KR101028019B1 - 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 요구에 따른 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하고, 감속모드 시작시의 SOC와 목표SOC의 차이만큼을 강제 충전을 실시함으로써, 팁-인 및 팁-아웃 주행후의 배터리 SOC가 항상 일정범위내에서 일치되도록 한 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 운전자의 요구인 가속페달 위치센서의 센싱 단계와; 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 가속모드이면, 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하는 단계와; 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 감속모드이면, 감속모드 시작시의 SOC와 상기 목표SOC의 차이만큼 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법을 제공한다.

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Description

하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법{Method for balancing SOC of hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 요구에 따른 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하고, 감속모드 시작시의 SOC와 목표SOC의 차이만큼을 강제 충전을 실시함으로써, 팁-인 및 팁-아웃 주행후의 배터리 SOC가 항상 일정범위내에서 일치되도록 한 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 병렬형 하이브리드 차량의 시스템 구성을 살펴보면, 첨부한 도 1의 구성도에서 보는 바와 같이, 엔진(10), 모터(20), 자동변속기(30)가 일축상에 직결되어 있고, 엔진(10) 및 모터(20)는 클러치(40)에 의하여 연결되어 있으며, 또한 이들의 동작을 위한 구성으로서 인버터 및 벨트에 의해 엔진의 크랭크 풀리와 직결된 ISG(Integrated Starter Generator), 고전압배터리(50) 등을 포함한다.

이러한 하이브리드 차량에서 고전압 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이며, 이 고전압 배터리를 포함하는 배터리 시스템의 제어 기술은 중요 핵심 기술이라 하겠다.

상기 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)은 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하며 제어하는 일종의 제어수단으로서, 하이브리드 차량의 통합 제어를 수행하는 차량의 주제어기(HCU)에 배터리의 SOC 정보를 알려줌으로써, 발전제어와 주행 제어를 지원해주는 역할을 한다.

상기 배터리 SOC 란, 배터리의 가용최대용량 대비 현재보유용량의 백분율로 나타낸 것이며, 상기 배터리의 잔존 용량은 전류가 배터리에 충전 및 방전 되는 동안 배터리에 남아있는 전기량(사용 가능한 방전량)을 말한다.

특히, 상기 배터리의 잔량을 표시해주는 잔존 용량 추정 로직은 차량의 주행 환경에 맞게 배터리 시스템의 효율적인 운용을 가능케 하여, 차량의 연비 향상 등 상품성 향상에 큰 영향을 미치는 인자라 하겠다.

하이브리드 차량에서 최적의 엔진운전점 및 모터운전점은 운전자의 운전 요구인 가속 페달양 즉, 가속페달의 위치 정보를 검출하는 APS(Accelerator Position Sensor)의 센싱값과 현재의 차속에 따라 결정되는 바, 운전자가 가속페달을 빠르게 팁-인/아웃(Tip-In/out)하는 경우 엔진 및 모터의 토크 변화도 빠르게 변화되고, 이러한 주행상황에 맞게 배터리는 강제 충전 및 방전을 하면서 적정의 SOC를 회복하게 된다.

그러나, 일반 주행모드 혹은 운전자의 운전 성향에 따라 배터리 SOC의 차이가 발생하고, 그 차이로 인한 가속성능 및 연비성능도 차이가 나게 되어 소비자의 불만 요소가 될 수 있다.

또한, 운전자가 가속페달을 빠르게 팁-인/아웃(Tip-In/out)하는 경우, 배터리의 가용범위(도 2참조)를 나타내는 SOC의 상한 또는 하한 수준간의 스윙(swing) 폭이 커짐에 따라 배터리 수명 및 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 운전자가 가속 페달을 빠르게 팁 인/아웃을 반복 수행하게 되면, 배터리의 방전 지향이 이루어지고, 결국 배터리 SOC는 하한 수준으로 유지되어 배터리 수명 저하를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 운전자의 요구에 따른 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하고, 감속모드 시작시의 SOC와 목표SOC의 차이만큼을 강제 충전을 실시하여, 팁-인 및 팁-아웃 주행후의 배터리 SOC가 항상 일정범위내에서 일치되도록 함으로써, 가감속을 반복하더라도 배터리 SOC의 스윙폭이 작아 배터리 내구성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 운전자의 요구인 가속페달 위치센서의 센싱 단계와; 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 가속모드이면, 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하는 단계와; 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 감속모드이면, 감속모드 시작시의 SOC와 상기 목표SOC의 차이만큼 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계는 구동모터에 의한 회생제동 충전량을 제외하고, 팁-아웃에 따른 엔진 클러치 해제후 ISG 및 엔진을 통해 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 목표SOC를 SOC의 정상조건 범위내에서 설정하되, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이하로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최소값을 목표SOC로 설정하고, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이상으로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최대값을 목표SOC로 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 운전자의 요구(APS 센싱값)에 따른 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하고, 감속모드 시작시의 SOC와 목표SOC의 차이만큼을 강제 충전을 실시하여, 팁-인 및 팁-아웃 주행후의 배터리 SOC가 항상 일정범위내 에서 일치되도록 함으로써, 팁-인 및 팁-아웃이 반복되는 경우에도 배터리 SOC가 방전 지향되는 현상을 방지할 수 있다.

