KR100471256B1 - Method of controling battery for a series type hybrid electric vehicle under deriving - Google Patents
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Abstract
직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법이 개시된다. 개시된 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법은, (a) 직렬형 하이브리드 전기자동차에서 배터리의 기준 SOC를 선정하는 단계와; (b) 배터리 SOC가 상기 단계 (a)에서 선정한 기준 SOC 이하가 되면, 상기 배터리 SOC를 상기 기준 SOC까지 충전을 수행하고, 충전 파워를 서서히 줄이도록 하는 단계와; (c) 상기 단계 (b) 수행 후, 상기 배터리 SOC가 상기 기준 SOC 이상이 되면, 배터리 충전을 위한 발전이 수행되지 않도록 하는 단계와; (d) 충전 수행 후, 상기 배터리를 사용하여 상기 배터리 SOC가 상기 기준 SOC 이하가 되면 충전을 실시하고, 임의로 설정한 SOC 이하가 되면 최대 배터리 충전 파워를 요구토록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.Disclosed is a method of controlling a battery charge when driving a series hybrid electric vehicle. A method of controlling battery charging during driving of a series hybrid electric vehicle according to the present disclosure includes: (a) selecting a reference SOC of a battery in a series hybrid electric vehicle; (b) when the battery SOC becomes less than or equal to the reference SOC selected in step (a), charging the battery SOC to the reference SOC and gradually reducing the charging power; (c) after the step (b), if the battery SOC becomes greater than or equal to the reference SOC, preventing power generation for battery charging; (d) performing charging when the battery SOC becomes less than or equal to the reference SOC by using the battery, and requesting maximum battery charging power when the battery SOC becomes less than or equal to a predetermined SOC; It is done.
본 발명에 따르면, 하이브리드 전기자동차용 배터리의 기준 운영 SOC 선정 방법을 정형화할 수 있고, 기준 SOC 유지를 위한 독자 발전 제어로직을 확보할 수 있게 되는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to formalize a method for selecting a reference operating SOC of a hybrid electric vehicle battery, and to secure an independent power generation control logic for maintaining a reference SOC.
Description
본 발명은 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 효율 개선으로 차량의 연비성능을 향상시키기 위한 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging control method for driving a series hybrid electric vehicle, and more particularly, to a battery charging control method for driving a series hybrid electric vehicle for improving fuel efficiency of the vehicle by improving the efficiency of the battery.
도 1에 도시된 바와 같이, 직렬형 하이브리드 전기자동차의 파워(power) 흐름도가 도시되어 있다. As shown in FIG. 1, a power flow diagram of a series hybrid electric vehicle is shown.
도시된 바와 같이, 에너지 소스(source)인 디젤엔진(11)이 발전기(12)를 회전하여 배터리(13) 또는 발전기(12)로 전력을 공급하는 구조로 되어 있다. As shown, the diesel engine 11, which is an energy source, rotates the generator 12 to supply power to the battery 13 or the generator 12.
이때 발전량은 차량을 구동시키는 구동모터가 소모하는 파워와 배터리(13)의 충전 상태에 따라 발전량이 결정되어 진다. 이는 발전량을 결정하는 GCU(Generator Control Unit)가 BMS(Battery Management System)와 MCU(Motor Control Unit)에서 정보를 받아 결정하게 된다.At this time, the amount of power generated is determined by the power consumed by the drive motor driving the vehicle and the state of charge of the battery 13. This is determined by the generator control unit (GCU) that determines the amount of power generation by receiving information from the battery management system (BMS) and the motor control unit (MCU).
그리고 하이브리드 전기자동차의 배터리 SOC(State Of Charge) 운영 조건은 도 2와 같이 3가지로 이루어진다. And the battery SOC (state of charge) operating conditions of the hybrid electric vehicle is made of three as shown in FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 첫째로 연속 주행을 위한 시티 모드(City mode)에서의 최소 및 최대 SOC 변화폭을 10% 이내로 하고, 둘째로 하이웨이(Highway) 모드에서의 SOC 변화폭을 5% 이내로 배터리 SOC 운영을 해야 한다. As shown in FIG. 2, first, the minimum and maximum SOC variation within the city mode for continuous driving is within 10%, and the second SOC variation within the highway mode is within 5%. You have to operate.
또한 연속적인 다운 힐(Down hill) 모드에서 회생 제동을 이용한 배터리 충전은 75%까지 허용하고, 연속적인 클라이밍 힐(Climbing hill) 모드에서 배터리 방전은 40% 이상에서만 허용한다. In addition, battery charging using regenerative braking in continuous down hill mode allows up to 75%, and battery discharge in continuous climbing hill mode only allows more than 40%.
