KR20220077582A

KR20220077582A - 전기차 가상 전원체계 에뮬레이터 및 그 운용 방법

Info

Publication number: KR20220077582A
Application number: KR1020200166665A
Authority: KR
Inventors: 신동현; 정진범; 김태훈; 이홍종; 신승민; 임재우; 최재영
Original assignee: 한국자동차연구원
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-09
Also published as: KR102422038B1

Abstract

본 발명에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터는, 차량 전기계통 요소부품의 일부에 대한 전기적 입출력 특성을 그대로 모사하는 전자장치 및 전자부품들 중 적어도 하나와, 상기 차량 전기계통 요소부품의 다른 일부에 대한 적어도 하나의 실제 부품과, 상기 전자장치 및 전자부품들과 상기 적어도 하나의 실제 부품이 상호 전기적으로 연결된 상태에서, 실제 차량의 전기/전자 부품이 갖는 전기적 특성과 동작 및 기능이 모사되도록 상기 전자장치 및 전자부품들을 제어하고 모니터링 하는 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기(VPE 제어기)를 포함한다.

Description

전기차 가상 전원체계 에뮬레이터 및 그 운용 방법{Electric Vehicle Virtual Power-net Emulator and the operation method thereof}

본 발명은 자동차 전원공급체계에 대한 검증 및 평가에 관한 것으로서, 구체적으로는 개발중인 자동차의 전원공급체계를 신속하고 정확하게 검증하고 평가할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래 자동차는 여러 전장품들이 점점 많아지고 있으며, 차량 내 전기에너지의 발생, 저장, 소비를 담당하는 전장품들 간 전기에너지 공급과 회수 등을 위해 발전기, 배터리, 전력변환장치 등이 적절한 구조와 기능을 지니도록 제어한다.

이를 위하여, 와이어하네스, 커넥터, 케이블, 단자대, 정션박스(JB) 등으로 전력 전달 경로를 확보함으로써, 도 1에서와 같은 차량내 전원공급체계를 구성하게 된다.

이러한 차량 전원체계 개발은 자동차 개발 과정에서 가장 근본이 되는 설계과정으로, 최근 전기차와 같이 전기에너지로만 구동되는 자동차의 출현과 더불어 그 중요성은 더 높아진 상황이다.

이러한 배경하에서, 새로운 차종이나 모델을 개발하기 위해 기존에는 전원체계를 구성하는 발전기나 배터리, 부하장치 등을 우선 확보하고 해당 장치/부품들에 대한 동작 특성을 확인한 후, 이를 기반으로 설계한 와이어하네스와 커넥터 제품 등을 개발/연결한 상태로 반복적인 실험을 통해 차량 전원체계가 안정적으로 동작하는지를 확인하는 과정이 필수적이었기 때문에, 개발 기간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있어 왔다.

차량을 구성하는 실물 기반의 전원체계 개발/평가를 수행하는 기존 방식은 해당 부품과 제어기가 개발되어 있거나 또는 이와 유사한 기능/성능을 갖는 부품을 확보한 후, 실차와 유사하게 부품을 연결하여 동작시켜 봄으로써, 구성한 전원체계가 갖는 문제점을 파악하고 보완하는 과정으로 개발이 수행되었다.

최근에는 개발 시간의 단축과 비용 절감 측면에서, 실제 부품 개발시점 이전에 전체 차량에 대한 전원체계 구조를 미리 가상 설계하고, 소프트웨어적인 시뮬레이션을 통해 해당 전원체계가 갖는 문제점을 분석하고 개선하는 소프트웨어 시뮬레이션 기반의 전원체계 개발이 다수의 완성차업체에서 수행되고 있는 상황이다.

그러나 이와 같은 소프트웨어 시뮬레이션 기반의 전원체계 개발은 실질적인 전기에너지의 발생, 저장, 전달에 대해 검증이 수행되고 않고 단순히 가상화 모델 기반의 소프트웨어 시뮬레이션만으로 검증하기 때문에, 가상화 모델의 정확성이 떨어지거나 커넥터와 와이어하네스에서 발생되는 접촉저항 등의 모델링되지 않는 요소들의 오차가 누적되면 전체적인 전원체계 안정화 및 최적화 개발이 어려워지는 태생적 한계를 지니게 된다.

그런 한편, 최근 뚜렷한 증가세를 보이고 있는 전기차는 도 2에서와 같이 새로운 고전압/저전압 복합 전원체계와 인버터, 컨버터, 충전기 등의 전기에너지 변환 목적의 전력변환장치가 적용되어, 신규 차종이나 모델 개발에 필요한 전원체계 개발에 있어서 모델링이 매우 어려운 고전압 및 저전압 배터리를 지니고 있다.

