KR100969093B1 - Generating system for idle stop and go and resetting method for battery SOC using it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레귤레이터를 통해 전기부하 및 배터리에 일정한 전압을 공급함으로써, 아이들 스탑 후 재시동시 일부 전기부하가 오프/온 되는 현상을 방지할 수 있고, 수퍼캡에서 레귤레이터에 입력전원을 공급함으로써, 배터리의 내구 성능 향상 및 재시동 성능을 확보할 수 있도록 한 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, by supplying a constant voltage to the electric load and the battery through the regulator, it is possible to prevent the phenomenon that some of the electrical load is turned off / on when restarting after the idle stop, by supplying the input power to the regulator in the supercap, the durability of the battery The purpose of the present invention is to provide a generation unit system of an idle stop vehicle that can improve performance and restart performance.

또한, 본 발명은 키 오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우에도 차량의 일정부하 상태에서 레귤레이터의 출력전압이 안정화된 후부터 일정시간 동안 배터리에 충전된 전류를 적산한 값으로 배티리 SOC 초기값을 보정하여, 배터리 SOC 예측 오차를 줄임으로써, 배터리 SOC 연산 오차 누적시 전기에너지의 효율적 관리 및 연비를 향상시킬 수 있도록 한 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템 및 이를 통한 배터리 충전량 초기화 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention, even if the key off time is less than the idle time by correcting the battery SOC initial value to the value of the current accumulated in the battery for a predetermined time after the regulator's output voltage is stabilized in a constant load state of the vehicle To reduce the battery SOC prediction error, an object of the present invention is to provide a generation unit system of an idle stop vehicle and an initializing method of recharging a battery, thereby enabling efficient management and improved fuel efficiency of electric energy when accumulating battery SOC calculation errors.

이를 위해, 본 발명은 차량 시동시 사용되는 스타터; 상기 스타터에 의해 엔진 동작시 에너지를 발전하는 알터네이터; 상기 알터네이터에 의해 발전된 에너지를 저장하는 배터리 및 수퍼캡; 상기 수퍼캡으로부터 전원을 공급받아 회생제동, 발전, 발전 제한시 배터리 및 전기부하에 일정한 전압으로 전원을 공급하는 레귤레이터; 및 상기 수퍼캡 및 배터리의 상태 정보를 입력받아 알터네이터의 전압, 레귤레이터의 전압 및 스타터 구동을 제어하는 ISG 제어장치를 포함하고, 상기 전기부하는 레귤레이터와 배터리에 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 아이들 스탑 차 량의 발전부 시스템을 제공한다.To this end, the present invention is a starter used when starting the vehicle; An alternator for generating energy during engine operation by the starter; A battery and a supercap to store energy generated by the alternator; A regulator that receives power from the supercap and supplies power to a battery and an electric load at a constant voltage when regenerative braking, power generation, and power generation are limited; And an ISG control device which receives the state information of the supercap and the battery and controls the voltage of the alternator, the voltage of the regulator and the starter driving, wherein the electric load is connected to the regulator and the battery at the same time. Provides the system of power generation.

아이들 스탑, ISG, 수퍼캡, 레귤레이터, 배터리, 알터네이터, 스타터, 릴레이 Idle Stop, ISG, Supercap, Regulator, Battery, Alternator, Starter, Relay

Description

아이들 스탑 차량의 발전부 시스템 및 이를 통한 배터리 충전량 초기화 방법{Generating system for idle stop and go and resetting method for battery SOC using it}Generating part system of idle stop vehicle and method of initializing battery charge amount {Generating system for idle stop and go and resetting method for battery SOC using it}

본 발명은 아이들 스탑 앤 고(Idle Stop & Go) 차량에서 연비 개선 및 배터리의 내구 상태를 최적화하고, 재시동 성능 확보 및 전기에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 한 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템 및 이를 통한 배터리 충전량 초기화 방법에 관한 것이다.The present invention improves fuel economy and optimizes the durability of a battery in an idle stop & go vehicle, and enables a power generation system of an idle stop vehicle and a battery using the same to ensure restart performance and efficient use of electric energy. The charging amount initialization method.

일반적으로, 하이브리드(Hybrid) 자동차란 두 개의 동력원을 이용하여 구동되는 차량을 말하며 상기한 하이브리드 차량의 에너지 저장 장치로는 고전압 배터리를 사용하고 있다.In general, a hybrid vehicle refers to a vehicle driven using two power sources, and a high voltage battery is used as an energy storage device of the hybrid vehicle.

하이브리드 차량은 주행 구동원으로서 엔진 및 모터가 직결되어 있고, 동력 전달을 위한 클러치 및 변속기(CVT), 엔진 및 모터 등의 구동을 위한 인버터, DC/DC컨버터, 고전압배터리 등을 포함하며, 또한 이들의 제어수단으로서 서로 캔 통신에 의하여 통신 가능하게 연결되는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 배터리 제어기(BMS: Battery Management System) 등을 포함하고 있다.The hybrid vehicle includes an engine and a motor directly connected as driving driving sources, a clutch and a transmission (CVT) for power transmission, an inverter for driving the engine and the motor, a DC / DC converter, a high voltage battery, and the like. The control means includes a hybrid controller (HCU), a motor controller (MCU), a battery controller (BMS), and the like, which are communicatively connected to each other by can communication.

