KR20240040766A - 배터리 전력공급형 전기 모터들에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
펄싱 모드 및 연속 모드에서 동작가능한 전기 모터의 시스템 효율을 최적화시키기 위해 전기 모터를 제어하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 이 방법은, 전기 모터에 대한 요청된 토크를 수신하는 단계, 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계, 연속 시스템 효율을 계산하는 단계, 및 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 전기 모터를 동작시키는 단계를 포함한다. 펄싱 시스템 효율은 요청된 토크보다 더 큰 복수의 토크 펄스들로 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 계산된다. 연속 시스템 효율은 연속 토크로서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 계산된다. 시스템 효율은 배터리 효율 및 모터 효율에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
Description
본 개시내용은 배터리 전력공급형 전기 모터들에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 배터리들에 의해 전력공급되는 펄싱 전기 모터(pulsed electric motor)들에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법에 관한 것이다.
전기 모터들은 피구동 장비(driven equipment)에 연속 토크를 제공하는 데 효율적인 것으로 알려져 있다. 전기 모터들의 토크 전달은 전형적으로, 내연 기관(internal combustion engine)과 연관된 맥동들 없이 연속적이다. 일반적으로, 전기 모터들은 전기 모터의 최대 토크와 관련하여 중저(mid-low) 내지 중고(mid-high) 토크 범위에서 최적의 효율 포인트를 갖는다. 예를 들어, 전기 모터의 최대 효율은 전기 모터의 최대 토크의 30% 내지 80%의 범위에 있을 수 있다.
전기 모터가 전기 모터의 최대 토크의 낮은 범위, 예를 들어, 최대 토크의 20% 미만에서 연속 토크를 제공할 때, 전기 모터의 효율은 전형적으로 낮다. 최적의 효율 포인트에서 전기 모터를 펄싱함으로써 전기 모터의 듀티 사이클(duty cycle)을 감소시키는 것은 전기 모터로부터 연속 토크를 제공하는 것보다 더 높은 모터 효율로 전기 모터의 낮은 범위에서 타깃 토크를 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 최적의 효율 포인트에서 전기 모터를 펄싱하는 것은, 변조 주파수로 펄스들을 전달하는 것을 포함한다.
변조 주파수로 전기 모터를 펄싱하는 것은 연속 토크 전달보다 더 높은 모터 효율을 가질 수 있지만, 전기 모터의 펄싱은, 전기 모터에 전력을 제공하는 배터리 시스템의 배터리 효율을 감소시킬 수 있다.
모터 효율의 증가가 배터리 효율 감소의 결과로서 전체 시스템 효율을 감소시키지 않도록 펄싱 전기 모터들에 대한 시스템 효율을 최적화시킬 필요가 있다.
본 개시내용은 일반적으로, 요청된 펄싱 전력 요청에 대한 펄싱 시스템 효율을 계산하고 펄싱 시스템 효율을 연속 시스템 효율과 비교하며 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 전기 모터를 펄싱 모드로 스위칭함으로써 시스템 효율을 최적화시키기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 펄싱 시스템 효율 및 연속 시스템 효율은 펄싱 모터 모드 및 연속 모터 모드의 조건들에 대한 모터 효율과 배터리 효율의 곱으로 계산될 수 있다.
본 개시내용의 일 실시형태에서, 전기 모터를 제어하는 방법은, 전기 모터에 대해 요청된 토크를 수신하는 단계, 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계, 연속 시스템 효율을 계산하는 단계, 및 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 전기 모터를 동작시키는 단계를 포함한다. 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은 펄싱 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 계산된다. 연속 시스템 효율을 계산하는 것은 연속 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 계산된다.
실시형태들에서, 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은, 배터리의 소산 열 손실(dissipation heat loss)에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 배터리 효율을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은, 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 배터리 효율을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 다른 실시형태에서, 명령어들이 저장되는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 이 명령어들은, 컨트롤러에 의해 실행될 때, 컨트롤러로 하여금, 펄싱 시스템 효율을 계산하게 하고, 연속 시스템 효율을 계산하게 하고, 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 전기 모터를 동작시키게 한다. 컨트롤러는 펄싱 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 시스템 효율을 결정함으로써 펄싱 시스템 효율을 계산한다. 컨트롤러는 연속 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 시스템 효율을 결정함으로써 연속 시스템 효율을 계산한다.
