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KR20130128082A - Improved power system of vehicle for power converter structure and control method for the same - Google Patents

Improved power system of vehicle for power converter structure and control method for the same Download PDF

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Publication number
KR20130128082A
KR20130128082A KR1020120051842A KR20120051842A KR20130128082A KR 20130128082 A KR20130128082 A KR 20130128082A KR 1020120051842 A KR1020120051842 A KR 1020120051842A KR 20120051842 A KR20120051842 A KR 20120051842A KR 20130128082 A KR20130128082 A KR 20130128082A
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KR
South Korea
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starter
ultracapacitor
battery
generator
energy storage
Prior art date
Application number
KR1020120051842A
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Korean (ko)
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KR101533011B1 (en
Inventor
권윤혁
이재경
이하영
김영민
박성식
Original Assignee
엘에스엠트론 주식회사
엘에스산전 주식회사
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a starter for a generator in a vehicle. The invention comprises a first electric energy storage device, a second electric energy storage device, and a power rectifier. The first electric energy storage device charges and discharges electricity. The second electric energy storage device is supplied with electric power from the starter for the generator, and supplies power to the load in the vehicle. The power rectifier controls the rate of electric energy in the second electric energy storage device to electric energy in the first electric energy storage device according to changes in electric energy output generated from the starter for the generator. [Reference numerals] (110) First electric energy storage device;(120) Second electric energy storage device;(130) Output variable DC/DC converter

Description

전력변환기의 구조가 개선된 차량용 전원 시스템 및 그 제어방법{IMPROVED POWER SYSTEM OF VEHICLE FOR POWER CONVERTER STRUCTURE AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}Vehicle power system with improved power converter structure and control method {IMPROVED POWER SYSTEM OF VEHICLE FOR POWER CONVERTER STRUCTURE AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 차량의 시동 제어를 위한 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이들 스톱 앤 고(Idle stop & go) 기능을 갖춘 차량에 사용되는 전원 시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for controlling the starting of a vehicle, and more particularly, to a power supply system used in a vehicle having an idle stop & go function and a control method thereof.

아이들 스톱 앤 고 시스템은 차량의 정지 상태가 일정 시간 이상 지속될 경우 이를 감지하여 엔진을 자동으로 정지시킴으로써 연료절약과 배출가스 저감 효과를 제공한다.The idle stop and go system detects when the vehicle stops for a certain period of time and automatically stops the engine, providing fuel savings and emissions reduction.

최근에는 차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)를 사용한 아이들 스톱 앤 고 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 울트라 캐패시터는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리는 것으로서, 높은 전기에너지 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 배터리와의 병용 및 대체가 가능한 장점이 있다.Recently, research on idle stop and go systems using ultra-capacitors, which are in the spotlight as the next generation electric energy storage device, is being actively conducted. Ultracapacitors are also referred to as supercapacitors, and have the advantage of being used and replaced with batteries due to their high electrical energy efficiency and semi-permanent life characteristics.

또한, 울트라 캐패시터는 매우 빠른 충방전 특성을 가질 뿐만 아니라, 극저온의 환경에서도 안정적인 충방전 특성을 보이므로 차량의 시동을 위한 전기에너지 저장장치로 매우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.In addition, the ultracapacitor not only has a very fast charge and discharge characteristics, but also shows a stable charge and discharge characteristics in a cryogenic environment, it is expected to be very useful as an electric energy storage device for starting the vehicle.

도 1에는 아이들 스톱 앤 고 시스템을 가진 차량에 채용되는 일반적인 전원 시스템의 구성이 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이 전원 시스템은 스타터 겸용 제너레이터인 ISG(Intergrated Starter & Generator)(10)에 연결되어 충방전을 수행하는 울트라 캐패시터(20)와, 스타터(50)와 부하(60)에 전원을 제공하는 배터리(50)와, ISG(10)에서 발생한 전력의 일부를 DC(직류)-DC(직류) 변환하여 배터리(30)에 저장하는 전력변환기(DC/DC 컨버터)(40)를 포함한다.1 shows a configuration of a general power system employed in a vehicle having an idle stop and go system. As shown in FIG. 1, the power supply system is connected to an intergrated starter & generator (ISG) 10 which is a starter / generator to perform charging and discharging, and to supply power to the starter 50 and the load 60. It provides a battery 50, and a power converter (DC / DC converter) 40 for converting a portion of the power generated in the ISG (10) DC (direct current)-DC (direct current) to store in the battery 30 .