이때 배터리의 전원을 공급받아 동작하는 통합 모터가 엔진의 구동축에 연결되어 동작하게 된다. 통합 모터는 일반적인 차량의 시동 모터가 아닌 스타터와 알터네이터의 통합형 모터(ISG : Intergrated starter generator)로서, 엔진이 동작할 때는 알터네이터로서 동작하게 된다.At this time, the integrated motor operated by being supplied with the battery power is connected to the driving shaft of the engine to operate. The integrated motor is an integrated motor (ISG: Starter and Alternator) of the starter and the alternator, not the starter of a typical vehicle, and acts as an alternator when the engine is operated.

여기서, ISG는 상기와 같이 알터네이터와 스타터가 일체로 된 통합형과, 알터네이터와 스타터가 분리된 분리형으로 나뉠 수 있으나, 둘다 구성 및 작용이 대동소이하다.Here, the ISG may be divided into an integrated type in which the alternator and the starter are integrated as described above, and a separate type in which the alternator and the starter are separated, but both have similar configurations and functions.

도 4는 종래의 분리형 ISG 차량의 발전부 시스템을 나타내는 개략도로서, ISG 제어장치(12), 릴레이(13), 스타터(10), 알터네이터(11), 배터리센서(14), 배터리(15), 전기부하(16) 등을 포함한다.4 is a schematic view showing a power generation unit system of a conventional detachable ISG vehicle, including an ISG control device 12, a relay 13, a starter 10, an alternator 11, a battery sensor 14, a battery 15, Electric load 16 and the like.

상기 ISG 제어장치(12)는 배터리센서(14)로부터 배터리의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 입력받아 시동시 릴레이(13)에 스타터(10) 구동신호를 보내고 엔진 동작시 알터네이터(11)에 ALT 전압제어신호를 전송한다.The ISG controller 12 receives the starter 10 driving signal to the relay 13 at start-up and receives the information such as the current, voltage, and temperature of the battery from the battery sensor 14 and to the alternator 11 at the time of engine operation. Transmit ALT voltage control signal.

그러나, 상기 ISG 차량의 발전부 시스템의 경우 전기부하 사용량에 의한 배터리 전압이 변동함에 따라 전기부하(16) 및 배터리에 공급하는 전압이 변동하여 전기부하(16) 및 배터리의 동작 상태가 변하게 된다.However, in the power generation system of the ISG vehicle, the voltage supplied to the electric load 16 and the battery is changed as the battery voltage is changed due to the electric load usage, and thus the operation state of the electric load 16 and the battery is changed.

또한, 아이들 스탑 후 기동시에 일부 전기부하(16)가 일시적으로 오프 후 다 시 온되는 현상이 발생하게 되고, 배터리의 재시동 및 내구 성능을 확보하기 위해 발전제어 로직 및 전기에너지의 사용이 제한되는 문제가 있다.In addition, some of the electric load 16 is temporarily turned off and then turned on again after starting the idle stop, and the use of generation control logic and electric energy is restricted to secure battery restart and durability. There is.

또한, 회생 제동시 배터리의 상태에 의해 충전량(SOC)가 결정되어, 제한적 회생제동 에너지를 사용하게 되므로, 하이브리드 차량의 연비개선효과가 미비한 단점이 있다.In addition, since the charge amount (SOC) is determined by the state of the battery during regenerative braking and uses limited regenerative braking energy, there is a disadvantage in that the fuel efficiency improvement effect of the hybrid vehicle is inadequate.

또한, 배터리 SOC 연산 오차 누적 시 전기에너지의 효율적 관리 미흡으로 주행 중 배터리 SOC 에러를 보상하기 위한 알고리즘이 없는 실정이다.In addition, there is no algorithm for compensating battery SOC errors while driving due to insufficient management of electrical energy when accumulating battery SOC calculation errors.

한편, 도 5는 종래의 차량 운행 중 배터리 초기화 알고리즘을 설명하기 위한 순서도로서, 배터리 SOC 예측 알고리즘은 수행시간이 증가할 수록 예측된 배터리 SOC의 오차가 증가하게 된다.Meanwhile, FIG. 5 is a flowchart illustrating a conventional battery initialization algorithm while driving a vehicle. As the execution time of the battery SOC prediction algorithm increases, the error of the predicted battery SOC increases.

이때, 예측 배터리 SOC 오차=배터리(Ah Counting) SOC-실제 배터리 SOCPredicted Battery SOC Error = Battery (Ah Counting) SOC-Actual Battery SOC

상기 오차는 전류량 적분 SOC 초기값 설정과 충방전 전류 효율 맵에 의해 주로 발생된다.The error is mainly caused by the current amount integration SOC initial value setting and the charge / discharge current efficiency map.

배터리는 전해액의 온도, 충방전 전류의 크기, SOC에 따라 배터리 용량에 반응하는 정도가 달라지게 된다. 이러한 배터리 용량에 반응하는 정도를 충방전 전류 효율 맵으로 나타내어, 이를 배터리 SOC를 예측하는 알고리즘에 적용하지만, 충방전 전류 효율맵 구성의 제약 조건에 따라 충방전 전류가 실제 배터리 용량에 반응하는 정도는 상기 효율 맵의 수치적인 값과는 차이를 갖게 된다. 따라서, 배터리 SOC 예측 알고리즘의 수행시간에 비례하여 예측된 배터리 SOC의 오차가 축적된다.The degree of response to the battery capacity varies depending on the temperature of the electrolyte, the magnitude of the charge / discharge current, and the SOC. The degree of response to the battery capacity is represented by a charge / discharge current efficiency map, which is applied to an algorithm for predicting the battery SOC. It is different from the numerical value of the efficiency map. Therefore, the error of the predicted battery SOC accumulates in proportion to the execution time of the battery SOC prediction algorithm.