전기차는 전력변환장치에 대한 요구사양과 전기적 특성이 기존의 내연기관차의 경우에 비하여 매우 다변화하고 있는 상황이기 때문에 선행적인 각 요소부품의 개발이나 모델링이 상대적으로 어려운 상황이다. 또한 급변하는 시장의 요구에 충족할 수 있도록 개발기간이 점차 단축되고 있는 상황을 고려하여, 신규 전기차 모델에 대한 전원체계 개발과 요소부품 개발이 동시에 추진되고 있는 실정이다.

이에 따라 최소 소프트웨어적인 시뮬레이션을 토대로 전원체계를 초안 설계하고, 이를 고려한 요소부품 개발과 전장품 개발을 수행한 후, 추가적으로 HILS(hardware in the loop simulation)나 실차 평가를 통해 개발 부품과 전원체계의 최적화를 수행하는 과정으로 전원체계 개발이 진행되고 있다.

특히 HILS의 경우, 실제 평가 대상이 되는 부품의 하드웨어를 직접 적용하고 나머지 차량부분과 부품들은 소프트웨어적인 모델로 처리함으로써, 소프트웨어 시뮬레이션과 실제 부품에 대한 전기에너지의 공급/전달/회수가 수행하게 되는데, 이에 따라 해당 부품이 갖는 전기적 특성과 동작이 소프트웨어적인 모델에 비해 보다 사실적이고 실질적이게 되어 기존 소프트웨어 시뮬레이션이 갖는 한계성을 일부 극복할 수 있는 방법이 된다.

그러나 이와 같은 HILS의 경우에도, 해당 부품 하드웨어가 개발되어야만 적용이 가능하고, 특히 고전압 배터리와 같이 개발기간과 비용이 크게 소요되는 부품에 대해서는 여전히 기존의 고비용 장시간의 문제점이 존재하고 있으며, 이에 따라 전원체계 개발을 위한 전체 기간과 비용 절감에도 한계가 발생되게 된다.

결국, 기존 실물 부품을 직접 적용한 전원체계 개발/평가방법이나, HILS을 이용하여 특정 부품을 개발하고 이를 적용한 형태의 전원체계 개발/평가 방법은 모두 해당 부품의 하드웨어 제작 기간과 제어로직 최적화 기간, 동작 오류 디버깅 등이 필요하여 부품 개발기간에 장시간이 소요되고 최적화 된 기능 구현이 안되는 단점이 있으며, 배터리와 같은 고비용 부품의 경우 부품 개발에 소요되는 비용도 크게 증가하는 문제점이 있다.

또한 소프트웨어 모델로만 구성된 시뮬레이션 방법은 모델의 정확도가 개발 결과물의 신뢰성을 결정하게되어 정확한 모델링을 위한 기간이 별도로 필요하게 되는 문제점을 지니고 있다.

본 발명은 기존의 전원체계 개발 및 검증 방법들이 지닌 문제점을 개선하기 위해, 개발기간 축소, 비용 감소 및 높은 정확도로 전기차 전원체계 개발 검증과 전원체계 부품에 대한 성능평가를 복합적으로 수행할 수 있는 전기차 가상 전원체계 에뮬레이터(VPE, Virtual Power-net Emulator) 및 그 운용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전원체계 관련 부품 모두에 대해 실질적인 전기에너지의 생성과 저장, 전달, 소비 등이 발생될 수 있는 VPE를 제공함으로써, 필요시 특정 부품을 적용하거나 또는 해당 부품의 일부분만을 적용하여 전체 전원체계의 동작이 모사 가능토록 함으로써 부품 개발에 소요되는 기간과 비용을 절감시키고 전원체계 토폴로지 개발 및 운용 최적화가 용이하게 하고자 한다.

전술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터는, 차량 전기계통 요소부품의 일부에 대한 전기적 입출력 특성을 그대로 모사하는 전자장치 및 전자부품들 중 적어도 하나와, 상기 차량 전기계통 요소부품의 다른 일부에 대한 적어도 하나의 실제 부품과, 상기 전자장치 및 전자부품들과 상기 적어도 하나의 실제 부품이 상호 전기적으로 연결된 상태에서, 실제 차량의 전기/전자 부품이 갖는 전기적 특성과 동작 및 기능이 모사되도록 상기 전자장치 및 전자부품들을 제어하고 모니터링 하는 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기(VPE 제어기)를 포함한다.