상기 전원 시스템과 관련된 기술은 예컨대, 대한민국 특허등록 제900280호, 대한민국 공개특허 제2011-0054513호에 개시되어 있다.The technology related to the power system is disclosed in, for example, Republic of Korea Patent Registration No. 900280, Republic of Korea Patent Publication No. 2011-0054513.

대한민국 특허등록 제900280호는 울트라 캐패시터와 배터리의 잔존용량(SOC: State Of Charge)을 검출하고, 그 검출된 잔존용량 및 회생 제동(Regenerative braking) 여부에 따라 스위칭 제어신호를 발생시켜 배터리와 전원선 간의 연결을 제어하는 전기에너지 관리시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 복합형 전기에너지 저장장치를 제안하고 있다.Korean Patent Registration No. 900280 detects a state of charge (SOC) of an ultracapacitor and a battery, and generates a switching control signal according to the detected residual capacity and regenerative braking to generate a battery and a power line. It has been proposed a hybrid electric energy storage device comprising an electric energy management system for controlling the connection between the two.

대한민국 공개특허 제2011-0054513호는 현재 전장부하가 기준 부하 이상으로 판단된 경우 전기에너지 저장장치를 모터-발전기에서 분리하고, 상기 모터-발전기의 전압 수준을 기준 전장부하의 전압 수준과 동일하게 유지한 상태에서 단방향 DC/DC 벅 컨버터가 바이패스를 수행하는 마일드 하이브리드 시스템을 제안하고 있다. 상기 대한민국 공개특허 제2011-0054513호는 바이패스 기능시 단방향 DC/DC 벅 컨버터가 벅 컨버팅 기능을 사용하지 않고 단순히 모터-발전기와 차량 전장을 물리적으로 직접 연결함으로써 시스템의 사이즈 축소와 열 발생 감소 등의 효과를 얻을 수 있다고 명시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2011-0054513 discloses that when the electric load is determined to be greater than or equal to the reference load, the electrical energy storage device is separated from the motor generator, and the voltage level of the motor generator is maintained at the same voltage level as the reference electric load. In one state, we propose a mild hybrid system in which a unidirectional DC / DC buck converter bypasses. Korean Patent Laid-Open No. 2011-0054513 discloses that the unidirectional DC / DC buck converter does not use the buck converting function in the bypass function, but simply physically directly connects the motor-generator and the vehicle electric field to reduce the size of the system and reduce heat generation. It states that the effect can be obtained.