배터리 SOC 예측 알고리즘에서 배터리 SOC 초기값 설정에 의한 오차를 설명 하면 다음과 같다.The error caused by the battery SOC initial value setting in the battery SOC prediction algorithm is described as follows.

배터리 SOC 예측 알고리즘에서는 배터리가 전기부하에 연결되어 있지 않은 상태인 배터리 OCV(Open Circuit Voltage)에 의한 SOC 값과 메모리에 저장된 이전 배터리 SOC값을 초기값으로 사용한다.The battery SOC prediction algorithm uses the SOC value of the battery OCV (Open Circuit Voltage) when the battery is not connected to the electric load and the previous battery SOC value stored in the memory as initial values.

그런데, 배터리 SOC의 초기값으로 배터리 OCV에 의한 배터리 SOC 값을 사용할 경우, 보다 정확한 배터리 SOC 예측이 가능하나, 키 오프 시간이 휴지시간(배터리의 화학적인 안정화 시간)보다 긴 상태에서만 적용이 가능하므로, 항시 적용이 불가능한 단점이 있다.However, when the battery SOC value by the battery OCV is used as the initial value of the battery SOC, more accurate battery SOC prediction is possible, but it is applicable only when the key-off time is longer than the idle time (chemical stabilization time of the battery). However, there is a disadvantage that it is not always applicable.

선택적으로, 배터리 SOC의 초기값으로 메모리에 저장된 이전 배터리 SOC 값을 사용할 경우에 초기값에서도 오차를 갖게되므로, 배터리 SOC 예측 알고리즘 수행시 배터리 SOC의 오차는 더욱 커지게 된다.Optionally, when the previous battery SOC value stored in the memory is used as the initial value of the battery SOC, an error is also obtained in the initial value, so that the error of the battery SOC becomes larger when the battery SOC prediction algorithm is executed.

차량에서는 이러한 예측 배터리 SOC의 오차 발생으로 전기 에너지의 효율적 관리가 이루어지지 못하게 되고, 이는 곧 연비의 영향으로 나타나게 된다.In the vehicle, the error of the predicted battery SOC prevents the efficient management of the electric energy, which is indicated by the fuel economy.

따라서, 배터리 SOC의 초기값으로 배터리 OCV에 의한 SOC 값을 사용하되, 키오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우에는 배터리 SOC 초기화 알고리즘을 적용하여 배터리 SOC의 초기값을 보정하기 위한 방안이 필요하다.Therefore, while using the SOC value of the battery OCV as the initial value of the battery SOC, if the key-off time is less than the idle time, there is a need for a method for correcting the initial value of the battery SOC by applying the battery SOC initialization algorithm.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 레귤레이터를 통해 전기부하 및 배터리에 일정한 전압을 공급함으로써, 아이들 스탑 후 재시동시 일부 전기부하가 오프/온 되는 현상을 방지할 수 있고, 수퍼캡에서 레귤레이터에 입력전원을 공급함으로써, 배터리의 내구 성능 향상 및 재시동 성능을 확보할 수 있도록 한 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by supplying a constant voltage to the electrical load and the battery through the regulator, it is possible to prevent the phenomenon that some of the electrical load off / on during restart after the idle stop, in the supercap It is an object of the present invention to provide a power generation system of an idle stop vehicle, which is capable of improving durability and restarting performance of a battery by supplying input power to a regulator.

또한, 본 발명은 키 오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우에도 차량의 일정부하 상태에서 레귤레이터의 출력전압이 안정화된 후부터 일정시간 동안 배터리에 충전된 전류를 적산한 값으로 배티리 SOC 초기값을 보정하여, 배터리 SOC 예측 오차를 줄임으로써, 배터리 SOC 연산 오차 누적시 전기에너지의 효율적 관리 및 연비를 향상시킬 수 있도록 한 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템 및 이를 통한 배터리 충전량 초기화 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention, even if the key off time is less than the idle time by correcting the battery SOC initial value to the value of the current accumulated in the battery for a predetermined time after the regulator's output voltage is stabilized in a constant load state of the vehicle To reduce the battery SOC prediction error, an object of the present invention is to provide a generation unit system of an idle stop vehicle and an initializing method of recharging a battery, thereby enabling efficient management and improved fuel efficiency of electric energy when accumulating battery SOC calculation errors.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템에 있어서,The present invention for achieving the above object in the power generation unit system of the idle stop vehicle,

차량 시동시 사용되는 스타터;A starter used when starting the vehicle;

상기 스타터에 의해 엔진 동작시 에너지를 발전하는 알터네이터;An alternator for generating energy during engine operation by the starter;

배터리;
상기 알터네이터에 의해 발전된 에너지를 저장하는 수퍼캡;battery;
A supercap for storing energy generated by the alternator;

상기 수퍼캡으로부터 전원을 공급받아 회생제동, 발전, 발전 제한시 배터리 및 전기부하에 일정한 전압으로 전원을 공급하는 레귤레이터; 및A regulator that receives power from the supercap and supplies power to a battery and an electric load at a constant voltage when regenerative braking, power generation, and power generation are limited; And

상기 수퍼캡 및 배터리의 상태 정보를 입력받아 알터네이터의 전압, 레귤레이터의 전압 및 스타터 구동을 제어하는 ISG 제어장치를 포함하고, 상기 전기부하는 레귤레이터와 배터리에 동시에 연결되는 것을 특징으로 한다.And an ISG control device which receives the state information of the supercap and the battery and controls the voltage of the alternator, the voltage of the regulator, and the starter driving, and wherein the electric load is simultaneously connected to the regulator and the battery.

