독으로 전장부하(400)로의 전력 공급이 가능한 상태이므로, DC-DC 컨버터(300)의 컨버팅 동작이 중지되는 것이 파워변환 효율측면에서 유리하다.In step S420-5, if the SOC value of the low-voltage battery (220 in FIG. 1) is equal to or greater than the first reference SOC value, the output power of the DC-
이어, 단계 S420-7에서, 단계 S420-5에서 DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워 OFF가 결정되면, DC-DC 컨버터(300)의 컨버팅 동작이 중지되도록 듀티값을 결정하는 과정이 수행된다.Next, in step S420-7, when the output power OFF of the DC-
한편, 단계 S420-3의 비교 과정에서 저전압 배터리의 SOC값이 제1 기준 SOC값 미만인 경우, 단계 S420-9로 진행한다. On the other hand, if the SOC value of the low-voltage battery is less than the first reference SOC value in the comparison process of step S420-3, the process proceeds to step S420-9.
단계 S420-9에서는, 저전압 배터리의 SOC값과 제2 기준 SOC값을 비교하는 과정이 수행된다. 제2 기준 SOC값은 전술한 제1 기준 SOC값보다 작은 값으로, 예를 들면, 40~65% 사이에서 설정될 수 있다. 저전압 배터리의 SOC값이 제2 기준 SOC값 이상인 경우, 단계 S420-11로 진행하고, 저전압 배터리의 SOC값이 제2 기준 SOC값보다 작은 경우, 단계 S420-17로 진행한다.In step S420-9, a process of comparing the SOC value of the low-voltage battery with the second reference SOC value is performed. The second reference SOC value may be set to a value smaller than the first reference SOC value, for example, between 40 and 65%. If the SOC value of the low-voltage battery is equal to or greater than the second reference SOC value, the process proceeds to step S420-11. If the SOC value of the low-voltage battery is smaller than the second reference SOC value, the process proceeds to step S420-17.
저전압 배터리의 SOC값이 제2 기준 SOC값 이상인 경우, 단계 S420-11에서, 단계 S420-1에서 탐색된 효율안전구간 내의 최적의 출력 파워치(OOP)와 전장부하(400)의 전력값을 모두 합산한 값의 차이의 절대값이 허용 기준값을 비교하는 과정이 수행된다. 상기 절대값이 허용 기준값보다 작은 경우, 단계 S440-13으로 진행하고, 반대인 경우, 단계 S440-15로 진행한다.If the SOC value of the low-voltage battery is equal to or greater than the second reference SOC value, in step S420-11, both the optimum output power value OOP and the electric power value of the
단계 S440-13에서는, DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 최적의 출력 파워치(OOP)로 결정하는 과정이 수행된다.In step S440-13, the process of determining the output power of the DC-
DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워가 최적의 출력 파워치(OOP)로 결정된 경우, DC-DC 컨버터(300)가 최적의 출력 파워로 컨버팅 동작을 수행하도록 최적의 출력 파워치(OOP)에 대응하는 듀티값을 결정하는 과정(S420-7)이 수행된다.When the output power of the DC-
한편, 상기 절대값이 허용 기준값 이상인 경우, 단계 S420-15에서, DC-DC 컨버터(300)의 출력파워를 효율운전구간 내에서 현재 가동중인 전장부하(400)의 전력값에 대응하는 출력 파워치로 결정하는 과정이 수행된다. 이후, DC-DC 컨버터(300)가 현재 가동중인 전장부하(400)의 전력값에 대응하는 출력 파워치에 대응하는 듀티값을 결정하는 과정(S420-7)이 수행된다.If the absolute value is equal to or greater than the allowable reference value, in step S420-15, the output power of the DC-
단계 S420-9로 돌아가서, 저전압 배터리(220)의 SOC값이 제2 기준 SOC값보다 작은 경우, 단계 S420-17로 진행하는 데, 저전압 배터리(220)의 SOC값이 제2 기준 SOC값보다 작은 경우는 저전압 배터리(220)의 충전상태가 매우 불안정한 상태이므로, 이 경우에서는, DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 효율 안전 구간의 상한 출력 파워치(UOP)로 결정하는 과정이 수행된다. 설계에 따라, DC-DC 컨버터(300)의 출력 파워를 상한 출력 파워치(UOP)보다 큰 출력 파워치로 결정할 수도 있다. 이후, 단계 S420-7에서 상한 출력 파워치(UOP) 또는 상한 출력 파워치(UOP)보다 큰 출력 파워치에 대응하는 듀티값을 결정하는 과정(S420-7)이 수행된다.If the SOC value of the low-
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 수시로 변동하는 DC-DC컨버터(300)의 입력측/출력측 전압값에 따라 효율안전구간을 사전에 학습하고, DC-DC 컨버터(300)가 효율안전구간에서 컨버팅 동작을 수행하게 함으로써, DC-DC 컨버터(300)의 파워 변환 효율 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the efficiency safety interval is learned in advance according to the input / output side voltage value of the DC-
나아가, DC-DC 컨버터가 효율안전구간에서 컨버팅 동작을 수행하게 하는데 그치지 않고, 저전압 배터리(220)의 SOC값에 따라 효율안전구간 내에서도 최적의 출력 파워치를 결정함으로써, DC-DC 컨버터(300)가 저전압 배터리를 충전하는 모드로 동작하는 상황에서, 그 소비 출력을 절감할 수 있고, 나아가 저전압 배터리(220)의 내구성 향상을 기대할 수 있다.Further, not only does the DC-DC converter perform the conversion operation in the efficiency safety interval, but also determines the optimum output power value in the efficiency safety interval according to the SOC value of the low-
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications not illustrated in the drawings are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
Claims (11)
DC-DC 컨버터의 입력측 및 출력측 전압값, 저전압 배터리의 SOC값을 수집하는 단계;
저전압 배터리의 SOC값을 고려하여, 상기 입력측 및 출력측 전압값에 대응하는 상기 효율운전구간 내에서 상기 DC-DC 컨버터가 컨버팅 동작을 수행하도록 상기 DC-DC 컨버터의 출력 파워를 결정하는 단계; 및
상기 DC-DC 컨버터가 상기 효율운전구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 상기 결정된 출력 파워에 대응하는 듀티값을 계산하는 단계;
를 포함하는 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
Learning an efficient operation period so that the DC-DC converter operates at an optimum power conversion efficiency;
Collecting an input side and an output side voltage value of the DC-DC converter and an SOC value of the low voltage battery;
Determining an output power of the DC-DC converter such that the DC-DC converter performs a converting operation in the efficient operation period corresponding to the input side and output side voltage values, taking into account the SOC value of the low voltage battery; And