하지만, 상기와 같은 종래의 전원 시스템은 회생 제동에 의해 발전기에서 순간적으로 큰 회생 에너지가 발생할 경우 울트라 캐패시터의 내압 한계로 인해 지속적인 충전이 곤란한 문제가 있다. 이러한 문제를 고려하여, 종래의 전원 시스템은 회생 제동이 발생한 이후에 울트라 캐패시터의 SOC가 기준치 이상으로 높을 경우 제너레이터의 동작을 정지시키도록 구성되거나, 울트라 캐패시터 쪽에 충분한 용량이 확보되도록 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 직렬연결된 형태로 구성되었다.However, the conventional power supply system as described above has a problem in that continuous charging is difficult due to the breakdown voltage limit of the ultracapacitor when instantaneous large regenerative energy is generated in the generator by regenerative braking. In view of this problem, the conventional power system is configured to stop the operation of the generator when the SOC of the ultracapacitor is higher than the reference value after regenerative braking occurs, or the excessive number of ultra so that sufficient capacity is secured on the ultracapacitor side. The capacitors are configured in series.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스타터 겸용 제너레이터에서 발생하는 전기에너지가 변화하더라도 울트라 캐패시터의 충전 에너지를 적정 수준으로 안정적으로 유지할 수 있는 구조를 가진 차량용 전원 시스템과 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised in consideration of the above problems, and a vehicle power system having a structure capable of stably maintaining the charging energy of an ultracapacitor at an appropriate level even when the electrical energy generated by the starter / generation generator is changed, and a control method thereof. The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 스타터 겸용 제너레이터에서 발생하는 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 제너레이터를 그대로 동작시킬 수 있으며, 적정 개수의 울트라 캐패시터를 구비하여 원가 절감이 가능한 차량용 전원 시스템과 그 제어방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a vehicle power system and a method of controlling the same, which can operate the generator as it is, even if the regenerative energy generated by the starter generator is instantaneously increased, and is provided with an appropriate number of ultracapacitors. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치; 차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치; 및 상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first electric energy storage device connected to the starter and the generator provided in the vehicle so as to be charged and discharged; A second electric energy storage device configured to supply power to a load in the vehicle and receive power from the starter / generator; And an output variable power converter configured to adjust an electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device to the first electrical energy storage device according to a change in the output of electrical energy generated by the starter / generator. To provide a vehicle power system.

상기 스타터 겸용 제너레이터로는 ISG 또는 SSG가 채용되고, 상기 제1 전기에너지 저장장치와 상기 제2 전기에너지 저장장치로는 각각 울트라 캐패시터 및 배터리 중 선택된 어느 하나가 채용될 수 있다.ISG or SSG may be used as the starter / generator, and one selected from an ultracapacitor and a battery may be used as the first electrical energy storage device and the second electrical energy storage device, respectively.

상기 출력가변형 전력변환기는 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리 사이에 개재될 수 있다.The output variable power converter may be interposed between the ultracapacitor and the battery.

상기 울트라 캐패시터는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 병렬연결될 수 있다.The ultracapacitor may be connected in parallel to the starter combined generator.

상기 출력가변형 전력변환기는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 직렬연결될 수 있다.The output variable power converter may be connected in series with the starter / generator.

상기 배터리와 상기 부하는 상기 출력가변형 전력변환기의 다음단에 병렬연결될 수 있다.The battery and the load may be connected in parallel to a next stage of the output variable power converter.

상기 출력가변형 전력변환기는, 상기 울트라 캐패시터의 사용 개수를 최소화하기 위하여, 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것이 바람직하다.The output variable power converter, in order to minimize the number of uses of the ultracapacitor, when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter / generation generator, boosts the charging voltage of the battery to increase the ultracapacity. It is desirable to perform output control to increase the power storage ratio of the battery relative to the capacitor.

상기 배터리에는 추가적인 엔진 시동기능을 제공하는 스타터가 병렬연결될 수 있다.The battery may be connected in parallel with a starter providing an additional engine starting function.

최초 시동시에는 상기 배터리에 의해 상기 스타터가 구동되고, 상기 ISG의 구동은 상기 울트라 캐패시터에 의해 수행될 수 있다.At start-up, the starter is driven by the battery, and the driving of the ISG can be performed by the ultracapacitor.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 연결되는 울트라 캐패시터 및 배터리를 구비한 차량용 전원 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 스타터 겸용 제너레이터와 상기 울트라 캐패시터 간에 충,방전을 수행하고, 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 측정하는 제1단계; 및 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 제2단계;를 포함하는 차량용 전원 시스템의 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the control method of a vehicle power system having an ultracapacitor and a battery connected to a starter and generator provided in a vehicle, performing charging and discharging between the starter and generator and the ultracapacitor, A first step of measuring an SOC of the ultracapacitor; And a second step of increasing a power storage ratio of the battery to the ultracapacitor when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter combined generator. This is provided.

상기 제2단계에서는, 상기 스타터 겸용 제너레이터에 의해 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리의 충전 전압으로 사용하고, 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것이 바람직하다.In the second step, the AC voltage generated by the starter / generator is converted into a DC voltage to be used as a charging voltage of the ultracapacitor and the battery, and the charging voltage of the battery is boosted to boost the battery of the ultracapacitor. It is desirable to perform output control to increase the power storage ratio.