바람직한 구현예로서, 상기 수퍼캡은 레귤레이터에 입력전원을 공급하고, 아이들 스탑 후 수퍼캡 및 배터리 중 선택된 어느 하나를 통해 재시동되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the supercap supplies an input power to the regulator and is restarted through any one selected from the supercap and the battery after an idle stop.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 배터리의 전압이 높은 경우, 회생제동시 레귤레이터의 전압을 제어하여 수퍼캡의 SOC를 기준값보다 낮은 상태로 유지하고, 수퍼캡의 SOC가 기준값 이상일 경우에는 알터네이터에 의한 발전을 금지하고 수퍼캡 에너지를 사용하는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, when the voltage of the battery is high, regulating the voltage of the regulator during regenerative braking maintains the SOC of the supercap below the reference value, and prohibits power generation by the alternator when the SOC of the supercap is higher than the reference value. It is characterized by using a supercap energy.

본 발명의 다른 측면은 배터리 충전량 초기화 방법에 있어서,Another aspect of the present invention is a battery charge initialization method,

키 온 후 키오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우, 차량의 일정 부하 상태에서 레귤레이터의 출력전압이 안정화되면 배터리에 전류가 일정 시간 동안 변화하면서 충전되는 단계;When the key-off time after the key-on is less than the idle time, when the output voltage of the regulator is stabilized under a constant load state of the vehicle, charging the battery while the current changes for a predetermined time;

상기 배터리에 충전된 전류를 적분하는 단계;Integrating a current charged in the battery;

상기 적분된 전류값으로 배터리 SOC 초기값을 설정하는 단계를 포함하고, 상기 설정된 배터리 SOC 초기값을 이용하여 배터리 SOC 예측 알고리즘에서 배터리 SOC 초기값을 보정하는 것을 특징으로 한다.And setting a battery SOC initial value to the integrated current value, and correcting the battery SOC initial value in a battery SOC prediction algorithm using the set battery SOC initial value.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템 및 이를 통한 배터리 충전량 초기화 방법에 의하면, 레귤레이터를 통해 전기부하의 사용량에 관계없이 전기부하 및 배터리에 일정한 전원 전압을 공급할 수 있다.As described above, according to the power generation unit system of the idle stop vehicle and the method of initializing the battery charge amount through the same according to the present invention, it is possible to supply a constant power voltage to the electric load and the battery regardless of the amount of the electric load through the regulator.

또한, 전기부하가 레귤레이터와 배터리에 동시에 연결되므로, 아이들 스탑 후 재시동시 일부 전기부하의 오프/온 되는 현상을 방지할 수 있고, 배터리 내구 및 재시동 성능을 확보할 수 있다.In addition, since the electrical load is connected to the regulator and the battery at the same time, it is possible to prevent the phenomenon of turning off / on some of the electrical load when restarting after the idle stop, it is possible to ensure the battery durability and restart performance.

또한, 수퍼캡에서 레귤레이터에 입력 전원을 공급하므로, 배터리 심방전에 의해 배터리의 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 배터리 대신 수퍼캡으로 재시동시 에너지를 공급함으로써 재시동 성능을 확보할 수 있다.In addition, since the input power is supplied from the supercap to the regulator, it is possible to prevent a phenomenon in which the performance of the battery is degraded due to battery deep discharge, and to secure the restart performance by supplying energy when restarting the supercap instead of the battery.

또한, 회생제동시 차량운행 중 수퍼캡의 SOC를 낮은 상태로 유지하여 배터리의 충전량을 증가시킴으로써, 회생제동 에너지를 극대화하여 연비를 향상시킬 수 있다.In addition, the regenerative braking energy can be improved by maximizing the regenerative braking energy by keeping the SOC of the supercap low while driving the vehicle while increasing the charge of the battery.

또한, 키 오프 시간이 휴지시간보다 짧은 경우에도 레귤레이터 일정전압 지령을 통해 일정시간 동안 배터리에 유입되는 전류를 적분한 다음, 상기 적분 값에 의해 배터리 SOC 초기값을 결정할 수 있는 맵을 추출하여 배터리 SOC 예측 알고리즘에서 초기값 보정으로 배터리 SOC 예측 오차를 줄일 수 있다.In addition, even when the key-off time is shorter than the idle time, the current flowing into the battery is integrated through the regulator constant voltage command for a predetermined time, and then a map for determining the initial value of the battery SOC is extracted by the integration value. Initial value correction in the prediction algorithm can reduce battery SOC prediction errors.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a power generation unit system of an idle stop vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량 및 현 14V ISG 차량의 발전부 시스템은 ISG 제어장치(12), 스타터(10), 릴레이(13), 알터네이터(11), 수퍼캡(17), 레귤레이터(18), 배터리센서(14), 배터리(15), 전기부하(16)를 포함한다.The power generation system of the hybrid vehicle and the current 14V ISG vehicle according to an embodiment of the present invention is an ISG control device 12, a starter 10, a relay 13, an alternator 11, a supercap 17, a regulator 18. ), The battery sensor 14, the battery 15, and the electric load (16).

