KR20220090168A - 차량의 전력 제어 방법 및 전력 제어 장치 - Google Patents

차량의 전력 제어 방법 및 전력 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 전력 제어 방법 및 전력 제어 장치에 관한 것으로, 다중 페이즈 DC-DC 컨버터가 적용된 차량에서 배터리의 상태에 기초한 DC-DC 컨버터의 페이즈 가변 제어 및 전기 부하로의 전력 공급 제어를 통해 DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율을 증대시키면서 차량의 전력 공급 안정성을 확보하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 차량의 전력 제어 방법은, 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하는 단계와; 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 컨버터의 전력 변환량을 결정하는 단계와; 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 전력 변환량을 가변 제어하는 단계와; 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 전력 제어 방법 및 전력 제어 장치{ELECTRICAL POWER CONTROL METHOD AND ELECTRICAL POWER CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 관한 것으로, 차량의 전기 부하로의 전력 공급에 관한 것이다.
친환경 차량처럼 모터를 사용하여 주행하는 차량에 적용되는 DC-DC 컨버터는 고전압의 메인 배터리의 전력을 상대적으로 저전압의 전력으로 변환하는 부품이다. DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율은 전기 에너지의 효율적인 사용의 관점에서 매우 중요한 요소이다. 특히 별도의 내연 기관을 구비하지 않고 오직 모터만을 이용하여 주행하는 전기 차량에서는 DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율은 차량의 항속 거리에 직접 영향을 미친다.
DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율을 증대시키기 위한 기술로서, 다중 페이즈 DC-DC 컨버터(multi-phase DC-DC converter)도 주요한 기술로 적용이 되고 있다. 그러나 기존의 다중 페이즈 DC-DC 컨버터는 각 페이즈 간 효율적인 온/오프 제어의 어려움과 전력 변환 용량의 증대를 위한 페이즈 활성화 과정에서의 출력 전압 강하 등의 문제를 포함하고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 다중 페이즈 DC-DC 컨버터가 적용된 차량에서 배터리의 상태에 기초한 DC-DC 컨버터의 페이즈 가변 제어 및 전기 부하로의 전력 공급 제어를 통해 DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율을 증대시키면서 차량의 전력 공급 안정성을 확보하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량의 전력 제어 방법은, 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하는 단계와; 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 컨버터의 전력 변환량을 결정하는 단계와; 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 전력 변환량을 가변 제어하는 단계와; 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 단계를 포함한다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 컨버터는 다중 페이즈 직류-직류 컨버터이다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 컨버터의 전력 변환량의 가변 제어는, 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 가변 제어하는 것이다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시킨다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 배터리의 상태 저하는 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 기준으로 판단하되, 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도가 각각 미리 설정된 범위 내의 값일 때 상기 배터리의 상태 저하가 발생하는 것으로 판단한다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않을 때 상기 전기 부하로의 전력 공급 제어는, 상기 전기 부하 가운데 미리 정해진 크기 이상의 대전류를 소모하는 대전류 소모 부하가 동작 중인지를 확인하는 단계와; 상기 대전류 소모 부하가 동작 중이면 상기 대전류 소모 부하 가운데 미리 정해진 편의 부하로의 전력 공급을 차단하는 단계를 포함한다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 미리 정해진 편의 부하는 상기 차량의 주행 및 안전에 직접 연관이 없고 탑승객의 편의를 위한 것으로 미리 정해진 전기 부하이다.
상술한 차량의 전력 제어 방법에서, 상기 대전류 소모 부하가 동작 중이지 않으면 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하는지를 확인하는 단계와; 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하면 상기 감소한 전류 소모량만큼 상기 배터리의 충전량을 증가시키는 단계를 더 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량의 전력 제어 장치는, 전기 부하 및 배터리에 전력을 공급하도록 마련되는 컨버터와; 상기 컨버터를 제어하여 상기 전기 부하 및 상기 배터리로의 전력 공급을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하고, 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 컨버터의 전력 변환량을 결정하며, 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 전력 변환량을 가변 제어하고, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보한다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 컨버터는 다중 페이즈 직류-직류 컨버터이다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 컨버터의 전력 변환량의 가변 제어는, 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 가변 제어하는 것이다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 제어부는, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시킨다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 배터리의 상태 저하는 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 기준으로 판단하되, 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도가 각각 미리 설정된 범위 내의 값일 때 상기 배터리의 상태 저하가 발생하는 것으로 판단한다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 제어부는, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않을 때 상기 전기 부하로의 전력 공급 제어를 위해, 상기 전기 부하 가운데 미리 정해진 크기 이상의 대전류를 소모하는 대전류 소모 부하가 동작 중인지를 확인하고; 상기 대전류 소모 부하가 동작 중이면 상기 대전류 소모 부하 가운데 미리 정해진 편의 부하로의 전력 공급을 차단한다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 미리 정해진 편의 부하는 상기 차량의 주행 및 안전에 직접 연관이 없고 탑승객의 편의를 위한 것으로 미리 정해진 전기 부하이다.
