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KR102893582B1 - Model predictive control system and control method of integrated on board charger - Google Patents

Model predictive control system and control method of integrated on board charger

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Publication number
KR102893582B1
KR102893582B1 KR1020230004695A KR20230004695A KR102893582B1 KR 102893582 B1 KR102893582 B1 KR 102893582B1 KR 1020230004695 A KR1020230004695 A KR 1020230004695A KR 20230004695 A KR20230004695 A KR 20230004695A KR 102893582 B1 KR102893582 B1 KR 102893582B1
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KR
South Korea
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current
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voltage
charging system
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박영수
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계명대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 시스템은 풀 브리지 형태로 배치되는 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 단상 계통 전원에서 DC 링크 전압을 조절하는 풀 브리지 컨버터, 및 직렬 연결된 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 DC 링크에서 배터리측 전압과 배터리측 전류를 조절하는 벅 컨버터를 포함하는 전력변환부; 및 기 수립된 예측 모델을 통해 출력전력의 변화량을 산출하고 출력전력의 변화량을 토대로 벅 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 다음 상태에서의 듀티비를 산출한 후, 듀티비에 따라 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.An integrated on-board charging control system using a predictive model according to one aspect of the present invention comprises: a power conversion unit including a full-bridge converter having a plurality of switching elements arranged in a full-bridge configuration to regulate a DC link voltage in a single-phase grid power supply; and a buck converter having a plurality of series-connected switching elements to regulate a battery-side voltage and a battery-side current in a DC link; and a processor that calculates a change in output power through a previously established predictive model, calculates a duty ratio in a next state of a switching element constituting the buck converter based on the change in output power, and then controls the switching element constituting the buck converter according to the duty ratio.

Description

예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템 및 제어 방법{MODEL PREDICTIVE CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF INTEGRATED ON BOARD CHARGER}{MODEL PREDICTIVE CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF INTEGRATED ON BOARD CHARGER}

본 발명은 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated onboard charging control system and control method using a predictive model.

하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 전기 에너지와 엔진을 통한 에너지를 모두 사용하여 구동하므로, 전기 에너지를 처리하는 모터 및 배터리 시스템은 물론, 엔진 시스템을 모두 포함한다. Hybrid electric vehicles (HEVs) are powered by both electric energy and engine energy, so they include both an engine system as well as a motor and battery system that process electric energy.

예를 들어, 하이브리드 전기 자동차는 일반 가정용 계통 전원을 이용하여 충전하는 경우, 통합 온보드 충전기(On Board Charger, OBC)를 사용하여 배터리를 충전한다. For example, when a hybrid electric vehicle is charged using a regular household power grid, it uses an integrated onboard charger (OBC) to charge the battery.

통합 온보드 충전기는 배터리 충전과 엔진 시동을 위한 시동 발전기 구동을 모두 수행할 수 있다.The integrated onboard charger can both charge the batteries and drive the starter generator to start the engine.

통합 온보드 충전기가 배터리 충전을 수행할 때 배터리 측 전압과 배터리 측 전류는 구현의 단순성과 직관성으로 인해 일반적으로 PI(Proportional-Integral) 제어기 사용된다.When an integrated onboard charger performs battery charging, the battery side voltage and battery side current are generally controlled by a Proportional-Integral (PI) controller due to its simplicity and intuitiveness of implementation.

그러나, PI 제어기는 동특성이 좋지 않은 단점이 있으며, 전압과 전류를 적절히 제어하기 위해 PI 제어기의 게인 튜닝이 필요한데, 동적 특성 개선을 위해 게인을 높이면 전압과 전류의 오버슈트가 발생하는 등의 문제점이 있었다.However, the PI controller has a disadvantage of poor dynamic characteristics, and gain tuning of the PI controller is required to properly control the voltage and current. However, increasing the gain to improve the dynamic characteristics has problems such as voltage and current overshoot.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-2376932호(2022.03.16), '전기자동차 통합형 전력변환 시스템'에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-2376932 (March 16, 2022), ‘Electric Vehicle Integrated Power Conversion System.’

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 통합 온보드 충전기에 대한 예측 모델을 통해 듀티비를 추출하여 추출된 듀티비를 토대로 배터리측 전류를 제어하고, 전력 피드포워드 성분을 이용하여 배터리측 전압 리플을 보상하는 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been created to improve the above-mentioned problems, and an object of one aspect of the present invention is to provide an integrated onboard charging control system and control method using a prediction model that extracts a duty ratio through a prediction model for an integrated onboard charger, controls a battery-side current based on the extracted duty ratio, and compensates for a battery-side voltage ripple using a power feedforward component.

본 발명의 일 측면에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 시스템은 풀 브리지 형태로 배치되는 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 단상 계통 전원에서 DC 링크 전압을 조절하는 풀 브리지 컨버터, 및 직렬 연결된 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 DC 링크에서 배터리측 전압과 배터리측 전류를 조절하는 벅 컨버터를 포함하는 전력변환부; 및 기 수립된 예측 모델을 통해 출력전력의 변화량을 산출하고 상기 출력전력의 변화량을 토대로 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 다음 상태에서의 듀티비를 산출한 후, 상기 듀티비에 따라 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.An integrated on-board charging control system using a predictive model according to one aspect of the present invention comprises: a power conversion unit including a full-bridge converter having a plurality of switching elements arranged in a full-bridge configuration to control a DC link voltage in a single-phase grid power supply; and a buck converter having a plurality of series-connected switching elements to control a battery-side voltage and a battery-side current in the DC link; and a processor for calculating a change in output power through a previously established predictive model, calculating a duty ratio in a next state of a switching element constituting the buck converter based on the change in output power, and then controlling the switching element constituting the buck converter according to the duty ratio.

본 발명의 상기 예측 모델은 상기 벅 컨버터의 등가 모델에 키르히호프 전류 법칙과 키르히호프 전압 법칙을 적용하여 수립되는 것을 특징으로 한다.The above prediction model of the present invention is characterized in that it is established by applying Kirchhoff's current law and Kirchhoff's voltage law to the equivalent model of the buck converter.

본 발명의 상기 예측 모델은 상기 예측 모델을 수립하여 부하의 임피던스, 커패시터 전류, 출력전압의 변화량, 및 인덕터 전류의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 한다.The above prediction model of the present invention is characterized by establishing the above prediction model to calculate the impedance of the load, the capacitor current, the amount of change in the output voltage, and the amount of change in the inductor current.

본 발명의 상기 프로세서는 비례-적분 제어를 기반으로 출력전압을 지령출력전압으로 제어하고, 상기 비례-적분 제어를 기반으로 지령 인덕터 전류를 산출한 후 상기 지령 인덕터 전류와 상기 지령출력전압으로 지령출력전력을 계산하고, 현재 출력전력과 다음 상태의 출력전력으로 상기 출력전력의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 한다.The processor of the present invention is characterized in that it controls the output voltage to a command output voltage based on proportional-integral control, calculates a command inductor current based on the proportional-integral control, calculates a command output power using the command inductor current and the command output voltage, and calculates a change in the output power using the current output power and the output power of the next state.

본 발명의 상기 출력전력의 변화량은 현재 출력전력과 다음 상태에서의 출력전력의 차를 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.The change in the output power of the present invention is characterized in that it is calculated through the difference between the current output power and the output power in the next state.

본 발명의 상기 다음 상태에서의 출력전력은 현재 출력전력과 출력전력의 변화량의 합을 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.The output power in the above-described next state of the present invention is characterized in that it is calculated through the sum of the current output power and the change in output power.

본 발명의 상기 프로세서는 상기 듀티비를 제1 모드와 제2 모드로 구분하여 산출하고, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 상보적으로 스위칭시키며, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드는 상기 예측 모델에 따라 산출되는 인덕터 전류의 변화량을 토대로 구분되는 것을 특징으로 한다.The processor of the present invention is characterized in that it calculates the duty ratio by dividing it into a first mode and a second mode, and complementarily switches the switching elements constituting the buck converter in the first mode and the second mode, and the first mode and the second mode are distinguished based on the amount of change in the inductor current calculated according to the prediction model.

본 발명의 상기 프로세서는 피드포워드 구성 성분을 상기 지령출력전력에 추가하여 상기 출력전압의 변화량을 감소시켜 배터리측 전압 리플을 보상하는 것을 특징으로 한다.The processor of the present invention is characterized in that it compensates for battery-side voltage ripple by adding a feedforward component to the command output power to reduce the amount of change in the output voltage.

본 발명의 상기 피드포워드 구성 성분은 상기 출력전압에 인덕터 전류와 커패시터 전류의 차를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 한다.The feedforward component of the present invention is characterized in that it is calculated by multiplying the output voltage by the difference between the inductor current and the capacitor current.

