KR100802738B1 - 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 관한 것으로서, 엔진 시동시 배터리 온도가 미리 설정된 온도 이하가 되는 냉시동 조건인 경우, 일시적으로 SOC 방전 제한을 해제하고, 이와 동시에 배터리 전압 제한치를 낮추어 줌으로써, 냉시동시의 제너레이터 구동에 필요한 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 이를 통해 혹한 조건에서 엔진 시동 성능을 향상시킬 수 있게 되는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 관한 것이다.

하이브리드 전기 차량, 냉시동, 배터리, 방전 제어

Description

하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법 {Method for controlling battery discharge in cold start of hybrid electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 냉시동시 배터리 방전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진 시동시 배터리 온도가 미리 설정된 온도 이하가 되는 냉시동 조건인 경우, 일시적으로 SOC 방전 제한을 해제하고, 이와 동시에 배터리 전압 제한치를 낮추어 줌으로써, 냉시동시의 제너레이터 구동에 필요한 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 이를 통해 혹한 조건에서 엔진 시동 성능을 향상시킬 수 있게 되는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력 원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량, 즉 HEV(hybrid electric vehicle)라 부르고 있다.

하이브리드 전기 차량에는 차량의 구동 방식에 따라 병렬형, 직렬형, 복합형 등이 있으며, 엔진과 전기모터의 파워 분담비에 따라 마일드(Mild), 미들(Middle), 하드(Hard) 타입으로 분류된다.

이 중에서 하드 타입의 하이브리드 전기 차량은 전기모터와 엔진의 조합으로 차량을 구동시키는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드와 전기모터로만 차량을 구동시키는 EV(Electric Vehicle) 모드의 주행이 모두 가능하다.

여기서, 전기모터는 차량에 탑재된 고전압 배터리의 전력을 제공받아 구동되는데, 상기 배터리는 엔진 시동시에 대용량 제너레이터(스타터와 발전기의 역할을 함)에 기동 전원을 공급하고, 또한 차량에서 필요한 12V 전원을 공급하기 위하여 DC/DC 컨버터에 전원을 공급하며, 또한 차량 주행시에는 제너레이터에 의해 충전이 이루어진다.

특히, 하드 타입 하이브리드 전기 차량에서 초기 시동시에는 항시 고전압 배터리를 에너지원으로 하여 제너레이터(12V 스타터 미적용)를 구동시켜 엔진 시동을 걸어주는데, 만약 이때 고전압 배터리가 과도하게 방전되었다면 엔진 시동은 불가하게 된다.

통상 하이브리드 전기 차량에서는 배터리가 과도하게 방전되는 것을 방지하 기 위하여 BMS(Battery Management System)가 배터리의 SOC(State Of Charge)를 관리하도록 되어 있다.

예를 들어, BMS는 배터리 수명을 위하여 충전시에는 상위 80%까지만 충전을, 그리고 방전시에는 하위 30%까지만 방전을 허용하도록 제어(SOC 방전 제한)한다.

그러나, 상기와 같은 하이브리드 전기 차량에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

냉시동 조건, 즉 차량을 혹한상태에 장시간 방치한 뒤 엔진 시동을 걸 때는 배터리 온도(차량을 -30℃에서 14시간 방치시에 -20℃)가 매우 낮은 상태이므로 배터리의 출력 에너지가 급격히 감소하여 정상적인 엔진 시동이 불가능하다.

보다 상세히 설명하면, 하드 타입의 하이브리드 전기 차량인 경우에 엔진 시동은 고전압 배터리의 전력을 사용하는 대용량 제너레이터로 시동을 걸게 되는데, 이때 배터리로부터 약 5kW의 방전 에너지를 요구하게 된다.

그러나, 차량의 냉시동 조건에서 배터리 온도가 매우 낮은 상태, 예를 들어 -20℃까지 떨어진 상태이면 아무리 SOC가 높다 하더라도 5kW의 에너지를 출력할 수 없고 시동을 수행할 수 없다.

이에 배터리 온도가 매우 낮은 냉시동시에 엔진 시동을 원활히 하기 위하여 배터리 방전 제어 로직을 개선할 필요가 있게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 엔진 시동시 배터리 온도가 미리 설정된 온도 이하가 되는 냉시동 조건인 경우, 일시적으로 SOC 방전 제한을 해제하고, 이와 동시에 배터리 전압 제한치를 낮추어 줌으로써, 냉시동시의 제너레이터 구동에 필요한 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 이를 통해 혹한 조건에서 엔진 시동 성능을 향상시킬 수 있게 되는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 배터리 출력에 의해 제너레이터가 구동하여 엔진을 시동하는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 있어서,

운전자의 엔진 시동 조작이 있게 되면, HCU가 BMS로부터 전달된 현재의 배터리 온도와 기준온도를 비교하는 단계와;

HCU에 의해 현재의 배터리 온도가 기준온도 이하가 되는 냉시동 조건인 것으로 판단되면, BMS가 HCU 명령에 따라 일시적으로 기 설정된 SOC 방전 제한을 해제하는 동시에 배터리 출력 전압 제한치를 미리 설정된 값으로 낮추어주는 단계와;