상술한 차량의 전력 제어 장치에서, 상기 제어부는, 상기 대전류 소모 부하가 동작 중이지 않으면 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하는지를 확인하고; 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하면 상기 감소한 전류 소모량만큼 상기 배터리의 충전량을 증가시킨다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량의 또 다른 전력 제어 방법은, 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하는 단계와; 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 전력 변환량을 결정하는 단계와; 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 저전압 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키는 단계와; 상기 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 선택적으로 제한하여 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 단계를 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량의 또 다른 전력 제어 장치는, 전기 부하 및 배터리에 전력을 공급하도록 마련되는 컨버터와; 상기 컨버터를 제어하여 상기 전기 부하 및 상기 배터리로의 전력 공급을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하고, 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 전력 변환량을 결정하며, 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 저전압 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키고, 상기 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 다중 페이즈 DC-DC 컨버터가 적용된 차량에서 배터리의 상태에 기초한 DC-DC 컨버터의 페이즈 가변 제어 및 전기 부하로의 전력 공급 제어를 통해 DC-DC 컨버터의 전력 변환의 효율을 증대시키면서 차량의 전력 공급 안정성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(104)의 다중 페이즈 전력 변환을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전력 공급 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 제어 구간 설정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 저전압 배터리(106)의 상태 판단을 위한 기준을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 DC-DC 컨버터(104)의 추가 페이즈 제어를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 최대 효율 구간 부하 제어에서의 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 활성화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 대전류 소모 부하의 구분을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 전기 부하에서의 전류 소모량 유지를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 전기 부하 전류 소모량에 따른 저전압 배터리의 충전을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다. 전력 제어 장치는 모터(112)와 전기 부하(130)에 전력(electrical power)을 공급하기 위한 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전력 제어 장치는, 고전압 배터리(110)와 DC-DC 컨버터(DC-DC Converter)(204), 인버터(114), 저전압 배터리(106), 전력 분배부(120), 배터리 관리부(IBS)(108) 및 제어부(102)를 포함한다.
DC-DC 컨버터(104)는 고전압 배터리(202)의 고압의 직류 전압을 더 낮은 전압의 직류로 변환한다. DC-DC 컨버터(104)는 고전압 배터리(202)의 높은 직류 전압(DC)을 교류로 만들고 이 교류를 코일과 트랜스, 커패시터 등을 통해 강압한 후 정류하여 더 낮은 전압의 직류(DC)로 변환한다. DC-DC 컨버터(104)에 의해 강압된 직류 전압은 저전압 배터리(106) 및 전기 부하(130)에 공급된다. 도 1에 나타낸 DC-DC 컨버터(104)는 다중 페이즈 컨버터(multiphase converter)이다. DC-DC 컨버터(104)는 공통의 전기 부하를 구동하기 위한 복수의 전력 변환단(power converting stage)이 병렬 연결되어 이루어진다. 병렬 연결된 복수의 전력 변환단에 의해 다중 페이즈의 전력 변환이 이루어진다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(104)의 다중 페이즈 전력 변환을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다중 페이즈의 전력 변환을 통해 변환 전류의 크기를 점차 증대시킬 수 있다. 단, 전력 변환의 페이즈가 증가할수록 전력 변환 효율은 감소한다. 따라서, 전력 변환 효율을 우선하는 경우에는 전력 변환 페이즈의 수를 줄이고, 더 큰 변환 전류량이 필요한 경우에는 전력 변환 페이즈의 수를 늘리는 것이 바람직하다.