본 발명의 일 측면에 따른 통합 온보드 충전 시스템 제어 방법은 프로세서가 비례-적분 제어를 기반으로 출력전압을 지령출력전압으로 제어하는 단계; 상기 프로세서가 상기 비례-적분 제어를 기반으로 지령 인덕터 전류를 산출하고, 상기 지령 인덕터 전류와 상기 지령출력전압으로 지령출력전력을 계산하며, 기 수립된 예측 모델을 토대로 현재 출력전력과 다음 상태의 출력전력으로 상기 출력전력의 변화량을 산출한 후, 상기 출력전력의 변화량을 토대로 벅 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 다음 상태에서의 듀티비를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 듀티비에 따라 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.An integrated on-board charging system control method according to one aspect of the present invention is characterized by comprising: a step in which a processor controls an output voltage to a command output voltage based on proportional-integral control; a step in which the processor calculates a command inductor current based on the proportional-integral control, calculates a command output power using the command inductor current and the command output voltage, calculates a change in the output power using a current output power and a next state output power based on a pre-established prediction model, and then calculates a duty ratio of a switching element constituting a buck converter in a next state based on the change in the output power; and a step in which the processor controls a switching element constituting the buck converter according to the duty ratio.

본 발명의 상기 예측 모델은 상기 벅 컨버터의 등가 모델에 키르히호프 전류 법칙과 키르히호프 전압 법칙을 적용하여 수립되는 것을 특징으로 한다.The above prediction model of the present invention is characterized in that it is established by applying Kirchhoff's current law and Kirchhoff's voltage law to the equivalent model of the buck converter.

본 발명의 상기 예측 모델은 상기 예측 모델을 수립하여 부하의 임피던스, 커패시터 전류, 출력전압의 변화량, 및 인덕터 전류의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 한다.The above prediction model of the present invention is characterized by establishing the above prediction model to calculate the impedance of the load, the capacitor current, the amount of change in the output voltage, and the amount of change in the inductor current.

본 발명의 상기 듀티비를 산출하는 단계에서, 상기 출력전력의 변화량은 현재 출력전력과 다음 상태에서의 출력전력의 차를 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the duty ratio of the present invention, the change in the output power is characterized in that it is calculated through the difference between the current output power and the output power in the next state.

본 발명의 상기 듀티비를 산출하는 단계에서, 상기 다음 상태에서의 출력전력은 현재 출력전력과 출력전력의 변화량의 합을 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the duty ratio of the present invention, the output power in the next state is characterized in that it is calculated through the sum of the current output power and the amount of change in the output power.

본 발명의 상기 듀티비를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는 상기 듀티비를 제1 모드와 제2 모드로 구분하여 산출하고, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드는 상기 예측 모델에 따라 산출되는 인덕터 전류의 변화량을 토대로 구분되는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the duty ratio of the present invention, the processor calculates the duty ratio by dividing it into a first mode and a second mode, and the first mode and the second mode are characterized in that they are distinguished based on the amount of change in the inductor current calculated according to the prediction model.

본 발명의 상기 프로세서가 피드포워드 구성 성분을 상기 지령출력전력에 추가하여 상기 출력전압의 변화량을 감소시켜 배터리측 전압 리플을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The processor of the present invention is characterized in that it further includes a step of adding a feedforward component to the command output power to reduce the amount of change in the output voltage and thereby compensate for the battery-side voltage ripple.

본 발명의 상기 배터리측 전압 리플을 보상하는 단계에서, 상기 피드포워드 구성 성분은 상기 출력전압에 인덕터 전류와 커패시터 전류의 차를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 한다. In the step of compensating for the battery-side voltage ripple of the present invention, the feedforward component is characterized in that it is calculated by multiplying the output voltage by the difference between the inductor current and the capacitor current.

본 발명의 일 측면에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 시스템 및 제어 방법은 통합 온보드 충전기(On Board Charger, OBC)의 예측 모델을 수립하고 이 예측 모델을 기반으로 듀티비를 추출한 후 추출된 듀티비를 토대로 배터리측 전류를 제어하고, 전력 피드포워드 성분을 이용하여 배터리측 전압 리플을 보상한다.An integrated onboard charging control system and control method using a predictive model according to one aspect of the present invention establishes a predictive model of an integrated onboard charger (OBC), extracts a duty ratio based on the predictive model, controls a battery-side current based on the extracted duty ratio, and compensates for a battery-side voltage ripple using a power feedforward component.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 단순화된 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 벅 컨버터의 등가 동작 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전기의 스위칭 상태에 따른 인덕터 전압 및 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델 구축을 위한 통합 온보드 충전기의 회로 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 위한 통합 온보츠 충전기의 풀 브리지 컨버터에 대한 제어 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 제어 모듈에 대한 제어 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전기의 스위칭 상태에 따른 동작원리의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 PI 제어 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 방법을 이용한 통합 온보드 충전기의 출력 전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예를 이용한 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 전압의 피드포워드 성분에 따른 통합 온보드 충전기의 출력 전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 TMS320F28335, 팬, 릴레이 및 스위치를 사용하는 디지털 신호 프로세서(DSP)가 있는 제어 보드로 구성된 실험 설정을 나타낸 도면이다.
도 14는 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 15는 PI 제어와 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 통합 온보드 충전기의 출력 전압 제어를 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
도 16은 출력전력의 피드포워드 성분이 없는 경우와 출력전력의 피드포워드 성분이 있는 경우 부하 임피던스가 급변했을 때 통합 온보드 충전기의 출력 전압 제어 실험 결과를 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of an integrated onboard charging system using a predictive model according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a simplified circuit diagram of an integrated onboard charger for performing battery charging according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent operating circuit diagram of a buck converter that performs battery charging according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing inductor voltage and current waveforms according to the switching state of an integrated onboard charger according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of an integrated onboard charger for building a prediction model according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control block diagram of a full bridge converter of an integrated onboard charger for battery charging according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a control block diagram for a predictive control module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the simulation results of the operating principle according to the switching state of an integrated onboard charger according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing simulation results of an integrated onboard charger that performs battery charging according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger using a PI control method and an integrated onboard charging control method using a predictive model according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger using one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger according to a feedforward component of the output voltage according to one embodiment of the present invention.
Figure 13 is a schematic diagram of the experimental setup consisting of a control board with a digital signal processor (DSP) using a TMS320F28335, a fan, relays, and switches.
Figure 14 is a diagram showing the experimental results of an integrated onboard charger that performs battery charging.
FIG. 15 is a diagram showing the results of an experiment on output voltage control of an integrated onboard charger using PI control and a method according to an embodiment of the present invention.
Figure 16 is a diagram showing the results of an experiment to control the output voltage of an integrated onboard charger when the load impedance changes abruptly in the case where there is no feedforward component of the output power and in the case where there is a feedforward component of the output power.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템 및 제어 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an integrated onboard charging system and control method utilizing a predictive model according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In this process, the thickness of lines and the sizes of components depicted in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. Furthermore, the terms described below are defined based on their functions in the present invention and may vary depending on the intent or custom of the user or operator. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템의 구성도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of an integrated onboard charging system using a predictive model according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템은 계통 전원(20), 시동 발전기(10), 배터리(30), 복수의 릴레이(R1 내지 R7) 및 전력변환부(40), 및 프로세서(100)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an integrated onboard charging system using a prediction model according to one embodiment of the present invention includes a system power supply (20), a starter generator (10), a battery (30), a plurality of relays (R1 to R7) and a power conversion unit (40), and a processor (100).

계통 전원(20)은 일반 가정용 전원으로 전압(vgrid)과 전류(igrid)를 인가한다.The grid power (20) is a general household power source that supplies voltage (v grid ) and current (i grid ).

전력변환부(40)는 복수의 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp, SBn, SCp, SCn) 및 복수의 커패시터(CDC, Cbat)를 포함한다. The power conversion unit (40) includes a plurality of switching elements (S Ap , S An , S Bp , S Bn , S Cp , S Cn ) and a plurality of capacitors (C DC , C bat ).

전력변환부(40)는 모드에 따라, 복수의 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp, SBn, SCp, SCn)와 복수의 커패시터(CDC, Cbat)에 시동 발전기(10)를 연결하여 풀 브리지 컨버터, DC-DC 컨버터 및 인버터 중 적어도 하나를 구비한다. The power conversion unit (40) connects a starter generator (10) to a plurality of switching elements (S Ap , S An , S Bp , S Bn , S Cp , S Cn ) and a plurality of capacitors (C DC , C bat ) depending on the mode, and is equipped with at least one of a full bridge converter, a DC-DC converter, and an inverter.

전력변환부(40)는 복수 개의 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp, SBn)를 포함하여 단상 풀 브리지 컨버터를 구비한다. The power conversion unit (40) includes a single-phase full bridge converter including a plurality of switching elements (S Ap , S An , S Bp , S Bn ).

