KR100857370B1

KR100857370B1 - 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100857370B1
Application number: KR1020060096042A
Authority: KR
Inventors: 신상희; 오종한; 박준영; 박용국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-09-05
Also published as: KR20080030229A

Abstract

본 발명은 가속 위치 센서에서 출력되는 가속 위치 값으로부터 토크를 구하고, 이 토크에 차속센서로부터의 차속을 곱하여 요구 파워를 연산하여 출력하는 요구 파워 연산부와; 상기 요구 파워 연산부로부터의 요구 파워와 배터리 관리 시스템으로부터의 현재 배터리 충전 상태를 입력받고, 이 입력된 요구 파워와 현재 배터리 충전 상태 및 기설정된 측정치인 기준 파워와 기준 에너지값을 이용하여 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 목표 배터리 충전 상태 산출부와; 상기 산출된 목표 배터리 충전 상태와 현재 배터리 충전 상태의 차이에 따라 배터리 충전 제어 운전을 변경하는 충전 제어부를 포함하여 구성된 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치를 제공한다.

하이브리드 전기 자동차, 배터리, 충전 제어, 목표 배터리 충전 상태

Description

하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치 및 방법 {Method And Apparatus For Charging Battery By Using Target State Of Charge In A Hybrid Electric Vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치의 요부 블록 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시한 목표 배터리 상태 산출부에 의한 목표 배터리 상태 산출동작과 배터리 충전 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 가속 위치 센서 20 : 차속 센서

30 : 요구 파워 연선부 40 : 목표 배터리 상태(Target SOC) 산출부

본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 전기 자동차에서 배터리의 목표 충전 상태를 이용하여 효율적인 배터리 충전 제어를 수행하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)는 2개의 동력원을 가지고 있다. 이 자동차는 플라이휠, 배터리, 대용량 축전지와 조화를 이루는 연료전지, 가스터빈, 디젤, 가솔린 엔진 등 많은 하이브리드 시스템 개념이 있다. 어떤 개념이 사용되더라도 하이브리드 전기 자동차는 전통적인 내연기관(ICE)자동차와 비교할 때 여러 가지 장점이 있다. 이러한 장점으로는 축열식 브레이크 장치를 채용함으로써 주행시 에너지 손실을 최소화할 수 있는 장점과, 엔진의 크기가 최고부하보다는 평균부하에 맞춰짐으로 인하여 저중량 엔진을 설계할 수 있는 장점 및, 화석연료 의존을 줄임으로써 배기 가스를 감소시킬 수 있는 장점 등을 열거할 수 있다.

자동차업계의 목표는 차량의 운전 성능, 범위, 안정성을 줄이지 않고 위와 같은 장점을 최대한 살리는 것이다. 하이브리드 전기 자동차의 두 가지 구동장치( 즉 가솔린 또는 대체연료 내연기관과 배터리 구동 전기 작동 장치)가 적당히 조화를 이루면서 작동함으로써 전통적인 내연기관 자동차보다 2배의 효율 향상을 볼 수 있다. 이는 하이브리드 전기 자동차의 에너지 손실이 ICE자동차보다 훨씬 적기 때문이다.

이러한 하이브리드 전기 자동차의 운전 제어는 크게 2가지로 이루어져 있다고 볼 수 있다. 현재 주어진 조건에서 제일 좋은 운전 점을 택하는 것과 배터리의 충전 및 방전을 관리 부분이다.

특허 미국특허(US 6344732 B2)에서는 배터리의 충전 상태(SOC; State Of Charge)를 차속에 의해서만 변화시키며, 실시간 변화라기보다는 한 점에 고정된 목표 배터리 충전 상태(SOC)를 사용하다가 운전상황에 따라 다른 한 점으로 목표 배터리 충전 상태를 이동시키는 기술이 개시되어 있다.