본 발명에 따르면 아이들 스톱 앤 고 시스템에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 ISG의 동작을 정지시키지 않고 전기에너지의 저장 동작을 수행할 수 있다.According to the present invention, even if the regenerative energy is instantaneously increased in the idle stop and go system, the operation of storing the electrical energy can be performed without stopping the operation of the ISG.

또한, 아이들 스톱 앤 고 시스템에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하는 것에 대비하여 울트라 캐패시터 쪽에 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 직렬연결할 필요가 없으므로, 상호 직렬연결되는 울트라 캐패시터의 사용 개수를 종래기술에 비해 줄일 수 있어 원가를 절감하는 것이 가능하다.In addition, the excessive number of ultracapacitors on the ultracapacitor side does not need to be connected in series for the instantaneous increase in regenerative energy in the idle stop and go system, which reduces the number of use of the ultracapacitors connected in series. It is possible to reduce the cost.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 출력가변형 전력변환기에서 SOC를 측정함으로써 시스템의 구성을 간소화할 수 있으며, 울트라 캐패시터의 자연방전에 의한 돌입전류로부터 시스템을 보호할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to another aspect of the present invention it is possible to simplify the configuration of the system by measuring the SOC in the variable output power converter, there is an advantage that can protect the system from the inrush current caused by the natural discharge of the ultracapacitor.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 전원시스템의 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구성을 도시한 블록도,
도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 회로도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a circuit diagram of a vehicle power system according to the prior art;
2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention;
3 to 4 is a circuit diagram of a vehicle power supply system according to a preferred embodiment of the present invention;
5 is a flowchart illustrating a control method of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle power system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템은 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터(100)에 대하여 충, 방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치(110)와, 스타터 겸용 제너레이터(100)로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치(120)와, 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120) 사이에 개재된 출력가변형 전력변환기(130)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a vehicle power system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first electric energy storage device 110 connected to a starter and a generator 100 provided in a vehicle so as to be charged and discharged, and a starter combined use. The output variable power converter interposed between the second electrical energy storage device 120 and the first electrical energy storage device 110 and the second electrical energy storage device 120 that can be charged by receiving power from the generator 100 ( 130).

스타터 겸용 제너레이터(100)는 차량의 신호대기 등 정차에 의하여 엔진이 정지된 이후의 재시동 장치로 사용된다. 또한, 스타터 겸용 제너레이터(100)는 엔진이 시동되어 온 상태를 유지하는 상태에서는 발전기로서 작동한다. 이러한 스타터 겸용 제너레이터(100)로는 바람직하게 통상의 ISG가 채용 가능하고, 그밖에 SSG가 채용되는 것도 가능하다. 이하에서는 스타터 겸용 제너레이터(100)로 ISG가 채용된 구성을 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.The starter combined generator 100 is used as a restart device after the engine is stopped by stopping the vehicle, such as waiting for a signal. In addition, the starter combined generator 100 operates as a generator in a state in which the engine is started. As such a starter combined generator 100, a normal ISG can be preferably employed, and SSG can also be employed. Hereinafter, the present invention will be described with a focus on the configuration in which the ISG is used as the starter / generation generator 100.

제1 전기에너지 저장장치(110)는 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 충전하는 한편, 스타터 겸용 제너레이터(100)로 전력을 방전하여 시동전원을 제공한다. 제1 전기에너지 저장장치(110)로는 전기에너지 효율과 극저온 특성이 우수하고, 매우 빠른 충방전 특성을 갖는 울트라 캐패시터가 채용되는 것이 바람직하다.The first electric energy storage device 110 charges the power generated by the starter and generator 100, and discharges the power to the starter and generator 100 to provide starting power. As the first electrical energy storage device 110, an ultracapacitor having excellent electrical energy efficiency and cryogenic characteristics and very fast charge / discharge characteristics is preferably used.

