KR100951982B1 - 하이브리드 차량의 배터리 ｓｏｃ 리셋 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 메인 릴레이 온(on) 전 또는 온 후 미세전류가 흐를 시 측정된 고전압 배터리의 OCV와 온도를 이용하여 현재 배터리의 SOC_real을 연산하여 과충전 또는 과방전 발생 우려 시 상기 SOC_real값으로 SOC 리셋을 수행함으로써, 배터리 제어 시스템의 SOC 오차 발생 시 유발될 수 있는 과충전 및 과방전을 방지하고 차량의 안전성 및 상품성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, (a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계; (b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계; (c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 작고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 제한 값 보다 작다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계; (d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;를 포함하여 구성되는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법을 제공한다.

하이브리드, 엔진, 변속기, 고전압 배터리, SOC, HEV, BMS, SOC 리셋

Description

하이브리드 차량의 배터리 ＳＯＣ 리셋 방법{Method Of Battery SOC Reset In Hybrid Electric Vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 제어에 대한 것이며, 특히 배터리의 SOC 리셋 방법에 대한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 하이브리드 차량은 고전압 배터리(high voltage battery) 및 배터리 제어 시스템(BMS, battery management system), 모터(motor), 모터 제어 유닛(MCU, motor control unit), 인버터(inverter), 메인 릴레이(main relay)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 고전압 배터리는 하이브리드 차량 가속 시 모터 어시스트에 필요 한 전기 에너지를 공급하고, 감속 또는 엔진 여유 출력 발생 시 모터 회생에 의해 발생한 전기에너지를 저장하는 기능을 구비한다.

또한, 상기와 같은 배터리 고유 기능을 충실히 수행하기 위해 배터리 제어 시스템(BMS)은 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 배터리 SOC(state of charge) 및 최대 가용할 수 있는 충전파워(Pin) 및 방전파워(Pout) 등을 계산하여 차량 제어 유닛에 송신한다. 상기 차량 제어 유닛은 SOC, 충전파워 및 방전파워 정보를 활용하여 엔진과 모터 동력 분배를 통한 하이브리드 차량의 최고 성능을 위한 제어를 수행한다.

상기 배터리 SOC는 도 2에 도시된 바와 같이 가용최대용량 대비 현재보유용량의 백분율을 나타낸 값으로서, 다음 수학식 1과 같이 나타난다.

상기에서, t는 시간, Qt는 시간 t에서의 전하량, Qmax는 최대전하량을 의미한다.

즉, SOC는 배터리가 수용할 수 있는 최대가용용량 대비 현재 보유하고 있는 전하량의 비로 정의할 수 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 최대가용용량(Qmax)는 배터리 온도가 낮아질수록 최대가용용량이 줄고 배터리의 열화(aging)가 진행될수록 최대가용용량(Qmax)이 줄어드는 특성이 있다.

일반적으로, 상기 SOC는 다음의 수학식 2와 같이 배터리에 흐르는 충전 및 방전 전류를 배터리 제어 시스템이 측정하여 전류량을 산출한 뒤 현재의 SOC에 가감하여 계산할 수 있다.

이때, SOC를 보정하기 위하여, 배터리 전류 대 전압 관계 및 저항 등을 활용하여 배터리의 실제 SOC (이하 'SOC_real' 이라 한다)를 산출하여 수학식 3과 같이 SOC[n+1]을 SOC_real에 추종하도록 k에 해당하는 비율만큼 SOC[n]을 보정하게 된다.

한편, 상기에서와 같은 일반적인 SOC[n+1] 연산과 달리, SOC 리셋은 SOC[n+1]을 연산 시 이전 값인 SOC[n]에 관계없이 SOC_real로 설정되는 것을 말하며, 상기 SOC_real은 배터리 전류 대 전압 관계 및 저항 등을 활용하여 산출된다.

상기와 같은 SOC 리셋은 일반적인 누적 SOC 계산 방법에 의할 경우 장기 방치 또는 예상하지 못한 사용 조건 등에 의해서 발생할 수 있는 과충전 및 과방전 위험을 방지하기 위한 것으로서, 미국 특허 6522148호에서는 도5에 도시된 바와 같이 배터리 전압이 상한 전압 이상이면 배터리 SOC를 상한치 SOC로 리셋하고(502), 배터리 전압이 하한전압 이하이면 배터리 SOC를 하한치 SOC로 리셋하는(504) 방법을 제시한다.

