KR100471252B1 - 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법 - Google Patents

Abstract

하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법이 개시된다. 개시된 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법은, (a) 하이브리드 전기자동차의 배터리 관리 시스템으로부터 모터 컨트롤 유니트로 배터리의 SOC 제한점 발생을 통보하는 단계와; (b) 상기 모터 컨트롤 유니트에서 모터링을 중지하는 명령을 모터에 전달하고, SOC 25%까지 제너레이팅하도록 하는 단계와; (c) 상기 배터리를 스탭핑 충전으로 SOC 40%까지 충전시키는 단계와; (d) 상기 스탭핑 충전 해제 및 SOC 제한점까지 방전을 허용토록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 구동모터의 효과적인 운전으로 주행시 엔진에 대한 적절한 파워 어시스트로 인한 주행 효율을 증대시킬 수 있고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법{METHOD OF CONTROLLING CHARGE AND DISCHARGE OF BATTERY FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 수명을 연장시킬 수 있도록 하기 위한 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 자동차는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 자동차를 의미하며 이를 하이브리드 전기자동차 즉, HEV(hybrid electric vehicle)라 부르고 있다.

하이브리드 전기자동차에는 엔진은 배터리를 충전시키는데 사용되고 이 배터리의 전력을 이용하여 작동되는 모터에 의하여 차량이 구동되는 직렬방식(series type)이 있고, 엔진이 배터리만을 충전시키기도 하나 모터와 함께 차량을 직접 구동시키는 병렬방식(parallel type)이 있는데, 이중 병렬방식의 하이브리드 전기자동차를 도 1에 도시하였다.

즉, 병렬방식 하이브리드 전기자동차는 모터(1)와 엔진(2)이 차축에 구동력을 전달하는 변속장치(3)에 모두 동력을 전달할 수 있도록 연결되어 있으며, 상기 모터(1)는 제어장치(5)를 통해 배터리(4)에 연결되어 배터리(4)로부터 적절한 전력을 공급받아 작동되도록 되어 있으며, 상기 배터리(4)에는 교류전원(상용 또는 가정용 교류전원)으로부터 충전장치(7)를 거쳐 공급되는 전류가 충전될 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 하이브리드 전기자동차는 내연기관인 엔진과 전기를 동력원으로 하는 모터로 주행을 한다.

이때, 엔진 및 변속기(TM) 사이에 장착된 구동모터는 탑재된 150V DC배터리에 의해 전원을 공급받아 작동한다. 이 배터리는 별도의 충전기가 없으며, 상기한 구동모터가 작동하도록 전원을 공급하며, 구동모터 발전 모드로 작동시 충전하게 되어 있다.

그런데, 연속적인 가속 및 주행으로 인하여 상기한 배터리가 제한점(SOC 20%)까지 방전되었을 경우, 구동모터는 더 이상 모터링(motoring)을 하지 못하며, 주행 환경에 따라 간헐적으로 충전을 실시하게 된다.

이때 EV(Electric Vehicle) 시스템은 주행에는 별 도움을 주지 못하고, 구동모터는 발전모드(엔진의 입장으로는 부하)로 전환되어 배터리가 충전되도록 한다.

그리고 배터리가 SOC 20% 이상으로 조금이라도 충전이 되면, 다시 모터링으로 전환되어 배터리 입장에서는 다시 방전하며, SOC 20%가 되면 다시 충전 및 방전을 반복한다.

이것은 배터리가 낮은 SOC(State Of Charge) 상태에서 잔류하는 시간이 많아지고 그에 따른 배터리의 메모리 효과 및 엔진의 부하변동 증대가 발생하여 차량의 전반적인 효율저하와 배터리 수명 단축이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 배터리 제한점 도달시에 충전 및 방전량을 제어하여 배터리의 수명증대 및 엔진효율을 증대시키도록 한 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법은, (a) 하이브리드 전기자동차의 배터리 관리 시스템으로부터 모터 컨트롤 유니트로 배터리의 SOC 제한점 발생을 통보하는 단계와; (b) 상기 모터 컨트롤 유니트에서 모터링을 중지하는 명령을 모터에 전달하고, SOC 25%까지 제너레이팅하도록 하는 단계와; (c) 상기 배터리를 스탭핑 충전으로 SOC 40%까지 충전시키는 단계와; (d) 상기 스탭핑 충전 해제 및 SOC 제한점까지 방전을 허용토록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법이 적용되는 시스템도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.