상기 전자장치 및 전자부품들은, 모사하고자 하는 차량 전기/전자부품의 전기적 사양을 고려하여 선정되며, 상기 VPE 제어기와의 통신을 수행하는 통신기능을 갖춘 것이며, 예컨대 버퍼용 배터리, 충방전기, 전자부하, DC 전원장치 등이 될 수 있다.

상기 실제 부품은 와이어 하네스, 컨넥터 등을 포함하는 고전압 정션박스 및 저전압 정션박스 등이다.

본 발명의 다른 면에 따라, 고전압 배터리가 전기차에서 동작하는 전기적 특성을 동일하게 모사하는 가상 배터리 시스템(VBS)과, 전기차 요소부품인 전력변환장치들을 모사하는 가상 컨버터 에뮬레이터(VCE)와, 전기차 전장부하를 모사하는 가상 부하 에뮬레이터(VLE)와, 전기차 전기계통 요소부품 중 적어도 하나의 실제 부품과, 상기 VBS, VCE, VLE와 통신하며 상기 VBS, VCE, VLD이 각 모사하는 전기차 요소부품의 전기적 특성과 동작이 구현되도록 제어하는 VPE 제어기를 포함하는 가상 전원체계 에뮬레이터가 제공되며, 에뮬레이터는 외부의 전력원에 해당하는 그리드를 더 포함할 수 있다.

상기 VBS는, 충방전기와 버퍼용 배터리 및 BMS 에뮬레이터로 구성되어 실제 고전압 배터리를 모사하는 것이고, 상기 VCE는, DC 부하, AC 부하, DC 전력원, AC 전력원 및 VCE 제어기로 구성되어 실제 컨버터를 모사하는 것이며, 상기 VLE는 DC 부하 및 VLE 제어기로 구성되어 실제 차량의 저전력 소비 부하를 모사하는 것이다.

제어기는, 전원체계 구조 모델, 차량 모델, 배터리 사양 모델, 전력변환장치별 사양 모델, 전력변환장치별 인터페이스 모델, 전자부하 모델, 차급/모델별 전자부하 소비전력 산출모듈, 부하패턴/전력값구현 모델, 부하별 소비전력 DB를 포함하여, 배터리 초기값 및 환경조건, 차속 및 차량 환경, 전원체계 구성요소/토폴로지, 차급, 차종, 전력변환장치 종류, 부하 종류, 부하 수, 부하별 소비전력을 입력받고 이를 처리하여, 배터리 관련하여 충방전 제어 신호, 배터리 상태값을 출력하고, 전력변환장치와 관련하여 부하 전력량, 공급전력량, 전력변환장치 상태값을 출력하고, 부하와 관련하여 소비 전력량, 동작시점 및 구간, 상태값을 출력한다.

본 발명의 또 다른 면에 따라, 차모델 설정, 전력 아키텍쳐 설정, 부하 모델 설정, 배터리 초기 상태 설정, 차속 & 환경 조건 설정을 포함하는 에뮬레이팅에 필요한 요소를 입력받아 설정하는 단계와, 분석 대상의 동작 로직을 구현하는 단계와, 분석 대상 목표를 설정하는 단계와, 가상 전원체계 에뮬레이팅을 수행하는 단계와, 수행 단계 결과를 분석하고 분석 결과를 토대로 목표 달성 여부 및 목표의 적정성을 판단하는 단계를 포함하는 차량 전원체계 에뮬레이팅 방법이 제공된다.

상기 판단하는 단계의 판단 결과, 목표 달성이 안되고 목표가 적정하면, 상기 가상 전원체계 에뮬레이팅을 수행하는 단계로 되돌아가 다시 이후 단계를 재진행하고, 상기 판단하는 단계의 판단 결과, 목표 달성이 안되고 목표가 적정하지도 않으면, 상기 분석 대상 목표 설정 단계로 되돌아가 다시 이후 단계를 재진행한다.

본 발명에 따르면, 전원체계 관련 부품 모두에 대해 실질적인 전기에너지의 생성과 저장, 전달, 소비 등을 실제와 같게 발생시킬 수 있는 가상 전원체계 에뮬레이터가 제공됨으로써, 필요시 특정 부품을 적용하거나 또는 해당 부품의 일부분만을 적용하여 전체 전원체계의 동작이 모사 가능하다.

이럼으로써 부품 개발에 소요되는 기간과 비용을 절감시키고 전원체계 토폴로지 개발하고 운용 최적화를 꾀할 수 있다.