그러나, 상기와 같은 방식에 의할 경우 주행 중 SOC 리셋에 의한 운전성이 저하되는 문제가 있으며, SOC 리셋 발생 시 비연속적 SOC의 급격한 변화로 상품성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 한국 특허 등록번호 1004283620000호에서는 도 6에 도시된 바와 같이 키 온(key on)시 배터리 OCV(open circuit voltage)를 측정하여(610), 연산된 배터리 SOC(620)가 배터리 과방전이 예상되는 특정 SOC 보다 작을 시(630) 이전 배터리 SOC를 현재 OCV에 해당하는 SOC로 리셋하고(660), 그렇지 않을 경우에는 이전 배터리 SOC를 계속 사용(650)하는 방식으로 배터리의 과방전으로 보호하는 방법을 제시한다.

그러나, 상기와 같은 방식에 의할 경우 배터리 SOC 오차 발생 시 배터리의 과충전 위험이 노출되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고전압 메인 릴레이 온(on) 전 또는 온 후 미세전류가 흐를 시 측정된 고전압 배터리의 OCV와 온도를 이용하여 현재 배터리의 SOC_real을 연산하여 과충전 또는 과방전 발생 우려 시 상기 SOC_real값으로 SOC 리셋을 수행함으로써, 배터리 제어 시스템의 SOC 오차 발생 시 유발될 수 있는 과충전 및 과방전을 방지하고 차량의 안전성 및 상품성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법은,

(a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

(b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

(c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 작고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 제한 값 보다 작다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법은,

(a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

(b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

(c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 크고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 더한 값 보다 크다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법은,

(a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

(b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 최저치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

(c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 작고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 제한 값 보다 작다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법은,

(a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

(b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 최고치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

(c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 크고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 더한 값 보다 크다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 (a) 단계는,

고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 하이브리드 차량의 고전압릴레이 온(on) 전, 또는 고전압 릴레이 온(on) 후 미세 전류가 흐를 시 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법에 의하면,

첫째, 배터리의 충전상태를 예측하는 배터리 제어 시스템(BMS)의 SOC 오차 발생에 의해 야기될 수 있는 과충전 및 과방전을 방지할 수 있고,

둘째, 종래 기술에 비해 하이브리드 차량의 운전성 및 상품성을 확보할 수 있으며,

셋째, 배터리 SOC가 높고 SOC_real이 낮은 상황에서도 본 발명을 적용하여 스타터(starter) 모터 사용으로 주행이 가능하고,

넷째, 리튬이온 배터리의 과충전에 대한 안전성을 확보할 수 있으므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는, 현재 배터리의 SOC_real 값을 측정하기 위하여, 고전압 배터리의 OCV 및 온도를 이용한다.

일반적으로 고전압 배터리 OCV와 SOC는 특정한 온도에서 특정한 관계를 가지며, 도 7은 상온에서의 OCV와 SOC의 관계를 나타낸 도면이다. 그러나 도 7에 도시된 바와 같이 OCV와 SOC가 항상 선형적인 관계를 갖는 것은 아니다.

본 발명에서 SOC_real을 연산하기 위해 사용하는 고전압 배터리 OCV는 고전압 메인 릴레이가 오픈(open)되어 있는 상태에서 측정하거나, 또는 고전압 메인 릴레이가 닫힌(closed) 상태에서 배터리 전류가 미세전류인 경우, 즉 0A에 근접한 상태에서 측정한다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 하이브리드 차량의 키 온(key on) 후 고전압 배터리의 셀전압, 전류 및 온도를 측정한 후(S802), 상기에서 측정한 셀전압 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출한다(S806).

산출된 SOC_real 값이 과방전 발생 가능한 SOC값(예를 들어, 30%) 보다 작고(S808), 이전 BMS SOC(Pre_BMS_SOC) 보다 소정 값(예를 들어, 10%) 이하만큼 작다면(S810), 현재의 BMS SOC를 SOC_real로 리셋한다(S812).

만약, 상기 조건이 만족되지 않는다면 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값(Pre_BMS_SOC)을 사용한다(S814).

한편, 키 온 상황이 아닌 경우(S804) 또는 일반적인 배터리 SOC 연산 과정이 경우(S816), SOC 계산 로직에 의하여 SOC 값을 연산하고(S818), 키 오프(key off)시(S820) 현재의 SOC 값을 저장 수단(예를 들어, EEPRROM)에 저장한다(S822).

이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 하이브리드 차량의 키 온(key on) 후 고전압 배터리의 셀전압, 전류 및 온도를 측정한 후(S902), 상기에서 측정한 셀전압 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출한다(S906).

