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KR101987484B1 - Device and method for battert charging control of air supercharger having turbo gernerator and electric charger - Google Patents

Device and method for battert charging control of air supercharger having turbo gernerator and electric charger Download PDF

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KR101987484B1
KR101987484B1 KR1020130066461A KR20130066461A KR101987484B1 KR 101987484 B1 KR101987484 B1 KR 101987484B1 KR 1020130066461 A KR1020130066461 A KR 1020130066461A KR 20130066461 A KR20130066461 A KR 20130066461A KR 101987484 B1 KR101987484 B1 KR 101987484B1
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battery
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switching
switching device
mode
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정현우
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진(E)으로 흡입되는 공기를 압축 공급하는 전동 차저(130)와, 상기 엔진(E)으로부터 발생된 배기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 터보 제너레이터(110)와, 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리(120)와, 상기 배터리(120)의 SOC(STATE OF CHARGE) 정보에 따라 상기 터보 제너레이터(110)로부터의 전기 에너지를 상기 배터리(120)로 흐르게 스위칭하거나, 상기 배터리(120)에 저장된 전기 에너지를 상기 터보 제너레이터(110) 또는 상기 전동 차저(130)로 흐르게 스위칭하는 파워 플로우 셀렉터(160; POWER FLOW SELECTOR) 및 전기 에너지를 직류 또는 교류로 변환하는 에너지 변환장치(140, 150)가 포함된 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric power generator for an internal combustion engine having an electric charger 130 for compressing and supplying air sucked into an engine E, a turbo generator 110 for converting exhaust kinetic energy generated from the engine E into electric energy, An electric energy from the turbo generator 110 is flowed to the battery 120 according to the SOC (state of charge) information of the battery 120, A power flow selector 160 for switching the electrical energy stored in the electric generator 130 to flow to the turbo generator 110 or the electric charger 130 and energy converters 140 and 150 for converting electric energy into direct current or alternating current, The present invention relates to a battery charge / discharge control device and a control method thereof.

Description

배터리 충방전 제어장치 및 제어방법{DEVICE AND METHOD FOR BATTERT CHARGING CONTROL OF AIR SUPERCHARGER HAVING TURBO GERNERATOR AND ELECTRIC CHARGER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery charge / discharge control device and a control method thereof,

본 발명은 엔진의 배기를 통해 생성된 회생에너지를 이용해 자동차의 과급 장치를 효율적으로 구동시킬 수 있도록 배터리의 충, 방전되는 전기 에너지의 흐름을 제어하는 배터리 충방전 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a battery charge / discharge control device and a control method for controlling the flow of electric energy charged / discharged to efficiently drive a supercharger of an automobile using regenerative energy generated through exhaust of an engine.

일반적으로 자동차의 엔진에는 연소 후 배출되는 배기가스를 이용하여 흡기량을 높여 엔진에 공급함으로써, 완전연소를 유도하여 엔진 효율을 향상시키기 위하여 과급장치가 구비되어 있다.BACKGROUND ART [0002] Generally, a supercharging device is provided in an automobile engine to increase the intake air amount by using exhaust gas discharged after combustion, and to supply the engine with the intake air to improve the engine efficiency by inducing complete combustion.

이러한 과급장치는 크게 엔진의 배기 매니폴드를 통해 배출되는 가스에 의해 터빈이 회전하여 컴프레셔를 작동시키는 터보차저와, 엔진의 동력에 의해 컴프레셔를 작동시키는 슈퍼차저로 나눌 수 있다.Such supercharging apparatuses can roughly be divided into a turbocharger, in which the turbine is rotated by the gas discharged through the exhaust manifold of the engine to operate the compressor, and a supercharger which operates the compressor by the power of the engine.

이 중 터보차저는 엔진의 연소 후 버려지는 배기가스의 에너지를 활용하기 때문에 높은 에너지 효율을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 운전자의 패달 작동으로부터 터빈의 적정 회전을 위한 배기 유량이 확보되는 시간 지연에 따른 터보 랙을 갖는 단점이 있다.Among them, the turbocharger has the advantage of obtaining high energy efficiency because it utilizes the energy of the exhaust gas discharged after the combustion of the engine. However, due to the delay in securing the exhaust flow rate for proper rotation of the turbine from the driver's pedal operation There is a disadvantage of having a turbo rack.

반면, 슈퍼차저는 터보차처의 터보 랙에 상반되어 가속 페달에 대한 응답성이 좋은 장점이 있으나, 엔진과의 기계적 연결에 의한 부하와, 엔진의 작동 점에 따른 출력의 저하가 발생될 수 있는 단점이 있다.On the other hand, the supercharger is advantageous in response to the accelerator pedal as opposed to the turbo rack of the turbocharger. However, the supercharger has a disadvantage that the load due to the mechanical connection with the engine and the output of the engine may be lowered depending on the operating point of the engine .

상기 터보차저와 슈퍼차저의 단점을 보완하기 위해서 최근에는 전기모터에 의해 컴프레셔를 작동시켜 엔진으로 유입되는 공기를 압축시키도록 함으로써, 터보차터의 터보 랙을 없애는 동시에 엔진 운전점에 따라 제어 자유도를 높일 수 있도록 하는 전동식 차저가 개발되어 널리 알려진 상태이다.In order to compensate for the disadvantages of the turbocharger and the supercharger, the compressor is operated by the electric motor to compress the air flowing into the engine, thereby eliminating the turbocharger of the turbocharger and increasing the degree of control according to the engine operating point Electric chargers have been developed and widely known.

이러한 전동식 차저는 최근의 환경에 대한 관심의 증가 및 엔진 효율 향상을 위한 노력과 함께, 하이브리드 자동차의 회생제동, 배기열/에너지 회수 시스템에 의해 에너지를 회수하여 전기 에너지로 변환한 후 상기 전동식 차저를 비롯한 기타 전기장치를 동작시킬 수 있도록 하는 기술과 접목을 이루어 엔진 과급의 효율을 높이기 위한 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있다.Such an electric charger is used for recovering energy by regenerative braking and exhaust heat / energy recovery system of a hybrid vehicle, converting it into electric energy, And other technologies for operating the electric devices have been actively developed in order to improve the efficiency of the engine supercharger.

특히, 전동식 차저에 터보 제너레이터의 회생발전시스템을 접목시킴으로써, 엔진의 배기가스의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전동식 차저의 컴프레셔를 구동시키거나, 이와 동시에 여분의 전기에너지를 배터리에 저장할 수 있도록 하는 터보 제너레이터 시스템의 기술이 개발되어 알려져 있는 상태이다.Particularly, by incorporating the regenerative power generation system of the turbo generator into the electric charger, it is possible to convert the kinetic energy of the exhaust gas of the engine into electric energy to drive the compressor of the electric charger or at the same time, The technology of the turbo generator system has been developed and known.

도 1은 터보 제너레이터가 적용된 전동식 차저의 일반적인 구성을 나타낸다.1 shows a general configuration of an electric charger to which a turbo generator is applied.