ISG 시스템은 스타터(10)와 알터네이터(11) 분리형과, 스타터(10)와 알터네이터(11) 일체형으로 분류할 수 있고, 본 발명에서는 알터네이터(11)와 스타터(10) 분리형으로 설명되어지나, 알터네이터(11)와 스타터(10) 일체형에서도 본 발명의 동일시스템 및 로직이 적용가능하다.The ISG system can be classified into a starter 10 and an alternator 11 type, and a starter 10 and an alternator 11 type, and the present invention is described as an alternator 11 and a starter 10 type, but an alternator The same system and logic of the present invention are also applicable to the integrated type 11 and the starter 10.

상기 알터네이터(11), 스타터(10), 릴레이(13), 배터리(15) 및 전기부하(16)는 공지된 기술이므로, 본 발명에서의 설명은 생략하기로 한다.Since the alternator 11, the starter 10, the relay 13, the battery 15, and the electric load 16 are well known technologies, descriptions of the present invention will be omitted.

수퍼캡(17)은 전지와 달리 극판 내부 활물질과 전해액 간의 화학반응 없이, 외부 전위차에 의한 전해액 내의 이온들의 물리적 흡·탈착 반응만을 이용하여 전극 표면에서 전기를 저장한다.Unlike the battery, the supercap 17 stores electricity at the electrode surface using only physical adsorption and desorption reactions of ions in the electrolyte due to an external potential difference, without a chemical reaction between the electrode active material and the electrolyte.

상기 수퍼캡(17)(Super-Capacitor)은 신속한 고출력 충방전이 가능하고, 수명 특성이 우수하고, 간단한 전압특성으로 제어가 용이한 장점이 있으나, 낮은 에너지 밀도를 갖고 자기방전이 크며 고비용의 단점을 갖고, 회생에너지의 활용을 극대화 할 수 있어 연료전지 및 하이브리드 차량에서 효율적인 사용을 가능하게 한 다.The supercap 17 (Super-Capacitor) has the advantages of fast high output charge and discharge, excellent life characteristics, easy to control with a simple voltage characteristics, but has a low energy density, high self discharge and high cost In addition, the use of regenerative energy can be maximized to enable efficient use in fuel cells and hybrid vehicles.

여기서, 상기 수퍼캡(17)은 알터네이터(11) 발전(회생제동을 포함)시 발전에너지를 저장하고, 레귤레이터(18)의 입력전원으로서 배터리(15)와 전기부하(16)에 전원을 공급하며, 높은 전압까지 에너지를 저장함으로써 알터네이터(11)로 발전하지 않을 경우 배터리(15)와 전기부하(16)에 전기에너지를 공급한다.Here, the supercap 17 stores the generated energy during alternator 11 power generation (including regenerative braking), and supplies power to the battery 15 and the electric load 16 as input power of the regulator 18, By storing energy up to a high voltage, the electric energy is supplied to the battery 15 and the electric load 16 when it is not generated by the alternator 11.

배터리센서(14)는 배터리(15)의 전압, 전류, 온도를 측정하고, 배터리센서(14)에 마이크로컨트롤러가 내장된 경우에 자체적인 알고리즘을 수행할 수 있고, ISG 제어장치(12)와 통신이 가능하다.The battery sensor 14 measures the voltage, current, and temperature of the battery 15, and may perform its own algorithm when the microcontroller is built in the battery sensor 14, and communicates with the ISG controller 12. This is possible.

레귤레이터(18)는 전기부하(16) 사용량에 관계없이 전기부하(16) 및 배터리(15)에 일정한 전원 전압을 공급하고, 회생제동, 발전 및 발전 제한 시 배터리(15)와 전기부하(16)에 일정한 전원 전압을 공급한다.The regulator 18 supplies a constant power supply voltage to the electric load 16 and the battery 15 regardless of the electric load 16 usage, and the battery 15 and the electric load 16 when regenerative braking, power generation, and power generation limitation are limited. Supply a constant power supply voltage.

ISG 제어장치(12)는 아이들 스탑 후 재시동시 스타터(10)를 기동하기 위해 릴레이(13)에 구동신호를 보내어 제어하고, 아이들 스탑 후 재시동시 레귤레이터(18)를 통해 일부 전기부하(16) 오프/온되는 현상을 방지한다.The ISG controller 12 sends a drive signal to the relay 13 to control the starter 10 when restarting after the idle stop, and controls the electric load 16 through the regulator 18 when restarting after the idle stop. Prevents warming up.

또한, 상기 ISG 제어장치(12)는 레귤레이터(18)의 전압제어를 통해 배터리(15) 충방전을 제어할 수 있고, 알터네이터(11) 전압 제어를 통해 차량의 전기에너지를 관리함으로 발전제어 기능을 수행할 수 있으며, 배터리센서(14) 및 수퍼캡(17) 제어를 통해 배터리 SOC 초기화 알고리즘을 수행할 수 있다.In addition, the ISG controller 12 may control the charging and discharging of the battery 15 through the voltage control of the regulator 18, and manages the electric energy of the vehicle through the voltage control of the alternator 11 to provide a power generation control function. The battery SOC initialization algorithm may be performed through the control of the battery sensor 14 and the supercap 17.