도 1로 돌아와서, 고전압 배터리(110)의 직류 전압은 인버터(114)에 의해 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환된 후 모터(112)에 공급된다. 모터(112)의 회전력 및 속도는 인버터(114)의 출력 전압에 의해 결정된다. 또한, 고전압 배터리(110)의 직류 전압은 고전압을 필요로 하는 고전압 부하(116)에도 공급된다.
배터리 관리부(108)는 저전압 배터리(106)의 배터리 셀 관리와 충전 상태(SOC) 체크, 과충전 및 과방전의 방지, 고장 진단, 냉각 제어, 긴급 전력 차단 등의 기능을 수행한다.
전력 분배부(120)는 제어부(102)에서 발생하는 전기 부하 온/오프 제어 명령에 응답하여 전기 부하(130)의 각 부하에 연결된 스위치(122)를 온/오프 제어한다. 전력 분배부(120)에 의한 스위치(122)의 온/오프 제어에 의해 DC-DC 컨버터(104)의 변환된 전력이 전기 부하(130)에 공급되거나(턴 온 시) 또는 차단된다(턴 오프 시).
도 1에 나타낸 전력 제어 장치에서, 제어부(210)는 전력 제어 장치의 동작 전반을 제어한다. 이를 위해 제어부(102)에는 컨버터 변환 전류 정보와 배터리 입출력 전류 정보, 배터리 충전량/온도 정보, 전기 부하 상태 정보, 컨버터 상태 정보, 컨버터 고효율 구간 정보 등이 입력된다. 제어부(102)는 입력된 정보들에 기초하여 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환 페이즈를 제어하고, 전력 분배부(120)를 통해 전기 부하(130)로의 전력 공급을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전력 공급 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제어부(102)는 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고, 수집된 소모 전류량(amount of current consumption)의 데이터에 기초하여 전기 부하의 평균 소모 전류량(average amount of current consumption)을 연산한다(302).
제어부(102)는, 차량의 전기 부하의 평균 소모 전류량의 연산 결과에 기초하여 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 제어 구간을 설정한다(304). 페이즈 제어 구간의 설정에 의해 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환으로 인해 발생하는 변환 전류의 크기가 결정된다. 즉, 차량의 전기 부하의 평균 소모 전류량의 연산 결과에 따라 DC-DC 컨버터(104)의 다중 페이즈 중 몇 개의 페이즈를 활성화시킬 것인지를 결정하고, 결정된 페이즈 수대로 DC-DC 컨버터에서 다중 페이즈 전력 변환이 수행되도록 한다. DC-DC 컨버터(104)의 다중 페이즈 전력 변환에 의해 활성화된 페이즈의 수에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생한다. DC-DC 컨버터(104)의 전체 페이스 수가 4개일 때, 전력 변환을 위해 활성화되는 페이즈의 수는 최소 1개에서 최대 4개 일 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 제어 구간 설정을 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 차량의 평균 소모 전류량이 30A 미만인 경우에는 1개의 페이즈(Phase 1)만을 활성화시킨다. 차량의 평균 소모 전류량이 30-70A인 경우에는 2개의 페이즈(Phase 1, Phase 2)를 활성화시킨다. 차량의 평균 소모 전류량이 71-110A인 경우에는 3개의 페이즈(Phase 1, Phase 2, Phase 3)를 활성화시킨다. 차량의 평균 소모 전류량이 111A 이상인 경우에는 전체 페이즈(Phase 1, Phase 2, Phase 3, Phase 4)를 활성화시킨다.