도시된 바와 같이, 일반적인 터보 제너레이터 시스템은 엔진(e)으로부터 배출되는 배기가스의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생에너지를 생성하기 위한 터보 제너레이터(10)와, 터보 제너레이터(10) 및 배터리(20)로부터 전기에너지를 공급받아 엔진의 흡기를 압축시키는 전동 차저(30)와, 터보 제너레이터(10)로부터 생성된 전기에너지를 저장하고, 전동 차저(30)로 공급하여 구동시키는 배터리(20) 및 터보 제너레이터(10)로부터 생성된 전기 에너지를 배터리(20)와, 배터리(20)를 통해 전동 차저(30)로 각각 공급할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 인버터(40, 50) 및 전동 차저(30)를 통해 상기 엔진(e)으로 흡입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러(70) 포함하여 구성된다.A general turbo generator system includes a turbo generator 10 for converting kinetic energy of exhaust gas discharged from an engine e into electric energy to generate regenerative energy, a turbo generator 10 and a battery 20 A battery 20 for storing electric energy generated from the turbo generator 10 and supplying the electric energy to the electric charger 30 to drive the turbocharger 30, The electric power generated from the generator 10 is supplied to the battery 20 and the inverters 40 and 50 and the electric charger 30 which convert the electric energy generated by the generator 10 into electric energy that can be supplied to the electric motor- And an intercooler 70 that cools the compressed air sucked into the engine e through the bypass pipe 70.

이러한 터보 제너레이터(10)와 전동 차저(30)가 포함된 과급 시스템은 터보 제너레이터(10)로부터 공급된 전기 에너지와, 전동 차저(30)의 구동을 위한 전기 에너지의 공급에 따른 배터리(20)의 지속적인 충전과 방전을 위해 다양한 모드로 작동이 이루어진다.The supercharging system including the turbo generator 10 and the electric charger 30 is provided with the electric energy supplied from the turbo generator 10 and the electric energy supplied to the battery 20 due to the supply of the electric energy for driving the electric charger 30. [ Various modes are used for continuous charging and discharging.

일반적으로, 터보 제너레이터와 전동 차저가 포함된 과급 시스템의 방전모드에서는 배터리(20)에 충전된 전기 에너지만으로 전동 차저(30)를 구동시키는 모드와, 배터리(20)에 충전된 전기 에너지와 터보 제너레이터(10)로부터 생성된 전기 에너지를 동시에 공급하여 전동 차저(30)를 구동시키는 모드로 작동이 이루어지며, 충전모드에서는 터보 제너레이터(10)의 생성 전기 에너지 전량을 배터리(20)로 충전하는 모드와, 터보 제너레이터(10)의 생성 전기 에너지의 일부를 전동 차저(30)로 공급하고 남은 여분의 전기 에너지를 배터리(20)로 충전하는 모드로 구현될 수 있다.Generally, in the discharge mode of the supercharging system including the turbo generator and the electric charger, there is a mode in which the electric charger 30 is driven only by the electric energy charged in the battery 20, a mode in which the electric energy charged in the battery 20, The electric energy generated by the turbo generator 10 is simultaneously supplied to the electric charger 30 to operate the electric charger 30. In the charging mode, the electric energy generated by the turbo generator 10 is charged by the battery 20 And a mode in which a portion of the generated electric energy of the turbo generator 10 is supplied to the electric charger 30 and the remaining electric energy is charged to the battery 20.

이러한 과급 시스템의 작동 모드에서 배터리(20)의 SOC(STATE OF CHARGE)가 적정 수준에 비해 낮은 경우와, 높은 경우에는 상기한 배터리(20)의 방전모드와 충전모드는 중단되어야 될 필요성이 있다.If the SOC (STATE OF CHARGE) of the battery 20 is lower than the proper level in the operating mode of the supercharging system, and if the SOC (STATE OF CHARGE) of the battery 20 is high, the discharge mode and the charging mode of the battery 20 should be stopped.

그러나, 일반적인 터보 제너레이터와 전동 차저가 포함된 과급 시스템에서는 배터리(20)와 터보 제너레이터(10)가 전기적으로 항시 연결되어 있으므로, 터보 제너레이터(10)에 의한 배터리(20)의 충, 방전을 중단하고, 터보 제너레이터(10)에 의해 생성된 전기 에너지의 전량을 전동 차저(30)로 공급하여 구동시키는 모드의 제어는 불가능하다.However, in the supercharging system including the general turbo generator and the electric charger, since the battery 20 and the turbo generator 10 are electrically connected at all times, the charging and discharging of the battery 20 by the turbo generator 10 is stopped , It is impossible to control the mode in which the electric energy generated by the turbo generator 10 is supplied to the electric charger 30 and driven.

특히, 터보 제너레이터(10)의 생성 에너지량과 전동 차저(30)에 사용되는 에너지량이 적정 효율을 포함하여 정확히 같아지지 않는 한 배터리(20)의 충, 방전은 필연적으로 일어날 수 밖에 없으며, 최악의 경우 터보 제너레이터(10)의 생성 에너지량이 전동 차저(30)를 구동하는데 필요한 충분한 에너지량을 가짐에도 불구하고, 배터리(20)의 충, 방전이 이루어짐으로써, 전체 시스템의 효율 저하를 가져올 수 있는 문제점이 있다.
In particular, as long as the amount of energy generated by the turbo generator 10 and the amount of energy used by the electric charger 30 are not exactly equal to each other including the proper efficiency, the charging and discharging of the battery 20 necessarily takes place, The amount of energy generated by the turbo generator 10 has a sufficient amount of energy necessary for driving the electric charger 30 and the charging and discharging of the battery 20 is performed, .

일본공개특허 2012-139072호Japanese Published Patent Application No. 2012-139072

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 터보 제너레이터 시스템을 이루는 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE)와, 엔진의 출력 및 터보 제너레이터의 출력에 따라, 상기 배터리의 충방전을 위해 입출력되는 전기 에너지의 흐름을 제어하여, 배터리의 수명 및 성능을 향상시키고, 과급 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 배터리 충방전 제어장치 및 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.
In view of the above, the present invention, which has been invented in view of the above, has an object of providing an electric energy storage device and a method of controlling the SOC Discharge control device and a control method for controlling the flow of the battery to improve the lifetime and performance of the battery and to improve the overall efficiency of the boost system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 엔진으로 흡입되는 공기를 압축 공급하는 전동 차저와, 상기 엔진으로부터 발생된 배기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 터보 제너레이터와, 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리와, 상기 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE) 정보에 따라 상기 터보 제너레이터로부터의 전기 에너지를 상기 배터리 또는 상기 전동 차저로 흐르게 스위칭하거나, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 상기 전동 차저로 흐르게 스위칭하는 파워 플로우 셀렉터(POWER FLOW SELECTOR) 및 전기 에너지를 직류 또는 교류로 변환하는 에너지 변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle including: an electric charger for compressing and supplying air sucked into an engine; a turbo generator for converting exhaust kinetic energy generated from the engine into electric energy; For switching electric energy from the turbo generator to flow into the battery or the electric charger according to SOC (STATE OF CHARGE) information of the battery, or switching the electric energy stored in the battery to flow into the electric charger A battery charge / discharge control device is provided which includes a flow selector (POWER FLOW SELECTOR) and an energy conversion device for converting electric energy into direct current or alternating current.

상기 에너지 변환장치는 상기 터보 제너레이터에 의해 생성된 전기 에너지를 직류로 변환하여 상기 배터리로 공급하는 제1변환기 및 상기 배터리의 전기 에너지를 교류로 변환하여 상기 전동 차저로 공급하는 제2변환기가 포함될 수 있다.The energy conversion apparatus may include a first converter that converts electric energy generated by the turbo-generator into DC and supplies the DC to the battery, and a second converter that converts electric energy of the battery into AC and supplies the AC to the electric charger have.