본 개시내용의 다른 실시형태에서, 피구동 컴포넌트(driven component)를 회전시키도록 전기 모터를 동작시키기 위한 컨트롤러는, 프로세서, 및 프로그램을 포함하는 메모리를 포함하는데, 이 프로그램은, 프로세서로 하여금, 펄싱 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 펄싱 시스템 효율을 계산하게 하고, 연속 모드에서 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 연속 시스템 효율을 계산하게 하고, 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 전기 모터를 동작시키게 하기 위한 것이다.
추가로, 일관성 있는 범위까지, 본 명세서에서 설명되는 실시형태들 또는 양태들 중 임의의 것이, 본 명세서에서 설명되는 다른 실시형태들 또는 양태들 중 임의의 것 또는 전부와 함께 사용될 수 있다.
본 개시내용의 다양한 양태들은 도면들을 참조하여 본 명세서에서 아래에 설명되는데, 이 도면들은 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하고, 여기서:
도 1은 이상적인 전압 소스 모델(Ideal Voltage Source Model)의 개략도이다.
도 2는 충전 상태(State of Charge)를 포함하는 이상적인 전압 소스 모델의 개략도이다.
도 3은 Rint 모델의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용에 따라 제공되는 제1 펄스 제어 패턴의 예시이다.
도 5는 본 개시내용에 따라 제공되는 제2 펄스 제어 패턴의 예시이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 배터리 효율의 함수로서의 시스템 효율의 차트이다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 펄싱 전기 모터에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 시스템의 개략도이다.
도 1은 이상적인 전압 소스 모델(Ideal Voltage Source Model)의 개략도이다.
도 2는 충전 상태(State of Charge)를 포함하는 이상적인 전압 소스 모델의 개략도이다.
도 3은 Rint 모델의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용에 따라 제공되는 제1 펄스 제어 패턴의 예시이다.
도 5는 본 개시내용에 따라 제공되는 제2 펄스 제어 패턴의 예시이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 배터리 효율의 함수로서의 시스템 효율의 차트이다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 펄싱 전기 모터에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시형태에 따라 제공되는 시스템의 개략도이다.
본 개시내용은 이제, 몇몇 도면들 각각에서 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 대응하는 요소들을 지정하는 도면들을 참조하여 예시적인 실시형태들을 참조하여 더 완전히 설명될 것이다. 이들 예시적인 실시형태들이 설명되어 본 개시내용이 철저하고 완전해지도록 할 것이고, 본 발명 당시의 당업자들에게 본 개시내용의 범주를 완전히 전달하도록 할 것이다. 하나의 실시형태 또는 양태로부터의 특징들은 임의의 적절한 조합으로 임의의 다른 실시형태 또는 양태로부터의 특징들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 방법 양태들 또는 실시형태들의 임의의 개별적 또는 집합적 특징들은 장치, 제품, 또는 컴포넌트 양태들 또는 실시형태들에 적용될 수 있고 그 반대의 경우도 가능하다. 본 개시내용은 많은 상이한 형태들로 구체화될 수 있고 아래에 제시된 실시형태들로 제한되는 것으로서 해석되어서는 안 되며; 오히려, 이들 실시형태들은 본 개시내용이 적용가능한 법적 요건들을 만족시키도록 제공된다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", "the", 및 이와 유사한 것은 문맥상 명확히 달리 기술되지 않는 한 복수의 언급 대상들을 포함한다. 부가적으로, 본 명세서에서 정량적 측정치들, 값들, 기하학적 관계들 또는 이와 유사한 것에 대해 언급될 수 있지만, 달리 명시되지 않는 한, 이들 중 전부는 아니더라도 임의의 하나 이상이, 발생할 수 있는 허용가능한 변동들, 예컨대 제조 또는 엔지니어링 공차들 또는 이와 유사한 것으로 인한 것들을 고려하기 위해 절대적 또는 대략적일 수 있다.