또한, 전력변환부(40)는 시동 발전기(10)의 내부에 구비되는 권선(11 내지 13)과 스위칭 소자(SCp, SCn)를 포함하여 DC-DC 컨버터를 구비한다. In addition, the power conversion unit (40) includes a DC-DC converter including windings (11 to 13) and switching elements (S Cp, S Cn ) provided inside the starter generator (10).

배터리(30) 충전 시 시동 발전기(10)가 동작하는 것은 아니나, 전력변환부(40)에서, 시동 발전기 내부에 구비되는 권선(11 내지 13)은 배터리 충전을 위한 DC-DC 컨버터의 필터 인덕터로써 사용될 수 있다. Although the starter generator (10) does not operate when charging the battery (30), the windings (11 to 13) provided inside the starter generator in the power conversion unit (40) can be used as a filter inductor of a DC-DC converter for charging the battery.

또한, 전력변환부(40)에서, 복수 개의 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp, SBn, SCp, SCn)를 토대로 3상 인버터를 구현될 수 있다. 스위칭 소자(SAp)와 스위칭 소자(SAn), 스위칭 소자(SBp), 스위칭 소자(SBn), 및 스위칭 소자(SCp)와 스위칭 소자 (SCn)를 통해 3개의 레그가 형성된다. In addition, in the power conversion unit (40), a three-phase inverter can be implemented based on a plurality of switching elements (S Ap , S An , S Bp , S Bn , S Cp , S Cn ). Three legs are formed through the switching element (S Ap ) and the switching element (S An ), the switching element (S Bp ), the switching element (S Bn ), and the switching element (S Cp ) and the switching element (S Cn ).

전력변환부(40)는 복수의 릴레이의 온오프 동작에 따라 회로 연결을 변경하여, 배터리 충전모드 또는 시동 발전기 구동모드 중 어느 하나 모드로 회로를 구성한다. The power conversion unit (40) changes the circuit connection according to the on/off operation of multiple relays, thereby configuring the circuit in either the battery charging mode or the starter generator driving mode.

프로세서(100)는 예측 모델을 수립한다. 예측 모델에 대해서는 후술한다. 프로세서(100)는 수립된 예측 모델을 통해 출력전력의 변화량을 산출하고 산출된 출력전력의 변화량을 토대로 상기 벅 컨버터를 구성하는 듀티비를 산출하여 상기 듀티비에 따라 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자(SCp , SCn)를 제어한다. 이를 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다. The processor (100) establishes a prediction model. The prediction model will be described later. The processor (100) calculates the change in output power through the established prediction model, calculates the duty ratio constituting the buck converter based on the calculated change in output power, and controls the switching elements (S Cp , S Cn ) constituting the buck converter according to the duty ratio. This will be described with reference to FIGS. 2 to 7.

프로세서(100)는 배터리 충전이 필요한 경우 또는 외부 전원이 충전단자에 연결되는 경우 복수의 릴레이를 제어하여 배터리 충전모드를 설정하여 배터리를 충전한다. The processor (100) controls multiple relays to set the battery charging mode and charge the battery when battery charging is required or when an external power source is connected to the charging terminal.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 단순화된 회로 구성도이다.FIG. 2 is a simplified circuit diagram of an integrated onboard charger for performing battery charging according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 프로세서(100)는 제1 릴레이(R1) 내지 제 3 릴레이(R3)를 오프(OFF)하고, 제4 릴레이(R4) 내지 제7 릴레이(R7)를 온(ON)하여 배터리 충전모드로 동작한다. Referring to FIG. 2, the processor (100) turns off the first relay (R 1 ) to the third relay (R 3 ) and turns on the fourth relay (R 4 ) to the seventh relay (R 7 ) to operate in battery charging mode.

프로세서(100)는 배터리 충전모드에서, 단상 계통 전원(20)을 입력받아 배터리(30)를 충전하기 위한 충전전원을 생성한다. In battery charging mode, the processor (100) receives single-phase system power (20) and generates charging power for charging the battery (30).

또한, 프로세서(100)는 엔진 시동 시 시동 발전기 구동모드를 설정한다. 시동키가 입력되거나 차량의 속도에 따라 엔지 구동을 시작하는 때에 시동 발전기 구동모드를 설정할 수 있다. Additionally, the processor (100) sets the starter-generator driving mode when the engine starts. The starter-generator driving mode can be set when the ignition key is input or when the engine starts to operate according to the vehicle speed.

프로세서(100)는 제1 릴레이(R1) 내지 제 3 릴레이(R3)를 온(ON)하고, 제4 릴레이(R4) 내지 제7 릴레이(R7)를 오프(OFF)하여 시동 발전기 구동모드를 설정한다. The processor (100) sets the starter generator driving mode by turning on the first relay (R 1 ) to the third relay (R 3 ) and turning off the fourth relay (R 4 ) to the seventh relay (R 7 ).

제1 릴레이(R1) 내지 제 3 릴레이(R3)는 제 1 릴레이 그룹을 형성하고, 제4 릴레이(R4) 내지 제7 릴레이(R7)는 제 2 릴레이 그룹으로 설정할 수 있다. 제 2 릴레이 그룹은 계통 전원(20)을 복수의 스위칭 소자와 연결하거나 연결 해제한다. The first relay (R 1 ) to the third relay (R 3 ) can form a first relay group, and the fourth relay (R 4 ) to the seventh relay (R 7 ) can be set as a second relay group. The second relay group connects or disconnects the system power (20) to a plurality of switching elements.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 벅 컨버터의 등가 동작 회로도이다.FIG. 3 is an equivalent operating circuit diagram of a buck converter that performs battery charging according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전 시스템의 전력변환부(400)는 풀 브리지 컨버터와 벅 컨버터를 포함한다. Referring to FIG. 3, the power conversion unit (400) of the integrated onboard charging system according to one embodiment of the present invention includes a full bridge converter and a buck converter.

풀 브리지 컨버터는 단상 계통 전원에서 지속적으로 DC 링크 전압(vDC)을 조절한다.A full bridge converter continuously regulates the DC link voltage (v DC ) from a single-phase grid supply.

벅 컨버터는 DC 링크에서 배터리측 전압(vbat) 및 배터리측 전류(ibat)를 조절한다. 또한, 시동 발전기(10)의 권선을 벅 컨버터의 인덕터로 사용하기 때문에 인덕터의 등가 인덕턴스(LSG)는 시동 발전기(10)에 비해 1.5배가 된다.The buck converter regulates the battery-side voltage (v bat ) and battery-side current (i bat ) in the DC link. In addition, since the winding of the starter generator (10) is used as the inductor of the buck converter, the equivalent inductance (L SG ) of the inductor is 1.5 times that of the starter generator (10).

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전기의 모델 예측 제어 과정을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a model prediction control process of an integrated onboard charger according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

풀브리지 컨버터에서 레그-A(leg-A)와 레그-B(leg-B)는 독립적으로 동작한다.In a full-bridge converter, leg-A and leg-B operate independently.

레그-A는 스위칭 소자(SAp)와 스위칭 소자(SAn)로 형성된다. 레그-A(leg-A)의 스위칭 소자(SAp)와 스위칭 소자(SAn)는 상보적인 스위칭 상태를 갖는다. 즉, 스위칭 소자(SAp)가 온되면 스위칭 소자(SAn)는 오프되고, 스위칭 소자(SAp)가 오프되면 스위칭 소자(SAn)는 온된다. Leg-A is formed by a switching element (S Ap ) and a switching element (S An ). The switching element (S Ap ) and the switching element (S An ) of leg-A have complementary switching states. That is, when the switching element (S Ap ) is turned on, the switching element (S An ) is turned off, and when the switching element (S Ap ) is turned off, the switching element (S An ) is turned on.

레그-B는 스위칭 소자(SBp)와 스위칭 소자(SBn)로 형성된다. 레그-B(leg-B)의 스위칭 소자(SBp)와 스위칭 소자(SBn)도 각각 상보적인 스위칭 상태를 갖는다. 즉, 스위칭 소자(SBp)가 온되면 스위칭 소자(SBn)는 오프되고, 스위칭 소자(SBp)가 오프되면 스위칭 소자(SBn)는 온된다. Leg-B is formed by a switching element (S Bp ) and a switching element (S Bn ). The switching element (S Bp ) and the switching element (S Bn ) of leg-B also have complementary switching states. That is, when the switching element (S Bp ) is turned on, the switching element (S Bn ) is turned off, and when the switching element (S Bp ) is turned off, the switching element (S Bn ) is turned on.

레그-A(leg-A)의 스위칭 소자(SAp)와 스위칭 소자(SAn) 및 레그-B(leg-B)의 스위치 소자(SBp)와 스위칭 소자(SBn)의 듀티비는 DC 링크 전압(vDC)와 계통측 전류(ig)의 제어에 의해 결정된다. The duty ratio of the switching elements (S Ap ) and (S An ) of leg-A and the switching elements (S Bp ) and (S Bn ) of leg-B is determined by controlling the DC link voltage (v DC ) and the grid-side current (i g ).