도 3으로 돌아와서, 제어부(102)는 저전압 배터리(106)의 상태를 모니터링하면서 저전압 배터리(106)의 상태 저하가 발생하는지를 확인한다(306). 저전압 배터리(106)의 상태 저하가 발생하면 저전압 배터리(106)의 입력 및 출력의 성능 역시 저하된다. 따라서, 제어부(102)는 저전압 배터리(106)의 상태 저하 여부에 따라 DC-DC 컨버터(104)의 <페이즈 제어>와 <최대 효율 구간 제어> 가운데 어느 하나를 선택한다. 예를 들면, 제어부(102)는 저전압 배터리(106)의 상태 저하가 발생하면 DC-DC 컨버터(104)의 <페이즈 제어>를 수행하고, 반대로 저전압 배터리(106)의 상태가 양호하면 <최대 효율 구간 제어>를 수행한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 저전압 배터리(106)의 상태 판단을 위한 기준을 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 저전압 배터리(106)의 상태(State of Charge, SOC)(%)와 온도를 미리 설정된 기준 값과 비교하여 저전압 배터리(106)의 <상태 저하>와 <양호>를 구분할 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 저전압 배터리(106)의 상태 저하가 발생하면(306의 '예'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어에 진입한다(308). DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어는 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환 성능을 가변 제어하여 변환 전류량을 조정하는 것을 의미한다. 제어부(102)는, DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어에서, 차량의 전기 부하의 평균 소모 전류량에 부합하는 변환 전류를 발생시키기 위해 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 활성화 수를 결정한다. 도 3의 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어 진입(208)은 저전압 배터리(106)의 상태(SOC)가 저하된 경우이므로(206의 '예'), DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어에서는 저전압 배터리(106)의 상태 저하를 보완하기 위해 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 활성화 수를 증가시키는 것이 바람직하다.
따라서, DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어 진입 후, 만약 DC-DC 컨버터(104)의 전체 페이즈가 이미 활성화되어 있으면(310의 '예'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 전체 페이즈 활성화 상태를 그대로 유지한다.
이와 다르게, DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어 진입 후, 만약 DC-DC 컨버터(104)의 전체 페이즈가 활성화되어 있지 않은 상태이면(310의 '아니오'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 1개 페이즈를 추가로 활성화시킨다(312). 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 DC-DC 컨버터(104)의 추가 페이즈 제어를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 협조 제어 진입 후, 만약 DC-DC 컨버터(104)의 1개의 페이즈(phase 1)가 활성화되어 있으면, 제어부(102)는 1개의 페이즈(phase 2)를 더 활성화시킨다. 또는, 만약 DC-DC 컨버터(104)의 2개의 페이즈(phase 1, phase 2)가 활성화되어 있으면, 제어부(102)는 1개의 페이즈(phase 3)를 더 활성화시킨다. 또는, 만약 DC-DC 컨버터(104)의 3개의 페이즈(phase 1, phase 2, phase 3)가 활성화되어 있으면, 제어부(102)는 1개의 페이즈(phase 4)를 더 활성화시킨다. DC-DC 컨버터(104)의 페이즈의 추가적인 활성화는 1회에 1개를 추가 활성화시키는 것으로 한정되지 않고, 1회에 2개 이상 또는 1회에 3개 이상을 추가 활성화할 수도 있다.
도 3으로 돌아와서, 앞서 단계 206의 설명에서, 저전압 배터리(106)의 상태가 양호하면 <최대 효율 구간 제어>를 수행함을 설명한 바 있다. 즉, 저전압 배터리(106)의 상태 저하가 발생하지 않으면(상태가 양호하면)(306의 '아니오'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 최대 효율 구간 부하 제어에 진입한다(320). 최대 효율 구간 부하 제어에서는 DC-DC 컨버터(104)가 최대 효율 구간에서 동작을 유지하기 위해 전기 부하로의 전력 공급과 전기 부하에서의 전력 소모의 밸런스 제어를 수행한다. 단, DC-DC 컨버터(104)의 최대 효율 구간 부하 제어에서, DC-DC 컨버터(104)의 하나의 페이즈(phase 1)만이 활성화되어 있으면 변환 전류량이 크지 않으므로 최대 효율 구간 부하 제어는 수행하지 않는다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 최대 효율 구간 부하 제어에서의 DC-DC 컨버터(104)의 페이즈 활성화를 나타낸 도면이다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 두 개 이상의 페이즈가 활성화된 경우에만 최대 효율 구간 부하 제어를 수행한다.
최대 효율 구간 부하 제어 진입 후, 제어부(102)는 전기 부하에서의 전류 소모 상황에 따라 전기 부하로의 전력 공급 제어 또는 배터리 충전 등의 제어를 수행한다.