전기 모터의 낮은 토크 범위에서 전기 모터의 효율들을 증가시키기 위해, 전기 모터는 변조 주파수로 최적의 효율 포인트 또는 토크에서 전기 모터를 펄싱함으로써 시간이 지남에 따라 전달되는 평균 토크로서 타깃 토크 또는 요구 토크를 제공하기 위해 전기 모터의 듀티 사이클을 감소시키도록 펄싱될 수 있다. 이러한 전기 모터의 펄싱은 토크 전달의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)(PWM) 파형을 가질 수 있다. 듀티 사이클은 최적의 효율 포인트에서 전기 모터를 펄싱하는 동안 피구동 장비에 낮은 타깃 토크를 제공하도록 선택된다. 변조 주파수는 소음, 진동, 및 불쾌감(noise, vibration, and harshness)(NVH) 요건들을 만족시키도록 그리고/또는 전기 모터의 오프 상태(off-state)와 온 상태(on-state) 사이의 천이 손실(transition loss)들을 감소시키거나 또는 최소화하도록 선택될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 변조 주파수는 피구동 장비의 비틀림 진동(torsional vibration)에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 전기 모터는 20% 듀티 사이클로 200Nm의 효율적인 토크로 펄싱되어 40Nm의 타깃 평균 토크를 피구동 장비에 제공할 수 있다. 피구동 장비의 NVH 특성들에 따라, 200Nm 펄스들이 30헤르츠(Hz)의 변조 주파수로 전달될 수 있다. 예시적인 전기 모터에서, 특정 동작 조건에서, 타깃 토크를 전달하기 위해 듀티 사이클을 낮추도록 전기 모터를 펄싱하는 것은, 연속 토크 전달을 통해 요구되는 토크를 제공하는 것과 비교할 때 모터 효율을 9%만큼 증가시키는 것으로 나타났다.
상기에 논의된 바와 같이, 최적의 효율 포인트 미만으로 타깃 토크들을 전달하기 위해 전기 모터를 펄싱하는 것은 모터 효율을 증가시키는 것으로 나타났다. 그러나, 전기 모터의 펄싱은, 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 효율에 또한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 모터 효율을 증가시키기 위해 전기 모터가 펄싱될 때, 배터리 시스템의 손실들이 증가될 수 있고 따라서, 전기 모터에 펄싱 에너지가 전달된 결과로서 배터리 효율이 감소될 수 있다. 이러한 배터리 효율의 손실은, 모터 효율의 이득이 있더라도, 임의의 모터 효율 이득을 감소시키거나, 이를 상쇄시키거나, 또는 이보다 더 클 수 있어서 배터리 시스템 및 전기 모터의 시스템 효율이 펄싱 에너지 전달로부터 감소될 수 있다. 본 명세서에서 아래에 상세화된 바와 같이, 전기 모터를 펄싱한 결과로서 시스템 효율 손실들을 방지하는 방법이 개시된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "시스템 효율"이라는 용어는, 적어도 전기 모터의 모터 효율과 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 배터리 효율을 포함하는 전체 전력 전달 시스템의 효율이다.
배터리 시스템의 효율을 정량화하는 한 가지 방법은 배터리 시스템의 열 소산을 결정하는 것이다. 배터리 시스템의 열 소산은, 배터리 시스템의 내부 저항과 배터리 시스템을 통과하는 전류의 함수일 수 있다. 열 소산은 배터리 시스템의 단자 전압에 의해서도 또한 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 단자 전압이 감소하여 과전위가 증가함에 따라, 전류가 증가하여 동일한 전력 출력을 제공한다. 그 결과, 단자 전압이 감소함에 따라, 열 소산이 또한 증가할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 배터리 시스템이라는 용어는, 단일 셀 또는 복수의 셀들을 갖는 배터리를 지칭할 수 있다. 배터리 시스템의 속성들은 전체로서의 배터리 시스템을 지칭할 수 있거나 또는 배터리 시스템의 개별 셀들을 지칭할 수 있다.