결과적으로 풀 브리지 컨버터의 동작은 계통측 전압(vg)을 AC 값으로 만들고, DC 링크 전압(vDC)을 DC 값으로 만들어 단상 계통 전원의 역률 보정(PFC)이 가능하도록 한다.As a result, the operation of the full bridge converter converts the grid-side voltage (v g ) into an AC value and the DC link voltage (v DC ) into a DC value, enabling power factor correction (PFC) of the single-phase grid power supply.

또한, 벅 컨버터에서 레그-C는 스위칭 소자(SCp)와 스위칭 소자(SCn)로 형성된다. 레그-C(leg-C)의 스위칭 소자(SCp)와 스위칭 소자(SCn)는 상보적인 스위칭 상태를 갖는다. 즉, 스위칭 소자(SCp)가 온되면 스위칭 소자(SCn)는 오프되고, 스위칭 소자(SCp)가 오프되면 스위칭 소자(SCn)는 온된다. In addition, in the buck converter, leg-C is formed by a switching element (S Cp ) and a switching element (S Cn ). The switching element (S Cp ) and the switching element (S Cn ) of leg-C have complementary switching states. That is, when the switching element (S Cp ) is turned on, the switching element (S Cn ) is turned off, and when the switching element (S Cp ) is turned off, the switching element (S Cn ) is turned on.

스위칭 소자(SCp)와 스위칭 소자(SCn)는 듀티비가 배터리측 전압(vbat) 및 배터리측 전류(ibat)의 제어에 의해 결정된다. 결과적으로 벅 컨버터의 작동은 DC 링크에서 배터리 충전을 수행한다.The duty cycle of the switching elements (S Cp ) and (S Cn ) is determined by controlling the battery-side voltage (v bat ) and battery-side current (i bat ). Consequently, the operation of the buck converter performs battery charging in the DC link.

도 3a에서, 레그-C(leg-C)의 스위칭 소자(SCp)는 온상태이고 스위칭 소자(SCn)는 오프상태이다. 따라서 인덕터 전압(vL)은 키르히호프의 전압법칙(KVL)에 의해 수학식 1과 같이 표현되고 인덕터 전류(iL)는 인덕터 전압(vL)이 양수이므로 증가한다.In Fig. 3a, the switching element (S Cp ) of leg-C is on and the switching element (S Cn ) is off. Therefore, the inductor voltage (v L ) is expressed as in Equation 1 by Kirchhoff's voltage law (KVL), and the inductor current (i L ) increases because the inductor voltage (v L ) is positive.

여기서, vout는 출력전압이다.Here, v out is the output voltage.

제1 모드에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(SCp)는 오프 상태이고, 스위칭 소자(SCp)는 온 상태이다. 인덕터 전압(vL)은 수학식 2로 표현되고, 인덕터 전류(iL)은 인덕터 전압(vL)이 음수이므로 감소한다.In the first mode, as illustrated in Fig. 3, the switching element (S Cp ) is in the off state and the switching element (S Cp ) is in the on state. The inductor voltage (v L ) is expressed by mathematical expression 2, and the inductor current (i L ) decreases because the inductor voltage (v L ) is negative.

전압-세컨드 밸런스(Voltage-second balance) 균형을 인덕터 전압(vL)에 적용하면 벅 컨버터의 전압 전달 비율은 수학식 3과 같이 계산된다.When voltage-second balance is applied to the inductor voltage (v L ), the voltage transfer ratio of the buck converter is calculated as in Equation 3.

여기서 D는 듀티비이고 Ts는 제어 주기이다.Here, D is the duty cycle and T s is the control period.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전기의 스위칭 상태에 따른 인덕터 전압 및 전류 파형을 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram showing inductor voltage and current waveforms according to the switching state of an integrated onboard charger according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp, SBn)으로 구성된 풀 브리지 컨버터의 각 레그는 DC 링크 전압(vDC)와 계통측 전류(ig) 제어에 의해 결정되는 듀티비로 독립적으로 동작한다.Referring to Fig. 4, each leg of the full bridge converter composed of switching elements (S Ap , S An , S Bp , S Bn ) operates independently with a duty ratio determined by controlling the DC link voltage (v DC ) and grid-side current (i g ).

또한, 벅 컨버터의 동작은 스위칭 소자(SCp, SCn)의 스위칭 상태에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 제1 모드와 제2 모드로 구분된다. In addition, the operation of the buck converter is divided into the first mode and the second mode as shown in Fig. 3 depending on the switching state of the switching elements (S Cp , S Cn ).

스위칭 소자(SCp)는 제1 모드의 제1설정시간 예컨대 T1 동안 온상태이고, 스위칭 소자(SCn)는 제2 모드의 제2 설정시간 예컨대 T2 동안 온상태이다. The switching element (S Cp ) is on for a first set time of the first mode, for example, T 1 , and the switching element (S Cn ) is on for a second set time of the second mode, for example, T 2 .

또한 T1 및 T2는 수학식 4에서와 같이 듀티비(D)에 의해 결정된다.Additionally, T 1 and T 2 are determined by the duty ratio (D) as in Equation 4.

제1 모드에서 인덕터 전류(iL)는 수학식 1에서와 같이 인덕터 전압(vL)이 양수이기 때문에 T1 동안 ΔiL,1만큼 증가한다.In the first mode, the inductor current (i L ) increases by Δi L,1 during T 1 because the inductor voltage (v L ) is positive, as in Equation 1.

대조적으로, 제2 모드에서는 인덕터 전류(iL)는 수학식 2에서와 같이 인덕터 전압(vL)이 음수이기 때문에 T2 동안 ΔiL,2만큼 감소한다. In contrast, in the second mode, the inductor current (i L ) decreases by Δi L,2 during T 2 because the inductor voltage (v L ) is negative, as in Equation 2.

먼저, 예측 모델 수립 과정에 대해서 설명한다. First, we explain the process of establishing a prediction model.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델 구축을 위한 통합 온보드 충전기의 회로 구성도이다.FIG. 5 is a circuit diagram of an integrated onboard charger for building a prediction model according to one embodiment of the present invention.

먼저, 키르히호프의 전류법칙을 노드 D에 적용하면 도 5에 도시된 바와 같이 인덕터 전류(iL)은 수학식 5와 같이 표현된다.First, when Kirchhoff's current law is applied to node D, the inductor current (i L ) is expressed as in mathematical equation 5, as shown in Fig. 5.

여기서 iout은 출력 전류이다. iC는 커패시터 전류이며, 수학식 6과 같이 표현된다.Here, i out is the output current. i C is the capacitor current, and is expressed as in mathematical equation 6.

여기서, Cout은 출력 커패시턴스이며, 수학식 6을 수학식 5에 대입하면 출력전압(vout)의 변동(Δvout)은 수학식 7과 같이 계산된다.Here, C out is the output capacitance, and by substituting Equation 6 into Equation 5, the variation (Δv out ) of the output voltage (v out ) is calculated as in Equation 7.

여기서, ZL은 저항 부하의 임피던스이고, Δvout은 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.Here, Z L is the impedance of the resistive load, and Δv out can be expressed as in mathematical equation 8.

여기서 vout(k)와 각각 현재 상태의 출력전압(vout)이고, vout(k-1)은 이전 상태의 출력전압(vout)이다. Here, v out(k) and v out(k-1) are the output voltages (v out ) of the current state, respectively, and v out(k-1) is the output voltage (v out ) of the previous state.

수학식 8에서 저항 부하의 임피던스(ZL)는 수학식 9와 같이 계산된다.In mathematical expression 8, the impedance (Z L ) of the resistive load is calculated as in mathematical expression 9.

또한, 저항 부하의 임피던스(ZL)는 출력 전류(iout) 또는 커패시터 전류(iC)를 수학식 10과 같이 계산하는 데 사용할 수 있다. Additionally, the impedance of the resistive load (Z L ) can be used to calculate the output current (i out ) or capacitor current (i C ) as in Equation 10.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 노드 A, B, C, D와 연결된 루프 E에 KVL을 적용하면 노드 A와 B 사이의 전압(vAB)은 수학식 11과 같이 표현된다.Next, when KVL is applied to the loop E connected to nodes A, B, C, and D as shown in Fig. 5, the voltage (v AB ) between nodes A and B is expressed as in mathematical equation 11.

인덕터 전류(vL)는 수학식 12와 같이 표현되므로 수학식 12를 수학식 11에 대입하면 인덕터 전류(iL)의 변동은 수학식 13과 같이 계산된다.Since the inductor current (v L ) is expressed as in Equation 12, when Equation 12 is substituted into Equation 11, the change in the inductor current (i L ) is calculated as in Equation 13.