도 1은 내연기관 차량의 전원체계 예시도.
도 2는 전기차 전원체계 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기의 내부 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상화 모듈 적용시의 VPE 제어기 외부 인터페이스를 도시한 블록도.

본 발명의 목적 및 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 각 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...장치", "...디바이스", "...부" 또는 "...모듈", "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

즉, 본 명세서의 '~부', '~모듈', '~수단' 등의 용어는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해의 증진과 설명의 편의를 위하여 구분한 것으로서, 이러한 기능이 구현될 H/W 구성의 형태를 한정하거나 제한하는 의미로 쓰인 것은 아니다.

한편, 본 발명의 각 실시예에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있으며, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.

본 발명의 핵심 요지는 단순한 소프트웨어 모델만을 사용하는 시뮬레이션이나 특정부품의 평가에 한정된 HILS가 아닌, 전원체계 관련 부품 모두에 대해 실질적인 전기에너지의 생성과 저장, 전달, 소비 등을 모사하는 가상 전원체계 에뮬레이터(VPE, Virtual Power-net Emulator)를 도입한다는 것이다. 이럼으로써, 필요시 특정 부품을 적용하거나 또는 해당 부품의 일부분만을 적용하여 전체 전원체계의 동작이 모사 가능하게 되어 부품 개발에 소요되는 기간과 비용을 절감시키고 전원체계 토폴로지 개발 및 운용 최적화할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 전기차 전원체계 개발을 위한 가상 전원체계 에뮬레이터(VPE, Virtual Power-net Emulator)와 그 운용방법에 대한 것으로, 그림 2의 전기차 전원체계도에 대해 VPE를 구성하는 경우, 도 3과 같이 구성할 수 있다.

도 3은 전기차 전원체계 구성 예시인 도 2에서 각 전기차 요소부품을 버퍼용 배터리(120)나 충방전기(130, 440), 전자부하(230, 310, 320, 330), DC 전원장치(220, 240) 등과 같은 전자장치 또는 전자부품들의 조합으로 구현하고, 이를 전기차 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기(EV VPE 제어기)(500)이 제어하여 각각의 전기차 부품이 갖는 전기적 특성과 동작, 기능이 모사되도록 한 가상 전원체계 에뮬레이터(EV VPE)를 나타낸 것이다.

전자장치 또는 전자부품으로 변환된 요소는 주황색 블록으로 도시하였고, 실제 부품은 흰색 블록으로 도시하였다.

적용되는 각 전자장치나 전자부품의 사양은 모사하고자 하는 전기차 부품의 전기적 사양을 고려하여 선정하며, 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기가 통신을 통해 지령의 전달 및 동작값의 송/수신이 가능토록 통신기능을 지니고 있어야 한다. 이 통신기능은 가급적 빠른 응답특성을 지니고 있는 것이 유리하며, 통신 데이터의 전송오류가 없도록 하드웨어 방식을 선정하는 것이 좋다. 본 발명에서는 이 통신 방식이나 속도에 대해서는 특정값으로 한정하지 않는다.

와이어하네스나 커넥터 등을 포함하는 고전압 정션박스(HV JB)(410) 및 저전압 정션박스(LV JB #1, #2...)(420, 430) 등은 그 구조상 특징때문에 검증에 있어서 시뮬에이션이나 에뮬레이션으로 정확하기 모사할 수 없는 특성이 있고, 따라서 이러한 특성을 가지는 부품들에 대해서는 실제 부품을 적용한다.

도 4는 본 발명에 따른 VPE의 다른 실시예를 도시하고 있는데, 전기차 요소부품인 고전압 배터리 부분을 별도의 가상화 모듈인 가상 배터리 시스템(VBS:Virtual Battery System)(100)로 적용한 경우의 VPE 구성도이다.

도 4의 실시예의 경우 VBS(100)는 고전압 배터리가 전기차에서 동작하는 전기적 특성을 동일하게 모사할 수 있는 구조면 어떤 형태로도 구현이 가능하다. 본 발명에서는 고전압 배터리를 충방전기와 버퍼용 배터리, BMS 에뮬레이터 등으로 구현하는 방식을 예시로 제안한 것으로, 특정 구현방식으로 제한하지 않는다. 다만 해당 VBS는 EV VPE와 통신연결을 통한 제어 및 데이터 송/수신을 위한 VBS 제어기(140)가 존재해야 하며, VBS 제어기(140)와 EV VPE 제어기(500)간 통신을 통해 전기차 고전압 배터리의 충전 및 방전 동작을 모사하게 된다.