배터리 시스템의 소산된 열 손실을 추정하기 위한 몇몇 모델들이 있다. 도 1을 참조하면, v(t)=OCV인 이상적인 전압 소스 모델이 시작 포인트를 제공하지만, 배터리 시스템의 소산된 열 손실을 완전히 모델링하기에는 명확히 불충분하다. 예를 들어, 이상적인 전압 소스 모델에서 전압은 전류의 함수가 아니고, 전압은 과거 사용량의 함수가 아니며, 전압은 일정하다. 그에 따라, 더 정확한 모델이 필요하다.
이제 도 2를 참조하면, 배터리 시스템의 소산된 열 손실을 추정하기 위한 제2 모델은, 충전 상태(SOC)를 포함하는 이상적인 전압 소스 모델일 수 있다. 그러한 모델에서, 충전 상태 z는 배터리 셀이 완전히 충전될 때 100퍼센트와 동일할 수 있고, 셀이 완전히 방전될 때 0퍼센트와 동일할 수 있다. SOC는 다음과 같이 모델링될 수 있다:
여기서 Q는, 완전히 충전된 것으로부터 완전히 방전된 것으로 방전될 때 제거된 총 전하량인 총 용량이다. 배터리 셀들은 완벽하게 효율적이지 않은 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 배터리 셀은, 출력된 에너지가 입력된 에너지로 나눈 것으로서 정의되는 에너지 효율을 갖는다. 이 에너지 효율은 배터리 셀들의 경우 대략 95퍼센트일 수 있다. 에너지 손실은 충전 및 방전 동안 저항 가열의 결과일 수 있다. 부가적으로, 충전 동안, 배터리 셀들 내의 원치 않는 부반응들의 결과로서 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)이 1 미만인 것으로 인해 배터리 셀 에너지가 손실될 수 있다. 그러나, 배터리 셀들의 방전 동안, 쿨롱 효율은 일반적으로 1과 동일하다.
도 3을 참조하면, 배터리 시스템의 소산된 열 손실을 추정하기 위한 제3 모델은, 직렬 저항을 포함하는 것으로 도시되는 "Rint" 모델일 수 있다. Rint 모델은 다음과 같이 모델링될 수 있다:
여기서 충전 시에 V(t) > OCV(z(t), T(t))이고 방전 시에 V(t) < OCV(z(t), T(t))이다. R0에 의해 소산된 전력이 열에 의해 소산되는데, 이는 소산된 열 손실을 표현한다. 이 Rint 모델은 단순한 전자 설계들에는 충분할 수 있지만, 이 Rint 모델은 진보된 전자 장치들 및 EV 적용예들에 적용될 때 부정확성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀은 셀 내에서 확산 프로세스들을 가질 수 있어서 셀이 휴지(rest)중일 때, 전압이 즉시 OCV로 돌아가지 않는다.
"Thevenin 모델" 또는 향상된 자체 정정(Enhanced Self-Correcting)(ESC) 셀 모델과 같은, 확산 전압들 및 히스테리시스를 고려하는 더 진보된 모델들이 있을 수 있지만, Rint 모델은 연속 전력 전달 대 펄싱 전력 전달에 있어서 배터리 셀 내의 소산된 열 손실의 변화들에 대한 일부 통찰력을 제공할 수 있다. 이들 그리고 다른 모델들이 본 명세서에서 상세화된 방법들의 구현예에 사용될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 제1 펄스 제어 패턴이 본 개시내용에 따라 제공된다. 제1 펄스 제어 패턴에서는, 펄스 전류 Ipulse를 제공하여 전기 모터를 펄스 토크로 펄싱함으로써 타깃 토크가 전달된다. 타깃 토크는, 펄스 토크의 값과 펄스 토크의 듀티 사이클의 곱 또는 시간이 지남에 따른 펄스 토크의 평균이다. 전기 모터에 전달되는 전류는, 시간이 지남에 따라 전기 모터에 제공되는 평균 전류인 평균 전류 lpulse 및 실효치 전류(root mean square current) Irms를 갖는다.