제2 전기에너지 저장장치(120)는 차량의 각종 부하(140)에 전원을 제공하는 한편, 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 배분받아 저장한다. 제2 전기에너지 저장장치(120)로는 통상의 납축전지나 리튬전지와 같은 배터리가 채용된다.The second electric energy storage device 120 supplies power to various loads 140 of the vehicle, and receives and stores power generated by the starter / generation generator 100. As the second electric energy storage device 120, a battery such as a conventional lead acid battery or a lithium battery is employed.

스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생하는 전력을 제2 전기에너지 저장장치(120)에 충전하기 위하여 제2 전기에너지 저장장치(120)의 앞단에는 스타터 겸용 제너레이터(100)로부터 공급되는 DC 전력을 배터리의 DC 충전 전압에 걸맞게 변환하는 출력가변형 전력변환기(130)가 구비된다.In order to charge the second electric energy storage device 120 with the power generated by the starter / generation generator 100, the DC power supplied from the starter / generation generator 100 is supplied to the front end of the second electric energy storage device 120. The output variable power converter 130 for converting to match the DC charging voltage is provided.

출력가변형 전력변환기(130)는 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 제1 전기에너지 저장장치(110)에 대한 제2 전기에너지 저장장치(120)의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 기능을 제공한다. 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 회생 제동 등에 의해 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 발생되는 전기에너지가 증가하여 제1 전기에너지 저장장치(110)의 기준 용량을 초과할 경우 제1 전기에너지 저장장치(110)에 대한 제2 전기에너지 저장장치(120)의 전기에너지 저장 비율을 증가시키는 제어를 수행한다. 이러한 구성에 의하면 스타터 겸용 제너레이터(100)에서 회생 에너지가 순간적으로 증가하더라도 스타터 겸용 제너레이터(100)의 동작을 정지시키지 않고도 안정적으로 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120)에 전기에너지를 저장할 수 있다.The output variable power converter 130 controls the electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device 120 to the first electrical energy storage device 110 according to the output change of the electrical energy generated by the starter / generation generator 100. Provides the ability to adjust. In detail, the output variable power converter 130 stores the first electric energy when the electric energy generated by the starter / generation generator 100 increases due to regenerative braking or the like and exceeds the reference capacity of the first electric energy storage device 110. Control to increase the electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device 120 relative to the device 110 is performed. According to such a configuration, even if the regenerative energy increases instantaneously in the starter combined generator 100, the first electric energy storage device 110 and the second electric energy storage device 120 are stably maintained without stopping the operation of the starter combined generator 100. ) Can store electrical energy.

도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템의 구체적인 회로 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원시스템은 스타터 겸용 제너레이터(100)인 ISG와 상기 ISG에 추가적으로 병렬연결되어 시동기능을 제공하는 스타터(150)에 결합된다. 여기서, 스타터(150)는 초기 시동시에 사용되는 것으로서, ISG와 일체 또는 분리된 형태로 구성될 수 있다. 대안으로는, 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 스타터가 없이 ISG에서 초기 시동기능까지 담당하는 시스템이 채용될 수도 있다.3 shows a specific circuit configuration of a vehicle power supply system according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the vehicle power system according to the preferred embodiment of the present invention is coupled to the starter and the starter generator 100 and the starter 150 which is additionally connected in parallel with the ISG to provide a starting function. Here, the starter 150 is used at the initial start-up, and may be configured in a form of a single or separate from the ISG. Alternatively, as shown in Fig. 4, a system that is responsible for the initial startup function from the ISG without a separate starter may be employed.

제1 전기에너지 저장장치(110)로 채용된 울트라 캐패시터는 ISG에 병렬연결되어 ISG의 시동동작을 위한 전원을 제공한다. 비록, 도면에는 미도시되었으나 ISG의 구동을 위하여 ISG에는 울트라 캐패시터의 출력 전압을 교류 3상 전압으로 변환시키는 소정의 인버터(Inverter)가 마련된다. 아울러, 상기 인버터는 ISG의 발전에 의해 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 울트라 캐패시터에 충전 전압으로 공급한다.The ultracapacitor employed as the first electrical energy storage device 110 is connected to the ISG in parallel to provide power for the starting operation of the ISG. Although not shown in the drawing, the ISG is provided with a predetermined inverter for converting the output voltage of the ultracapacitor into an AC three-phase voltage for driving the ISG. In addition, the inverter converts the alternating voltage generated by the generation of the ISG to a direct current voltage to supply to the ultracapacitor as a charging voltage.

