KR100897102B1

KR100897102B1 - 12ｖ 배터리 정전압 제어방법

Info

Publication number: KR100897102B1
Application number: KR1020070059255A
Authority: KR
Inventors: 주정홍; 송홍석; 한대웅; 전신혜; 이기종; 최원경; 박형준; 김준환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-06-18
Also published as: KR20080111194A

Abstract

본 발명은 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는하이브리드 차량용 저전압 디씨-디씨 컨버터의 출력전압을 부하 전류에 따라서 능동적으로 가변 제어함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정 전압으로 유지시켜 배터리의 수명을 연장시킬 수 있고, 전장품의 오동작을 방지할 수 있도록 한 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 저전압 디씨-디씨 컨버터(LDC)의 출력전압을 부하 전류에 따라 가변제어하여 12V 배터리의 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 12V 배터리 정전압 제어방법을 제공한다.

LDC, 12V 배터리, 전장부하

Description

12Ｖ 배터리 정전압 제어방법{Control method for constant voltage of 12V battery}

도 1은 저전압 디씨-디씨 컨버터의 기능을 설명하기 위한 회로도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법을 나타내는 블럭 다이어그램이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : LDC 12 : 전장부하

14 : 전압제어기(PI) V_HB : 고전압 배터리 전압

V_DC : LDC 출력 전압 V_LB : 12V 배터리 전압

I_HB : 고전압 배터리 전류 I_DC : LDC 출력전류

본 발명은 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는하 이브리드 차량용 저전압 디씨-디씨 컨버터의 출력전압을 부하 전류에 따라서 능동적으로 가변 제어함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정 전압으로 유지시켜 배터리의 수명을 연장시킬 수 있고, 전장품의 오동작을 방지할 수 있도록 한 12V 배터리 정전압 제어방법에 관한 것이다.

알려진 자동차의 전기장치로는 엔진전기장치(시동장치, 점화장치, 충전장치)와 등화장치가 일반적이나, 최근에는 차량이 보다 전자제어화 됨으로써 샤시전기장치를 포함한 대부분의 시스템들이 전기전자화 되고 있는 추세이다.

자동차에 설치되는 램프, 오디오, 히터, 에어컨 등의 각종 전장품들은 자동차 정지시에는 배터리로부터 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기로부터 전원을 공급받도록 되어 있는데, 이때 통상의 전원 전압으로 14V계 전원 시스템의 발전용량이 사용되고 있다.

최근 들어 정보기술 산업의 발달과 더불어 자동차의 편의성 증대를 목적으로 하는 다양한 신기술(모터식 파워 스티어링, 인터넷 등)들이 차량에 접목되고 있으며, 앞으로도 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 신기술의 개발이 계속될 전망이다.

따라서, 12V 배터리는 차량의 성능 향상 및 편리함, 편안함, 안전을 위한 전기장치로 인해서 증가하는 전기부하 때문에 그 한계에 점점 다다르고 있다.

이에 기존의 14V계 전원 시스템으로는 신기술이 적용된 차량에 충분한 전력을 공급할 수 없고, 보다 큰 전력을 공급할 수 있는 전원 시스템의 도입이 요구되고 있다.

12V 배터리의 한계에 대한 대안으로서 인체에 무해한 전압 범위 내에 있는 36V 배터리가 세계 유수의 자동차 회사들에 의해서 선정되었으며, 차량 내의 모든 시스템이 14V에서 42V로 바뀌기 위해서는 많은 시간이 소요되므로 과도기로서 14V와 42V가 공존하는 차량에 대한 연구가 진행되고 있다.

즉, 자동차의 전원 시스템을 14V/42V로 이중화 하여, 고전력을 요구하는 샤시계 및 모터류에는 42V의 전압을 공급함으로써 전력효율을 증대시키고, 저전력 장치들은 기존의 14V 전원 시스템을 사용하도록 하고 있는 것이다.

42V 시스템 차량에서는 차량 내의 발전기는 42V로 발전하므로 14V 배터리에 전력을 공급하기 위해서 36V 배터리와 12V 배터리 사이에 전력 이동을 관장하는 양방향 DC/DC컨버터가 필요하다.

하이브리드 전기 차량의 DC-DC 컨버터(10)(Low Voltage DC-DC Converter, 이하 LDC)는 일반 차량의 발전기 역할을 하는 장치로 도 1에 도시한 바와 같이 고전압 배터리 전압(V_HB)을 12V 배터리 전압(V_LB)으로 변환하여 전장부하(12)에 전원을 공급하고 12V 배터리를 충전시키는 역할을 담당한다.

한편, 기존의 제어방법은 12V 배터리 전압을 제어하는 것이 아니라 LDC의 출력 전압을 제어한다.

그런데 하이브리드 차량에서 LDC와 12V 배터리를 연결시켜주기 위해 5m 이상의 케이블을 사용하는데, 이 케이블에는 라인 저항이 존재한다.

따라서 케이블을 통해 12V 전장부하를 공급하고 배터리를 충전하기 위해 전 류가 흐르게 되면 전압강하가 존재한다.