펄싱 전력 전달의 소산된 열 손실을 계산하기 위해, 제1 단계는, 일반적으로 Qbaseline이라고 지칭되는 연속 전류 전달 동안 전력을 제공함으로써 소산되는 열을 계산하는 것이다. 상기의 Rint 모델을 사용하면, Qbaseline은 다음과 같이 계산될 수 있다:
그 후에, 제1 펄스 제어 모델로 전환하면, 소산된 열 손실 Q가 계산될 수 있고 여기서:
이므로 다음과 같이 된다:
그에 따라, 펄싱 모드에서의 전기 모터의 펄스 폭 또는 듀티 사이클은, 연속 모드에서의 배터리 시스템의 베이스라인의 소산된 열 손실에 정비례한다. 예를 들어, 듀티 사이클이 33%이거나 또는 펄스 폭이 시간 T의 1/3일 때, n은 3과 동일하다. n이 3과 동일할 때, Imean은 Ipulse의 1/3이다. 따라서, Rint 모델로부터, 펄스 제어 패턴이 33퍼센트의 듀티 사이클을 가질 때, 배터리 시스템의 소산된 열 손실은 배터리 시스템 베이스라인으로부터의 일정한 전력 공급의 소산 열 손실보다 3배 더 크다. Rint 모델로부터, 듀티 사이클이 감소함에 따라, 제1 펄스 제어 패턴에 대한 배터리 시스템의 효율이 감소한다는 것이 명확하다.
이제 도 5를 참조하면, 제2 펄스 제어 패턴이 본 개시내용에 따라 제공된다. 제2 펄스 제어 패턴에서는, 제1 펄스 전류 IpulseA를 제공하여 전기 모터를 펄스 토크로 펄싱하고 전기 모터로부터 제2 펄스 전류 IpulseB를 수신함으로써 타깃 토크가 전달된다. 이 패턴은, 전기 모터를 높은 포지티브 토크로 펄싱하고 포지티브 토크 펄스들 사이에서 에너지를 재생 또는 재포착한 결과일 수 있다. 이 패턴은 Irms와 Imean 사이에 큰 갭을 생성한다. 제2 패턴의 열 소산 손실은 Qbaseline의 n배보다 더 크다. 아래에 나타낸 예들에서, 제2 펄스 제어 패턴으로부터의 소산 열 손실은 전기 모터로의 정전류 전달의 베이스라인 소산 열 손실보다 10배 더 클 수 있다.
도 6은 연속 토크 전달 또는 베이스라인, 제1 펄스 제어 패턴, 및 제2 펄스 제어 패턴 각각에 대한 베이스라인 배터리 효율의 인자로서의 시스템 효율을 도시한다. 상기에 상세화된 Rint 모델을 사용하면, 전기 모터의 펄싱이 연속 토크 전달의 베이스라인에 비해 전체 시스템 효율을 증가시킬 수 있는 교차 포인트가 있다. 이것은, 교차 포인트의 좌측에서, 펄싱 토크 전달로부터의 모터 효율의 이득들이 배터리 효율의 감소보다 더 크고, 교차 포인트의 다른 측에서, 배터리 효율이 임의의 잠재적인 모터 효율 이득들을 상쇄시킨다는 것을 나타낸다. 교차 포인트의 우측에서는, 배터리 시스템 효율의 감소가 펄싱 모드로부터의 모터 효율의 이득들보다 더 크다는 것을 또한 나타낸다.
이제 도 7을 참조하면, 펄싱 전기 모터에 대한 시스템 효율을 최적화시키는 방법이 본 개시내용에 따라 개시되고 일반적으로 방법(100)이라고 지칭된다. 방법(100)은, 타깃 토크를 구동 컴포넌트에 전달하기 위해 전기 모터에 신호들을 제공하는 컨트롤러 상에서 실행된다.