이하, 본 발명의 구성에 따른 작용 및 효과를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effect according to the configuration of the present invention in more detail.

1. 일반적으로 알터네이터(11)의 출력전압은 배터리(15) 상태 및 전기 부하의 소비 전력에 의해 영향을 받는다.1. In general, the output voltage of the alternator 11 is affected by the state of the battery 15 and the power consumption of the electrical load.

전기부하(16)가 순시적으로 온 될 때 돌입 전류에 의해 배터리(15) 전압이 알터네이터(11)의 출력 전압보다 낮아지게 되며, 이러한 현상으로 차량의 모든 전장부하는 오동작 및 불안정한 동작을 수행하게 된다.When the electric load 16 is instantaneously turned on, the voltage of the battery 15 becomes lower than the output voltage of the alternator 11 due to the inrush current, which causes all electric loads of the vehicle to perform malfunction and unstable operation. do.

따라서, 본 발명은 레귤레이터(18)를 통해 전기부하(16) 및 배터리(15)에 일정한 전원을 공급함으로써, 상기와 같은 전장부하의 오동작 및 불안정한 동작 문제를 해결하게 된다.Therefore, the present invention solves the problem of malfunction and unstable operation of the electric load by supplying a constant power to the electric load 16 and the battery 15 through the regulator 18.

2. 현재 ISG 시스템은 아이들 스탑 후 기동 시에 일부 전기 부하의 전원이 오프된 후 다시 온되는 현상이 발생한다.2. Currently, ISG system is turned on again after power off of some electric loads when starting after idle stop.

따라서, 본 발명은 전기부하(16)가 레귤레이터(18)와 배터리(15)에 동시에 연결되고, 레귤레이터(18)를 통해 배터리(15) 및 전기부하(16)에 일정한 전원 전압을 공급하므로, 전기부하(16)가 오프/온 되는 문제를 해결하게 된다.Accordingly, in the present invention, since the electric load 16 is connected to the regulator 18 and the battery 15 at the same time, and supplies a constant power voltage to the battery 15 and the electric load 16 through the regulator 18, Solving the problem that the load 16 is off / on.

3. 수퍼캡(17)에서 레귤레이터(18)에 입력전원을 공급하므로, 배터리(15) 심방전에 의해 배터리(15)의 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 레귤레이터(18)에 의해 배터리(15)의 심방전 및 고충전이 이루어지지 않으므로, 본 발명의 시스템 적용시 배터리(15)의 내구성능이 향상된다.3. Since the supercap 17 supplies the input power to the regulator 18, the phenomenon in which the performance of the battery 15 is degraded by the deep discharge of the battery 15 can be prevented. That is, since the deep discharge and high charge of the battery 15 is not made by the regulator 18, the durability of the battery 15 is improved when the system of the present invention is applied.

또한, 배터리(15) 대신 수퍼캡(17)으로 기동시 에너지를 공급함으로써 재시동 성능을 확보할 수 있다. 왜냐하면 수퍼캡(17)은 배터리(15) 대비 낮은 에너지 용량을 가지나, 순시 전력 공급이 우수하기 때문이다.In addition, restart performance may be secured by supplying energy at startup with the supercap 17 instead of the battery 15. This is because the supercap 17 has a lower energy capacity than the battery 15, but the instantaneous power supply is excellent.

현재 ISG 시스템은 배터리(15)에 의한 시동 실패 시 별도의 대안이 없으나, 수퍼캡(17)을 적용할 경우 수퍼캡(17)에 의해 시동가능하고, 수퍼캡(17)에 의한 시동이 실패되더라도 배터리(15)를 통해 재시동이 가능하므로, 기존 ISG 차량 대비 시동 성능이 확보된다.Current ISG system has no alternative in case of failure to start by the battery 15, but can be started by the supercap 17 when the supercap 17 is applied, even if the start by the supercap 17 fails 15 ), Restarting is possible, which ensures starting performance over existing ISG vehicles.

4. 회생제동에너지는 배터리(15)의 전압 상태에 따라 배터리(15)에 충전되는 전류가 변하게 된다. 만약 배터리(15)의 전압이 높은 경우, 회생제동시 알터네이터(11)에서 배터리(15)로 충전되는 전류와 이에 해당하는 충전량은 작게 된다.4. The regenerative braking energy changes the current charged in the battery 15 according to the voltage state of the battery 15. If the voltage of the battery 15 is high, the current charged from the alternator 11 to the battery 15 at the time of regenerative braking and the corresponding charging amount thereof become small.

회생제동시 배터리(15)의 충전량을 증가시키기 위해서는 차량 운행중 수퍼캡(17)의 SOC를 낮은 상태로 유지해야 한다. 차량 운행 중 수퍼캡(17)의 SOC 상태는 레귤레이터(18)의 동작에 의해 결정됨에 따라 제어가 가능하므로, 레귤레이터(18)를 통해 수퍼캡(17)의 SOC를 낮은 생태로 유지할 수 있게 된다.In order to increase the amount of charge of the battery 15 during regenerative braking, the SOC of the supercap 17 must be kept low while driving the vehicle. Since the SOC state of the supercap 17 is controlled by the operation of the regulator 18 during vehicle operation, the SOC of the supercap 17 can be maintained in a low ecology through the regulator 18.