이러한 기술은 기본적으로 목표 배터리 충전 상태에 대해 현재 배터리 충전 상태가 밸런스를 유지하도록 할 뿐이며, 한 점에 고정된 목표 배터리 충전 상태(SOC)를 사용하기 때문에 능동적이며 효과적인 운전을 유도할 수 없는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 하이브리드 전기 자동차에서 일정시간마다 변화된 목표 배터리 충전 상태를 사용함으로써 보다 능동적이며 효과적인 운전을 유도할 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치 및 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은 하이브리드 전기 자동차에서 앞으로의 상황을 예측하여 현재의 배터리 수준을 관리해서 예상되는 운전 상황에서 좋은 효율로 운전할 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치는, 가속 위치 센서에서 출력되는 가속 위치 값으로부터 토크를 구하고, 이 토크에 차속센서로부터의 차속을 곱하여 요구 파워를 연산하여 출력하는 요구 파워 연산부와; 상기 요구 파워 연산부로부터의 요구 파워와 배터리 관리 시스템으로부터의 현재 배터리 충전 상태를 입력받고, 이 입력된 요구 파워와 현재 배터리 충전 상태 및 기설정된 측정치인 기준 파워와 기준 에너지값을 이용하여 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 목표 배터리 충전 상태 산출부와; 상기 산출된 목표 배터리 충전 상태와 현재 배터리 충전 상태의 차이에 따라 배터리 충전 제어 운전을 변경하는 충전 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 방법은, 가속 위치 값으로부터 토크를 구하고 이 토크에 차속을 곱하여 연산된 요구 파워를 연산하는 단계와; 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 안에 있을 때 상기 현재 배터리 충전 상태를 초기 배터리 충전 상태로 설정하는 단계와; 상기 요구 파워가 기설정된 기준 파워보다 크고 기준 시간이 경과하면 기준 시간 경과시마다 상기 요구 파워를 적산하여 에너지값을 도출하는 단계와; 적산한 상기 에너지값을 기설정된 기준 에너지값과 비교하여 그 차이 값에 따라 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 단계와; 상기 산출된 목표 배터리 충전 상태와 현재 배터리 충전 상태의 차이에 따라 배터리 충전 제어 운전을 변경하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

하이브리드 전기 자동차의 운전 제어는 크게 2가지로 이루어져 있다고 볼 수 있다. 현재 주어진 조건에서 제일 좋은 운전 점을 택하는 것과, 앞으로의 상황을 예측하여 현재의 배터리 충, 방전을 관리하는 것이다. 본 발명은 앞으로의 상황을 예측하여 현재의 배터리의 충전 상태(SOC)를 관리하여, 예상되는 운전 상황에서 좋은 효율로 운전할 수 있게 하는 방법이다.

또, 본 발명은 차량의 요구 파워를 바탕으로 산출된 파라미터(Parameter)인 목표 배터리 충전 상태(이하 "목표 SOC"라 함)를 이용하여 현재의 배터리 충전 상태(이하 "현재 SOC"라 함)의 변화를 유도하는 방법이다.

본 발명에서 목표 SOC는 일정 시간 동안 차량의 요구 파워를 적분하여 현재 차량에 주어진 구동 에너지를 유추하여 앞으로의 운전 상태를 예상하기 위한 것이다.

본 발명에서는 차량의 요구 파워는 차량의 요구 토크와 차량의 속도로 계산되어 나오기 때문에, 요구 토크와 속도를 가지고 현재의 배터리 SOC에 변화를 주는 방법을 포함한다.

본 발명에서는 목표 SOC와 현재 SOC의 차이에 따라 운전 점을 변화하여, 현재 SOC가 목표 SOC를 추종하도록 하는 방법을 채용한다.

먼저, 본 발명에서 목표 SOC를 설정하는 방법의 일 예를 설명한다.

즉, 목표 SOC를 설정하기 위해서는 초기 SOC값이 필요하며, 차량이 시동이 걸린 상태의 현재 SOC를 초기 SOC로 받아들인다. 그 값을 일정시간(t1) 동안 유지한 후, 목표 SOC는 요구 파워에 의해서 변화하게 된다. 다만, 현재 SOC가 적절한 범위 안에 있을 때만 목표 SOC가 변화하게 되며, 그 범위를 벗어났을 때에는 목표 SOC를 60으로 고정함으로써 차량의 SOC 회복을 꾀한다. 다시 현재 SOC가 60 부근의 적절한 범위에 들어왔을 때 다시 앞의 과정을 반복하여 그 당시의 SOC를 초기 SOC로 받아들이고 일정시간(t1) 동안 유지한 후, 운전자의 요구 파워에 따라 변화시킨다.

다음으로, 상기 요구 파워와 기준 파워를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 요구 파워는 가속 위치 센서(Acceleration Position Sensor)값으로부터 토크를 구한 다음에 이 값에 현재의 차속을 곱해서 구해내게 된다. 결국, 요구 파워는 차속에 의한 영향과 운전자의 토크 증감에 의한 효과를 둘 다 반영할 수 있는 매개변수가 되는 것이다.

또, 상기 기준 파워는 측정값이다. 하이브리드 차량은 언제 배터리를 충전할지 또는 방전할지를 결정해야 하는데, 그 기준은 연비 측정 모드에서 좋은 연비가 나오도록 하는 것이다. 즉, 실제 운전에 가까운 모드를 설정하고, 그 모드에서 운전자의 요구 파워에 따른 SOC증감이 적절히 균형을 이룰 수 있도록 시뮬레이션을 통해 설정한 후, 실제 차량에서 시험을 거쳐 기준 파워를 측정한다.