수학식 13에서 노드 A와 B 사이의 전압(vAB)는 도 3과 같이 벅 컨버터의 스위칭 상태에 따라 수학식 14와 같이 나누어질 수 있다.In mathematical expression 13, the voltage (v AB ) between nodes A and B can be divided as in mathematical expression 14 according to the switching state of the buck converter as shown in FIG. 3.

따라서 수학식 14를 수학식 13에 대입하고 수학식 4를 사용하면 인덕터 전류(iL)의 변동(ΔiL)은 수학식 15와 같이 계산된다.Therefore, by substituting Equation 14 into Equation 13 and using Equation 4, the variation (Δi L ) of the inductor current (i L ) is calculated as in Equation 15.

여기서, ΔiL,1은 T1 동안 제1 모드에서 증가된 인덕터 전류(iL)의 양이고 ΔiL,2는 T2 동안 제2 모드에서 감소된 인덕터 전류(iL)의 양이다. Here, Δi L,1 is the amount of increased inductor current (i L ) in the first mode during T 1 and Δi L,2 is the amount of decreased inductor current (i L ) in the second mode during T 2 .

다음으로, 풀 브리지 컨버터 제어 방법에 대해서 설명한다. Next, the full bridge converter control method is explained.

도 6은 본 발명의 일 실시예예 따른 배터리 충전을 위한 통합 온보드 충전기의 풀 브리지 컨버터에 대한 제어 블록도이다.FIG. 6 is a control block diagram of a full bridge converter of an integrated onboard charger for battery charging according to one embodiment of the present invention.

프로세서(100)는 DC 링크 전압 컨트롤러, 단상 계통 전원 전류 컨트롤러 및 3차 고조파 저감부로서의 기능을 수행한다.The processor (100) functions as a DC link voltage controller, a single-phase grid power current controller, and a third harmonic reduction unit.

DC 링크 전압 컨트롤러는 지령 DC 링크 전압(v*DC)을 참조하여 DC 링크 전압(vDC)을 제어한다.The DC link voltage controller controls the DC link voltage (v DC ) by referring to the command DC link voltage (v * DC ).

단상 계통 전원 전류 컨트롤러는 d-q축 전류(i* d 및 i* q)를 각각 참조하여 d-q축 전류(id 및 iq)를 제어한다. The single-phase system power current controller controls the dq-axis current (i d and i q ) by referring to the dq-axis current (i * d and i * q ), respectively.

또한 i* d는 단상 계통 전원의 단위 역률 제어를 위해 0으로 설정된다. Additionally, i * d is set to 0 for unit power factor control of single-phase system power.

3차 고조파 저감에서 비이상적인 PR(Proportional-Resonant) 제어기는 주파수 대역폭이 좁기 때문에 계통측 전류(ig)의 기본 성분에 가까운 계통측 전류(ig)에 포함된 3차 고조파 성분을 줄이기에 적합하다. 결과적으로 통합 온보드 충전기의 풀 브리지 컨버터는 단상 계통 전원과 DC 링크 간에 AC-DC 전력 변환을 수행한다.In third-harmonic reduction, the non-ideal PR (Proportional-Resonant) controller is suitable for reducing the third-harmonic component contained in the grid-side current (i g ), which is close to the fundamental component of the grid-side current (i g ), due to its narrow frequency bandwidth. Consequently, the full-bridge converter of the integrated onboard charger performs AC-DC power conversion between the single-phase grid power and the DC link.

다음으로, 모델 예측 제어 방법에 대해서 설명한다.Next, we describe the model predictive control method.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 제어 모듈에 대한 제어 블록도이다.FIG. 7 is a control block diagram for a predictive control module according to one embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 프로세서(100)는 PI 제어(비례-적분 제어) 기반의 출력전압과 피드포워드 성분, 및 수립된 예측 모델을 이용하여 예측 모델 제어를 수행한다. Referring to FIG. 7, the processor (100) performs predictive model control using an output voltage and feedforward component based on PI control (proportional-integral control), and an established predictive model.

프로세서(100)는 PI 제어를 기반으로 통합 온보드 충전기의 현재출력전압(vout)을 지령출력전압(v* out)에 따라 제어한다. PI 제어에 따른 지령출력전력(P* out)은 수학식 16에서와 같이 지령 인덕터 전류(i* L)와 지령출력전압(v* out)의 곱으로 산출된다. The processor (100) controls the current output voltage (v out ) of the integrated onboard charger based on PI control according to the command output voltage (v * out ). The command output power (P * out ) according to PI control is calculated as the product of the command inductor current (i * L ) and the command output voltage (v * out ), as in Equation 16.

다음으로, 예측모델 구축을 이용하여 저항 부하의 임피던스(ZL), 커패시터 전류(iC), 출력전압(vout)의 변동(Δvout), T1 동안 제1 모드에서 증가된 인덕터 전류(iL)의 양(ΔiL,1), 및 T2 동안 제2 모드에서 감소된 인덕터 전류(iL)의 양(ΔiL,2)을 계산한다. Next, using the prediction model construction, the impedance of the resistive load (Z L ), the capacitor current (i C ), the variation of the output voltage (v out ) (Δv out ), the amount of increased inductor current (i L ) in the first mode during T 1 (Δi L,1 ), and the amount of decreased inductor current (i L ) in the second mode during T 2 (Δi L,2 ) are calculated.

마지막으로 제안하는 모델 예측 방법을 통해 통합 온보드 충전기의 듀티비인 D를 얻는다. Finally, the duty cycle D of the integrated onboard charger is obtained through the proposed model prediction method.

좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 프로세서(100)는 통합 OBC의 현재 출력전력은 수학식 17과 같이 표현된다.To explain more specifically, first, the current output power of the integrated OBC of the processor (100) is expressed as in mathematical expression 17.

수학식 17에서 수학식 8과 수학식 13에서 계산한 현재 출력전압(vout)의 변동(Δvout) 및 T1 동안 제1 모드에서 증가된 인덕터 전류(iL)의 양(ΔiL,1)을 이용하여 통합 온보드 충전기의 다음 상태의 출력전력(Pout(k+1))을 수학식 18과 같이 예측할 수 있다.In Equation 17, the output power (P out (k+1)) of the next state of the integrated on-board charger can be predicted using the variation (Δv out ) of the current output voltage (v out) calculated in Equations 8 and 13 and the amount (Δi L ,1 ) of the increased inductor current (i L ) in the first mode during T 1, as in Equation 18.

수학식 17과 수학식 18에서 통합 온보드 충전기의 현재 출력전력(Pout)의 변화량(ΔPout)은 수학식 19와 같이 계산된다.In mathematical expressions 17 and 18, the change in current output power (P out ) of the integrated onboard charger (ΔP out ) is calculated as in mathematical expression 19.

수학식 19에서 수학식 15와 같이 T1 동안 제1 모드에서 증가된 인덕터 전류(iL)의 양(ΔiL,1), 및 T2 동안 제2 모드에서 감소된 인덕터 전류(iL)의 양(ΔiL,2)을 사용하면 현재 출력전력(Pout)의 기울기(ΔPout,1,ΔPout,2)는 수학식 20과 같이 표현된다.In Equation 19, using the amount (Δi L,1 ) of the increased inductor current (i L ) in the first mode during T 1 as in Equation 15, and the amount (Δi L,2) of the decreased inductor current (i L ) in the second mode during T 2 , the slope (ΔP out,1 , ΔP out,2 ) of the current output power (P out ) is expressed as in Equation 20.

여기서 ΔPout,1은 T1 동안 모드 1에서 현재 출력전력(Pout)의 증가하는 기울기이고, ΔPout,2는 T2 동안 모드 2에서 현재 출력전력(Pout)의 감소하는 기울기이다. Here, ΔP out,1 is the increasing slope of the current output power (P out ) in mode 1 during T 1 , and ΔP out,2 is the decreasing slope of the current output power (P out ) in mode 2 during T 2 .

수학식 19와 수학식 20에서 다음 상태에서의 출력전력(Pout(k+1))은 수학식 21과 같이 표현된다.In mathematical expressions 19 and 20, the output power (P out(k+1) ) in the next state is expressed as in mathematical expression 21.

제안된 예측 모델 방법의 비용함수는 현재 출력전력(Pout)의 지령출력전력(P* out)과 다음 상태에서의 출력전력(Pout(k+1))의 오차(Perr)로서, 수학식 22와 같이 정의된다.The cost function of the proposed prediction model method is defined as the error (P err ) between the command output power (P * out ) of the current output power (P out ) and the output power in the next state (P out(k+1) ), as in mathematical expression 22.