또 다른 실시예로서, 도 5에서와 같이, 고전압 배터리가 전기차에서 동작하는 전기적 특성을 동일하게 모사하는 VBS(100)뿐 아니라 전기차 요소부품인 전력변환장치들을 모사하는 가상 컨버터 에뮬레이터(VCE:Virtual Converter Emulator)(200)나, 전기차 전장부하를 모사하는 가상 부하 에뮬레이터(VLE:Virtual Load Emulator)(300)를 적용하여 EV VPE가 구성될 수 있다.

이 경우에도 각 가상화 모듈의 제어기(140, 260, 340)와 VPE 제어기(500) 간 통신을 통해 각 가상화 모듈이 모사하는 전기차 요소부품의 전기적 특성과 동작이 구현되도록 제어하게 된다. 또한, 외부의 전력원 및/또는 전력부하에 해당하는 그리드(Grid)(460)가 포함될 수 있다.

도 6은 전술한 각 실시예에서 가상 전원체계의 동작제어를 위한 EV VPE 제어기의 내부 블록 구성도이다.

도시된 바와 같이, VPE 제어기(500)는 전원체계 구조 모델, 차량 모델, 배터리 사양 모델, 전력변환장치별 사양 모델, 전력변환장치별 인터페이스 모델, 전자부하 모델, 차급/모델별 전자부하 소비전력 산출모듈, 부하패턴/전력값구현 모델, 부하별 소비전력 DB를 포함하여 이를 바탕으로 배터리 초기값 및 환경조건, 차속 및 차량 환경, 전원체계 구성요소/토폴로지, 차급, 차종, 전력변환장치 종류, 부하 종류, 부하 수, 부하별 소비전력을 입력받아, 배터리 관련하여 충방전 제어 신호, 배터리 상태값을 출력하고, 전력변환장치와 관련하여 부하 전력량, 공급전력량, 전력변환장치 상태값을 출력하고, 부하와 관련하여 소비 전력량, 동작시점 및 구간, 상태값을 출력한다.

VPE 제어기(500)의 내부 구성은 각 모델별 처리를 위한 개별 하드웨어 모듈로 구성될 수 있고, 하나 이상의 프로세서 및 이 프로세서에서 동작하는 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 구성될 수 있음은 물론이다.

한편, 도 6의 출력에 해당하는 부분들은 도 4와 같은 가상화 모듈을 적용하는 경우 개별 장치가 아닌 가상화 모듈 VBS(100), VCE(200), VLE(300)에 통신을 통해 전달되고, 또한, 각 가상화 모듈(100, 200, 300)로부터 통신을 통해 데이터를 입력받는다. 이를 도 7에 도시하였다.

이하, 도 8을 참조하여 전술한 가상 전원체계 에뮬레이터(VPE)를 이용하여 전원체계 동작특성 분석 및 최적화를 수행하는 과정을 설명한다.

VPE 제어기(500)는 차량 모델 설정, 전력 아키텍쳐 설정, 부하 모델 설정, 배터리 초기 상태 설정, 차속 & 환경 조건 설정 등 에뮬레이팅에 필요한 요소를 입력받아 설정한다(S110).

이후 분석 대상 동작 로직을 구현하고(S120), 분석 대상 목표를 설정한다(S130).

그 다음 VPE를 동작시키고(S140), 그 결과를 분석한다(S150).

분석 결과를 토대로 목표 달성 여부를 판단하고(S160), 목표의 적정성을 판단한다(S161, S162). 목표가 달성되고 그 목표가 적정하면 결과를 리포트한다(S170).

만약 목표 달성이 안되고 목표가 적정하면, 단계(S140)으로 되돌아가 다시 VPE를 동작시켜서 이후 단계를 재진행하고, 목표 달성이 안되고 목표도 적정하지 않으면 단계(S130)로 되돌아가 분석 대상 목표를 재설정 다하고 이후 단계를 재진행한다.