예를 들면, 최대 효율 구간 부하 제어 진입 후, 만약 대전류 소모 부하가 동작 중이면(322의 '예'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환 용량을 증가시키기 위해 대전류 소모 부하 가운데 편의 부하로의 전력 공급을 차단할 수 있다(324). 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 대전류 소모 부하의 구분을 나타낸 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 대전류 모소 부하를 차량의 주행 및 안전에 필요한 A 그룹과 주행 및 안전에 비교적 관련이 적은 편의 부하인 B 그룹으로 구분할 수 있다. A 그룹은, 조향 장치와 파워 윈도우 장치, 파워 시트 장치, 롤 스테빌라이저 장치, 리어 휠 스티어링 장치 등 차량이 안전하게 주행할 수 있도록 하는 장치들을 포함한다. B 그룹은, 스티어링 휠 열선 장치와 공조 블로워 장치, 시트 열선 장치, 시트 통풍 장치, 오디오 장치 등 차량의 주행 및 안전에는 직접 관련이 없고 탑승자의 편의를 위한 장치들을 포함한다. 최대 효율 구간 부하 제어를 위해 일부 전기 부하로의 전력 공급을 제한해야 한다면, 차량의 주행 및 안전에 직접 관련이 없는 B 그룹의 전기 부하로의 전력 공급을 차단하기는 것이 바람직하다. 따라서, 최대 효율 구간 부하 제어 진입 후, 만약 대전류 소모 부하가 동작 중이면(322의 '예'), 제어부(102)는 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환 용량을 증가시키기 위해 대전류 소모 부하 가운데 편의 부하인 B 그룹 장치들로의 전력 공급을 차단할 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 전기 부하에서의 전류 소모량 유지를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 기본적인 전류 소모량에 더하여 A 그룹에서 전류 소모량과 B 그룹에서 전류 소모가 발생하는 경우, B 그룹으로의 전력 공급을 차단하고 A 그룹으로의 전력 공급만을 유지함으로써 전기 부하에서의 전류 소모량을 일정 수준으로 유지할 수 있다. 이로써 DC-DC 컨버터(104)에서의 전력 변환 효율도 일정 수준으로 유지될 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 만약 대전력 소모 부하가 동작 중이지 않으면(322의 '아니오'), 제어부(102)는 전기 부하에서 소모되는 전류량이 감소하는지를 모니터링한다(330).
전기 부하의 소모 전류량이 감소하는 경우(330의 '예'), 제어부(102)는 전기 부하에서의 소모 전류의 감소량만큼 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시킨다(332). 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 전기 부하 전류 소모량에 따른 저전압 배터리의 충전을 나타낸 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 전기 부하에서의 전류 소모량이 상대적으로 크면 저전압 배터리(106)의 충전량은 그만큼 감소시켜서 총 전류 소모량을 일정 수준으로 유지한다(도 10의 좌측). 이와 다르게, 만약 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하면 그 감소량만큼 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시킬 수 있다(도 10의 우측). 이 경우, 전기 부하에서의 전류 소모량이 미리 설정된 일정량 이상 감소하는 경우에만 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 전기 부하에서의 전류 소모 감소량이 20A 이하이면 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시키지 않고, 전기 부하에서의 전류 소모 감소량이 20A를 초과하는 경우에만 그 초과량만큼 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 이와 같은 제어를 통해 저전압 배터리(106)의 충전량을 증가시키면서도 DC-DC 컨버터(104)의 전력 변환 효율을 일정 수준으로 그대로 유지할 수 있다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102 : 제어부
104 : 다중 페이즈 DC-DC 컨버터
106 : 저전압 배터리
108 : 배터리 관리부
110 : 고전압 배터리
112 : 모터
114 : 인버터
116, 130 : 전기 부하
120 : 전력 분배부
122 : 스위치

Claims (18)

  1. 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하는 단계와;
    연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 컨버터의 전력 변환량을 결정하는 단계와;
    상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 전력 변환량을 가변 제어하는 단계와;
    상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 단계를 포함하는 차량의 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터는 다중 페이즈 직류-직류 컨버터인 차량의 전력 제어 방법.
  3. 제 2 항에서,
    상기 컨버터의 전력 변환량의 가변 제어는, 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 가변 제어하는 것인 차량의 전력 제어 방법.
  4. 제 3 항에서,
    상기 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키는 차량의 전력 제어 방법.