또한, 상기 ISG의 인버터에서 출력되는 직류 전압은 출력가변형 전력변환기(130)에 의해 DC-DC 변환되어 제2 전기에너지 저장장치(120)인 배터리에 충전 전압으로 공급된다.In addition, the DC voltage output from the inverter of the ISG is DC-DC converted by the output variable power converter 130 and supplied as a charging voltage to the battery which is the second electric energy storage device 120.

출력가변형 전력변환기(130)는 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 지속적으로 측정하고, ISG의 회생 에너지 상승으로 인한 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 제어를 수행한다.The output variable power converter 130 continuously measures the SOC of the ultracapacitor and boosts the charging voltage of the battery when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC due to an increase in output due to an increase in regenerative energy of the ISG. Control to increase the power storage ratio of the battery relative to the ultracapacitor.

상술한 바와 같이 본 발명은 출력가변형 전력변환기(130)에서 울트라 캐패시터와 배터리 간의 전력 저장 비율을 조정함으로써 울트라 캐패시터에 기준 SOC를 초과하는 전기에너지가 공급되는 것을 방지한다. 따라서, 제1 전기에너지 저장장치(110)로서 지나치게 많은 수의 울트라 캐패시터가 사용될 필요가 없으므로, 울트라 캐패시터의 사용 개수를 종래기술에 비해 줄일 수 있는 현저한 효과를 제공할 수 있다.As described above, the present invention adjusts the power storage ratio between the ultracapacitor and the battery in the output variable power converter 130 to prevent the ultracapacitor from supplying electric energy exceeding the reference SOC. Therefore, since an excessively large number of ultracapacitors need not be used as the first electric energy storage device 110, the number of use of the ultracapacitors can be remarkably reduced compared to the prior art.

도 5에는 본 발명의 다른 측면에 따라 제공되는 차량용 전원 시스템의 주요 제어방법이 도시되어 있다.5 illustrates a main control method of a vehicle power system provided according to another aspect of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명은 ISG에서 발생하는 전기에너지를 울트라 캐패시터에 먼저 충전하고, 울트라 캐패시터의 내압 조건에 따라 출력가변형 전력변환기(130)를 동작시켜 배터리를 충전한다. 출력가변형 전력변환기(130)에서는 지속적으로 울트라 캐패시터의 SOC를 측정한다(단계 S100).Referring to FIG. 5, the present invention first charges the electric energy generated in the ISG to the ultracapacitor, and operates the output variable power converter 130 according to the breakdown voltage condition of the ultracapacitor to charge the battery. The output variable power converter 130 continuously measures the SOC of the ultracapacitor (step S100).

차량의 회생 제동 등에 의하여 ISG에서 회생 에너지가 발생하게 되면(단계 S110), 출력가변형 전력변환기(130)에서는 상기 울트라 캐패시터에 충전되는 에너지가 상기 울트라 캐패시터의 기준 SOC를 초과하는지 여부를 판단한다(단계 S120).When regenerative energy is generated in the ISG by regenerative braking of the vehicle (step S110), the output variable power converter 130 determines whether the energy charged in the ultracapacitor exceeds the reference SOC of the ultracapacitor (step S110). S120).

단계 S120의 판단 결과, 울트라 캐패시터의 충전 에너지가 기준 SOC를 초과하지 않을 경우, 출력가변형 전력변환기(130)는 배터리에 공급되는 충전 전압을 그대로 유지하여 울트라 캐패시터와 배터리에 배분되는 전력 저장 비율을 유지한다(단계 S130). 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 울트라 캐패시터의 충전 전압을 10V로 유지하고, 출력 전압을 12V로 하여 부하와 배터리에 공급한다.As a result of the determination in step S120, when the charging energy of the ultracapacitor does not exceed the reference SOC, the output variable power converter 130 maintains the charging voltage supplied to the battery as it is to maintain the power storage ratio allocated to the ultracapacitor and the battery. (Step S130). In detail, the output variable power converter 130 maintains the charging voltage of the ultracapacitor at 10V and supplies the load and the battery at an output voltage of 12V.