만약, 수퍼캡 SOC가 일정량 이상일 경우에는 알터네이터(11)에 의한 발전을 금지하고 수퍼캡 에너지를 사용한다. 이때, 수퍼캡(17)은 배터리(15)보다 충방전 효율 및 내구성이 우수하므로 이를 통한 전기에너지의 효율적 사용이 가능하다.If the supercap SOC is more than a predetermined amount, the power generation by the alternator 11 is prohibited and supercap energy is used. At this time, since the supercap 17 is superior to the charge and discharge efficiency and durability than the battery 15, it is possible to efficiently use the electrical energy through this.

또한, 수퍼캡 SOC를 통한 레귤레이터(18)의 동작 제어를 수행함으로써 회생제동 에너지를 극대화할 수 있고, 회생제동시 효율적인 전기에너지의 사용과 이를 통한 발전량 제어를 통해 연비 향상의 효과를 얻게 된다.In addition, by performing the operation control of the regulator 18 through the supercap SOC it is possible to maximize the regenerative braking energy, it is possible to improve the fuel economy through the use of efficient electrical energy and the amount of power generated through the regenerative braking.

이하, 본 발명에 따른 ISG 차량의 발전부 시스템을 통한 배터리 충전량 초기화 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of initializing a battery charge amount through a power generation system of an ISG vehicle according to the present invention will be described.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 아이들 스탑 차량의 발전부 시 스템을 통한 배터리 충전량 초기화 방법을 나타내는 순서도로서, 도 2b는 배터리 SOC 초기화 알고리즘의 순서도 이고, 도 3은 차량 운행중 배터리 초기화 알고리즘을 설명하기 위한 그래프이다.2A and 2B are flowcharts illustrating a method of initializing a battery charge amount through a power generation system of an idle stop vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a flowchart of a battery SOC initialization algorithm, and FIG. This graph illustrates the initialization algorithm.

배터리 SOC 예측 알고리즘은 차량의 구동 시간 및 배터리(15)의 사용시간에 의해 오차를 갖는다. 상기 배터리 SOC 예측 오차 발생시 차량에서는 전기에너지의 효율적 관리가 이루어지지 못하므로 연비 성능 또한 저감된다.The battery SOC prediction algorithm has an error due to the driving time of the vehicle and the usage time of the battery 15. When the battery SOC prediction error occurs, the vehicle does not efficiently manage electrical energy, thereby reducing fuel economy performance.

이에 따라, 기존의 ISG 차량에서는 배터리(15)를 정전압으로 일정 시간을 충전하기가 어려우나, 본 발명의 시스템에서는 레귤레이터(18)로 인해 배터리(15)에 일정한 전압으로 일정 시간 동안 충전이 가능하게 됨으로써, 상기 충전 시간동안 배터리(15)에 충전되는 전류를 적분하게 되면 충전량(Ah)을 알 수 있게 되고, 이러한 충전량으로 배터리 SOC를 초기화 할 수 있다.Accordingly, in the conventional ISG vehicle, it is difficult to charge the battery 15 at a constant voltage for a predetermined time, but in the system of the present invention, the regulator 18 enables the battery 15 to be charged at a constant voltage for a predetermined time. When the current charged in the battery 15 is integrated during the charging time, the charging amount Ah may be known, and the battery SOC may be initialized using the charging amount.

즉, 레귤레이터(18)에 일정한 전압 지령을 보내어 일정 시간동안 배터리(15)에 정전압을 충전하고, 해당 시간 동안 배터리(15)에 유입되는 전류를 적분한다.That is, a constant voltage command is sent to the regulator 18 to charge the constant voltage in the battery 15 for a predetermined time, and integrate the current flowing into the battery 15 during the corresponding time.

상기 배터리(15)에 유입되는 전류량(Ah)은 배터리(15)의 SOC 값에 의해 변하므로, 전류량과 배터리 SOC 맵을 통해 본 발명의 알고리즘을 구현할 수 있다.Since the current amount Ah introduced into the battery 15 is changed by the SOC value of the battery 15, the algorithm of the present invention can be implemented through the current amount and the battery SOC map.

이는 배터리 단품에서 각각의 SOC 별로 일정 전압을 일정 시간 동안 배터리(15)에 충전하게 되면 충전량에 의해 배터리 SOC값을 결정할 수 있는 맵을 추출할 수 있으므로, 상기 전류량과 배터리 SOC 맵을 통해 본 발명의 알고리즘을 구현할 수 있게 되는 것이다.When the battery 15 charges a predetermined voltage for each SOC in the battery unit for a predetermined time, it is possible to extract a map that can determine the battery SOC value based on the amount of charge. Algorithms can be implemented.

본 발명의 일실시예에 따른 차량 주행 중 배터리 초기화 알고리즘을 설명하 면 다음과 같다.A battery initialization algorithm while driving a vehicle according to an embodiment of the present invention is as follows.

키 온 상태에서 키오프 시간이 휴지시간보다 큰 지를 판단하여 큰 경우에는 배터리 SOC의 초기값으로 배터리 OCV에 의한 배터리 SOC 값을 사용하고, 작은 경우에는 배터리 SOC 초기화 알고리즘을 통해 배터리 SOC 초기값을 설정한다.In the key-on state, it is determined whether the key-off time is greater than the idle time, and when the key is large, the battery SOC value by the battery OCV is used as the initial value of the battery SOC. do.