Calculating a duty value corresponding to the determined output power so that the DC-DC converter performs a converting operation within the efficient operation interval;
The DC-DC converter comprising:
상기 DC-DC 컨버터의 입력측 학습전압과 출력측 학습전압을 측정하는 단계;
측정한 입력측 학습 전압과 출력측 학습 전압을 이용하여 상기 DC-DC 컨버터의 최적의 출력 파워치를 학습하는 단계;
상기 최적의 출력 파워치를 중심으로 상한 출력 파워치와 하한 출력 파워치로 이루어진 효율운전구간을 결정하는 단계
를 포함하는 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
2. The method of claim 1,
Measuring an input-side learning voltage and an output-side learning voltage of the DC-DC converter;
Learning the optimal output power value of the DC-DC converter using the measured input-side learning voltage and the output-side learning voltage;
Determining an efficiency operation period including an upper limit output power value and a lower limit output power value about the optimum output power value
The DC-DC converter comprising:
상기 최적의 출력 파워치의 일정비율에 따라 결정되는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the output power of the DC-DC converter is determined according to a certain ratio of the optimum output power value.
상기 DC-DC 컨버터의 동작 온도에 따른 전력손실을 이용하여 효율운전구간을 보정하는 단계
를 더 포함하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
3. The method of claim 2,
A step of correcting the efficiency operation period using the power loss according to the operating temperature of the DC-DC converter
Further comprising the step of controlling the DC-DC converter.
상기 학습하는 단계에서 생성된 효율운전구간 테이블을 참조하여, 상기 입력측 및 출력측 전압값에 대응하는 상기 효율운전구간을 탐색하는 단계; 및
상기 탐색된 효율운전구간 내에서 컨버팅 동작을 수행하도록 상기 DC-DC 컨버터의 출력 파워를 결정하는 단계;
를 포함하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
2. The method of claim 1,
Searching the efficiency operation section corresponding to the input side and output side voltage values with reference to the efficiency operation section table generated in the learning step; And
Determining an output power of the DC-DC converter to perform a converting operation within the searched efficiency operation period;
Wherein the DC-DC converter comprises a DC-DC converter.
상기 DC-DC 컨버터의 동작 온도에 따른 다수의 효율운전구간으로 구성된 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
The method according to claim 5,
Wherein the DC-DC converter includes a plurality of efficient operation periods according to an operating temperature of the DC-DC converter.
상기 입력측 및 출력측 전압값 외에 상기 DC-DC 컨버터의 현재 동작 온도값을 더 고려하여 상기 효율운전구간 테이블 내에서 상기 효율운전구간을 탐색하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
6. The method of claim 5,
DC converter according to claim 1, wherein the current operation temperature value of the DC-DC converter is further considered in addition to the input side and output side voltage values to search the efficiency operation section in the efficiency operation section table.
상기 저전압 배터리의 SOC값이 제1 기준 SOC값 이상인 경우, 상기 DC-DC 컨버터의 출력 파워를 오프시키는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
2. The method of claim 1,
And turns off the output power of the DC-DC converter when the SOC value of the low-voltage battery is equal to or greater than a first reference SOC value.
상기 저전압 배터리의 SOC값이 제1 기준 SOC값 미만이고, 상기 제1 기준 SOC값보다 작은 제2 기준 SOC값 이상인 경우, 상기 효율운전구간의 중심에 해당하는 최적의 출력 파워치와 상기 저전압 배터리에 연결된 전장부하의 전력값 간의 차이값을 허용 기준값과 비교하는 단계; 및
상기 차이값이 상기 허용 기준값보다 작은 경우, 상기 DC-DC 컨버터의 출력 파워를 상기 최적의 출력 파워치로 결정하는 단계
를 포함하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
2. The method of claim 1,
When the SOC value of the low-voltage battery is less than the first reference SOC value and is equal to or greater than a second reference SOC value less than the first reference SOC value, an optimal output power value corresponding to the center of the efficiency- Comparing a difference value between the power values of the connected electric field loads with an allowable reference value; And
Determining an output power of the DC-DC converter as the optimal output power value when the difference value is smaller than the allowable reference value
Wherein the DC-DC converter comprises a DC-DC converter.
를 더 포함하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.
10. The method of claim 9, further comprising: determining an output power of the DC-DC converter as an output power value corresponding to a power value of a currently operating electric field load when the difference value is equal to or greater than the allowable reference value
Further comprising the step of controlling the DC-DC converter.
를 더 포함하는 것인 DC-DC 컨버터의 제어 방법.The method as claimed in claim 9, further comprising: determining an output power of the DC-DC converter as an upper limit output power value corresponding to an upper limit value of the efficiency operation section when the SOC value of the low-voltage battery is less than the second reference SOC value
Further comprising the step of controlling the DC-DC converter.
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