KR100836389B1 - 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태(SOC: State Of Charge) 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS의 차량 위치 정보를 이용하여 하이브리드 전기 자동차가 주차모드로 판단될 때, 배터리의 타겟 SOC값을 높게 설정하여 강제 충전모드로 주행을 마칠 수 있도록 함으로써, 겨울철 냉시동시 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도를 검출하는 동시에 외기온도를 검출하는 단계와; GPS 위성정보를 수신하여, 자기차량이 목적지 근처에 도달되었음을 판단하는 단계와; 배터리 온도 및 외기온도의 검출결과, 기준온도 이하이면 혹한기 조건으로 판단하는 단계와; 혹한기 조건이면서 자기 차량이 목적지 근처로 판단되면, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법 및 장치를 제공한다.

하이브리드, 전기자동차, 배터리, SOC, 강제충전모드, GPS, 온도센서

Description

하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및 방법{Device and method for management SOC of HEV}

도 1은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법을 설명하는 순서도,

도 2는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도에 따른 파워제한을 설명하는 그래프,

도 3은 하이브리드 전기자동차용 모터의 충방전을 통하여 실제 SOC가 타겟값에 추종하도록 제어하는 것을 설명하는 그래프,

도 4a 및 도 4b는 하이브리드 전기자동차의 SOC가 낮은 상태에서 냉간 시동을 함에 따른 문제점을 설명하는 그래프.

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태(SOC: State Of Charge) 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS의 차량 위치 정보를 이용 하여 하이브리드 전기 자동차가 주차모드로 판단될 때, 배터리의 타겟 SOC값을 높게 설정하여 강제 충전모드로 주행을 마칠 수 있도록 함으로써, 겨울철 냉시동시 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기 자동차와 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이다.

따라서, 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 배터리 수명의 조기 단축을 방지하고, 통합제어를 수행하는 차량 제어수단에 배터리의 SOC 정보를 알려줌으로써 발전제어와 주행 제어를 지원해 준다.

상기 배터리 관리 시스템(BMS)의 주요기능은 배터리의 SOC 예측과 만충전 감지, 각 셀 모듈간 전압의 균형 유지, 배터리의 SOC에 따른 최대 충전 및 방전 전압의 제어, 안전 관리 및 냉각 제어 등을 수행하며, 배터리의 SOC를 계산하는 방법으로는 충전 및 방전 전류량을 측정하여 현재의 SOC를 계산하는 것이 통상적으로 이용되고 있다.

보통, 하이브리드 전기자동차용 배터리의 SOC를 고려하여 HCU에서 타겟(target)값을 설정하며, 첨부한 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 모터의 충방전을 통하여 실제 SOC가 타겟(목표)값에 추종하도록 제어를 한다.

일반적인 배터리의 SOC에 따른 제어모드는 아래의 표 1에 기재된 바와 같다.

위의 표 1에 기재된 바와 같이, 배터리의 SOC에 따른 배터리 관리 시스템의 제어모드는 고SOC에서는 방전지향 및 충전금지, 동작 SOC영역(SOC 65~70%)에서는 방전지향 및 충전허용, 최적 SOC영역(SOC 55%~65%)에서는 충/방전 제어, 동작 SOC영역(SOC 20%~55%)에서는 충전지향 및 방전허용, 저 SOC영역(SOC 20% 이하)에서는 충전지향 및 방전금지 등의 제어모드가 진행된다.

한편, 하이브리드 전기자동차용 NI-MH 배터리의 경우 온도에 따라 그 파워특성이 변화하는데, 첨부한 도 2의 그래프에서 보는 바와 같이 충방전 파워곡선을 따라 사용될 때의 배터리 전압강하량이 비슷한 특성을 나타내고, -30℃ 수준에서는 배터리의 사용이 거의 불가한 상태가 된다.

즉, 냉간 조건에서는 배터리의 최대 출력파워가 감소하며, 이로 인하여 시동시와 같이 배터리의 파워를 많이 사용하는 구간에서는 전압이 급격하게 떨어지는 현상이 발생한다.

첨부한 도 4a 및 도 4b는 하이브리드 전기자동차의 SOC가 낮은 상태에서 냉간 시동을 함에 따른 문제점을 설명하는 그래프로서, 288V Ni-MH배터리를 이용하여 시험한 결과이다.