SOC 방전 제한 해제 및 전압 제한 조정상태에서 제너레이터 구동에 필요한 배터리 출력이 이루어지도록 하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 냉시동성을 개선하기 위한 배터리 방전 제어 방법에 관한 것으로서, 엔진 시동시에 배터리 온도가 미리 설정된 기준온도 이하가 되는 냉시동 조건인 경우, 엔진 시동이 이루어지는 소정 시간 동안 SOC 방전 제한을 해제하고, 이와 동시에 배터리 출력 전압의 제한치를 낮추어 줌으로써, 방전 전류 및 출력 파워를 증대시키는 것에 주안점이 있는 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 냉시동시 배터리 방전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

이에 도시한 바와 같이, 운전자가 엔진 시동을 위해 시동키를 조작하게 되면, 이때 입력되는 시동키 정보에 따라 HCU는 각 제어기에 시동 명령을 전달하고, BMS로부터 배터리 온도(배터리 표면 온도)와 대기온(배터리 주변 온도) 정보, SOC 정보 등을 전달받게 된다.

여기서, HCU는 배터리 온도를 미리 설정된 기준온도(예, -20℃)와 비교하게 되는데, 이때 배터리 온도가 기준온도보다 높은 것으로 판단되면 BMS가 정상적인 시동 및 파워 제한 로직을 수행하도록 명령하게 된다.

이에 BMS는 차량 주행시와 마찬가지로 미리 설정된 통상의 방전 제어 로직에 따라 배터리 출력이 이루어지도록 제어하고, 결국 배터리가 제너레이터에 필요한 파워를 공급하면서 엔진 시동을 위한 제너레이터 구동이 이루어지게 된다.

이후, HCU가 엔진 기동을 판정하게 되면 차량 구동이 가능한 상태가 되고, 엔진 시동 후 차량 주행이 이루어지면서 제너레이터에 의해 배터리가 충전되게 된 다.

반면, HCU가 배터리 온도를 기준온도와 비교하여 배터리 온도가 기준온도 이하가 되는 냉시동 조건으로 판단하게 되면, BMS에게 별도 설정된 냉시동 방전 제어 로직을 수행하도록 명령하게 된다.

이때, BMS는 현재 상태의 SOC에 관계없이 정상적인 SOC 방전 제한(예, 하위 30%까지 방전 제한)을 일시적으로 해제하는 동시에 배터리 출력 전압 제한치를 미리 설정된 값으로 낮추어 줌(예, 260V→200V)으로써 정상적인 전압 제한을 해제하는 바, 이러한 SOC 방전 제한 해제 및 전압 제한치 조정에 의해 냉시동시 제너레이터 구동에 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 결국 배터리가 제너레이터에 필요한 파워를 충분히 공급하게 되면서 제너레이터가 엔진을 시동하게 된다.

여기서, SOC 방전 제한 해제는 배터리 보호를 위해 설정된 최소의 제한치를 두는 것이 바람직하며, 대략 5%의 설정이 가능하다.

상기와 같이 HCU의 명령을 받아 BMS가 수행하는 냉시동시의 방전 제어 로직, 즉 SOC 방전 제한 해제 및 전압 제한치 조정은 엔진 시동시 미리 정해진 짧은 시간(예, 2초) 동안만 수행되도록 하여, 이 시간 동안 방전 전류 및 출력 파워를 증대시키게 된다.

이후, HCU가 엔진 기동을 판정하게 되면 차량 구동이 가능한 상태가 되고, 엔진 시동 후 정상적으로 차량 주행이 이루어지면서 제너레이터에 의해 배터리가 충전된다.

실제 본 발명이 적용되더라도 냉시동성을 위한 일시적인 SOC 방전 제한 해제 및 배터리 전압 제한 해제의 수행 빈도는 빈번하지 않으며(최대 국내 1년 5회 예상, 북미 1회 예상), 또한 짧은 순간 방전만을 위한 것이므로 배터리 수명에 미치는 영향은 매우 미비하다 할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 따르면, 엔진 시동시 배터리 온도가 기준온도 이하일 경우 현재의 SOC에 관계없이 소정 시간 동안 SOC 방전 제한을 해제하는 동시에 배터리 출력 전압 제한치를 조정해줌으로써, 엔진 시동에 필요한 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 이를 통해 혹한 조건(배터리 극저온인 조건)에서 엔진 시동 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 의하면, 엔진 시동시 배터리 온도가 미리 설정된 온도 이하가 되는 냉시동 조건인 경우, 일시적으로 SOC 방전 제한을 해제하고, 이와 동시에 배터리 전압 제한치를 낮추어 줌으로써, 냉시동시의 제너레이터 구동에 필요한 충분한 배터리 출력이 이루어지도록 하고, 이를 통해 혹한 조건에서 엔진 시동 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 배터리 출력에 의해 제너레이터가 구동하여 엔진을 시동하는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법에 있어서,

   운전자의 엔진 시동 조작이 있게 되면, HCU가 BMS로부터 전달된 현재의 배터리 온도와 기준온도를 비교하는 단계와;

   HCU에 의해 현재의 배터리 온도가 기준온도 이하가 되는 냉시동 조건인 것으로 판단되면, BMS가 HCU 명령에 따라 일시적으로 기 설정된 SOC 방전 제한을 해제하는 동시에 배터리 출력 전압 제한치를 미리 설정된 값으로 낮추어주는 단계와;

   SOC 방전 제한 해제 및 전압 제한 조정상태에서 제너레이터 구동에 필요한 배터리 출력이 이루어지도록 하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 냉시동시 배터리 방전 제어 방법.

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