상기 파워플로우 셀렉터는 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키는 제1스위칭 소자와 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키기 위해 상기 제1스위칭 소자와 반대방향으로 직렬 연결되는 제2스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 ON 이면, 상기 배터리의 충전 및 방전을 실행하는 노멀모드이고, 상기 제1스위칭 소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면, 상기 배터리의 방전을 실행하는 방전모드이고, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자가 ON이면, 상기 배터리의 충전을 실행하는 충전모드이고, 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면 시스템을 OFF하는 시스템 OFF모드인 것을 특징으로 한다.The power flow selector may include a first switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery and a second switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery. And a second switching element connected in series with the first switching element and the second switching element in a direction opposite to that of the first switching element and the second switching element, wherein when the first switching element and the second switching element are ON, Is a discharging mode for discharging the battery when the second switching device is OFF and a charging mode for charging the battery when the first switching device is OFF and the second switching device is ON And a system OFF mode for turning off the system when the first switching device and the second switching device are OFF.

상기 파워플로우 셀렉터는 제1스위칭 소자와. 제2스위칭 소자와, 상기 제1인덕터가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2스위칭 소자와 제1인덕터 사이에 병렬로 연결되는 제3스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬로 연결되고, 동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 강압을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제3스위칭 소자가 OFF 상태이면, 상기 배터리가 충전되고, 동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제3스위칭 소자가 승압을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 방전되고, 동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제3스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 한다.Wherein the power flow selector comprises a first switching element and a second switching element. And a third switching element connected in series between the first switching element and the first inductor and connected in parallel between the second switching element and the first inductor, wherein the first switching element is connected in the opposite direction Wherein when the operation mode is the BUCK mode, the first switching element is OFF, the second switching element is in a switching state for the step-down, and the third switching element OFF state, the battery is charged, and when the operation mode is the BOOST mode, the first switching element is ON, the second switching element is OFF, and the third switching element is in a switching state The battery is discharged, and when the operation mode is OFF, the system is OFF when the first switching device, the second switching device, and the third switching device are OFF.

상기 파워플로우 셀렉터는 제2인덕터와, 제1스위칭 소자와, 제2스위칭 소자가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2인덕터와 상기 제1스위칭 소자 사이에 병렬로 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬 연결되고, 동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 강압을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제2스위칭 소자는 OFF이고, 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 상기 배터리가 방전되고, 동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 ON이고, 상기 제4스위칭 소자가 승압을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 충전되고,The power flow selector may include a fourth switching element connected in series between the second inductor, the first switching element and the second switching element in series and the parallel connection between the second inductor and the first switching element Wherein the first switching element is connected in series with the second switching element in the opposite direction, and when the operation mode is the BUCK mode, the first switching element is in the switching state for the step-down, The first switching element is OFF, the second switching element is ON, and the fourth switching element is OFF. When the fourth switching element is OFF, the battery is discharged, and when the operation mode is the BOOST mode, When the switching element is in a switching state for boosting, the battery is charged,

동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 한다.When the operation mode is OFF, the system is OFF when the first switching element, the second switching element, and the fourth switching element are OFF.

또한, 본 발명에 따르면, 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE)가 적정범위에 있는지를 판단하는 배터리 상태 판단단계와, 상기 배터리 상태 판단단계에서 상기 배터리의 SOC가 적정 범위에 있는 경우, 파워플로우 셀렉터를 이용하여, 상기 배터리의 충전 또는 방전이 수행되도록 터보 제너레이터 또는 전동 차저에 대해 전기 에너지의 흐름을 제어하여 시스템을 구동시키는 노멀모드 수행단계와, 상기 배터리 상태 판단단계에서 상기 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE)가 적정범위를 벗어난 경우, 파워플로우 셀렉터를 이용하여, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전기 에너지의 흐름을 선택적으로 개폐하고, 상기 터보 제너레이터로부터 생성된 전기 에너지로만 상기 전동 차저를 구동시키는 충방전 제어모드 수행단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a battery, comprising: determining a state of charge (SOC) of a battery in an appropriate range; determining whether the SOC of the battery is in an appropriate range; A normal mode performing step of controlling the flow of electric energy to the turbo generator or the electric charger so as to perform the charging or discharging of the battery to thereby drive the system; ) Selectively opens and closes a flow of electrical energy for charging or discharging the battery using a power flow selector, and when the electric energy generated from the turbo-generator is used to drive the electric charger The method of claim 1, This method is provided.

이러한 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 터보 제너레이터에 의해 생성된 전기 에너지와, 전동 차저로 공급되는 전기 에너지의 입출력을 개별적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 배터리를 최적의 SOC를 갖는 상태로 유지가 가능하여, 배터리의 수명 및 성능을 향상시키는 동시에, 과급 시스템의 전체 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the battery charge / discharge control device and the control method of the present invention, the input / output of the electric energy generated by the turbo generator and the electric energy supplied to the electric charger can be individually controlled, It is possible to improve the lifetime and performance of the battery and improve the overall efficiency and performance of the supercharging system.

또한, 본 발명에 따르면, 파워플로우 셀렉터의 작용에 의해 과급 시스템의 초기 구동 시 상기 전동 차저 및 제1, 2변환기를 연결하는 전기 회로에 프리-차징 기능의 구현이 가능하여, 과급 시스템의 전체 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Further, according to the present invention, the pre-charging function can be implemented in the electric circuit connecting the electric charger and the first and second converters at the time of initial operation of the supercharging system by the action of the power flow selector, And the performance can be improved.

도 1은 터보 제너레이터가 적용된 전동식 차저의 일반적인 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 제어장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 실시예의 일 요부에 대한 일 변형예를 나타낸 블록도.
도 4는 본 실시예의 일 요부에 대한 다른 일 변형예를 나타낸 블록도.
도 5는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 제어방법의 흐름을 나타낸 순서도.1 is a block diagram showing a general configuration of an electric charger to which a turbo generator is applied;
2 is a block diagram showing a configuration of a battery charge / discharge control device according to the present embodiment.
Fig. 3 is a block diagram showing a modification of the essential part of this embodiment. Fig.
4 is a block diagram showing another modification of the first embodiment of the present embodiment;
5 is a flowchart showing a flow of a battery charge / discharge control method according to the present embodiment.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 2는 본 실시예에 따른 과급 시스템의 배터리 충방전 제어장치의 구성을 나타낸다.2 shows a configuration of a battery charge / discharge control device of a boost system according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자동차의 엔진(E)의 배기 매니폴드(111)로 배출되는 배기가스에 의해 터빈이 구동되어 회생 전력을 생성하는 터보 제너레이터(110)와, 상기 터보 제너레이터(110)에 의해 생성된 전력을 저장하는 배터리(120)와, 상기 터보 제너레이터(110)와, 상기 배터리(120)로부터 전력이 공급되어 구동됨으로써, 상기 엔진(E)의 흡입 매니폴드(31) 흡입되는 공기를 과급시키는 전동 차저(130) 및 상기 배터리(120)로 충방전되는 전기 에너지의 흐름을 컨트롤하여 상기 배터리(120)의 충방전 상태를 제어하는 파워 플로우 셀렉터(POWER FLOW SELECTOR; 160)를 포함한다.As shown in the figure, according to the present invention, a turbo generator 110 for generating a regenerative electric power by driving a turbine by an exhaust gas discharged to an exhaust manifold 111 of an engine E of an automobile, A battery 120 for storing power generated by the intake manifold 31 of the engine E by being supplied with power from the turbo generator 110 and the battery 120, And a power flow selector 160 for controlling the charge / discharge state of the battery 120 by controlling the flow of electric energy charged / discharged by the battery 120, .