출력전압(vout)이 지령출력전압(v* out)으로 적절하게 제어되면 비용 함수인 출력전력(Pout)의 오차(Perr)는 0으로 설정된다. 따라서 수학식 22와 같은 비용 함수는 수학식 23과 같이 표현된다.When the output voltage (v out ) is appropriately controlled to the command output voltage (v * out ), the error (P err ) of the output power (P out ), which is a cost function, is set to 0. Therefore, the cost function, such as Equation 22, is expressed as Equation 23.

수학식 23에서 결과적으로 통합 온보드 충전기의 다음 상태에 대한 듀티비(D)는 수학식 24와 같이 계산된다.As a result of Equation 23, the duty ratio (D) for the next state of the integrated onboard charger is calculated as in Equation 24.

마지막으로 수학식 24와 같이 계산된 듀티비 D에 따라 도 4와 같이 스위칭 소자(SCp)와 스위칭 소자(SCn)의 스위칭 상태가 결정된다.Finally, the switching states of the switching elements (S Cp ) and the switching elements (S Cn ) are determined as shown in Fig. 4 according to the duty ratio D calculated as in mathematical expression 24.

또한, 출력전압(vout)의 리플 성분은 부하 임피던스가 급격하게 변할 때 발생한다. 출력전압(vout)의 리플 성분은 통합 온보드 충전기의 동특성 및 신뢰성을 저하시키므로 보상되어야 한다. 따라서 부하 임피던스의 급격한 변화를 보상하기 위해 수학식 25와 같은 출력전력의 피드포워드 구성 성분(Pff)을 지령출력전력(P* out)에 추가한다.In addition, the ripple component of the output voltage (v out ) occurs when the load impedance changes abruptly. The ripple component of the output voltage (v out ) must be compensated for because it degrades the dynamic characteristics and reliability of the integrated onboard charger. Therefore, to compensate for the abrupt change in the load impedance, the feedforward component of the output power (P ff ) as shown in Equation 25 is added to the commanded output power (P * out ).

피드포워드 구성 성분은 출력전압에 인덕터 전류와 커패시터 전류의 차를 곱하여 산출된다. The feedforward component is calculated by multiplying the output voltage by the difference between the inductor current and the capacitor current.

다음으로 시뮬레이션 결과를 설명한다.Next, we explain the simulation results.

본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델 방법의 유효성은 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증될 수 있다. 시뮬레이션 파라미터들은 표 1과 같다.The validity of the predictive model method according to one embodiment of the present invention can be verified through PSIM simulation. The simulation parameters are as shown in Table 1.

ParametersParameters ValueValue single-phase grid source (vg)single-phase grid source (v g ) 220 Vrms/60 Hz220 V rms /60 Hz filter inductance (Lf)filter inductance (L f ) 4 mH4 mH DC-link capacitance (CDC)DC-link capacitance (C DC ) 2000㎌2000㎌ single-winding inductancesingle-winding inductance 0.605 mH0.605 mH equivalent inductance (LSG)equivalent inductance (L SG ) 0.9075 mH0.9075 mH output capacitance (Cout)output capacitance (C out ) 610 ㎌610 ㎌ output resistance (Rout)output resistance (R out ) 20 Ω20 Ω control period (Ts)control period (T s ) 100 ㎲100 ㎲

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 온보드 충전기의 스위칭 상태에 따른 동작원리의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing the simulation results of the operating principle according to the switching state of an integrated onboard charger according to one embodiment of the present invention.

도 8a와 8b는 DC 링크 전압(vDC) 및 계통측 전류(ig)의 제어에 의해 결정되는 풀 브리지 컨버터의 스위칭 소자(SAp, SAn, SBp 및 SBn)의 스위칭 상태를 나타낸다. 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델 제어 방법으로 출력전압(vout) 제어에 의해 결정되는 벅 컨버터의 스위칭 소자(SCp, SCn)의 스위칭 상태를 나타낸다. 도 8d는 스위칭 소자(SCp, SCn)의 스위칭 상태에 따라 양 또는 음으로 결정되는 인덕터 전압(vL)을 나타낸다. 마지막으로 도 8e은 인덕터 전류(iL)가 인덕터 전압(vL)에 따라 증가하거나 감소하는 것을 나타낸다. Figures 8a and 8b show the switching states of the switching elements (S Ap , S An , S Bp , and S Bn ) of the full bridge converter determined by the control of the DC link voltage (v DC ) and the grid -side current (i g ). Figure 8c shows the switching states of the switching elements (S Cp , S Cn ) of the buck converter determined by the control of the output voltage (v out ) by the predictive model control method according to an embodiment of the present invention. Figure 8d shows the inductor voltage (v L ) determined to be positive or negative depending on the switching states of the switching elements (S Cp , S Cn ). Finally, Figure 8e shows that the inductor current (i L ) increases or decreases depending on the inductor voltage (v L ).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 9 is a diagram showing simulation results of an integrated onboard charger that performs battery charging according to one embodiment of the present invention.

도 9a와 도 9b는 계통측 전압(vg) 및 계통측 전류(ig)를 나타낸다. 또한 계통측 전압(vg)은 220Vrms/60Hz로 설정될 수 있다. 도 9c와 도 9d는 DC 링크 전압(vDC)과 출력전압(vout)을 나타낸다. DC 링크 전압(vDC)는 풀 브리지 컨버터를 사용하여 400V로 설정된 지령 DC 링크 전압(v* DC)으로 제어된다. 또한 DC 링크 전압(vDC)은 벅 컨버터를 사용하여 140V로 설정된 지령출력전압(v* out)으로 제어된다. 도 9c에서 2차 고조파 성분인 DC 링크 전압(vDC)의 변동은 단상 계통 전원이 있는 풀 브리지 컨버터에서 생성된다. PR 컨트롤러와 피드포워드 보상으로 감소 기술을 사용하여 감소시킬 수 있다.Figures 9a and 9b show the grid-side voltage (v g ) and grid-side current (i g ). In addition, the grid-side voltage (v g ) can be set to 220 V rms /60 Hz. Figures 9c and 9d show the DC-link voltage (v DC ) and the output voltage (v out ). The DC-link voltage (v DC ) is controlled to the reference DC-link voltage (v * DC ) set to 400 V using a full-bridge converter. In addition, the DC-link voltage (v DC ) is controlled to the reference output voltage (v * out ) set to 140 V using a buck converter. In Figure 9c, the fluctuation of the DC-link voltage (v DC ), which is the second harmonic component, is generated in the full-bridge converter with a single-phase grid power supply. It can be reduced by using a reduction technique with a PR controller and feedforward compensation.

도 10은 PI 제어 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 제어 방법을 이용한 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger using a PI control method and an integrated onboard charging control method using a prediction model according to one embodiment of the present invention.

그림 10은 (a) PI 제어와 (b) 본 실시예에 따른 예측 모델 제어 방법을 사용하여 통합 온보드 제어기의 출력전압 제어를 시뮬레이션한 결과이다. Figure 10 shows the results of simulating the output voltage control of the integrated onboard controller using (a) PI control and (b) the predictive model control method according to the present embodiment.

도 10a에서 통합 온보드 제어기의 출력전압(vout)은 PI 제어를 사용하여 지령출력전압(v* out)으로 제어되며 160V에 도달하기 위한 정착 시간은 과도 상태에서 약 80ms이다.In Fig. 10a, the output voltage (v out ) of the integrated onboard controller is controlled to the command output voltage (v * out ) using PI control, and the settling time to reach 160 V is about 80 ms in the transient state.

통합 온보드 제어기의 동적 특성 개선을 위해 PI 제어기의 게인을 높이면 통합 OBC의 제어가 불안정해진다. 따라서 PI 제어기 기반의 출력전압 조절기의 대역폭은 스위칭 주파수의 1/40배로 설정하고, 출력전류 제어기의 대역폭은 출력전압 제어기의 대역폭의 1/5배로 설정하였다. Increasing the gain of the PI controller to improve the dynamic characteristics of the integrated onboard controller leads to unstable control of the integrated OBC. Therefore, the bandwidth of the PI controller-based output voltage regulator is set to 1/40 times the switching frequency, and the bandwidth of the output current controller is set to 1/5 times the bandwidth of the output voltage controller.

도 10b에서 PI 제어를 기반으로 한 출력전압 제어 장치의 이득은 도 10a와 동일하며, 모델 예측 제어 방법을 사용하여 통합 온보드 충전기의 출력전압(vout)을 지령출력전압(v* out)으로 제어한다. 이 경우, 160V에 도달하기 위한 정착 시간은 과도 상태에서 약 45ms이다. 도 10a와 비교하여 통합 온보드 제어기의 동적 특성 개선은 제안된 예측 모델 제어 방법을 사용하여 달성될 수 있다.In Fig. 10b, the gain of the output voltage control device based on PI control is the same as in Fig. 10a, and the output voltage (v out ) of the integrated onboard charger is controlled to the command output voltage (v * out ) using the model predictive control method. In this case, the settling time to reach 160 V is approximately 45 ms in the transient state. Compared to Fig. 10a, the improvement in the dynamic characteristics of the integrated onboard controller can be achieved using the proposed predictive model control method.

