KR100488718B1 - 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부시뮬레이션 장치 - Google Patents

연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부시뮬레이션 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 다른 제어기가 없더라도 그 제어기를 대체하여 입/출력 신호(I/O)을 주고받아 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)의 시뮬레이션 기능을 할 수 있는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)를 제외한 나머지 부분에 해당되는 제어기들의 입/출력 신호(I/O)를 주고받는 구성을 모사(模寫) 하도록 구성하여 상기 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)의 시뮬레이션 기능을 하는 시뮬레이션 보드를 포함하여 구성한다.

Description

연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치{POWER CONTROL UNIT SIMULATION DEVICE OF FUEL CELL HYBRID ELECTRICAL VEHICLE}
본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 차량에 적용되는 연료 전지 하이브리드의 시스템은 배터리를 충전할 수 있고 직접 구동 모터로 에너지를 전달할 수 있는 연료 전지 시스템, 차량에 동력을 공급하는 구동 모터 부분, 에너지를 축적할 수 있는 배터리와 직류 변환 장치 시스템, 전체 차량의 제어기 감독과 동력 분배 역할을 담당하는 동력 분배 제어부로 구성되어 있다.
이러한 부분은 각각의 제어기를 가지고 있으며 이러한 제어기들은 입/출력 신호(I/O)를 통하여 서로 정보를 주고받는다.
동력 분배 제어부(PCU)는 각종 제어기들 중에서 최상위 제어 역할을 담당하는 제어기로써 모터의 요구 동력과 배터리 충전상태(SOC ; State Of Charge)에 따라 차량의 운전 모드를 판정하고, 이종의 동력원인 연료 전지와 배터리의 동력 분배 역할을 담당하며, 필요 시 구동 모터의 동력 제한을 가하며, 차량 전체의 상태를 감독하여 각 상태에 따라 각각의 제어기를 온/오프(ON/OFF)시켜주는 기능을 담당한다.
따라서, 동력 분배 제어부에서는 각각의 제어기를 온(ON)시킬 때 차량의 상태를 검사하여 각 제어기를 켜도 문제가 없는지를 판단한 다음 켜주게 된다.
그런데 차량의 초기 개발 시에는 각 시스템에 대한 사양만 있고 실제 각각의 제어기가 준비되지 않은 상태이다.
이러한 상태에서는 차량이 제작되기 전에는 다른 제어기가 없으므로 동력 분배 제어부의 기능 및 제어 알고리즘을 개발하였다고 하더라도 구현한 기능 및 제어 알고리즘을 검사할 수 있는 방법이 없다.
또한, 차량 장착 시 동력 분배 제어부의 기능이 수행되지 않을 때 동력 분배 제어부의 기능을 검증할 방법이 없으므로 와이어링(Wiring)이 잘못되었는지 동력 분배 제어부의 기능이 잘못되었는지 알 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 다른 제어기가 없더라도 그 제어기를 대체하여 입/출력 신호(I/O)을 주고받아 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)의 시뮬레이션 기능을 할 수 있는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU) 시뮬레이션 장치에 있어서, 상기 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)를 제외한 나머지 부분에 해당되는 제어기들의 입/출력 신호(I/O)를 주고받는 구성을 모사(模寫) 하도록 구성하여 상기 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)의 시뮬레이션 기능을 하는 시뮬레이션 보드를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 일반적인 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 시스템 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서 연료 전지(101)는 연료 전지 차량의 주 동력원이고, 제2 파워 라인 연결부(102)(PDU2 ; Power Disconnect Unit 2)는 연료 전지(101)의 동력 연결을 결정하는 부분이고, 제3 파워 라인 연결부(103)(PDU3)는 모터 제어부(104)(MCU ; Motor Control Unit)와 다른 동력원간의 동력을 연결하는 부분이고, 모터 제어부(104)(MCU)는 차량 구동용 모터(105)를 제어하는 부분이다.
직류 변환 장치(106)는 연료 전지(101)의 출력 전압을 제어하고, 배터리(108)의 충전 및 방전 제어를 담당하는 부분이다.
제1 파워 라인 연결부(107)(PDU1)는 배터리(108)의 동력을 연결하는 부분이고, 배터리(108)는 차량의 보조 동력원으로 필요 시 모터(105)로 방전하여 동력을 전달하거나, 회생 전력을 충전하는 역할을 담당한다.
동력 분배 제어부(120)(PCU)는 각 제어기의 상태를 감독하고 이종 동력원으로부터 동력 분배 제어 역할을 담당한다.
도 1을 참조하면 각 제어기 사이의 ①번 실선은 동력의 흐름을 나타내고, ②번 실선은 캔(CAN) 통신 라인을 나타내며, ③번 실선은 각 제어기와 동력 분배 제어부(120)(PCU)간의 입/출력 신호(I/O)라인을 나타낸다.