그런데, 하이브리드 전기자동차의 배터리 SOC를 운영하기 위한 레퍼런스(Reference) SOC 선정 기술 및 주행 중 충전 및 방전 밸런스(Balance)를 유지하기 위한 배터리 충전 제어 방법은 현재로서는 없다. However, there is currently no reference SOC selection technology for operating a battery SOC of a hybrid electric vehicle and a battery charging control method for maintaining a charge and discharge balance while driving.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 하이브리드 전기자동차용 배터리의 기준 운영 SOC 선정 방법을 정형화하고, 기준 SOC 유지를 위한 발전 제어로직을 확보하여 배터리의 효율이 향상되도록 한 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, and the method of selecting a standard operation SOC selection method of a hybrid electric vehicle battery, and secured the power generation control logic for maintaining the reference SOC series to improve the efficiency of the battery It is an object of the present invention to provide a method for controlling battery charging when driving a hybrid electric vehicle.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법은, (a) 직렬형 하이브리드 전기자동차에서 배터리의 기준 SOC를 선정하는 단계와; (b) 배터리 SOC가 상기 단계 (a)에서 선정한 기준 SOC 이하가 되면, 상기 배터리 SOC를 상기 기준 SOC까지 충전을 수행하고, 충전 파워를 서서히 줄이도록 하는 단계와; (c) 상기 단계 (b) 수행 후, 상기 배터리 SOC가 상기 기준 SOC 이상이 되면, 배터리 충전을 위한 발전이 수행되지 않도록 하는 단계와; (d) 충전 수행 후, 상기 배터리를 사용하여 상기 배터리 SOC가 상기 기준 SOC 이하가 되면 충전을 실시하고, 임의로 설정한 SOC 이하가 되면 최대 배터리 충전 파워를 요구토록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of controlling a battery charge while driving a series hybrid electric vehicle according to the present invention includes: (a) selecting a reference SOC of a battery in a series hybrid electric vehicle; (b) when the battery SOC becomes less than or equal to the reference SOC selected in step (a), charging the battery SOC to the reference SOC and gradually reducing the charging power; (c) after the step (b), if the battery SOC becomes greater than or equal to the reference SOC, preventing power generation for charging the battery; (d) performing charging when the battery SOC becomes less than or equal to the reference SOC by using the battery, and requesting maximum battery charging power when the battery SOC becomes less than or equal to a predetermined SOC; It is done.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.3 is a schematic flowchart showing sequentially a method for controlling battery charging when driving a series hybrid electric vehicle according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법은, 우선, 직렬형 하이브리드 전기자동차에서 배터리의 기준 SOC를 선정한다.(단계 110)Referring to the drawings, in the battery charging control method for driving a series hybrid electric vehicle according to the present invention, first, a reference SOC of a battery is selected in the series hybrid electric vehicle (step 110).
배터리 SOC가 상기 단계 110에서 선정한 기준 SOC 이하가 되면, 배터리 SOC를 기준 SOC까지 충전을 수행하고 충전 파워를 서서히 줄이도록 한다.(단계 120)When the battery SOC becomes less than or equal to the reference SOC selected in step 110, the battery SOC is charged to the reference SOC, and the charging power is gradually reduced (step 120).
그리고 상기 단계 120 수행 후, 배터리 SOC가 기준 SOC 이상이 되면, 배터리 충전을 위한 발전이 수행되지 않도록 한다.(단계 130)When the battery SOC becomes greater than or equal to the reference SOC after performing step 120, power generation for charging the battery is not performed.
이어서, 충전 수행 후, 배터리를 사용하여 배터리 SOC가 기준 SOC 이하가 되면 충전을 실시하고, 임의로 설정한 SOC 이하가 되면 최대 배터리 충전 파워를 요구토록 한다.(단계 140)Subsequently, after the charging is performed, the battery is charged when the battery SOC becomes lower than or equal to the reference SOC, and when the battery SOC becomes lower than the arbitrarily set SOC, the maximum battery charging power is required.
상기 단계 110에서 기준 SOC를 예컨대, 60%로 선정한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 SOC가 58% 이하로 되면 60%까지 23㎾ 충전을 수행한다.When the reference SOC is selected as, for example, 60% in step 110, as shown in FIG. 4, when the battery SOC becomes 58% or less, 23 mA charge is performed up to 60%.
그리고 상기 단계 130에서 기준 SOC 이상이라 함은 배터리 SOC가 62%에 도달한 것을 말한다.The reference SOC or more in step 130 indicates that the battery SOC reaches 62%.
또한 상기 단계 140에서 배터리 SOC가 60% 이하가 되면 11㎾, 배터리 SOC가 59% 이하가 되면 16㎾로 각각 충전을 수행한다.In addition, in step 140, when the battery SOC becomes less than 60%, the battery is charged to 11 mW and the battery SOC becomes less than 59% to 16 mW.