도 11은 본 발명의 일 실시예를 이용한 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 11 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger using one embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 통합 온보드 충전기의 출력전압(vout)은 0.8초에 80V에서 160V로, 1.0초에 160V에서 100V로 증가한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 모델 제어 방법을 이용하여 통합 온보드 제어기의 출력전압(vout)을 지령출력전압(v* out)으로 제어하고 제안한 MPC 방법의 강인성을 시뮬레이션 결과로 검증한다.Referring to Fig. 11, the output voltage (v out ) of the integrated onboard charger increases from 80 V to 160 V in 0.8 seconds and from 160 V to 100 V in 1.0 seconds. Using the predictive model control method according to one embodiment of the present invention, the output voltage (v out ) of the integrated onboard controller is controlled to the command output voltage (v * out ), and the robustness of the proposed MPC method is verified through simulation results.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력전압의 피드포워드 성분에 따른 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 12 is a diagram showing the results of a simulation of output voltage control of an integrated onboard charger according to a feedforward component of the output voltage according to one embodiment of the present invention.

도 12는 (a) 출력전력의 피드포워드 성분이 없는 경우와 (b) 출력전력의 피드포워드 성분이 있는 경우 부하 임피던스가 급변할 때 통합 OBC의 출력전압 제어 시뮬레이션 결과를 보여준다. Figure 12 shows the simulation results of output voltage control of the integrated OBC when the load impedance changes abruptly (a) in the case where there is no feedforward component of the output power and (b) in the case where there is a feedforward component of the output power.

통합 온보드 충전기의 출력전압(vout)은 본 발명의 실시예에 따른 모델 예측 제어 방법을 사용하여 지령출력전압(v* out)으로 제어하고 부하 임피던스는 1.2초에서 40W에서 20W로 급격하게 변경된다. 도 12a에서 부하 임피던스가 갑자기 변경되면 출력전압(vout)이 크게 변동한다.The output voltage (v out ) of the integrated onboard charger is controlled to the command output voltage (v * out ) using the model predictive control method according to an embodiment of the present invention, and the load impedance is abruptly changed from 40 W to 20 W in 1.2 seconds. In Fig. 12a, when the load impedance is suddenly changed, the output voltage (v out ) fluctuates significantly.

그러나 도 12b에서는 제안하는 예측 제어 방법에 출력전력의 피드포워드 성분을 적용하기 때문에 부하 임피던스가 급격하게 변하더라도 출력전압(vout)은 변동하지 않는다. However, in Fig. 12b, since the feedforward component of the output power is applied to the proposed predictive control method, the output voltage (v out ) does not fluctuate even if the load impedance changes rapidly.

다음은 실험 결과를 설명한다.The following describes the experimental results.

도 13은 TMS320F28335, 팬, 릴레이 및 스위치를 사용하는 디지털 신호 프로세서(DSP)가 있는 제어 보드로 구성된 실험 설정을 나타낸 도면이다.Figure 13 is a schematic diagram of the experimental setup consisting of a control board with a digital signal processor (DSP) using a TMS320F28335, a fan, relays, and switches.

통합 온보드 충전기를 위한 제안된 MPC 방법의 유효성을 검증하기 위해 실험을 수행하였다.Experiments were conducted to verify the validity of the proposed MPC method for integrated onboard chargers.

계통측 전압(vg)은 220Vrms/60Hz로 설정되고 DC 링크 전압(vDC)는 풀 브리지 컨버터를 사용하여 400V로 제어된다. 또한, 단상 계통 전원의 단위 역률 제어가 수행되며, 계통측 전류(ig)에 포함된 3차 고조파 성분은 도 14의 FFT 스펙트럼과 같이 non-PR 컨트롤러에 의해 감소된다. 소스 및 고조파 성분은 컨버터 제어에 영향을 받는다. The grid-side voltage (v g ) is set to 220 V rms /60 Hz, and the DC link voltage (v DC ) is controlled to 400 V using a full bridge converter. In addition, unit power factor control of the single-phase grid power is performed, and the third-order harmonic component included in the grid-side current (i g ) is reduced by a non-PR controller, as shown in the FFT spectrum of Fig. 14. The source and harmonic components are affected by converter control.

도 14는 배터리 충전을 수행하는 통합 온보드 충전기의 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 15는 PI 제어와 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어를 실험한 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 14 is a diagram showing the experimental results of an integrated on-board charger performing battery charging, and FIG. 15 is a diagram showing the experimental results of output voltage control of an integrated on-board charger using PI control and a method according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 지령출력전압(v* out)은 80V에서 160V로 변경되고, 160V에서 80V로 변경된다.Referring to Fig. 14, the command output voltage (v * out ) is changed from 80 V to 160 V and from 160 V to 80 V.

도 15a를 참조하면, 출력전압(vout)은 PI 제어를 사용하여 지령출력전압(v* out)으로 제어되며 과도 상태에서 160V에 도달하는 시간은 약 112ms이다.Referring to Fig. 15a, the output voltage (v out ) is controlled to the command output voltage (v * out ) using PI control, and the time to reach 160 V in a transient state is approximately 112 ms.

도 15b에서 출력전압(vout)은 본 발명의 일 실시예에 모델 예측 제어 방법을 사용하여 지령출력전압(v* out)으로 제어되며, 160V에 도달하기 위한 시간은 과도 상태에서 약 50ms이다.In Fig. 15b, the output voltage (v out ) is controlled to the command output voltage (v * out ) using the model prediction control method in one embodiment of the present invention, and the time to reach 160 V is about 50 ms in the transient state.

즉, 도 15a와 비교하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 예측 제어 방법을 사용하여 통합 온보드 충전기의 동적 특성 개선을 달성하였다. 또한 제안된 MPC 방법을 이용한 시뮬레이션 및 실험 결과에서 도 10과 14에 나타난 바와 같이 과도 상태에서 출력전압을 제어하기 위한 정착 시간이 PI 제어기를 사용하는 경우에 비해 50% 감소하였다. 즉, 실험 결과에서 제안한 MPC 방법의 동특성 개선 성능은 시뮬레이션 결과와 유사함을 알 수 있다. That is, compared to Fig. 15a, the dynamic characteristics of the integrated onboard charger were improved using the model predictive control method according to one embodiment of the present invention. Furthermore, as shown in Figs. 10 and 14 in the simulation and experimental results using the proposed MPC method, the settling time for controlling the output voltage in a transient state was reduced by 50% compared to the case using a PI controller. In other words, the experimental results show that the dynamic characteristics improvement performance of the proposed MPC method is similar to the simulation results.

도 16은 출력전력의 피드포워드 성분이 없는 경우와 출력전력의 피드포워드 성분이 있는 경우 부하 임피던스가 급변했을 때 통합 온보드 충전기의 출력전압 제어 실험 결과를 나타낸 도면이다.Figure 16 is a diagram showing the results of an experiment to control the output voltage of an integrated onboard charger when the load impedance changes abruptly in cases where there is no feedforward component of the output power and when there is a feedforward component of the output power.

도 16을 참조하면, 계통측 전압(vg)은 220Vrms/60Hz로 설정되고 DC 링크 전압(vDC)는 풀 브리지 컨버터를 사용하여 400V로 제어된다. 또한, 단상 계통 전원의 단위 역률 제어가 수행되며, 계통측 전류(ig)에 포함된 3차 고조파 성분은 도 14의 FFT 스펙트럼과 같이 non-PR 컨트롤러에 의해 감소된다. 소스 및 고조파 성분은 컨버터 제어에 영향을 받는다. Referring to Fig. 16, the grid-side voltage (v g ) is set to 220 V rms /60 Hz, and the DC link voltage (v DC ) is controlled to 400 V using a full bridge converter. In addition, unit power factor control of the single-phase grid power is performed, and the third-order harmonic component included in the grid-side current (i g ) is reduced by a non-PR controller, as shown in the FFT spectrum of Fig. 14. The source and harmonic components are affected by converter control.