그리고 본 발명의 실시예에서 제안한 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 시뮬레이션 보드(200)는 동력 분배 제어부(120)(PCU)를 제외한 나머지 부분(110)에 해당되는 제어기들의 입/출력 신호(I/O)를 모사(模寫) 하도록 한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 시뮬레이션 장치에 해당하는 시뮬레이션 보드(200)의 구성을 나타낸 것이다.
도 2에서 제1 커넥터(201)(Connector 1)와 제2 커넥터(202)(Connector 2)는 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 커넥터와 연결되는 부분이다.
제1, 제2 커넥터(201, 202)를 통해 동력 분배 제어부(120)(PCU)와 시뮬레이션 보드(200)는 연결된다.
제1 캔(203)(CAN 1)과 제2 캔(204)(CAN 2)은 캔(CAN) 라인으로 연결되는 부분이다.
제1 디지털 입력 모듈(205)(Digital Input Module 1)은 액티브 로우(Active Low) 특성을 갖는다.
제2 디지털 입력 모듈(206)(Digital Input Module 2)은 액티브 하이(Active High) 특성을 갖는다.
제3 디지털 입력 모듈(207)(Digital Input Module 3)은 오픈 콜렉터(Open Collector) 특성을 갖는다.
여기서, 각각의 디지털 입력 모듈의 특성을 설명한다.
먼저, 액티브 로우 특성은 입력 신호가 있으면 로우(Low)가 되는 신호를 말하며, 연료 전지(101)의 디지털 출력들이 여기에 해당된다.
액티브 하이 특성은 입력 신호가 있으면 하이(High)가 되는 신호를 말하며, 점화 신호 등이 여기에 해당된다.
오픈 콜렉터 특성은 입력 신호가 있으면 로우(Low)가 되는 신호를 말하며, 모터 제어부(104)(MCU)의 준비 신호가 여기에 해당된다.예를 들어, 디지털 입력 모듈은 8개로 구성할 수 있다.1) 모터 제어부(MCU) 준비/고장(Ready/Fault) 입력 모듈2) 연료 전지 준비/고장(Ready/Fault) 입력 모듈3) 배터리 준비/고장(Ready/Fault) 입력 모듈4) DC-DC 준비/고장(Ready/Fault) 입력 모듈
디지털 출력 모듈(208)(Digital Output Module)은 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 디지털 출력 모듈이다.
디지털 출력 모듈(208)을 통해 출력되는 디지털 신호는 동력 분배 제어부(120)(PCU)에서 다른 제어기들로 액티브 로우 신호로 출력되며, 각 제어기로의 키 온(Key ON)신호들이 여기에 해당된다.예를 들어, 디지털 출력 모듈(208)은 4개로 구성할 수 있다.1) 모터 제어부(MCU) 점화 온(Ignition On) 출력 모듈2) 연료 전지 점화 온(Ignition On) 출력 모듈3) 배터리 점화 온(Ignition On) 출력 모듈4) DC-DC 점화 온(Ignition On) 출력 모듈
디지털 출력 모듈(208)에서 다른 제어기들로 디지털 신호를 출력하면 지시등이 점등되도록 전기적인 회로를 구성한다.
그리고, 참조 번호 (209)는 아날로그 입력 모듈(Analog Input Module), 참조 번호 (210)는 아날로그 출력 모듈(Analog Output Module), 참조 번호 (211)는 시뮬레이션 보드(200)를 동작시키기 위한 파워 입력부(Power Input)이다.
파워 입력부로 입력되는 파워는 5V와 12V이다.
아날로그 입력 모듈(209)로 입력되는 아날로그 신호는 다른 제어기들로부터 동력 분배 제어부(120)(PCU)로 입력되는 아날로그 신호이다.
각 제어기의 출력 전압이나 전류들이 여기에 해당된다.예를 들어, 아날로그 입력 모듈은 10개로 구성할 수 있다.1) 가속/브레이크(Accel/Brake) 입력 모듈2) 연료 전지 실제 전류/전압 입력 모듈3) 배터리 실제 전류/전압 입력 모듈4) DC-DC 실제 전류/전압(고전압측/저전압측) 입력 모듈
아날로그 신호로 입력되는 전압이나 전류 값은 가변 저항을 이용하여 실제 값이 변경되어 입력되도록 전기적인 회로를 구성한다.
그리고, 아날로그 출력 모듈(210)로부터 출력되는 아날로그 신호는 동력 분배 제어부(PCU)에서 다른 제어기로 출력되는 아날로그 신호를 나타낸다.예를 들어, 아날로그 출력 모듈은 2개로 구성할 수 있다.1) 모터 제어부(MCU) 토크 지령 출력 모듈2) DC-DC 고전압측 전압 제어 지령 출력 모듈
아날로그 출력값이 변경됨에 따라 지시등의 밝기를 변화하도록 전기적인 회로를 구성한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 다른 제어기가 없더라도 그 제어기를 대체하여 입/출력 신호(I/O)를 주고받아 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 시뮬레이션 기능을 할 수 있도록 한 것이다.