다음으로, 기준 에너지값과 비교 차이 값에 따라 목표 SOC를 어떻게 증감하는가에 대하여 설명한다.

기준 파워로부터 기준 에너지값이 측정에 의하여 결정되며, 기준 에너지값이 결정되면 이 차이 값에 어떤 팩터(Factor)를 곱해 현재의 목표 SOC에 더해줌으로써 증감하게 된다. 이 차이 값에 곱해지는 팩터(factor)는 반복 시험과 시뮬레이션을 통해 최적값을 찾게 된다.

다음으로, 도 1에 도시한 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치의 요부 블록 구성을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치에 대하여 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치는 가속위치센서(10)와 차속센서(20), 요구 파워 연산부(30) 및 목표 SOC 선출부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 가속 위치 센서(Acceleration Position Sensor)(10)는 가속 위치 값을 출력한다. 이 가속 위치 값은 토크를 구하기 위하여 사용된다. 상기 차속센서(20)는 차량의 속도를 출력한다.

상기 요구 파워 연산부(30)는 상기 가속 위치 센서에서 출력되는 가속 위치 값으로부터 토크를 구하고, 이 토크에 상기 차속센서(20)로부터의 차속을 곱하여 요구 파워를 연산하여 출력하게 된다.

상기 목표 SOC 산출부(40)는 상기 요구 파워 연산부(30)로부터의 요구 파워와 배터리 관리 시스템으로부터의 현재 SOC를 입력받고, 이 입력된 요구 파워 및 현재 SOC와 기설정된 측정치인 기준 파워 및 기준 에너지값을 이용하여 목표 SOC를 산출한다.

상기 산출된 목표 SOC와 현재 SOC의 차이에 따라 배터리 충전 시스템은 배터리 충전 제어 운전을 변경하게 된다.

먼저, 차량이 시동이 걸린 상태의 현재 SOC가 40보다 크고 80보다 작은지를 판단한다(단계 1).

상기 단계1의 판단이 긍정이면 현재 SOC를 초기 SOC로 인식한다(단계 3). 그후, 요구 파워가 기설정된 기준 파워보다 큰지를 판단한다(단계 5). 상기 단계 5의 판단이 긍정이면 기준 시간(t1)이 경과했는지를 판단한다(단계 7).

상기 단계 7의 판단이 긍정이면 기준시간 t1마다 요구 파워를 적산하여 에너지값을 도출한다(단계 9). 그후, 상기 도출된 에너지 값을 기설정된 기준 에너지 값과 비교하고 그 차이 값에 따라 목표 SOC를 증감시킨다(단계 11). 여기서, 기준 에너지값과 상기 도출된 에너지값의 차이값에 기설정된 측정치인 특정 팩터(Factor)를 곱해 현재의 목표 SOC에 더해줌으로써 목표 SOC를 증감시키게 된다.

이렇게 증감된 목표 SOC는 초기 SOC에 8을 뺀 값보다 크고 초기 SOC에 10을 더한 값보다 작게 되도록 한다(단계 13).

이렇게 갱신된 목표 SOC와 현재 SOC의 차이에 따라 배터리 충전 시스템은 배터리 충전 제어 운전을 변경하게 된다(단계 21).

한편, 상기 단계 5의 판단이 부정이면, 초기 SOC를 목표 SOC로 설정한다(단계 15). 이 경우, 초기 SOC를 목표 SOC가 동일하므로 배터리 충전 시스템은 배터리 충전 제어 운전을 변경하지 않게 된다(단계 21).

한편, 상기 단계 7의 판단이 부정이면, 초기 SOC를 목표 SOC로 설정한다(단계 15). 이 경우, 초기 SOC를 목표 SOC가 동일하므로 배터리 충전 시스템은 배터리 충전 제어 운전을 변경하지 않게 된다(단계 21).

한편, 상기 단계 1의 판단이 부정이면, 목표 SOC를 60으로 고정하고(단계 17), 이어 목표 SOC에서 현재 SOC를 뺀 값의 절대값이 일정값보다 작은지를 판단한다(단계 19). 이때, 목표 SOC값이 배터리 충전 시스템에 전달되며, 이에 따라 목표 SOC와 현재 SOC의 차이에 따라 배터리 충전 시스템은 배터리 충전 제어 운전을 변경하게 된다(단계 21).

상기 단계 19의 판단이 긍정이면 상기 단계 3으로 진행하여 현재 SOC를 초기 SOC로 인식하도록 하는 반면, 상기 단계 19의 판단이 부정이면 단계 1로 진행하여 SOC가 40보다 크고 80보다 작은지를 판단하는 과정을 반복하게 된다.