한편, ISG에서 회생 에너지가 많이 발생하여 울트라 캐패시터의 충전 에너지가 기준 SOC를 초과하게 되는 경우, 출력가변형 전력변환기(130)는 배터리에 공급되는 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시킨다(단계 S140). 구체적으로, 출력가변형 전력변환기(130)는 울트라 캐패시터의 충전 전압을 10V로 유지한 상태에서, 출력 전압을 14V로 승압하여 부하와 배터리에 공급한다.On the other hand, when a large amount of regenerative energy occurs in the ISG and the charging energy of the ultracapacitor exceeds the reference SOC, the output variable power converter 130 boosts the charging voltage supplied to the battery to power the battery with respect to the ultracapacitor. The storage rate is increased (step S140). Specifically, the output variable power converter 130 boosts the output voltage to 14V while maintaining the charging voltage of the ultracapacitor to 10V and supplies the load and the battery.

상기와 같은 충전 제어과정에 의해, 울트라 캐패시터에는 기준 SOC를 만족시키는 전기에너지가 안정적으로 저장될 수 있다.By the charging control process as described above, the ultracapacitor can stably store electrical energy satisfying the reference SOC.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 상술한 실시예 및 도면에서 제1 전기에너지 저장장치(110)로는 울트라 캐패시터가 채용되고 제2 전기에너지 저장장치(120)로는 배터리가 채용되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 제1 전기에너지 저장장치(110)와 제2 전기에너지 저장장치(120)는 울트라 캐패시터 및/또는 배터리의 조합에 의해 다양하게 변경 가능하며, 그밖에 다른 종류의 충전장치의 조합에 의해 다양하게 변경될 수도 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims. For example, although the ultracapacitor is employed as the first electrical energy storage device 110 and the battery is employed as the second electrical energy storage device 120 in the above-described embodiments and drawings, the first electrical energy is described. The storage device 110 and the second electrical energy storage device 120 may be variously changed by a combination of an ultracapacitor and / or a battery, and may be variously changed by a combination of other types of charging devices.

100: 스타터 겸용 제너레이터 110: 제1 전기에너지 저장장치
120: 제2 전기에너지 저장장치 130: 출력가변형 전력변환기
140: 부하 150: 스타터100: starter combined generator 110: first electrical energy storage device
120: second electrical energy storage device 130: variable output power converter
140: load 150: starter

Claims (12)