또한 상기 전압강하가 존재함에 따라 LDC가 출력 전압을 일정하게 제어한다고 할지라도 12V 배터리 전압은 전장 부하에 따라 가변되며 원하는 전압을 유지할 수 없게 되어 배터리 수명 저하를 초래하며, 전장품의 오동작 즉 헤드라이트 디밍, 냉각 팬 속도 약화에 따른 냉각 효율 저하 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, LDC의 입력전류와 입력 전압을 센싱하여 출력 전류를 계산하고 이 전류를 12V 배터리전압의 제어에 이용함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정전압으로 유지하고 12V 배터리의 충전상태(SOC)를 일정하게 유지하여, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있고, 12V 전장부하에 안정적인 전압을 공급함으로써, 전장품의 오동작을 방지하고 수명을 연장할 수 있도록 한 12V 배터리 정전압 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 12V 배터리 정전압 제어방법에 있어서, LDC 입력전류 센싱값(I_HB)와 입력전압 센싱값(V_HB)을 센싱하여 LDC 출력전류(I_DC)를 계산하되, 상기 LDC 출력전류(I_DC)는 (식 2 : I_DC = (V_HB × I_HB ÷ V_DC) × η)에 의하여 구해지고, 상기 식 2를 통해 구해진 LDC 출력전류(I_DC)를 12V 배터리 전압을 일정하게 제어하기 위하여 LDC 출력전압(V_DC*) 제어에 사용하되, 상기 LDC 출력전압은 (식 1: V_DC* = V_LB* + I_DC × R_L)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 12V 배터리 정전압 제어방법을 제공한다.
위의 식 2에서, V_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전압의 센싱값이고, I_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이며, V_DC는 LDC 출력 전압 센싱값이며, η는 LDC 효율을 나타냄.
위의 식 1에서, V_DC*는 LDC 출력전압이고, V_LB*는 12V 배터리 제어 전압이며, I_DC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, R_L은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타냄.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

본 발명에 일실시예에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법은 LDC의 입력전류와 입력 전압을 센싱하여 출력전류를 계산하고, 이 출력전류를 12V 배터리 전압 제어에 이용하여 12V 배터리 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

즉, 본 발명은 12V 배터리 전압을 정전압으로 제어하기 위해서 수학식 1을 사용하는 바, 12V 배터리 전압을 센싱할 수 없으므로 본 발명의 방법에서는 LDC 출력 전류를 계산하여 LDC 출력 전압 제어에 사용한다.

V_DC* = V_LB* + I_DC × R_L

수학식 1에서 V_DC*는 LDC 출력 제어 전압이고, V_LB*는 12V 배터리 제어 전압이며, I_DC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, R_L은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타낸다. R_L은 케이블 굵기와 길이에 의해 상수로 결정된다.

그리고 LDC 출력전류를 센싱하는 경우 대전류용 전류센서를 사용하여야 하므로, 원가 및 패키지 측면에서 불리하게 된다.

따라서 본 발명은 LDC 입력전류를 센싱하여 출력 전류를 계산하는 방식을 제공한다.

I_DC = (V_HB × I_HB ÷ V_DC) × η

상기 수학식 2에서 V_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전압 센싱값이고, I_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이고, V_DC는 LDC 출력 전압 센싱값이다. 그리고 η는 LDC 효율을 의미한다.

도 2는 식 1과 식 2를 통해 본 발명에 따른 12V 배터리의 정전압 제어방법을 나타내는 블록 다이어그램이다.

즉, LDC의 입력전압 V_HB와 입력전류 I_HB를 곱하고, LDC의 출력전압 V_DC 로 나 눈 후 LDC의 효율 η을 곱하여 LDC의 출력전류 I_DC를 구한다(식 2).

그리고, 상기 I_DC에 케이블 저항 R_L을 곱하고, 이에 12V 배터리 제어 전압 V_LB*을 더하여 LDC 출력 제어 전압 V_DC*을 구한다(식 1).

이와 같은 방법에 의해 구한 LDC의 출력 제어 전압 V_DC*은 전압제어기인 PI에 전송되고, PI의 LDC 내부 파워 소자 제어용 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해 제어된다. 차량용 LDC의 출력전압을 부하 전류 즉, 전장품에서 요구하는 전류에 따라서 능동적으로 가변 제어함으로써, 12V 배터리의 전압을 일정한 전압으로 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 12V 배터리 정전압 제어방법에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.

1) LDC 출력전류를 센싱하는 경우에 대전류용 전류센서를 사용하지 않으므로 원가절감(약 10%)을 할 수 있다.

2) 12V 배터리의 전압을 일정하게 유지함으로써, 배터리의 수명을 연장할 수 있고, 12V 전장부하의 오동작 즉 헤드라이트 디밍, 냉각팬 효율 저하 등을 방지할 수 있다.

3) 상기 대전류용 전류센서를 사용하지 않으므로 패키지 유연성을 제공하고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으므로 차량의 내구성을 향상시킨다.

Claims

삭제
LDC 입력전류 센싱값(I_HB)와 입력전압 센싱값(V_HB)을 센싱하여 LDC 출력전류(I_DC)를 계산하되, 상기 LDC 출력전류(I_DC)는 (식 2 : I_DC = (V_HB × I_HB ÷ V_DC) × η)에 의하여 구해지고,

상기 식 2를 통해 구해진 LDC 출력전류(I_DC)를 12V 배터리 전압을 일정하게 제어하기 위하여 LDC 출력전압(V_DC*) 제어에 사용하되,

상기 LDC 출력전압은 (식 1: V_DC* = V_LB* + I_DC × R_L)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 12V 배터리 정전압 제어방법.

위의 식 2에서, V_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전압의 센싱값이고, I_HB는 LDC 입력(고전압 배터리) 전류 센싱값이며, V_DC는 LDC 출력 전압 센싱값이며, η는 LDC 효율을 나타냄.

위의 식 1에서, V_DC*는 LDC 출력전압이고, V_LB*는 12V 배터리 제어 전압이며, I_DC는 LDC의 출력 전류 계산값이고, R_L은 LDC에서 12V 배터리까지의 케이블 길이에 해당하는 라인 저항을 나타냄.
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