여기에서는 일반적인 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법의 설명은 생략하고, 본 발명의 특징만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법은, 우선, 하이브리드 전기자동차에서 배터리(11)의 충전 상태를 체크하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)(10)으로부터 구동모터(21)를 제어하는 모터 컨트롤 유니트(Motor Control Unit)(20)로 배터리의 SOC 제한점(SOC 20%) 발생을 통보한다.(단계 110)

상기 단계 110 수행시 하이브리드 전기자동차의 엔진(22)을 제어하는 ECU(30)는 구동모터(21)의 제너레이팅(generating)을 인식한다.

그리고 상기 모터 컨트롤 유니트(MCU)(20)에서 모터링을 중지하는 명령을 구동모터(21)에 전달하고, SOC 25%까지 제너레이팅하도록 한다.(단계 120)

이어서, 상기 배터리(11)를 스탭핑(stepping) 충전으로 SOC 40%까지 충전시킨다.(단계 130)

상기 스탭핑 충전을 해제하고, SOC 제한점까지 방전을 허용토록 한다.(단계 140)

한편, 상기 단계 120에서의 제너레이팅은 아이들 업(idle-up)으로 유지토록 하고, 이 아이들 업은 SOC 40% 도달시 해제토록 한다.그 이유는, 배터리 방전으로 인한 잦은(짧은 시간의) 충전은 배터리 자체의 효율 및 수명에도 불리하다. 따라서 배터리가 충전을 요구할 때 일시적인 엔진의 발전으로 충전을 하기보다는 아이들 상태에서 충전을 유지하는 것이 전체 에너지 효율에 유리하다. 또한 높은 충전상태의 배터리로 충분히 차량 주행을 어시스트(assist)할 수 있으므로 주행효율은 높아진다.

다른 한편으로, 하이브리드 전기자동차의 주행으로 배터리가 연속적인 방전을 하고 있는 상태에서 종래에는 배터리가 충전을 하자마자 다시 방전시키는 방식이었기 때문에 배터리는 충전할 수 있는 여력이 없으며, 이런 패턴이 계속 된다면 로우(low) SOC 상태에서 메모리 효과가 발생하여 성능저하가 발생되었다. 또한 적은 양의 충전으로 모터를 구동시켜 모터 어시스트(assist)의 효율도 떨어졌다.

이에 반해 본원 발명은, 메모리 효과와 구동모터(21) 어시스트의 효율을 높이기 위하여 배터리가 방전 제한점에 도달시 충방전을 제어한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법이 적용된 그래프가 도 4에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 0~a구간은 방전 제한점 도달시(SOC 20%) 방전 없이 SOC 25%까지 충전 구간이고, a~1구간은 SOC 25%까지 충전시 SOC 23%까지 방전이 허용되는 구간이며, 1~b구간은 SOC 23%에서 SOC 30%까지 충전을 실시하고, 방전을 금지하는 구간을 나타내 보인 것이다.

그리고 b~2구간은 SOC 30%에서 SOC 26%까지 방전을 허용하는 구간이고, 2~c구간은 SOC 26%에서 SOC 35%까지 충전을 실시하고, 방전을 금지하는 구간이며, c~3구간은 SOC 35%에서 SOC 32%까지 방전을 허용하는 구간을 나타내 보인 것이다.

또한 3~d구간은 SOC 32%에서 SOC 40%까지 충전을 실시하고, 방전을 금지하는 구간이고, d~4구간은 SOC 40%에서 방전 Limit인 SOC 20%까지 방전을 허용하는 구간을 나타내 보인 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

구동모터의 효과적인 운전으로 주행시 엔진에 대한 적절한 파워 어시스트로 인한 주행 효율을 증대시킬 수 있고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

그리고 로우 SOC 상태에서 간헐적인 충전으로 인한 엔진의 부하 감소로 운전자에게 엔진 RPM 상승에 의한 진동을 억제할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 병렬방식의 하이브리드 전기자동차를 개략적으로 나타내 보인 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법이 적용되는 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 4는 본 발명이 적용된 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 배터리 관리 시스템

11. 배터리

20. 모터 컨트롤 유니트

21. 구동모터

22. 엔진

30. ECU

Claims (3)

1. (a) 하이브리드 전기자동차의 배터리 관리 시스템으로부터 모터 컨트롤 유니트로 배터리의 SOC 제한점 발생을 통보하는 단계와;

   (b) 상기 모터 컨트롤 유니트에서 모터링을 중지하는 명령을 모터에 전달하고, SOC 25%까지 제너레이팅하도록 하는 단계와;

   (c) 상기 배터리를 스탭핑 충전으로 SOC 40%까지 충전시키는 단계와;

   (d) 상기 스탭핑 충전 해제 및 SOC 제한점까지 방전을 허용토록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (b)에서의 제너레이팅은 아이들 업으로 유지토록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 아이들 업은 SOC 40% 도달시 해제토록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 충방전 제어방법.