산출된 SOC_real 값이 과충전 발생 가능한 SOC값(예를 들어, 75%) 보다 크고(S908), 이전 BMS SOC(Pre_BMS_SOC) 보다 소정 값(예를 들어, 10%) 이상만큼 크 다면(S910), 현재의 BMS SOC를 SOC_real로 리셋한다(S912).

만약, 상기 조건이 만족되지 않는다면 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값(Pre_BMS_SOC)을 사용한다(S914).

한편, 키 온 상황이 아닌 경우(S904) 또는 일반적인 배터리 SOC 연산 과정이 경우(S916), SOC 계산 로직에 의하여 SOC 값을 연산하고(S918), 키 오프(key off)시(S920) 현재의 SOC 값을 저장 수단(예를 들어, EEPRROM)에 저장한다(S922).

이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 하이브리드 차량의 키 온(key on) 후 고전압 배터리의 셀전압, 전류 및 온도를 측정한 후(S1002), 상기에서 측정한 셀전압 및 온도의 최소치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출한다(S1006).

산출된 SOC_real 값이 과방전 발생 가능한 SOC값(예를 들어, 30%) 보다 작고(S1008), 이전 BMS SOC(Pre_BMS_SOC) 보다 소정 값(예를 들어, 10%) 이하만큼 작다면(S1010), 현재의 BMS SOC를 SOC_real로 리셋한다(S1012).

만약, 상기 조건이 만족되지 않는다면 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값(Pre_BMS_SOC)을 사용한다(S1014).

한편, 키 온 상황이 아닌 경우(S1004) 또는 일반적인 배터리 SOC 연산 과정이 경우(S1016), SOC 계산 로직에 의하여 SOC 값을 연산하고(S1018), 키 오프(key off)시(S1020) 현재의 SOC 값을 저장 수단(예를 들어, EEPRROM)에 저장한다(S1022).

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 하이브리드 차량의 키 온(key on) 후 고전압 배터리의 셀전압, 전류 및 온도를 측정한 후(S1102), 상기에서 측정한 셀전압 및 온도의 최대치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출한다(S1106).

산출된 SOC_real 값이 과충전 발생 가능한 SOC값(예를 들어, 75%) 보다 크고(S1108), 이전 BMS SOC(Pre_BMS_SOC) 보다 소정 값(예를 들어, 10%) 이상만큼 크다면(S1110), 현재의 BMS SOC를 SOC_real로 리셋한다(S1112).

만약, 상기 조건이 만족되지 않는다면 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값(Pre_BMS_SOC)을 사용한다(S1114).

한편, 키 온 상황이 아닌 경우(S1104) 또는 일반적인 배터리 SOC 연산 과정이 경우(S1116), SOC 계산 로직에 의하여 SOC 값을 연산하고(S1118), 키 오프(key off)시(S1120) 현재의 SOC 값을 저장 수단(예를 들어, EEPRROM)에 저장한다(S1122).

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 SOC의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 3은 SOC의 온도 특성을 나타낸 그래프,

도 4는 SOC의 열화 특성을 나타낸 그래프,

도 5는 종래기술에 따른 SOC 리셋 방법을 나타낸 도면,

도 6은 종래기술에 따른 SOC 리셋 방법을 나타낸 순서도,

도 7은 SOC와 OCV의 관계를 나타낸 그래프,

도 8은 제1 실시예에 따른 순서도를 나타낸 도면,

도 9은 제2 실시예에 따른 순서도를 나타낸 도면,

도 10은 제3 실시예에 따른 순서도를 나타낸 도면,

도 11은 제4 실시예에 따른 순서도를 나타낸 도면,

Claims (5)

1. (a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

   (b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

   (c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 작고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 제한 값 보다 작다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법.
2. (a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

   (b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 평균치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

   (c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 크고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 더한 값 보다 크다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법.
3. (a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

   (b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 최저치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

   (c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 작고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 제한 값 보다 작다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법.
4. (a) 하이브리드 차량 고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 측정하는 단계;

   (b) 상기에서 측정한 OCV 및 온도의 최고치를 이용하여 배터리의 SOC_real을 산출하는 단계;

   (c) 상기 산출된 SOC_real 값이 소정값 보다 크고, 이전 BMS SOC 값에서 소정값을 더한 값 보다 크다면, 현재의 BMS SOC를 상기 SOC_real 값으로 리셋하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계의 조건이 만족 되지 않을 경우 현재의 BMS SOC로서 이전 BMS SOC 값을 사용하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 (a) 단계는,

   고전압 배터리의 OCV, 전류 및 온도를 하이브리드 차량의 고전압릴레이 온(on) 전, 또는 고전압 릴레이 온(on) 후 미세 전류가 흐를 시 측정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 리셋 방법.

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