방법(100)은, 전기 모터의 컨트롤러가, 전기 모터로부터 타깃 토크를 요청하는 입력 신호를 수신하는 단계(단계 110)를 포함할 수 있다. 컨트롤러는, 모터와 연관된 하나 이상의 센서들로부터 모터 속도를 또한 수신할 수 있다(단계 115). 컨트롤러는 전기 모터에 대한 타깃 토크를 수신하는 것에 응답하여 펄스 제어 패턴을 생성한다(단계 120). 생성된 펄스 제어 패턴은 모터 속도에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 생성된 펄스 제어 패턴은, 차량 속도 또는 모터 온도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 전기 모터의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 컨트롤러는 생성된 펄스 제어 패턴을 최적화시켜 전기 모터의 모터 효율을 최대화하고, 연속 토크 전달과 비교할 때 생성된 펄스 제어 패턴의 결과로서 모터 효율 이득을 결정할 수 있다(단계 130).
생성된 펄스 제어 패턴이 전기 모터에 제공되기 전에, 컨트롤러는 생성된 펄스 제어 패턴의 시스템 효율을 계산한다(단계 160). 시스템 효율을 계산하기 위해, 컨트롤러는 적어도 모터 효율(단계 130) 및 배터리 효율(단계 150)을 요구한다. 그에 따라, 시스템 효율은 모터 효율에 적어도 부분적으로 의존적이고 배터리 효율에 적어도 부분적으로 의존적이다. 펄싱 전력 요청의 배터리 효율은 배터리 모델을 사용하여 계산된다(단계 140). 배터리 모델은, 이상적인 전압 소스 모델, SOC 모델, Rint 모델, Thevenin 모델, 또는 ESC 모델을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 배터리 모델일 수 있다. 배터리 모델은, 생성된 펄스 패턴, 셀 전류, 셀 단자 전압, 셀 온도, 셀 내부 저항, 또는 펄싱 전류를 포함하지만 이에 제한되지 않는 배터리 또는 셀의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 배터리 모델은, 하나 이상의 센서들에 의해 제공되는 실시간 동작 조건들의 입력을 포함할 수 있다. 동작 조건들에 따라, 배터리 모델을 사용하여 배터리 효율이 계산된다(단계 150).
배터리 효율 및 모터 효율이 계산되면, 생성된 펄스 패턴에 대해 펄싱 시스템 효율이 계산된다(단계 160). 컨트롤러는 펄싱 시스템 효율을 연속 또는 베이스라인 시스템 효율과 비교한다(단계 170). 연속 시스템 효율은 타깃 토크의 연속 토크 전달의 모터 효율 및 배터리 효율로부터 컨트롤러에 의해 계산될 수 있다(단계 125). 연속 시스템 효율이 펄싱 시스템 효율보다 더 클 때, 컨트롤러는 연속 토크 전달을 통해 타깃 토크를 전달하도록 전기 모터를 동작시킨다(단계 180). 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율 이상일 때, 컨트롤러는 생성된 펄스 패턴을 통해 타깃 토크를 전달하도록 전기 모터를 동작시킨다(단계 190). 단계 180 또는 단계 190의 타깃 토크 전달은, 다른 타깃 토크가 컨트롤러에 의해 요청 및 수신될 때까지 계속된다(단계 110). 방법(100)은 요청된 새로운 타깃 토크에 대해 반복된다.
도 8을 참조하면, 예시적인 시스템이 본 개시내용에 따라 제공된다. 시스템은 컨트롤러(10), 전기 모터(40), 배터리 시스템(45), 및 피구동 컴포넌트(50)를 포함한다. 컨트롤러(10)는 프로세서(20) 및 메모리(30)를 포함한다. 메모리(30)는, 메모리(30)에 저장되고 프로세서(20) 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 포함할 수 있다. 컨트롤러(10)는, 메모리(30) 상에 저장되고 프로세서(20) 상에서 실행되는 명령어들에 기초하여 컨트롤러(10)가 전기 모터(40) 및/또는 배터리 시스템(45)을 동작시키도록 전기 모터(40) 및/또는 배터리 시스템(45)에 동작가능한 상태로 커플링될 수 있다. 전기 모터(40)가 피구동 컴포넌트(50)를 회전시키도록 동작하도록 전기 모터(40)는 피구동 컴포넌트(50)에 동작가능한 상태로 커플링될 수 있다. 컨트롤러(10)는 전기 모터(40) 및/또는 배터리 시스템(45)을 동작시키기 위해 본 명세서에서 상세화된 방법들 중 임의의 것을 실행할 수 있다.