예를 들어, 배터리(108)는 있고 연료 전지(101)는 없는 경우, 연료 전지(101)의 입/출력 신호(I/O) 기능을 대체하여 시뮬레이션 할 수 있으므로 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 기능 개발 및 동력 분배 제어 알고리즘을 실제 연료 전지 하이브리드 전기 차량이 제작되기 전에 미리 검사해 볼 수 있게 하여 연료 전지 하이브리드 전기 차량 개발 기간을 단축할 수 있다.
또한, 연료 전지 하이브리드 전기 차량 장착시 본 발명의 실시예를 이용하여 와이어링이 잘못되었는지 동력 분배 제어부(120)(PCU)의 기능이 잘못되었는지 쉽게 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치는 연료 전지 하이브리드 전기 차량이 제작되기 전에 동력 분배 제어부의 기능 및 제어 알고리즘을 검사할 수 있으므로 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 개발 기간을 단축할 수 있고, 시험 관련 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 운용이 간편하다.
또한, 동력 분배 제어부의 개발 완료 후에는 기능 추가 및 알고리즘 개선에 유효하게 사용할 수 있다.
또한, 연료 전지 하이브리드 전기 차량에 장착 시 동력 분배 제어부의 기능이 수행되지 않을 때 동력 분배 제어부의 기능을 사전에 검증하므로 와이어링이나 다른 제어기가 잘못되었다는 것을 알 수 있고 오류가 있는 부분을 찾기가 쉬우므로 시험 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 시스템 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치 구성을 도시한 도면.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU) 시뮬레이션 장치에 있어서,
    상기 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)를 제외한 나머지 부분에 해당되는 제어기들의 입/출력 신호(I/O)를 주고받는 구성을 모사(模寫) 하도록 구성하여 상기 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부(PCU)의 기능 가운데 배터리의 충전상태(SOC) 제어기능과 연료 전지측 전압 제어기능을 포함한 시뮬레이션 기능을 하는 시뮬레이션 보드를 포함하며,
    상기 시뮬레이션 보드는
    상기 동력 분배 제어부(PCU)에 형성되는 커넥터와 연결되어 상기 동력 분배 제어부(PCU)와 시뮬레이션 보드를 연결하는 제1, 제2 커넥터와;
    캔(CAN) 라인으로 연결되어 해당되는 캔(CAN) 통신을 수행하는 제1, 제2 캔(CAN)과;
    다른 제어기들로부터 출력되는 디지털 신호들의 특성에 따라 각각의 디지털 입력 신호 특성을 가지며, 모터 제어부(MCU) 준비/고장(Ready/Fault) 입력 모듈을 포함하는 디지털 입력 모듈과;
    상기 동력 분배 제어부(PCU)에서 다른 제어기들로 액티브 로우 신호로 출력되는 디지털 신호를 출력하며, 모터 제어부(MCU) 점화 온(Ignition On) 출력 모듈을 포함하는 디지털 출력 모듈(Digital Output Module)과;
    다른 제어기들로부터 상기 동력 분배 제어부(PCU)로 입력되는 아날로그 신호를 입력받으며, 가속/브레이크(Accel/Brake) 입력 모듈을 포함하는 아날로그 입력 모듈(Analog Input Module)과;
    상기 동력 분배 제어부(PCU)에서 다른 제어기로 출력되는 아날로그 신호를 출력하며, 모터 제어부(MCU) 토크 지령 출력 모듈을 포함하는 아날로그 출력 모듈(Analog Output Module)과;
    상기 시뮬레이션 보드를 동작시키기 위한 전원을 입력받는 파워 입력부(Power Input)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디지털 입력 모듈들은
    액티브 로우(Active Low) 특성을 갖는 제1 디지털 입력 모듈(Digital Input Module 1)과;
    액티브 하이(Active High) 특성을 갖는 제2 디지털 입력 모듈(Digital Input Module 2)과;
    오픈 콜렉터(Open Collector) 특성을 갖는 제3 디지털 입력 모듈(Digital Input Module 3)을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디지털 출력 모듈(Digital Output Module)에서 다른 제어기들로 디지털 신호를 출력하면 전기적인 회로 연결에 따라 점등되는 지시등을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아날로그 입력 모듈(Analog Input Module)로 입력되는 아날로그 신호의 전압 값이나 전류 값이 실제 입력되는 전압 값이나 전류 값이 변경되어 입력되도록 전기적으로 회로 연결되는 가변 저항을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 동력 분배 제어부 시뮬레이션 장치.
  6. 삭제
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