차량용 전원 시스템에 있어서,
차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 대하여 충,방전 가능하게 연결되는 제1 전기에너지 저장장치;
차량 내의 부하에 전원을 제공하고, 상기 스타터 겸용 제너레이터로부터 전력을 공급받아 충전 가능한 제2 전기에너지 저장장치; 및
상기 스타터 겸용 제너레이터에서 발생되는 전기에너지의 출력 변화에 따라 상기 제1 전기에너지 저장장치에 대한 상기 제2 전기에너지 저장장치의 전기에너지 저장 비율을 조정하는 출력가변형 전력변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.In a vehicle power system,
A first electric energy storage device connected to the starter generator provided in the vehicle so as to be charged and discharged;
A second electric energy storage device configured to supply power to a load in the vehicle and receive power from the starter / generator; And
And an output variable power converter configured to adjust an electrical energy storage ratio of the second electrical energy storage device to the first electrical energy storage device according to a change in the output of electrical energy generated by the starter combined generator. Automotive power system. 제1항에 있어서,
상기 스타터 겸용 제너레이터로는 ISG 또는 SSG가 채용되고,
상기 제1 전기에너지 저장장치와 상기 제2 전기에너지 저장장치로는 각각 울트라 캐패시터 및 배터리 중 선택된 어느 하나가 채용되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 1,
ISG or SSG is adopted as the starter combined generator,
The first electric energy storage device and the second electric energy storage device, the vehicle power system, characterized in that any one selected from the ultra-capacitor and the battery is employed, respectively. 제2항에 있어서,
상기 출력가변형 전력변환기는 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.3. The method of claim 2,
The output variable power converter is a vehicle power system, characterized in that interposed between the ultra-capacitor and the battery. 제3항에 있어서,
상기 울트라 캐패시터는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 병렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 3,
The ultracapacitor is a vehicle power system, characterized in that connected in parallel to the starter generator. 제4항에 있어서,
상기 출력가변형 전력변환기는 상기 스타터 겸용 제너레이터에 직렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.5. The method of claim 4,
And said output variable power converter is connected in series with said starter / generator. 제5항에 있어서,
상기 배터리와 상기 부하는 상기 출력가변형 전력변환기의 다음단에 병렬연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 5,
And the battery and the load are connected in parallel to a next stage of the output variable power converter. 제2항에 있어서, 상기 출력가변형 전력변환기는,
상기 울트라 캐패시터의 사용 개수를 최소화하기 위하여, 상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 2, wherein the output variable power converter,
In order to minimize the number of uses of the ultracapacitor, when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds the reference SOC by increasing the output of the starter / generator, the charging voltage of the battery is boosted to increase the power of the battery with respect to the ultracapacitor. A power supply for a vehicle, characterized in that to perform an output control to increase the storage ratio. 제7항에 있어서,
상기 출력가변형 전력변환기에서 상기 울트라 캐패시터의 SOC를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.The method of claim 7, wherein
And the SOC of the ultracapacitor in the output variable power converter. 제2항에 있어서,
상기 배터리에 병렬연결되어 추가적인 엔진 시동기능을 제공하는 스타터;를 더 포함하는 차량용 전원 시스템.3. The method of claim 2,
And a starter connected to the battery in parallel to provide an additional engine starting function. 제9항에 있어서,
최초 시동시에는 상기 배터리를 이용하여 상기 스타터를 구동하고,
상기 ISG의 구동은 상기 울트라 캐패시터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템.10. The method of claim 9,
At first start-up, the starter is driven using the battery,
Driving of the ISG is performed by the ultracapacitor. 차량에 구비된 스타터 겸용 제너레이터에 연결되는 울트라 캐패시터 및 배터리를 구비한 차량용 전원 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 스타터 겸용 제너레이터와 상기 울트라 캐패시터 간에 충,방전을 수행하고,
상기 울트라 캐패시터의 SOC를 측정하는 제1단계; 및
상기 스타터 겸용 제너레이터의 출력 증가에 의해 상기 울트라 캐패시터의 측정 SOC가 기준 SOC를 초과하는 경우 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 제2단계;를 포함하는 차량용 전원 시스템의 제어방법.In a control method of a vehicle power system having an ultra-capacitor and a battery connected to a starter and a generator provided in a vehicle,
Charge and discharge between the starter combined generator and the ultracapacitor,
A first step of measuring an SOC of the ultracapacitor; And
And increasing a power storage ratio of the battery to the ultracapacitor when the measured SOC of the ultracapacitor exceeds a reference SOC by increasing the output of the starter / generator. 2. 제11항에 있어서, 상기 제2단계에서,
상기 스타터 겸용 제너레이터에 의해 생성되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 상기 울트라 캐패시터와 상기 배터리의 충전 전압으로 사용하고,
상기 배터리의 충전 전압을 승압시켜 상기 울트라 캐패시터에 대한 상기 배터리의 전력 저장 비율을 증가시키는 출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 시스템의 제어방법.The method of claim 11, wherein in the second step,
Converts the alternating voltage generated by the starter / combination generator into a direct current voltage and uses the charging voltage of the ultracapacitor and the battery,
And controlling output of the battery by increasing the charging voltage of the battery to increase a power storage ratio of the battery with respect to the ultracapacitor.
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