이상 몇몇 실시예를 들어 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였다. 그러나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 예컨대, 각 실시예들은 전기차의 전원체계를 에뮬레이팅 하는 관점에서 설명하고 있으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 내연기관차의 전원체계를 에뮬레이팅 하는데도 그대로 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

차량 전기계통 요소부품의 일부에 대한 전기적 입출력 특성을 그대로 모사하는 전자장치 및 전자부품들 중 적어도 하나와,
상기 차량 전기계통 요소부품의 다른 일부에 대한 적어도 하나의 실제 부품과,
상기 전자장치 및 전자부품들과 상기 적어도 하나의 실제 부품이 상호 전기적으로 연결된 상태에서, 실제 차량의 전기/전자 부품이 갖는 전기적 특성과 동작 및 기능이 모사되도록 상기 전자장치 및 전자부품들을 제어하고 모니터링 하는 가상 전원체계 에뮬레이터 제어기(VPE 제어기)
를 포함하는 가상 전원체계 에뮬레이터.
제1항에 있어서, 상기 전자장치 및 전자부품들은,
모사하고자 하는 차량 전기/전자부품의 전기적 사양을 고려하여 선정되며, 상기 VPE 제어기와의 통신을 수행하는 통신기능을 갖춘 것
인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제1항에 있어서, 상기 전자장치 및 전자부품들은,
버퍼용 배터리, 충방전기, 전자부하, DC 전원장치 중 적어도 하나를 포함하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제1항에 있어서, 상기 실제 부품은
고전압 정션박스 및 저전압 정션박스를 포함하는 것
인 가상 전원체계 에뮬레이터.
고전압 배터리가 전기차에서 동작하는 전기적 특성을 동일하게 모사하는 가상 배터리 시스템(VBS)과,
전기차 요소부품인 전력변환장치들을 모사하는 가상 컨버터 에뮬레이터(VCE)와,
전기차 전장부하를 모사하는 가상 부하 에뮬레이터(VLE)와,
전기차 전기계통 요소부품 중 적어도 하나의 실제 부품과,
상기 VBS, VCE, VLE와 통신하며 상기 VBS, VCE, VLD이 각 모사하는 전기차 요소부품의 전기적 특성과 동작이 구현되도록 제어하는 VPE 제어기
를 포함하는 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서,
외부의 전력원에 해당하는 그리드를 더 포함하는 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 VBS는,
충방전기와 버퍼용 배터리 및 BMS 에뮬레이터로 구성되어 실제 고전압 배터리를 모사하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 VCE는,
DC 부하, AC 부하, DC 전력원, AC 전력원 및 VCE 제어기로 구성되어 실제 컨버터를 모사하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 VLE는,
DC 부하 및 VLE 제어기로 구성되어 실제 차량의 저전력 소비 부하를 모사하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 제어기는,
전원체계 구조 모델, 차량 모델, 배터리 사양 모델, 전력변환장치별 사양 모델, 전력변환장치별 인터페이스 모델, 전자부하 모델, 차급/모델별 전자부하 소비전력 산출모듈, 부하패턴/전력값구현 모델, 부하별 소비전력 DB를 포함하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 제어기는,
배터리 초기값 및 환경조건, 차속 및 차량 환경, 전원체계 구성요소/토폴로지, 차급, 차종, 전력변환장치 종류, 부하 종류, 부하 수, 부하별 소비전력을 입력받는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
제5항에 있어서, 상기 제어기는,
배터리 관련하여 충방전 제어 신호, 배터리 상태값을 출력하고, 전력변환장치와 관련하여 부하 전력량, 공급전력량, 전력변환장치 상태값을 출력하고, 부하와 관련하여 소비 전력량, 동작시점 및 구간, 상태값을 출력하는 것인 가상 전원체계 에뮬레이터.
차량 전원체계 에뮬레이팅 방법에 있어서,
차량 모델 설정, 전력 아키텍쳐 설정, 부하 모델 설정, 배터리 초기 상태 설정, 차속 & 환경 조건 설정을 포함하는 에뮬레이팅에 필요한 요소를 입력받아 설정하는 단계와,
분석 대상의 동작 로직을 구현하는 단계와,
분석 대상 목표를 설정하는 단계와,
가상 전원체계 에뮬레이팅을 수행하는 단계와,
수행 단계 결과를 분석하고 분석 결과를 토대로 목표 달성 여부 및 목표의 적정성을 판단하는 단계
를 포함하는 차량 전원체계 에뮬레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 판단하는 단계의 판단 결과, 목표 달성이 안되고 목표가 적정하면, 상기 가상 전원체계 에뮬레이팅을 수행하는 단계로 되돌아가 다시 이후 단계를 재진행하는 것인 차량 전원체계 에뮬레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 판단하는 단계의 판단 결과, 목표 달성이 안되고 목표가 적정하지도 않으면, 상기 분석 대상 목표 설정 단계로 되돌아가 다시 이후 단계를 재진행하는 것인 차량 전원체계 에뮬레이팅 방법.