그리고 상기 단계 140에서 임의로 설정한 SOC가 58% 이하가 되면 최대 배터리 충전 파워를 요구토록 한다.When the SOC arbitrarily set in step 140 is 58% or less, the maximum battery charging power is required.
그러면 차량제어기는 도 5와 같이 모터 요구 파워와 합산하여 3단계 발전량을 결정하는 로직을 수행한다. Then, the vehicle controller performs logic to determine the three-stage generation amount by adding up with the required motor power as shown in FIG. 5.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법은, 배터리 충방전 내부저항, SOC, 파워 효율 등을 고려하여 하이브리드 전기자동차용의 배터리에 맞는 기준 SOC 선정 방법과, 이를 유지하기 위한 발전 제어방법이다.As described above, the battery charging control method for driving a series hybrid electric vehicle according to the present invention includes a method of selecting a reference SOC suitable for a battery for a hybrid electric vehicle in consideration of battery charge / discharge internal resistance, SOC, power efficiency, and the like. Power generation control method to maintain.
한편, SOC란 정격용량 대비 잔존용량의 백분율을 말하며 차량 제어기가 충방전을 결정하는데 주요 변수로 사용되고 있다. 카운티 HEV에 적용된 SOC 예측 로직은 도 6과 같이 3부분으로 구성된다. On the other hand, SOC refers to the percentage of the remaining capacity relative to the rated capacity and is used as a major variable in the vehicle controller to determine the charge and discharge. The SOC prediction logic applied to the county HEV consists of three parts as shown in FIG.
배터리 심방전을 방지하기 위한 OCV(Open Circuit Voltage; 무부하 전압)를 사용한 초기 SOC 수정하는 캘리브레이션(calibration)부(21)와, 충방전되는 전류를 단위 시간당 전류량을 백분율로 환산하여 합산하는 주 계산기(22)와, 운전습관, 도로상태, 기후 등의 운행 환경에 따라 발생되는 SOC 누적 오차를 보정하는 보상부(23)로 구성된다.Calibration unit 21 for initial SOC correction using open circuit voltage (OCV) to prevent battery deep discharge; 22) and a compensator 23 for correcting the SOC accumulation error generated according to the driving environment such as driving habits, road conditions, and climate.
그리고 본 발명은 HEV 주사용 SOC 영역 선정을 위해 다음과 같은 것을 검토하였다.In addition, the present invention examined the following for selecting the SOC region for HEV scanning.
첫째, SOC에 따른 배터리 충방전 효율로, 이 충방전 효율은 도 7과 같이 측정된다. 도시된 바와 같이, 배터리 온도(25℃)의 효율 특성은 SOC 70% 이상부터 급격히 저하됨을 알 수 있다. 따라서 HEV의 목적 중 하나인 연비개선을 위해서는 SOC 70% 이하에서 충방전이 수행되어야 한다. First, as the battery charge and discharge efficiency according to SOC, this charge and discharge efficiency is measured as shown in FIG. As shown, it can be seen that the efficiency characteristic of the battery temperature (25 ° C.) is sharply lowered from 70% or more of SOC. Therefore, in order to improve fuel efficiency, one of the purposes of HEV, charging and discharging should be performed at 70% or less of SOC.
두 번째로는 충전 내부 저항 특성으로, 도 8에 도시된 바와 같이, DOD(Depth Of Discharge; 방전상태)와 온도 조건을 변화시키며 측정한 DC-IR(Direct Current- Internal Resistance; 직류 성분의 내부저항)이다. 배터리 온도 25℃의 경우 DOD 40%이하부터 충전 내부저항이 급격히 상승했음을 알 수 있다. 이는 동일 SOC를 높이기 위해 SOC 60%시점보다 약 2배의 파워가 요구됨을 알 수 있다. 따라서 차량 주행시 DOD 30% 이하에서의 배터리 충전은 지양되어야 한다.Secondly, as the charging internal resistance characteristic, as shown in FIG. 8, DC-IR (Direct Current-Internal Resistance) measured by varying the depth of discharge (DOD) and temperature conditions is measured. )to be. In the case of the battery temperature of 25 ℃, it can be seen that the internal charging resistance increased sharply from 40% or less of the DOD. It can be seen that about twice the power of SOC 60% is required to increase the same SOC. Therefore, battery charging under 30% DOD should be avoided when driving a vehicle.
세 번째로는 방전 내부저항 특성이다. 도 9는 DOD와 온도조건을 변화시키며 측정한 방전 DC-IR이다. 배터리 온도(25℃) 특성의 경우 DOD 50% 이전은 일정한 값을 갖고, 이후는 방전 저항의 상승 기울기가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 차량 주행시 DOD 0% ~ 50%에서의 배터리 방전이 차량 가속에 필요한 동일 파워 소모시 SOC 강하(drop)를 최소화시킬 수 있다. Third is the discharge internal resistance characteristic. 9 is a discharge DC-IR measured with varying DOD and temperature conditions. In the case of the battery temperature (25 ° C.) characteristic, before the DOD 50% has a constant value, the rising slope of the discharge resistance gradually increases. Therefore, battery discharge at DOD 0% to 50% while driving the vehicle can minimize SOC drop at the same power consumption required for vehicle acceleration.