상기 터보 제너레이터(110)는 상기 배터리(120)와, 상기 전동 차저(130) 및 상기 파워 플로우 셀럭터(160)와 함께 전기적으로 연결된 회로를 형성한다.The turbo generator 110 forms a circuit electrically connected with the battery 120 and the electric charger 130 and the power flow selector 160.

상기 터보 제너레이터(110)에 의해 생성된 전기 에너지는 상기 배터리(120)로 이어지는 회로상에 설치된 제1변환기(140)에 의해 직류로 변환되어, 상기 배터리(120)로 충전이 이루어진다.The electric energy generated by the turbo generator 110 is converted into a direct current by a first converter 140 installed on a circuit connected to the battery 120, and the battery 120 is charged.

또한, 상기 터보 제너레이터(110) 및 상기 배터리(120)로부터 상기 전동 차저(130)로 이어지는 전기 회로상에는 상기 터보 제너레이터(110) 및 상기 배터리(120)로부터 공급되는 전력을 변환하고, 상기 엔진(E)의 흡기를 제어량에 따라 공급되는 전력을 제어하여 상기 전동 차저(130)로 공급하는 제2변환기(150)가 설치된다.The electric power supplied from the turbo generator 110 and the battery 120 to the electric charger 130 is used to convert the electric power supplied from the turbo generator 110 and the battery 120, And a second converter 150 for controlling the electric power supplied to the electric charger 130 according to the control amount.

상기 터보 제너레이터(110)는 생성된 전력을 상기 배터리(120)로 공급하는 동시에, 상기 전동 차저(130)로 직접 공급이 가능하게 구성된다.The turbo generator 110 is configured to supply the generated power to the battery 120 and directly supply the generated power to the electric charger 130.

이로써, 본 발명의 배터리 충방전 제어장치는 상기 터보 제너레이터(110)에 의해 생성된 전력의 전량을 상기 배터리(120)로 공급하는 제1구동모드와, 상기 터보 제너레이터(110)에 의해 생성된 전력을 상기 배터리(120)와, 상기 전동 차저(130)로 동시에 공급하는 제2구동모드로 각각 구동이 가능하다.Accordingly, the battery charge / discharge control apparatus of the present invention can further include a first drive mode for supplying the entire amount of electric power generated by the turbo generator 110 to the battery 120 and a second drive mode for supplying the electric power generated by the turbo generator 110 To the battery 120 and to the electric charger 130 at the same time.

또한, 본 발명의 배터리 충방전 제어장치는 상기 전동 차저(130)의 구동이 상기 배터리(120)에 충전된 전기 에너지의 공급만으로 이루어지는 제3구동모드와, 상기 배터리(120)에 충전된 전기 에너지와, 상기 터보 제너레이터(110)로부터 생성된 전기 에너지를 동시에 사용하여 이루어지는 제4구동모드로 각각 구동이 가능하다.The battery charge / discharge control device of the present invention may further include a third drive mode in which the electric charger 130 is driven only by supplying electric energy charged in the battery 120 and a third drive mode in which the electric energy charged in the battery 120 And a fourth drive mode in which electric energy generated from the turbo generator 110 is used at the same time.

그리고, 상기 파워플로우 셀렉터(160)는 상기 터보 제너레이터(110)로부터 상기 배터리(120)로 이어지는 전기 회로상에 설치되어, 상기 배터리(120)의 SOC(STATE OF CHARGE)와, 상기 엔진(E) 및 상기 터보 제너레이터(110)의 출력에 따라 충전 및 방전되는 전기 에너지의 흐름을 제어하도록 한다.The power flow selector 160 is installed on an electric circuit that extends from the turbo generator 110 to the battery 120 so that the SOC (state of charge) of the battery 120, And the flow of electric energy to be charged and discharged according to the output of the turbo generator 110. [

이를 위해, 상기 파워플로우 셀렉터(160)는 상기 배터리(120)로부터 상기 전동 차저(130)로 방전되는 전기 에너지의 흐름을 개폐시키는 제1스위칭 소자(Q1)와, 상기 제1스위칭 소자(Q1)와 반대방향으로 직렬로 연결되어 상기 터보 제너레이터(110)로부터 상기 배터리(120)로 충전되는 전기 에너지의 흐름을 개폐시키는 제2스위칭 소자(Q2)가 포함된다.The power flow selector 160 includes a first switching device Q1 for opening and closing the flow of electric energy discharged from the battery 120 to the electric charger 130, And a second switching element Q2 connected in series in a direction opposite to that of the turbo generator 110 to open and close the flow of electric energy charged from the turbo generator 110 to the battery 120. [

상기 제1스위칭 소자(Q1) 및 상기 제2스위칭 소자(Q2)는 반도체 소자로 이루어져, 상기 배터리(120)의 SOC에 따라서, 접점에 의해 전기 에너지의 흐름이 ON-OFF 되도록 구성된다.The first switching device Q1 and the second switching device Q2 are constituted by semiconductor devices and the flow of electrical energy is turned on and off by a contact according to the SOC of the battery 120. [

상기 파워플로우 셀렉터(160)를 이루는 제1스위칭 소자(Q1) 및 상기 제2스위칭 소자(Q2)의 개폐를 제어함으로써, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정의 범위를 유지하는 통상의 경우에는 상기 제1스위칭 소자(Q1)와, 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 모두 ON 시켜, 상기한 제1구동모드 내지 제4구동모드를 수행함으로써, 상기 배터리(120)의 충전과 방전이 항시 이루어지는 노멀모드로 시스템이 구동된다.In the normal case where the SOC of the battery 120 is maintained in an appropriate range by controlling the opening and closing of the first switching device Q1 and the second switching device Q2 constituting the power flow selector 160, By turning on both the first switching device Q1 and the second switching device Q2 and performing the first to fourth drive modes described above, Mode is activated.

이 경우, 상기 전동 차저(130)로 이어지는 전기 회로상에 설치된 상기 제2변환기(150)에 의해 상기 엔진(E)의 출력 및 상기 터보 제너레이터(110)의 출력에 따라 전기 에너지의 공급이 이루어지며, 상기 배터리(120)의 충, 방전은 상기 터보 제너레이터(110)의 출력과, 상기 제2변환기(150)에 의한 제어에 의해 좌우된다.In this case, electric energy is supplied by the second converter 150 provided on the electric circuit connected to the electric charger 130 according to the output of the engine E and the output of the turbo generator 110 The charging and discharging of the battery 120 is controlled by the output of the turbo generator 110 and the control by the second converter 150.

한편, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정범위를 벗어난 경우, 상기 파워플로우 셀렉터(160)를 통해 상기 터보 제너레이터(110)로부터 상기 배터리(120)로 입, 출력되는 전기 에너지의 흐름을 선택적으로 개방 또는 차단함으로써, 상기 터보 제너레이터(110)로부터 생성된 전기 에너지로만 상기 전동 차저(130)를 구동시키는 충방전 제어모드를 수행한다.When the SOC of the battery 120 is out of an appropriate range, the flow of the electric energy input from and output to the battery 120 from the turbo generator 110 through the power flow selector 160 is selectively opened Discharge control mode in which the electric charger 130 is driven only by the electric energy generated from the turbo-generator 110. In this case,

즉, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정 범위를 초과하는 경우에는 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 ON 시켜서 상기 전동 차저(130)로 상기 배터리(120)에 충전된 전기 에너지를 보내 방전시킨다.That is, when the SOC of the battery 120 exceeds an appropriate range, the first switching device Q1 is turned on to discharge the electric energy charged in the battery 120 to the electric charger 130, thereby discharging the electric energy.