  5. 제 3 항에서,
    상기 배터리의 상태 저하는 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 기준으로 판단하되, 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도가 각각 미리 설정된 범위 내의 값일 때 상기 배터리의 상태 저하가 발생하는 것으로 판단하는 차량의 전력 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않을 때 상기 전기 부하로의 전력 공급 제어는,
    상기 전기 부하 가운데 미리 정해진 크기 이상의 대전류를 소모하는 대전류 소모 부하가 동작 중인지를 확인하는 단계와;
    상기 대전류 소모 부하가 동작 중이면 상기 대전류 소모 부하 가운데 미리 정해진 편의 부하로의 전력 공급을 차단하는 단계를 포함하는 차량의 전력 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 편의 부하는 상기 차량의 주행 및 안전에 직접 연관이 없고 탑승객의 편의를 위한 것으로 미리 정해진 전기 부하인 차량의 전력 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 대전류 소모 부하가 동작 중이지 않으면 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하는지를 확인하는 단계와;
    상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하면 상기 감소한 전류 소모량만큼 상기 배터리의 충전량을 증가시키는 단계를 더 포함하는 차량의 전력 제어 방법.
  9. 전기 부하 및 배터리에 전력을 공급하도록 마련되는 컨버터와;
    상기 컨버터를 제어하여 상기 전기 부하 및 상기 배터리로의 전력 공급을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하고, 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 컨버터의 전력 변환량을 결정하며, 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 전력 변환량을 가변 제어하고, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 차량의 전력 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨버터는 다중 페이즈 직류-직류 컨버터인 차량의 전력 제어 장치.
  11. 제 10 항에서,
    상기 컨버터의 전력 변환량의 가변 제어는, 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 가변 제어하는 것인 차량의 전력 제어 장치.
  12. 제 11 항에서, 상기 제어부는,
    상기 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키는 차량의 전력 제어 장치.
  13. 제 11 항에서,
    상기 배터리의 상태 저하는 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 기준으로 판단하되, 상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도가 각각 미리 설정된 범위 내의 값일 때 상기 배터리의 상태 저하가 발생하는 것으로 판단하는 차량의 전력 제어 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배터리의 상태 저하가 발생하지 않을 때 상기 전기 부하로의 전력 공급 제어를 위해,
    상기 전기 부하 가운데 미리 정해진 크기 이상의 대전류를 소모하는 대전류 소모 부하가 동작 중인지를 확인하고;
    상기 대전류 소모 부하가 동작 중이면 상기 대전류 소모 부하 가운데 미리 정해진 편의 부하로의 전력 공급을 차단하는 차량의 전력 제어 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 편의 부하는 상기 차량의 주행 및 안전에 직접 연관이 없고 탑승객의 편의를 위한 것으로 미리 정해진 전기 부하인 차량의 전력 제어 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대전류 소모 부하가 동작 중이지 않으면 상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하는지를 확인하고;
    상기 전기 부하에서의 전류 소모량이 감소하면 상기 감소한 전류 소모량만큼 상기 배터리의 충전량을 증가시키는 차량의 전력 제어 장치.
  17. 차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하는 단계와;
    연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 전력 변환량을 결정하는 단계와;
    상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 저전압 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키는 단계와;
    상기 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 선택적으로 제한하여 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 단계를 포함하는 차량의 전력 제어 방법.
  18. 전기 부하 및 배터리에 전력을 공급하도록 마련되는 컨버터와;
    상기 컨버터를 제어하여 상기 전기 부하 및 상기 배터리로의 전력 공급을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    차량의 전기 부하가 소모하는 전류량의 데이터를 수집하고 수집된 상기 소모 전류량의 데이터에 기초하여 상기 전기 부하의 평균 소모 전류량을 연산하고, 연산된 상기 평균 소모 전류량에 상응하는 크기의 변환 전류가 발생하도록 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 전력 변환량을 결정하며, 상기 전기 부하에 전력을 공급하도록 마련되는 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하면 상기 저전압 배터리의 상태 저하를 보상하도록 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 활성화 페이즈의 수를 증가시키고, 상기 저전압 배터리의 상태 저하가 발생하지 않으면 상기 전기 부하로의 전력 공급을 제어하여 상기 다중 페이즈 직류-직류 컨버터의 더 높은 전력 변환 효율을 확보하는 차량의 전력 제어 장치.
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