출력전압(vout)은 부하 임피던스가 도 16a에서 갑자기 변할 때 크게 변동한다. 그러나 도 16b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 예측 제어 방법은 출력전력(Pout)의 피드포워드 성분을 적용하기 때문에 부하 임피던스가 급격하게 변하더라도 출력전압(vout)은 변동하지 않는다.The output voltage (v out ) fluctuates significantly when the load impedance changes suddenly in Fig. 16a. However, since the model predictive control method according to an embodiment of the present invention illustrated in Fig. 16b applies the feedforward component of the output power (P out ), the output voltage (v out ) does not fluctuate even if the load impedance changes suddenly.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.The implementations described herein may be implemented as, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Even if discussed only in the context of a single form of implementation (e.g., discussed only as a method), the implementation of the discussed features may also be implemented in other forms (e.g., as an apparatus or a program). An apparatus may be implemented using suitable hardware, software, firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as a processor, which generally refers to a processing device including, for example, a computer, a microprocessor, an integrated circuit, or a programmable logic device. A processor also includes a communication device such as a computer, a cell phone, a personal digital assistant ("PDA"), and other devices that facilitate the communication of information between end-users.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.While the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent embodiments are possible. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

10: 시동 발전기
20: 계통 전원
30: 배터리
40: 전력변환부
100: 프로세서
10: Starter generator
20: Grid power
30: Battery
40: Power conversion unit
100: Processor

Claims (17)

풀 브리지 형태로 배치되는 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 단상 계통전원에서 DC 링크 전압을 조절하는 풀 브리지 컨버터, 및 직렬 연결된 복수 개의 스위칭 소자를 구비하여 DC 링크에서 배터리측 전압 및 배터리측 전류를 조절하는 벅 컨버터를 포함하는 전력변환부; 및
기 수립된 예측 모델을 통해 출력전력의 변화량을 산출하고 상기 출력전력의 변화량을 토대로 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 다음 상태에서의 듀티비를 산출한 후, 상기 듀티비에 따라 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 포함하고,
상기 예측 모델은 상기 예측 모델을 수립하여 부하의 임피던스, 커패시터 전류, 출력전압의 변화량, 및 인덕터 전류의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
A power conversion unit including a full bridge converter having a plurality of switching elements arranged in a full bridge form to regulate a DC link voltage in a single-phase grid power source, and a buck converter having a plurality of series-connected switching elements to regulate a battery-side voltage and a battery-side current in the DC link; and
A processor is included that calculates the change in output power through an established prediction model, calculates the duty ratio in the next state of the switching element constituting the buck converter based on the change in output power, and then controls the switching element constituting the buck converter according to the duty ratio.
An integrated onboard charging system characterized in that the above prediction model establishes the above prediction model to calculate the load impedance, capacitor current, change in output voltage, and change in inductor current.
제1항에 있어서, 상기 예측 모델은
상기 벅 컨버터의 등가 모델에 키르히호프 전류 법칙과 키르히호프 전압 법칙을 적용하여 수립되는 것을 특징으로 하는 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템.
In the first paragraph, the prediction model
An integrated onboard charging system using a prediction model characterized in that it is established by applying Kirchhoff's current law and Kirchhoff's voltage law to an equivalent model of the above buck converter.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
비례-적분 제어를 기반으로 출력전압을 지령출력전압으로 제어하고, 상기 비례-적분 제어를 기반으로 지령 인덕터 전류를 산출한 후 상기 지령 인덕터 전류와 상기 지령출력전압으로 지령출력전력을 계산하고, 현재 출력전력과 다음 상태의 출력전력으로 상기 출력전력의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the first paragraph, the processor
An integrated onboard charging system characterized in that the output voltage is controlled to a command output voltage based on proportional-integral control, the command inductor current is calculated based on the proportional-integral control, the command output power is calculated using the command inductor current and the command output voltage, and the change in the output power is calculated using the current output power and the output power of the next state.
제4항에 있어서, 상기 출력전력의 변화량은
현재 출력전력과 다음 상태에서의 출력전력의 차를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the fourth paragraph, the change in the output power is
An integrated onboard charging system characterized in that the current output power is calculated based on the difference between the current output power and the output power in the next state.
제4항에 있어서, 상기 다음 상태에서의 출력전력은
현재 출력전력과 출력전력의 변화량의 합을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the fourth paragraph, the output power in the following state is
An integrated onboard charging system characterized in that the current output power is calculated by the sum of the change in output power and the current output power.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 듀티비를 제1 모드와 제2 모드로 구분하여 산출하고,
상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 상보적으로 스위칭시키며,
상기 제1 모드와 상기 제2 모드는 상기 예측 모델에 따라 산출되는 인덕터 전류의 변화량을 토대로 구분되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the fourth paragraph, the processor
The above duty ratio is calculated by dividing it into the first mode and the second mode,
The switching elements constituting the buck converter are complementarily switched in the first mode and the second mode,
An integrated onboard charging system, characterized in that the first mode and the second mode are distinguished based on the amount of change in the inductor current calculated according to the prediction model.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는
피드포워드 구성 성분을 상기 지령출력전력에 추가하여 상기 출력전압의 변화량을 감소시켜 배터리측 전압 리플을 보상하는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the fourth paragraph, the processor
An integrated onboard charging system characterized in that a feedforward component is added to the command output power to reduce the amount of change in the output voltage and thereby compensate for the battery-side voltage ripple.
제8항에 있어서, 상기 피드포워드 구성 성분은
상기 출력전압에 인덕터 전류와 커패시터 전류의 차를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템.
In the 8th paragraph, the feedforward component
An integrated onboard charging system characterized in that the output voltage is calculated by multiplying the difference between the inductor current and the capacitor current.
프로세서가 비례-적분 제어를 기반으로 출력전압을 지령출력전압으로 제어하는 단계;
상기 프로세서가 상기 비례-적분 제어를 기반으로 지령 인덕터 전류를 산출하고, 상기 지령 인덕터 전류와 상기 지령출력전압으로 지령출력전력을 계산하며, 기 수립된 예측 모델을 토대로 현재 출력전력과 다음 상태의 출력전력으로 상기 출력전력의 변화량을 산출한 후, 상기 출력전력의 변화량을 토대로 벅 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 다음 상태에서의 듀티비를 산출하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 듀티비에 따라 상기 벅 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 예측 모델은 상기 예측 모델을 수립하여 부하의 임피던스, 커패시터 전류, 출력전압의 변화량, 및 인덕터 전류의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
A step in which the processor controls the output voltage to a command output voltage based on proportional-integral control;
A step of calculating a command inductor current based on the proportional-integral control by the processor, calculating a command output power with the command inductor current and the command output voltage, calculating a change in the output power with the current output power and the output power of the next state based on a previously established prediction model, and then calculating a duty ratio of the switching element constituting the buck converter in the next state based on the change in the output power; and
The above processor comprises a step of controlling a switching element constituting the buck converter according to the duty ratio,
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that the prediction model establishes the prediction model to calculate the impedance of the load, the capacitor current, the amount of change in the output voltage, and the amount of change in the inductor current.
제10항에 있어서, 상기 예측 모델은
상기 벅 컨버터의 등가 모델에 키르히호프 전류 법칙과 키르히호프 전압 법칙을 적용하여 수립되는 것을 특징으로 하는 예측 모델을 이용한 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 10th paragraph, the prediction model
A control method for an integrated onboard charging system using a predictive model characterized in that it is established by applying Kirchhoff's current law and Kirchhoff's voltage law to an equivalent model of the above buck converter.
삭제delete 제10항에 있어서, 상기 듀티비를 산출하는 단계에서,
상기 출력전력의 변화량은 현재 출력전력과 다음 상태에서의 출력전력의 차를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 10th paragraph, in the step of calculating the duty ratio,
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that the change in the above output power is calculated through the difference between the current output power and the output power in the next state.
제10항에 있어서, 상기 듀티비를 산출하는 단계에서,
상기 다음 상태에서의 출력전력은 현재 출력전력과 출력전력의 변화량의 합을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 10th paragraph, in the step of calculating the duty ratio,
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that the output power in the above-described next state is calculated through the sum of the current output power and the change in output power.
제10항에 있어서, 상기 듀티비를 산출하는 단계에서,
상기 프로세서는 상기 듀티비를 제1 모드와 제2 모드로 구분하여 산출하고,
상기 제1 모드와 상기 제2 모드는 상기 예측 모델에 따라 산출되는 인덕터 전류의 변화량을 토대로 구분되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 10th paragraph, in the step of calculating the duty ratio,
The above processor calculates the duty ratio by dividing it into the first mode and the second mode,
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that the first mode and the second mode are distinguished based on the amount of change in inductor current calculated according to the prediction model.
제10항에 있어서, 상기 프로세서가
피드포워드 구성 성분을 상기 지령출력전력에 추가하여 상기 출력전압의 변화량을 감소시켜 배터리측 전압 리플을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 10th paragraph, the processor
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that it further includes a step of adding a feedforward component to the command output power to reduce the amount of change in the output voltage and thereby compensate for the battery-side voltage ripple.
제16항에 있어서, 상기 배터리측 전압 리플을 보상하는 단계에서,
상기 피드포워드 구성 성분은 상기 출력전압에 인덕터 전류와 커패시터 전류의 차를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 통합 온보드 충전 시스템의 제어 방법.
In the 16th paragraph, in the step of compensating for the battery side voltage ripple,
A control method for an integrated onboard charging system, characterized in that the above feedforward component is calculated by multiplying the output voltage by the difference between the inductor current and the capacitor current.
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