배터리 온도기준 -30℃에서 SOC 27%와 55%일 때, 각각 4.8KW와 6.3KW를 방전시킨 결과, SOC 27%일 때의 떨어진 전압 값이 더 큰 것을 알 수 있었다.

즉, 5초 기준으로 봤을 때, SOC 27%에서 6.3kW 방전시에는 배터리의 전압이 189.27V까지 떨어지는 것을 알 수 있었다.

이러한 시험을 통하여, 하이브리드 전기자동차의 냉시동시 배터리의 출력이 5~10kKW인 점을 고려할 때, SOC가 낮은 상태에서 시동을 자주 시도하면, 빈번한 전압강하로 배터리가 열화될 수 있으며, 셀간 균형이 무너져서 고가의 배터리 수명이 단축되는 결과를 초래하는 문제점이 있음을 알 수 있었다.

이와 같이, 하이브리드 자동차에 사용되는 고전압 배터리는 온도에 따라 그 출력특성이 변화되고, 특히 냉간시에 그 출력이 떨어져서 겨울철에 주차 후 냉시동 상황에서 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상이 발생하게 되고, 이러한 현상이 빈번하게 일어날 경우 배터리의 내구성에 문제가 생기게 되며, 고가의 배터리를 교체 및 수리하는데 큰 비용이 소모되는 문제점이 있었다.

즉, 기존의 하이브리드 자동차는 배터리의 SOC 상태에 따라서 타겟 SOC 값이 설정되고, 일반적으로 과충전, 과방전을 방지하기 위하여 SOC 30~80% 사이에서 운전영역을 제어하게 되며, 차량주행이 끝난 후 배터리의 SOC는 일반 동작영역에서 임의의 값을 가지고 있게 되고 겨울철 냉간시동시 배터리의 SOC상태가 낮을 경우, 모터시동을 위하여 배터리의 전력을 사용하고 이때 순간적으로 배터리의 전압이 과도하게 떨어지게 되고, 이러한 현상은 배터리 내부의 셀간 균형에 악영향을 끼치며, 배터리 내구성 문제를 야기시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, GPS의 차량 위치 정보를 이용하여 하이브리드 전기 자동차가 주차모드로 판단될 때, 배터리의 타겟 SOC값을 높게 설정하여 강제 충전모드로 주행을 마칠 수 있도록 함으로써, 겨울철 냉시동시 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도를 검출하는 제1온도센서 및 외기온도를 검출하는 제2온도센서와; 차량 위치 정보를 제공하는 GPS 위성정보를 수신하는 수신부와; 상기 수신부에서 수신된 GPS위성정보를 기반으로 자기차량이 목적지에 근접되었는지를 판단하는 목적지 근처 판단부와; 상기 제1 및 제2온도센서의 검출신호를 수신하여 혹한기 조건(하이브리드 차량의 냉시동 조건인 -30℃ 이하)으로 판정하는 동시에 상기 목적지 근처 판단부로부터 자기 차량이 목적지 근처로 판단된 신호를 수신하여, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 BCM을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도를 검출하는 동시에 외기온도를 검출하는 단계와; GPS 위성정보를 수신하여, 자기차량이 목적지 근처에 도달되었음을 판단하는 단계와; 배터리 온도 및 외기온도의 검출결과, 기준온도 이하이면 혹한기 조건(하이브리드 차량의 냉시동 조건인 -30℃ 이하)으로 판단하는 단계와; 혹한기 조건이면서 자기 차량이 목적지 근처로 판단되면, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 혹한기 조건이 아니거나, 자지차량이 목적지 근처로 판단되지 않는 경우에는 차량이 일반주행모드로 계속 주행하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어짐과 함께 배터리를 강제충전하는 강제충전모드가 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 GPS를 이용하여 차량운전자가 주행목적지를 설정할 경우, 차량의 위치 정보가 관리되면서, 배터리 온도센서 및 차량 외부의 온도센서를 이용하여 겨울철로 판단된 후, 목적지 근처에 도달시 주차모드로 인식하여 배터리의 타겟 SOC값을 일반적인 주행모드 때보다 높게 설정하여, 모터에 의한 강제 충전을 통하여 주차시에 배터리의 보존량을 높게 유지할 수 있도록 함으로써, 종래의 냉시동시 나타나는 과도한 전압강하 문제점들을 해결할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법을 설명하는 순서도이다.