본 개시내용의 몇몇 실시형태들이 도면들에 도시되어 있지만, 본 개시내용이 해당 기술분야가 허용하는 만큼 범주가 넓고 본 명세서가 이와 마찬가지로 판독되도록 의도되므로, 본 개시내용이 이에 제한되도록 의도되지 않는다. 상기의 실시형태들의 임의의 조합이 또한 구상되고 첨부된 청구범위의 범주 내에 있다. 그에 따라, 상기의 설명은 제한적인 것으로서 해석되어서는 안 되고, 단지 특정 실시형태들의 예시들로서 해석되어야 한다. 당업자들은 여기에 첨부된 청구범위의 범주 내에서 다른 수정들을 구상할 것이다.
Claims (37)
- 전기 모터를 제어하는 방법으로서,
요청된 토크를 전달하기 위해 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 전기 모터에 대한 펄싱 시스템 효율(pulsed system efficiency)을 결정하는 단계; 및
상기 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 단계는, 상기 펄싱 시스템 효율이 펄싱 모터 효율과 펄싱 배터리 시스템 효율의 곱을 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 단계는, 상기 배터리 시스템의 소산된 열 손실(dissipated heat loss)에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 배터리 효율을 결정하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 단계는, 상기 배터리 시스템의 동작 조건들이 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 상기 연속 시스템 효율을 계산하는 단계; 및
상기 연속 시스템 효율이 상기 펄싱 시스템 효율보다 더 클 때 상기 연속 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키는 단계
를 더 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 단계는, 상기 전기 모터의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 전기 모터의 펄싱 모터 효율을 결정하는 단계를 포함하는 방법. - 제6항에 있어서,
상기 펄싱 모터 효율을 결정하는 단계는, 상기 전기 모터의 동작 조건들이 모터 속도, 모터 토크, 차량 속도, 또는 모터 온도를 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 펄스 파형을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 펄스 파형을 생성하는 단계는, 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 상기 요청된 토크보다 더 큰 펄스 토크로 상기 전기 모터를 펄싱하는 단계를 포함하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 펄스 파형을 생성하는 단계는, 상기 전기 모터의 펄스들 사이의 에너지를 재생하는 단계를 포함하는 방법. - 명령어들이 저장되는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
상기 명령어들은, 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 컨트롤러로 하여금:
요청된 토크를 전달하기 위해 전기 모터에 에너지를 제공하도록 구성되는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 모터에 대한 펄싱 시스템 효율을 결정하게 하고;
상기 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제11항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 배터리 시스템의 소산된 열 손실에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 배터리 효율을 결정함으로써 상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제11항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 배터리 시스템의 동작 조건들을 포함하는 상기 배터리 시스템의 동작 조건들에 대해 적어도 부분적으로 상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제11항에 있어서,
상기 컨트롤러는 펄싱 모터 효율에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제11항에 있어서,
상기 컨트롤러는 추가로:
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 상기 연속 시스템 효율을 계산하게 되고;
상기 연속 시스템 효율이 상기 펄싱 시스템 효율보다 더 클 때 상기 연속 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 되는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 피구동 컴포넌트(driven component)를 회전시키도록 전기 모터를 동작시키기 위한 컨트롤러로서,
상기 컨트롤러는:
프로세서; 및
프로그램을 포함하는 메모리
를 포함하고,
상기 프로그램은 상기 프로세서로 하여금:
요청된 토크를 전달하기 위해 전기 모터에 에너지를 제공하도록 구성되는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 모터에 대한 펄싱 시스템 효율을 결정하게 하고;
상기 펄싱 시스템 효율이 연속 시스템 효율보다 더 클 때 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 하기 위한 것인 컨트롤러. - 제16항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 것은, 상기 배터리 시스템의 소산된 열 손실에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 배터리 효율을 결정하는 것을 포함하는 컨트롤러. - 제16항에 있어서,