그 다음, 배터리(Ah Counting) SOC 예측 알고리즘을 수행하여 배터리 SOC를 구한다. 이때, 배터리 SOC는 다음 식과 같다.Next, a battery SOC is obtained by performing a battery (Ah Counting) SOC prediction algorithm. At this time, the battery SOC is as follows.

배터리(Ah Counting) SOC = [배터리 SOC 초기값 + 배터리 충방전 유효전류의 적산]Battery (Ah Counting) SOC = [Battery SOC initial value + Accumulation of battery charge / discharge active current]

한편, 상기 키 오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우에는 배터리 SOC 초기화 알고리즘을 통해 배터리 SOC 초기값을 설정하여 배터리 SOC 예측 알고리즘을 상기 식에 의해 수행한다.On the other hand, when the key off time is less than the idle time, the battery SOC initial value is set through the battery SOC initialization algorithm, and the battery SOC prediction algorithm is performed according to the above equation.

상기 배터리 SOC 초기화 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.The battery SOC initialization algorithm is described as follows.

먼저 키 온 후 차량의 일정 부하 상태에서 레귤레이터(18)의 출력전압이 안정화되면, 도 3의 상단에 도시한 바와 같이 배터리(15) 전류의 크기가 일정시간 동안 변화되면서 충전되게 된다.First, when the output voltage of the regulator 18 is stabilized in a constant load state of the vehicle after the key is turned on, as shown in the upper part of FIG. 3, the current of the battery 15 is changed while being charged for a predetermined time.

상기 배터리(15)에 충전되는 전류를 적분하면, 배터리 SOC 초기값을 SOC A%, SOC B%, SOC C%(수학식2)로 추출할 수 있다.When the current charged in the battery 15 is integrated, the initial value of the battery SOC may be extracted as SOC A%, SOC B%, and SOC C% (Equation 2).

Figure 112008026802336-pat00001
Figure 112008026802336-pat00001

상기 값으로 배터리 SOC 초기값을 이용하는 경우, 키오프 시간이 휴지시간보다 작은 경우에 메모리에 저장된 이전 배터리 SOC 값을 사용하지 않을 수 있다.When the initial value of the battery SOC is used as the value, the previous battery SOC value stored in the memory may not be used when the keyoff time is less than the idle time.

따라서, 배터리 SOC 예측 알고리즘에서 초기값 보정으로 배터리 SOC 예측 오차를 줄일 수 있게 된다.Therefore, it is possible to reduce the battery SOC prediction error by initial value correction in the battery SOC prediction algorithm.

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.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a power generation unit system of an idle stop vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 통한 배터리 충전량 초기화 방법을 나타내는 순서도로서, 도 2b는 배터리 SOC 초기화 알고리즘의 순서도 이다.2A and 2B are flowcharts illustrating a method of initializing a battery charge amount through a power generation system of an idle stop vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a flowchart of a battery SOC initialization algorithm.

도 3은 차량 운행중 배터리 초기화 알고리즘을 설명하기 위한 그래프이다.3 is a graph illustrating a battery initialization algorithm while driving a vehicle.

도 4는 종래의 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템을 나타내는 구성도이다.4 is a configuration diagram showing a power generation unit system of a conventional idle stop vehicle.

도 5는 종래의 배터리 충전량 초기화 방법을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a conventional battery charge initialization method.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 스타터 11 : 알터네이터10: starter 11: alternator

12 : ISG 제어장치 13 : 릴레이12: ISG control device 13: relay

14 : 배터리센서 15 : 배터리14: battery sensor 15: battery

16 : 전기부하 17 : 수퍼캡16: electric load 17: supercap

18 : 레귤레이터18: regulator

Claims (5)

아이들 스탑 차량의 발전부 시스템에 있어서,In the power generation unit system of the idle stop vehicle, 차량 시동시 사용되는 스타터;A starter used when starting the vehicle; 상기 스타터에 의해 엔진 동작시 에너지를 발전하는 알터네이터;An alternator for generating energy during engine operation by the starter; 배터리;battery; 상기 알터네이터에 의해 발전된 에너지를 저장하는 수퍼캡;A supercap for storing energy generated by the alternator; 상기 수퍼캡으로부터 전원을 공급받아 회생제동, 발전, 발전 제한시 배터리 및 전기부하에 일정한 전압으로 전원을 공급하는 레귤레이터; A regulator that receives power from the supercap and supplies power to a battery and an electric load at a constant voltage when regenerative braking, power generation, and power generation are limited; 상기 수퍼캡 및 배터리의 상태 정보를 입력받아 알터네이터의 전압, 레귤레이터의 전압 및 스타터 구동을 제어하는 ISG 제어장치;An ISG controller which receives the state information of the supercap and the battery and controls the voltage of the alternator, the voltage of the regulator and the starter driving; 를 포함하고, 상기 전기부하는 레귤레이터와 배터리에 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템.And a power generation system of an idle stop vehicle, wherein the electric load is simultaneously connected to a regulator and a battery. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 수퍼캡은 레귤레이터에 입력전원을 공급하고, 아이들 스탑 후 수퍼캡 및 배터리 중 선택된 어느 하나를 통해 재시동되는 것을 특징으로 하는 아이들 스탑 차량의 발전부 시스템.The supercap is configured to supply input power to the regulator, and after the idle stop, the generation unit system of the idle stop vehicle, characterized in that restarted through any one selected from the supercap and the battery. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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