그리고, 상기 제2스위칭 소자(Q2)는 OFF 시켜서 상기 배터리(120)로 충전되는 전기 에너지를 차단하여, 상기 배터리(120)의 SOC를 적정 수준으로 떨어뜨리는 방전모드로 작동시킨다.The second switching device Q2 is turned off to shut off the electrical energy charged in the battery 120, thereby operating the SOC of the battery 120 to a proper level.

반면, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정치 보다 낮은 경우에는 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 ON시키고, 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 OFF시켜서, 상기 배터리(120)의 전기 에너지 충전량을 증가시키는 충전모드를 실행하여 상기 배터리(120)의 SOC를 적정 수순으로 높이도록 한다.On the other hand, when the SOC of the battery 120 is lower than a predetermined value, the second switching device Q2 is turned on and the first switching device Q1 is turned off, So that the SOC of the battery 120 is increased in an appropriate procedure.

이러한 방전모드 및 충전모드에서는 상기 배터리(120)로부터 방전되는 전기 에너지 및 충전되는 전기 에너지를 선택적으로 차단시키고, 상기 터보 제너레이터(110)로부터 생성된 전기 에너지만을 사용하여 상기 전동 차저(130)를 구동시키도록 한다.In the discharge mode and the charge mode, the electric energy discharged from the battery 120 and the electric energy to be charged are selectively blocked, and the electric charger 130 is driven using only the electric energy generated from the turbo- .

그리고, 상기 충전모드에서는 지속적으로 변하는 상기 엔진(E)의 출력 상태와, 상기 터보 제너레이터(110)의 출력 상태에 따라 상기 전동 차저(130)로 전기 에너지를 공급하고 남은 여분의 전기 에너지를 상기 배터리(120)로 충전시키도록 구성될 수 있다.In the charging mode, excess electric energy remaining in the electric charger 130 is supplied to the electric charger 130 in accordance with the output state of the engine E continuously changing and the output state of the turbo- (Not shown).

한편, 과급 시스템의 구동이 중지되면, 상기 제1스위칭 소자(Q1) 및 제2스위칭 소자(Q2)는 OFF된다.On the other hand, when the driving of the boost system is stopped, the first switching device Q1 and the second switching device Q2 are turned off.

상기 파워플로우 셀렉터(160)의 작용에 의하면, 과급 시스템을 이루는 상기 배터리(120)의 SOC 상태가 최적의 상태로 유지되도록 함으로써, 상기 배터리(120)의 성능을 향상시키고, 과급 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.According to the operation of the power flow selector 160, the SOC state of the battery 120 constituting the supercharging system is maintained in the optimal state, thereby improving the performance of the battery 120 and improving the overall efficiency of the supercharging system .

상기 도 2에서 미설명된 부호 170은 상기 전동 차저를 통해 엔진으로 흡입되는 흡기 매니폴드의 공기를 냉각시키는 인터쿨러이다.2, the reference numeral 170 denotes an intercooler for cooling the intake manifold air sucked into the engine through the electric charger.

도 3은 본 실시예의 특정 요부에 대한 일변형예를 나타낸다.Fig. 3 shows a modification of the specific essential part of this embodiment.

도시된 바와 같이, 상기 파워플로우 셀렉터(160)는 상기 제2스위칭 소자(Q2)와, 상기 배터리(120) 사이에서 전압을 조절하는 제1인덕터(310)를 설치하고, 상기 제1인덕터(310)로 입, 출력되는 전기 에너지의 흐름을 스위칭하여 상기 배터리(120)의 전압을 승압(BOOST) 또는 강압(BUCK)시키는 제3스위칭 소자(Q3)가 포함될 수 있다.As shown in the figure, the power flow selector 160 includes the second switching device Q2 and a first inductor 310 for adjusting the voltage between the battery 120 and the first inductor 310 And a third switching device Q3 for switching the flow of electric energy input to and output from the battery 120 to boost or lower (BOOST) the voltage of the battery 120. [

상기 파워플로우 셀렉터(160)에서 상기 제2스위칭 소자(Q2)측에 상기 제1인덕터(310)와 상기 제3스위칭 소자(Q3)를 형성함으로써, 상기 제1스위칭 소자(Q1) 및 상기 제2스위칭 소자(Q2)의 접점의 개폐를 통해 상기 배터리(120)로 입력 또는 출력되는 전기 에너지를 상기 제1인덕터(310)를 통해 승압(BOOST) 또는 강압(BUCK)시키도록 한다.The first inductor 310 and the third switching device Q3 are formed in the power flow selector 160 on the side of the second switching device Q2 so that the first switching device Q1, The electric energy input to or output from the battery 120 is boosted (BOOST) or reduced (BUCK) through the first inductor 310 by opening / closing the contact of the switching element Q2.

상기 제1인덕터(310)는 상기 제1스위칭 소자(Q1)와 상기 제2스위칭 소자(Q2)에 순차로 이어지도록 직렬로 연결되며, 제3스위칭 소자(Q3)는 상기 제2스위칭 소자(Q2)와, 상기 제1인덕터(310) 사이에 병렬로 연결된다.The first inductor 310 is connected in series to the first switching device Q1 and the second switching device Q2 in series and the third switching device Q3 is connected in series to the second switching device Q2 ) And the first inductor 310, respectively.

이때, 상기 제3스위칭 소자(Q3)의 접점의 개폐를 통해 상기 제1인덕터(310)를 통과하는 전기 에너지의 방향을 스위칭하여, 상기 배터리(120)의 충전모드와, 방전모드에 따라서 선택적으로 승압(BOOST) 또는 강압(BUCK)이 이루어지도록 한다.At this time, the direction of the electric energy passing through the first inductor 310 is switched through opening and closing of the contact of the third switching device Q3, and the charging mode of the battery 120 and the discharging mode of the battery 120 are selectively BOOST or BUCK is performed.

본 실시예에 따르면, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정치 보다 낮은 경우, 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 OFF시킨 상태에서, 상기 제2스위칭 소자(Q2)의 강압을 위한 스위칭하고, 상기 제3스위칭 소자를 OFF시켜, 상기 배터리(120)의 전압을 상기 제1인덕터(310)에 의해 강압(BUCK)시키는 충전모드를 수행하여, 상기 배터리(120)의 충전 전기 에너지량을 증가시키도록 한다.According to the present embodiment, when the SOC of the battery 120 is lower than a predetermined value, switching is performed for the step-down of the second switching device Q2 while the first switching device Q1 is turned off, The third switching device is turned off to perform a charge mode in which the voltage of the battery 120 is lowered by the first inductor 310 so as to increase the amount of charge electric energy of the battery 120 do.

반면, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정치 보다 높은 경우에는 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 OFF시키고, 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 ON시키며, 상기 제3스위칭 소자(Q3)를 승압을 위한 스위칭을 하여, 상기 배터리(120)의 전압을 승압(BOOST)시키는 방전모드를 수행한다.On the other hand, when the SOC of the battery 120 is higher than a predetermined value, the second switching device Q2 is turned off, the first switching device Q1 is turned on, and the third switching device Q3 is step- And performs a discharge mode in which the voltage of the battery 120 is boosted (BOOST).