먼저, 하이브리드 전기자동차용 배터리측에 장착된 제1온도센서 및 차량 외측에 장착된 제2온도센서에 의하여, 각각 배터리의 온도가 검출되는 동시에 외기온도가 검출되는 단계(S101)가 진행된다.

다음으로, 차량 위치 정보를 제공하는 GPS 위성정보를 수신부에서 수신한 다음, 이 수신부에서 수신된 GPS위성정보를 기반으로 목적지 근처 판단부에서 자기차량이 목적지에 근접되었는지를 판단하는 단계(S102)가 진행된다.

상기 제1 및 제2온도센서의 검출신호를 수신하여 혹한기 조건으로 판정하는 동시에 상기 목적지 근처 판단부로부터 자기 차량이 목적지 근처로 판단된 신호를 수신하여, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 BCM의 제어 단계(S103)가 진행된다.

보다 상세하게는, 상기 S103단계에서, 배터리 온도 및 외기온도의 검출결과, 기준온도 이하이면 혹한기 조건으로 판단하면서 자기 차량이 목적지 근처로 판단되면, 상기 BCM에서 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어진다.
여기서, 보통 혹한기 조건은 하이브리드 차량에서 냉시동 조건인 -30℃ 이하를 말한다.

또한, 상기 S103단계에서, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어짐과 함께 배터리를 강제충전하는 강제충전모드가 진행된다.

이때, 혹한기 조건이 아니거나, 자지차량이 목적지 근처로 판단되지 않는 경 우에는 차량이 일반주행모드로 계속 주행하는 단계(S104)가 진행된다.

이와 같이, GPS 차량위치정보와 외기온도 정보를 이용하여 동절기시 자기차량이 주차시점이 가까워질 경우, 타겟 SOC값을 높게 설정함과 함께 배터리 강제충전으로 주차시 배터리 SOC값 상태를 높게 유지함으로써, 차량 상품성 향상과 배터리 내구수명을 강화시킬 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치 및 방법에 의하면, GPS의 차량 위치 정보를 이용하여 하이브리드 전기 자동차가 주차모드로 판단될 때, 배터리의 타겟 SOC값을 높게 설정하여 강제 충전모드로 주행을 마칠 수 있도록 함으로써, 겨울철 냉시동시 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 기존의 하이브리드 전기자동차에 GPS정보 및 외기온도값만을 더 이용하는 로직의 변경으로, 추가비용없이 차량의 상품성을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도를 검출하는 제1온도센서 및 외기온도를 검출하는 제2온도센서와;

   차량 위치 정보를 제공하는 GPS 위성정보를 수신하는 수신부와;

   상기 수신부에서 수신된 GPS위성정보를 기반으로 자기차량이 목적지에 근접되었는지를 판단하는 목적지 근처 판단부와;

   상기 제1 및 제2온도센서의 검출신호를 수신하여 혹한기 조건(하이브리드 차량의 냉시동 조건인 -30℃ 이하)으로 판정하는 동시에 상기 목적지 근처 판단부로부터 자기 차량이 목적지 근처로 판단된 신호를 수신하여, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 BCM;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 장치.
2. 하이브리드 전기자동차용 배터리의 온도를 검출하는 동시에 외기온도를 검출하는 단계와;

   GPS 위성정보를 수신하여, 자기차량이 목적지 근처에 도달되었음을 판단하는 단계와;

   배터리 온도 및 외기온도의 검출결과, 기준온도 이하이면 혹한기 조건(하이브리드 차량의 냉시동 조건인 -30℃ 이하)으로 판단하는 단계와;

   혹한기 조건이면서 자기 차량이 목적지 근처로 판단되면, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어지는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 혹한기 조건이 아니거나, 자지차량이 목적지 근처로 판단되지 않는 경우에는 차량이 일반주행모드로 계속 주행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 배터리의 타겟 SOC값을 상향으로 조절하는 제어가 이루어짐과 함께 배터리를 강제충전하는 강제충전모드가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전상태 관리 방법.

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