즉, 현재 SOC가 적절한 범위 안에 있을 때만 목표 SOC가 변화하게 되며, 그 범위를 벗어났을 때에는 목표 SOC를 60으로 고정함으로써 차량의 SOC 회복을 꾀한다. 다시 현재 SOC가 60 부근의 적절한 범위에 들어왔을 때 다시 앞의 과정을 반복하여 그 당시의 SOC를 초기 SOC로 받아들이고 일정시간(t1) 동안 유지한 후, 운전자의 요구 파워에 따라 변화시킨다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 하이브리드 전기 자동차에 적용한 결과, 연비 시험 시에 각 운전 상황에 따라 시스템 효율을 좋은 부분에서 운전할 수 있도록 배터리 파워(Battery Power)를 적절히 사용하게 되어 연비가 향상 되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 방법은 특정 모드를 인식하거나 특정 모드에만 맞추어진 것이 아니라, 차량 요구 파워라는 일반적인 변수를 사용하여 목표 SOC를 변화시킬 수 있었다. 결국, 연비 시험뿐만 아니라, 실제 차량의 주행 상태에 적절하게 맞춰서 운전 점을 변화시킬 수 있었다. 결국 이를 통한 실연비 향상도 예상됨을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하이브리드 전기 자동차에서 일정시간마다 변화된 목표 배터리 충전 상태를 사용함으로써 보다 능동적이며 효과적인 운전을 유도할 수 있게 된다. 또한, 하이브리드 전기 자동차에서 앞으로의 상황을 예측하여 현재의 배터리 수준을 관리해서 예상되는 운전 상황에서 좋은 효율로 운전할 수 있게 된다.

Claims

가속 위치 센서에서 출력되는 가속 위치 값으로부터 토크를 구하고, 이 토크에 차속센서로부터의 차속을 곱하여 요구 파워를 연산하여 출력하는 요구 파워 연산부와;

상기 요구 파워 연산부로부터의 요구 파워와 배터리 관리 시스템으로부터의 현재 배터리 충전 상태를 입력받아, 입력받은 상기 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 안에 있으면 상기 현재 배터리 충전 상태를 초기 배터리 충전 상태로 설정하고, 상기 요구 파워가 기설정된 기준 파워보다 크고 기준 시간이 경과하면 기준 시간 경과시마다 상기 요구 파워를 적산하여 에너지값을 도출하고, 적산한 상기 에너지값을 기설정된 기준 에너지값과 비교하여 그 차이 값에 따라 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 목표 배터리 충전 상태 산출부와;

상기 산출된 목표 배터리 충전 상태와 현재 배터리 충전 상태의 차이에 따라 배터리 충전 제어 운전을 변경하는 충전 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치.
삭제
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제1항에 있어서,

상기 목표 배터리 충전 상태 산출부는 상기 차이값에 기설정된 일정 값을 곱하고 그 결과값을 현재의 목표 배터리 충전 상태에 더해줌으로써 목표 배터리 충전 상태를 증감시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치.
제1항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 목표 배터리 충전 상태 산출부는 차량이 시동이 걸린 상태의 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 밖에 있을 때 목표 배터리 충전 상태를 기설정된 일정 값으로 고정하고 차량의 배터리 충전 상태 회복을 도모하여 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 안에 들어오도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 장치.
가속 위치 값으로부터 토크를 구하고 이 토크에 차속을 곱하여 연산된 요구 파워를 연산하는 단계와;

현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 안에 있을 때 상기 현재 배터리 충전 상태를 초기 배터리 충전 상태로 설정하는 단계와;

상기 요구 파워가 기설정된 기준 파워보다 크고 기준 시간이 경과하면 기준 시간 경과시마다 상기 요구 파워를 적산하여 에너지값을 도출하는 단계와;

적산한 상기 에너지값을 기설정된 기준 에너지값과 비교하여 그 차이 값에 따라 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 단계와;

상기 산출된 목표 배터리 충전 상태와 현재 배터리 충전 상태의 차이에 따라 배터리 충전 제어 운전을 변경하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 방법.
삭제
삭제
제6항에 있어서,

상기 목표 배터리 충전 상태를 산출하는 단계는, 상기 차이 값에 기설정된 일정 값을 곱하고 그 결과값을 현재의 목표 배터리 충전 상태에 더해줌으로써 목표 배터리 충전 상태를 증감시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 방법.
제6항에 있어서,

상기 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 밖에 있을 때 목표 배터리 충전 상태를 기설정된 일정 값으로 고정하고 차량의 배터리 충전 상태 회복을 도모하여 상기 현재 배터리 충전 상태가 소정의 범위 안에 들어오도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차에서 목표 충전 상태를 이용한 배터리 충전 제어 방법.