이를 통해, 상기 배터리(120)의 SOC가 최적의 성능을 발휘하는 적정영역에 유지되도록 충, 방전이 제어될 수 있다.Thus, the charge and discharge can be controlled so that the SOC of the battery 120 is maintained in a proper range for achieving optimal performance.

또한, 과급 시스템의 초기 구동시 상기 제1인덕터(310)에 저장된 여분의 전력으로 프리-차징을 실행할 수 있어, 상기 배터리(120)의 SOC 저하에 따른 시스템의 효율 저하를 방지할 수 있다.In addition, pre-charging can be performed with extra power stored in the first inductor 310 at the time of initial operation of the supercharging system, so that the system efficiency can be prevented from lowering due to the SOC decrease of the battery 120.

과급 시스템의 구동이 중지되면, 상기 제1스위칭 소자(Q1), 제2스위칭 소자(Q2) 및 제3스위칭 소자(Q3)는 OFF된다.When the driving of the boost system is stopped, the first switching device Q1, the second switching device Q2, and the third switching device Q3 are turned off.

도 4는 본 발명의 실시예 특정 요부에 대한 다른 일변형예를 나타낸다.Figure 4 shows another variant of the specific embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 파워플로우 셀렉터(160)는 상기 제1스위칭 소자(Q1)와, 상기 전동 차저(130) 사이에 제2인덕터(320)를 설치하고, 상기 제2인덕터(320)로 입, 출력되는 전기 에너지의 흐름을 스위칭하여 상기 배터리(120)의 전압을 승압(BOOST) 또는 강압(BUCK)시키는 제4스위칭 소자(Q4)가 포함될 수 있다.As shown in the figure, the power flow selector 160 is provided with a second inductor 320 between the first switching device Q1 and the motor charger 130, and the second inductor 320 is connected between the first inductor 320 and the first inductor 320, And a fourth switching device Q4 for switching the flow of the electric energy to output the voltage of the battery 120 to BOOST or BUCK.

상기 제2인덕터(320)는 상기 배터리(120)를 향해 상기 제1스위칭 소자(Q1)와 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 순차로 직렬로 연결하고, 상기 제4스위칭 소자(Q4)는 상기 제2인덕터(320)와 상기 제1스위칭 소자(Q1) 사이에 병렬로 연결된다.The second inductor 320 sequentially connects the first switching device Q1 and the second switching device Q2 toward the battery 120 in series and the fourth switching device Q4 connects the first switching device Q1 and the second switching device Q2 in series, And is connected in parallel between the second inductor 320 and the first switching device Q1.

이 경우, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정치 보다 높은 경우, 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 OFF시킨 상태에서, 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 강압(BUCK)을 위한 스위칭을 하고, 상기 제4스위칭 소자(Q4)를 OFF시켜 상기 전동 차저(130)의 전압을 강압(BUCK)시킴으로써, 방전모드가 수행된다.In this case, when the SOC of the battery 120 is higher than the predetermined value, the first switching device Q1 is switched for BUCK while the second switching device Q2 is turned off, The discharge mode is performed by turning off the fourth switching device Q4 and decreasing the voltage of the electric charger 130 to BUCK.

반면, 상기 배터리(120)의 SOC가 적정치 보다 낮은 경우에는 상기 제1스위칭 소자(Q1)를 OFF시키고, 상기 제2스위칭 소자(Q2)를 ON시킨 상태에서, 상기 제4스위칭 소자(Q4)를 승압을 위한 스위칭을 하여, 상기 전동 차저(130)의 전압을 승압(BOOST)시킴으로써, 상기 배터리(120)의 충전모드가 수행되도록 한다.On the other hand, when the SOC of the battery 120 is lower than a predetermined value, the first switching device Q1 is turned off and the fourth switching device Q4 is turned on, while the second switching device Q2 is turned on. So that the charge mode of the battery 120 is performed by boosting the voltage of the electric charger 130 by boosting the voltage of the electric charger 130.

과급 시스템의 구동이 중지되면, 상기 제1스위칭 소자(Q1), 제2스위칭 소자(Q2) 및 제4스위칭 소자(Q4)는 OFF된다.When the driving of the boost system is stopped, the first switching device Q1, the second switching device Q2, and the fourth switching device Q4 are turned off.

상기한 구성에 따른 본 발명의 배터리 충방전 제어장치에 의하면, 상기 터보 제너레이터(110) 및 상기 전동 차저(130)의 구동에 대해 상기 배터리(120)의 충방전이 개별적으로 제어됨으로써, 상기 터보 제너레이터(110)와, 상기 전동 차저(130)의 상태에 따라서, 상기 배터리(120)가 최적의 SOC 범위를 유지하도록 충, 방전되는 전기 에너지 흐름의 제어가 가능하다.According to the battery charge / discharge control apparatus of the present invention constructed as described above, the charge / discharge of the battery 120 is individually controlled for driving the turbo generator 110 and the electric charger 130, It is possible to control the electric energy flow that is charged and discharged so that the battery 120 maintains the optimal SOC range according to the state of the electric charger 130 and the electric charger 130.

따라서, 본 발명에 따르면, 터보 제너레이터(110)와 전동 차저(130)를 갖는 과급 시스템을 이루는 배터리(120)의 SOC를 최적의 상태로 유지하여, 배터리(120)의 성능을 향상시키는 동시에 과급 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, the SOC of the battery 120 constituting the supercharging system having the turbo generator 110 and the electric charger 130 can be maintained in an optimal state, thereby improving the performance of the battery 120, Can be improved.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어방법의 순서를 나타낸다.FIG. 5 shows a procedure of a charge / discharge control method for a battery according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 충방전 제어방법이 시작되면, 먼저 배터리(120)의 SOC 측정이 이루어진다(S510).As shown in the figure, when the battery charge / discharge control method of the present invention starts, the SOC of the battery 120 is measured (S510).

그리고, 상기 측정된 배터리(120) SOC 가 미리 정해진 적정범위에 있는지를 판단하여(S511), 적정범위에 있는 경우에는 엔진(E) 출력에 따른 터보 제너레이터(110) 및 전동 차저(130)의 입, 출력 상태에 따라 배터리(120)의 충전이 수행되는 노멀모드를 수행하고(S512), 상기 측정된 배터리(120) SOC가 적정범위에 있지 않은 경우에는 충방전모드를 수행한다(S513).If the measured SOC of the battery 120 is within the predetermined range in step S511 and if the SOC of the battery 120 is in the proper range, the input of the turbo generator 110 and the electric charger 130 A normal mode in which the battery 120 is charged according to the output state is performed in step S512 and a charge and discharge mode is performed in step S513 if the measured SOC of the battery 120 is not in the proper range.

상기 충방전모드에서는 상기 측정된 배터리(120) SOC가 적정범위에 미만인지 초과인지를 판단하여(S514), 미만인 경우 충전모드를 수행한다(S515).In the charging / discharging mode, it is determined whether the measured SOC of the battery 120 is less than or equal to the proper range (S514). If the measured SOC is less than the proper range, the charging mode is performed (S515).