상기 배터리 시스템의 동작 조건들에 대해 적어도 부분적으로 상기 펄싱 시스템 효율을 결정하는 것은, 상기 배터리 시스템의 동작 조건들이 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 것을 포함하는 컨트롤러. - 제16항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은, 펄싱 모터 효율에 적어도 부분적으로 기초하는 컨트롤러. - 제16항에 있어서,
상기 프로그램은 추가로 상기 프로세서로 하여금:
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 상기 연속 시스템 효율을 계산하게 하고;
상기 연속 시스템 효율이 상기 펄싱 시스템 효율보다 더 클 때 상기 연속 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 하는 컨트롤러. - 전기 모터를 제어하는 방법으로서,
전기 모터에 대한 요청된 토크를 수신하는 단계;
상기 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계;
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 연속 시스템 효율을 계산하는 단계; 및
상기 펄싱 시스템 효율이 상기 연속 시스템 효율보다 더 클 때 상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계는, 상기 펄싱 시스템 효율이 펄싱 모터 효율과 펄싱 배터리 효율의 곱을 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제22항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계는, 상기 배터리의 소산된 열 손실에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 배터리 효율을 결정하는 단계를 포함하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 배터리의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 배터리 효율을 결정하는 것은, 상기 동작 조건들이 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 것을 포함하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 단계는, 상기 전기 모터의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 모터 효율을 결정하는 단계를 포함하는 방법. - 제25항에 있어서,
상기 펄싱 모터 효율을 결정하는 단계는, 상기 동작 조건들이 모터 속도, 모터 토크, 차량 속도, 또는 모터 온도를 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 펄스 파형을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 펄스 파형을 생성하는 단계는, 감소된 듀티 사이클(duty cycle)에서 상기 요청된 토크보다 더 큰 펄스 토크로 상기 전기 모터를 펄싱하는 단계를 포함하는 방법. - 제28항에 있어서,
상기 펄스 파형을 생성하는 단계는, 상기 펄스 토크로 상기 전기 모터의 펄스들 사이의 에너지를 재생하는 단계를 포함하는 방법. - 명령어들이 저장되는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
상기 명령어들은, 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 컨트롤러로 하여금:
전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 모드에서 상기 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 펄싱 시스템 효율을 계산하게 하고;
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 연속 시스템 효율을 계산하게 하고;
상기 펄싱 시스템 효율이 상기 연속 시스템 효율보다 더 클 때 상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제30항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키기 위해 펄싱 배터리 효율 및 펄싱 모터 효율에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제31항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 소산된 열 손실에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 제30항에 있어서,
상기 배터리 시스템의 동작 조건들은 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체. - 피구동 컴포넌트를 회전시키도록 전기 모터를 동작시키기 위한 컨트롤러로서,
상기 컨트롤러는:
프로세서; 및
프로그램을 포함하는 메모리
를 포함하고,
상기 프로그램은 상기 프로세서로 하여금:
전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 동작 조건들에 적어도 부분적으로 기초하여 펄싱 모드에서 상기 전기 모터로부터 요청된 토크를 전달하기 위해 펄싱 시스템 효율을 계산하게 하고;
연속 모드에서 상기 전기 모터로부터 상기 요청된 토크를 전달하기 위해 연속 시스템 효율을 계산하게 하고;
상기 펄싱 시스템 효율이 상기 연속 시스템 효율보다 더 클 때 상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키게 하기 위한 것인 컨트롤러. - 제34항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은, 상기 펄싱 모드에서 상기 전기 모터를 동작시키기 위해 펄싱 배터리 효율 및 펄싱 모터 효율에 적어도 부분적으로 기초하는 컨트롤러. - 제35항에 있어서,
상기 펄싱 시스템 효율을 계산하는 것은, 상기 전기 모터에 에너지를 제공하는 배터리 시스템의 소산된 열 손실에 적어도 부분적으로 기초하는 컨트롤러. - 제34항에 있어서,
상기 배터리 시스템의 동작 조건들은 배터리 온도, 펄싱 전류, 배터리 단자 전압, 또는 배터리 내부 저항을 포함하는 컨트롤러.
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