그리고 네 번째로 동작 SOC에 따른 배터리 수명으로, DST(Dynamic Stress Test) 사이클(cycle)을 SOC 55%까지 수행시 배터리 수명은 745 사이클로 예상된다. And fourthly, battery life according to the operating SOC. When the DST cycle is up to 55%, the battery life is expected to be 745 cycles.
또한 도 10에는, 배터리의 충방전의 전력량 효율, 저항 및 수명성능 등을 고려하여 트레이드 오프(trade off)한 하이브리드 전기자동차 모드의 권장 SOC 영역을 표시되었다. In addition, in FIG. 10, the recommended SOC area of the hybrid electric vehicle mode traded off in consideration of power efficiency, resistance, and lifespan performance of the battery is shown.
도 10에 도시된 바와 같이, 배터리 온도가 25℃인 경우 전력량 효율을 85% 이상을 유지하고, 충전저항 및 방전저항이 비교적 작은 영역을 SOC 정상상태(Normal Status)로 정의하였다. 그리고 충전 저항이 높고 전력량 효율이 급격히 저하되는 영역을 고(High) SOC, 최고(Very High) SOC 상태로 분리하였고, 방전저항이 높아지고 배터리 수명성능이 저하되는 저(Low) SOC 영역을 저, 최저(Very Low) 상태로 분리하여 차량제어기에 알려 주므로 하이브리드 전기자동차 운행시 배터리 사용의 방안을 상기와 같이 제시한 것이다. As shown in FIG. 10, when the battery temperature is 25 ° C., the power efficiency is maintained at 85% or more, and a region in which the charge resistance and the discharge resistance are relatively small is defined as the SOC normal state. The high SOC and Very High SOC states are divided into areas where the charge resistance is high and the power efficiency is rapidly reduced, and the low and low SOC areas where the discharge resistance is increased and battery life performance is reduced. (Very Low) is separated to tell the vehicle controller, so the way of using the battery when operating a hybrid electric vehicle is presented as described above.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the method of controlling the battery charge when driving the series hybrid electric vehicle according to the present invention has the following effects.
하이브리드 전기자동차용 배터리의 기준 운영 SOC 선정 방법을 정형화할 수 있고, 기준 SOC 유지를 위한 독자 발전 제어로직을 확보할 수 있게 되었다.The standard operating SOC selection method for hybrid electric vehicle batteries can be formalized, and independent control logic can be secured to maintain the standard SOC.
그리고 배터리의 효율 개선으로 차량 연비 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the fuel efficiency of the vehicle can be improved by improving the efficiency of the battery.
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.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
도 1은 직렬형 하이브리드 전기자동차의 개략적인 파워 흐름도.1 is a schematic power flow chart of a series hybrid electric vehicle.
도 2는 각 주행 모드에 따른 SOC 운영 조건을 나타내 보인 파형도.2 is a waveform diagram showing SOC operating conditions according to driving modes.
도 3은 본 발명에 따른 직렬형 하이브리드 전기자동차의 주행시 배터리 충전 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.Figure 3 is a schematic flow chart showing sequentially a method of controlling the battery charging when driving a series hybrid electric vehicle according to the present invention.
도 4는 배터리 온도 25℃에서 배터리 충전 요구 파워를 나타내 보인 그래프.4 is a graph showing the power required for battery charging at a battery temperature of 25 ° C.
도 5는 각 주행 모드에 따른 SOC 운영 조건을 나타내 보인 흐름도.5 is a flowchart illustrating SOC operating conditions according to driving modes.
도 6은 직렬형 하이브리드 전기자동차에 적용된 SOC 예측 로직을 나타내 보인 블록도.6 is a block diagram illustrating SOC prediction logic applied to a series hybrid electric vehicle.
도 7은 SOC에 따른 충방전 효율을 측정한 그래프.7 is a graph measuring charge and discharge efficiency according to SOC.
도 8 및 도 9는 DOD와 온도조건을 변화시키며 측정한 DC-IR 그래프.8 and 9 are DC-IR graphs measured with varying DOD and temperature conditions.
도 10은 하이브리드 전기자동차 모드의 권장 SOC 영역을 나타내 보인 도면.10 is a view showing a recommended SOC area of the hybrid electric vehicle mode.
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2002
- 2002-09-05 KR KR20020053493A patent/KR100471256B1/en not_active IP Right Cessation
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