상기 충전모드에서는 상기 배터리(120)로부터 상기 전동 차저(130)로 방전되는 전기 에너지의 흐름을 차단시키도록 하고(S516), 앞서 살펴본 배터리 충방전 제어장치에서 제2스위칭 소자(Q2)와 배터리(120)측 사이의 회로상에 설치된 제1인덕터(310)를 통해 배터리(120)에 입력되는 전기 에너지의 전압을 강압(BUCK)시키거나, 제1스위칭 소자(Q1)와 전동 차저(130) 사이의 회로상에 설치된 제2인덕터(Q2)를 통해 터보 제너레이터(110)로부터 출력되는 전기 에너지의 전압을 승압(BOOST)시켜, 배터리(120)를 충전시키도록 한다(S517). In the charging mode, the flow of electric energy discharged from the battery 120 to the electric charger 130 is blocked (S516). In the battery charge / discharge control device, the second switching device Q2 and the battery (BUCK) the voltage of the electric energy input to the battery 120 through the first inductor 310 installed on the circuit between the first switching device Q1 and the motor charger 130, The voltage of the electric energy output from the turbo-generator 110 is boosted (BOOST) through the second inductor Q2 provided on the circuit of the battery pack 120 to charge the battery 120 (S517).

반면, 상기 S514단계의 비교에 의해 상기 측정된 배터리(120) SOC가 적정범위를 초과하는 경우에는 방전모드를 수행한다(S518).On the other hand, if the measured SOC of the battery 120 exceeds the appropriate range by the comparison of step S514, the discharge mode is performed (S518).

상기 방전모드에서는 상기 터보 제너레이터(110)로부터 상기 배터리(120)로 충전되는 전기 에너지의 흐름을 차단하고(S519), 제2스위칭 소자(Q2)와 상기 배터리(120) 사이의 회로상에 설치된 제1인덕터(310)를 통해 배터리(120)로부터 출력되는 전기 에너지의 전압을 승압(BOOST)시키거나, 상기 제1스위칭 소자(Q1)와 전동 차저(130) 사이의 회로상에 설치된 제2인덕터(320)를 통해 상기 전동 차저(130)로 입력되는 전기 에너지의 전압을 강압(BUCK)시켜, 배터리(120)를 방전시키도록 한다(S520).In the discharging mode, the flow of electric energy to be charged from the turbo generator 110 to the battery 120 is interrupted (S519), and the electric energy stored in the battery 120 The voltage of the electric energy output from the battery 120 is boosted through the first inductor 310 or the second inductor provided on the circuit between the first switching device Q1 and the motor charger 130 (BUCK) the voltage of the electric energy input to the electric charger 130 through the battery charger 320 to discharge the battery 120 (S520).

따라서, 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어방법에 의하면, 배터리(120)의 SOC가 적정범위에 있는지 유무에 따라서, 노멀모드와, 충방전제어모드 중 어느 하나로 시스템의 구동이 이루어질 수 있다.Therefore, according to the battery charge / discharge control method of the present invention, the system can be driven in any one of the normal mode and the charge / discharge control mode depending on whether the SOC of the battery 120 is in an appropriate range or not.

즉, 배터리(120) SOC가 적정범위를 유지하는 통상의 경우에는 엔진(E)의 출력에 따른 터보 제너레이터(110) 및 전동 차저(130)의 입, 출력에 따라 배터리(120)의 충, 방전이 이루어지도록 함으로써, 과급 시스템이 최적의 조건에서 작동되도록 하고, 특히, 배터리(120) SOC 가 적정범위에 미만인 경우나, 초과인 경우에는 충전모드 또는 방전모드를 자동으로 수행하여, 배터리(120)의 SOC가 최적정범위를 유지할 수 있도록 한다.
That is, in a normal case where the SOC of the battery 120 is maintained in an appropriate range, the charge and discharge of the battery 120 according to the input and output of the turbo generator 110 and the electric charger 130 according to the output of the engine E So that the charging system or the discharging mode is automatically performed when the SOC of the battery 120 is lower than the proper range or when the SOC of the battery 120 is lower than the proper range, So that the SOC can be maintained in the optimum constant range.

E: 엔진
110: 터보 제너레이터
120: 배터리
130: 전동 차저
140, 150: 에너지 변환장치
160: 파워플로우 셀렉터
310: 제1인덕터
320: 제2인덕터
Q1: 제1스위칭 소자
Q2: 제2스위칭 소자
Q3: 제3스위칭 소자
Q4: 제4스위칭 소자E: engine
110: Turbo Generator
120: Battery
130: electric charger
140, 150: Energy conversion device
160: Power flow selector
310: first inductor
320: Second inductor
Q1: the first switching element
Q2: the second switching element
Q3: Third switching element
Q4: Fourth switching element

Claims (9)

엔진으로 흡입되는 공기를 압축 공급하는 전동 차저;
상기 엔진으로부터 발생된 배기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 터보 제너레이터;
변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리;
상기 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE) 정보에 따라 상기 터보 제너레이터로부터의 전기 에너지를 상기 배터리 또는 상기 전동차저로 흐르게 스위칭하거나, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 상기 전동 차저로 흐르게 스위칭하는 파워 플로우 셀렉터(POWER FLOW SELECTOR); 및
전기 에너지를 직류 또는 교류로 변환하는 에너지 변환장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치.
An electric charger for compressing and supplying air sucked into the engine;
A turbogenerator for converting exhaust kinetic energy generated from the engine into electric energy;
A battery for storing the converted electrical energy;
A power flow selector (POWER) for switching electric energy from the turbo generator to flow into the battery or the electric motor under the SOC (state of charge) information of the battery, or switching electric energy stored in the battery to flow into the electric charger FLOW SELECTOR); And
An energy conversion device for converting electrical energy into direct current or alternating current;
And the battery charge / discharge control device.
청구항 1에 있어서,
상기 에너지 변환장치는 상기 터보 제너레이터에 의해 생성된 전기 에너지를 직류로 변환하여 상기 배터리 또는 상기 전동차저로 공급하는 제1변환기; 및
상기 배터리의 전기 에너지를 교류로 변환하여 상기 전동 차저로 공급하는 제2변환기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the energy conversion device comprises: a first converter that converts electric energy generated by the turbo-generator to DC and supplies the electric energy to the battery or the electric undercarriage; And
A second converter for converting electric energy of the battery into alternating current and supplying the electric energy to the electric charger;
And the battery charge / discharge control device. 청구항 1에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키는 제1스위칭 소자와 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키기 위해 상기 제1스위칭 소자와 반대방향으로 직렬 연결되는 제2스위칭 소자를 포함하되,
상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 ON 이면, 상기 배터리의 충전 및 방전을 실행하는 노멀모드이고, 상기 제1스위칭 소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면, 상기 배터리의 방전을 실행하는 방전모드이고,
상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자가 ON이면, 상기 배터리의 충전을 실행하는 충전모드이고, 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면 시스템을 OFF하는 시스템 OFF모드인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치.
The method according to claim 1,
The power flow selector may include a first switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery and a second switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery. And a second switching element connected in series in a direction opposite to the first switching element,
Wherein when the first switching element and the second switching element are ON, a normal mode for charging and discharging the battery is performed, and when the first switching element is ON and the second switching element is OFF, In the discharge mode,
Wherein the charging mode is a charging mode in which the first switching device is OFF and the second switching device is ON and a system OFF mode in which the system is turned OFF when the first switching device and the second switching device are OFF, And the battery charge / discharge control device.
청구항 1에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 제1스위칭 소자와. 제2스위칭 소자와, 제1인덕터가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2스위칭 소자와 상기 제1인덕터 사이에 병렬로 연결되는 제3스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬로 연결되고,
동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 강압(BUCK)을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제3스위칭 소자가 OFF 상태이면, 상기 배터리가 충전되고,
동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제3스위칭 소자가 승압(BOOST)을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 방전되고,
동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제3스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치.
The method according to claim 1,
Wherein the power flow selector comprises a first switching element and a second switching element. And a third switching element connected in series between the second switching element and the first inductor and connected in parallel between the second switching element and the first inductor, wherein the first switching element is connected in the opposite direction A first switching element connected in series with the second switching element,
Wherein when the operation mode is the BUCK mode, the first switching device is OFF, the second switching device is in a switching state for BUCK, and the third switching device is OFF, And,
When the operation mode is the BOOST mode, if the first switching element is ON, the second switching element is OFF, and the third switching element is in a switching state for boosting (BOOST), the battery is discharged ,
Wherein when the operation mode is OFF, the system is OFF when the first switching element, the second switching element, and the third switching element are OFF.
청구항 1에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 제2인덕터와, 제1스위칭 소자와, 제2스위칭 소자가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2인덕터와 상기 제1스위칭 소자 사이에 병렬로 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬 연결되고,
동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 강압을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제2스위칭 소자는 OFF이고, 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 상기 배터리가 방전되고,
동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 ON이고, 상기 제4스위칭 소자가 승압을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 충전되고,
동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어장치.
The method according to claim 1,
The power flow selector may include a fourth switching element connected in series between the second inductor, the first switching element and the second switching element in series and the parallel connection between the second inductor and the first switching element Wherein the first switching element is connected in series with the second switching element in the opposite direction,
Wherein when the operation mode is the BUCK mode, the first switching device is in the switching state for the step-down, the second switching device is in the OFF state, the battery is discharged if the fourth switching device is OFF,
The battery is charged when the operation mode is the boost mode and the first switching device is OFF and the second switching device is ON and the fourth switching device is in the switching state for boosting,
And the system is OFF when the first switching element, the second switching element, and the fourth switching element are OFF when the operation mode is OFF.
배터리의 SOC(STATE OF CHARGE)가 적정범위에 있는지를 판단하는 배터리 상태 판단단계;
상기 배터리 상태 판단단계에서 상기 배터리의 SOC가 적정 범위에 있는 경우, 파워플로우 셀렉터를 이용하여, 상기 배터리의 충전 또는 방전이 수행되도록 터보 제너레이터 또는 전동 차저에 대해 전기 에너지의 흐름을 제어하여 시스템을 구동시키는 노멀모드 수행단계;
상기 배터리 상태 판단단계에서 상기 배터리의 SOC(STATE OF CHARGE)가 적정범위를 벗어난 경우, 파워플로우 셀렉터를 이용하여, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전기 에너지의 흐름을 선택적으로 개폐하고, 상기 터보 제너레이터로부터 생성된 전기 에너지로만 상기 전동 차저를 구동시키는 충방전 제어모드 수행단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어방법.
A battery state determining step of determining whether a state of charge (SOC) of the battery is in an appropriate range;
And controlling the flow of electric energy to the turbo generator or the electric charger so that the battery is charged or discharged by using the power flow selector when the SOC of the battery is in an appropriate range in the battery state determining step Performing a normal mode;
And selectively opening and closing the flow of electric energy for charging or discharging the battery using the power flow selector when the SOC (state of charge) of the battery is out of an appropriate range in the battery state determining step, A charge / discharge control mode in which the electric charger is driven only by electric energy generated from the charge / discharge control mode;
And controlling the charge / discharge of the battery.
청구항 6에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키는 제1스위칭 소자와 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기 에너지의 흐름을 ON-OFF시키기 위해 상기 제1스위칭 소자와 반대방향으로 직렬 연결되는 제2스위칭 소자를 포함하되,
상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 ON 이면, 상기 배터리의 충전 및 방전을 실행하는 노멀모드이고, 상기 제1스위칭 소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면, 상기 배터리의 방전을 실행하는 방전모드이고,
상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자가 ON이면, 상기 배터리의 충전을 실행하는 충전모드이고, 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제2스위칭 소자가 OFF이면 시스템을 OFF하는 시스템 OFF모드인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어방법.
The method of claim 6,
The power flow selector may include a first switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery and a second switching device for turning on and off the flow of electric energy for charging or discharging the battery. And a second switching element connected in series in a direction opposite to the first switching element,
Wherein when the first switching element and the second switching element are ON, a normal mode for charging and discharging the battery is performed, and when the first switching element is ON and the second switching element is OFF, In the discharge mode,
Wherein the charging mode is a charging mode in which the first switching device is OFF and the second switching device is ON and a system OFF mode in which the system is turned OFF when the first switching device and the second switching device are OFF, And the battery charge / discharge control method.
청구항 6에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 제1스위칭 소자와. 제2스위칭 소자와, 제1인덕터가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2스위칭 소자와 제1인덕터사이에 병렬로 연결되는 제3스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬로 연결되고,
동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 강압(BUCK)을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제3스위칭 소자가 OFF 상태이면, 상기 배터리가 충전되고,
동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭소자가 ON이고, 상기 제2스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제3스위칭 소자가 승압(BOOST)을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 방전되고,
동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제3스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어방법.
The method of claim 6,
Wherein the power flow selector comprises a first switching element and a second switching element. And a third switching element connected in series between the second switching element and the first inductor and connected in parallel between the second switching element and the first inductor, Connected in series with the second switching element,
Wherein when the operation mode is the BUCK mode, the first switching device is OFF, the second switching device is in a switching state for BUCK, and the third switching device is OFF, And,
When the operation mode is the BOOST mode, if the first switching element is ON, the second switching element is OFF, and the third switching element is in a switching state for boosting (BOOST), the battery is discharged ,
Wherein when the operation mode is OFF, if the first switching device, the second switching device, and the third switching device are OFF, the system is OFF.
청구항 6에 있어서,
상기 파워플로우 셀렉터는 제2인덕터와, 제1스위칭 소자와, 제2스위칭 소자가 순차적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2인덕터와 상기 제1스위칭 소자 사이에 병렬로 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1스위칭 소자는 반대방향으로 상기 제2스위칭 소자와 직렬 연결되고,
동작모드가 강압(BUCK)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 강압을 위한 스위칭 상태이고, 상기 제2스위칭 소자는 OFF이고, 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 상기 배터리가 방전되고,
동작모드가 승압(BOOST)모드인 경우, 상기 제1스위칭 소자가 OFF이고, 상기 제2스위칭 소자는 ON이고, 상기 제4스위칭 소자가 승압을 위한 스위칭 상태이면, 상기 배터리가 충전되고,
동작모드가 OFF인 경우, 상기 제1스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자및 상기 제4스위칭 소자가 OFF이면 시스템이 OFF인 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어방법.The method of claim 6,
The power flow selector may include a fourth switching element connected in series between the second inductor, the first switching element and the second switching element in series and the parallel connection between the second inductor and the first switching element Wherein the first switching element is connected in series with the second switching element in the opposite direction,
Wherein when the operation mode is the BUCK mode, the first switching device is in the switching state for the step-down, the second switching device is in the OFF state, the battery is discharged if the fourth switching device is OFF,
The battery is charged when the operation mode is the boost mode and the first switching device is OFF and the second switching device is ON and the fourth switching device is in the switching state for boosting,
Wherein when the operation mode is OFF, the system is OFF when the first switching element, the second switching element, and the fourth switching element are OFF.
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