즉, 팁-인 및 팁-아웃에 의한 가감속이 반복되더라도 배터리 SOC의 상한치 및 하한치간의 차이인 스윙폭이 작아 배터리 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법을 설명하는 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법중 배터리 강제 충전이 이루어지는 단계를 설명하는 그래프이다.

본 발명은 하이브리드 차량의 팁-인 및 팁-아웃(가속페달을 빠르게 밟고 떼는 동작)이 반복되더라도, 배터리 SOC를 팁-인시의 배터리 SOC와 팁-아웃후의 배터리 SOC를 항상 일정범위내에서 일치되도록 추종하는 로직에 관한 것으로서, 이러한 로직은 하이브리드 차량의 주제어기인 HCU 및 배터리 제어를 위한 BMS 등의 연산 제어에 의거 다음과 같은 단계로 이루어진다.

먼저, 운전자의 요구 즉, 가속페달 위치센서의 센싱에 따라 가속모드인지, 감속모드인지를 판단한다.

상기 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 가속모드이면, 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정한다.

예를 들어, 주제어기인 HCU에서 가속페달 위치센서의 신호가 가속모드로 판정하여, 그 판정 결과의 신호를 배터리 제어기인 BMS로 전송하면, BMS에서 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정한다.

이때, 상기 목표SOC는 매 가속모드 시작시에 갱신되며, 그 상한값과 하한값은 다음과 같이 정할 수 있다.

상기 목표SOC를 SOC의 정상조건 범위내에서 설정하되, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이하로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최소값을 목표SOC로 설정하고, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이상으로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최대값을 목표SOC로 설정하는 것이 바람직하며, 그 이유는 배터리 SOC가 항상 정상조건범위내에서 가용될 수 있도록 함에 있다.

상기 가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 감속모드로 판정되면, 감속모드 시작시의 SOC와 상기 목표SOC의 차이만큼 배터리의 강제 충전이 이루어진다.

다시 말해서, 가속모드후 감속모드로 진입하면, 모터 및 전장품 등의 동작에 따라 배터리가 소모되어, 감속모드 시작시의 SOC는 상기 목표SOC보다 감소된 상태이므로, 상기 목표SOC와 감속모드 시작시의 SOC 차이 만큼 배터리의 강제 충전이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계는 구동모터에 의한 회생제동 충전량을 제외하고, 팁-아웃에 따른 엔진 클러치 해제후 ISG 및 엔진을 통해 이루어진다.

보다 상세하게는, 하이브리드 차량의 감속시(차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시), 차량의 제동 및 관성 에너지를 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리의 충전이 이루어지는 회생제동(RB: Regenerative Braking)이 진행되는데, 첨부한 도 4의 그래프에서 보는 바와 같이 상기 배터리의 강제 충전은 회생제동에 의한 충전량을 제외하고, 팁-아웃에 따른 엔진 클러치 해제후 ISG 및 엔진을 통해서만 이루어지도록 한다.

이렇게 팁-아웃에 따른 엔진 클러치 해제후 ISG 및 엔진을 통해서만 배터리의 강제 충전이 이루어지도록 하는 이유는 배터리 SOC를 상기 목표SOC에 맞추기 위함에 있다.

이와 같이, 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하고, 감속모드 시작시의 SOC와 목표SOC의 차이만큼을 강제 충전을 실시하여, 팁-인 및 팁-아웃 주행 즉, 가감속을 반복하더라도 배터리 SOC가 항상 일정범위내에서 추종되도록 함으로써, 배터리 SOC가 방전 지향되는 것을 방지함과 더불어 배터리 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 병렬형 하이브리드 차량의 시스템 구성을 나타내는 구성도,

도 2는 하이브리드 차량용 배터리의 가용범위를 설명하는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법을 설명하는 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법중 배터리 강제 충전이 이루어지는 단계를 설명하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진

20 : 모터

30 : 자동변속기

40 : 클러치

50 : 고전압배터리

Claims (3)

1. 운전자의 요구인 가속페달 위치센서의 센싱 단계와;

   가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 가속모드이면, 가속모드 시작시의 배터리 SOC를 목표SOC로 설정하는 단계와;

   가속페달 위치센서의 센싱 신호 결과가 감속모드이면, 감속모드 시작시의 SOC와 상기 목표SOC의 차이만큼 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계;

   를 포함하며,

   상기 배터리의 강제 충전이 이루어지는 단계는 구동모터에 의한 회생제동 충전량을 제외하고, 팁-아웃에 따른 엔진 클러치 해제후 ISG 및 엔진을 통해 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 목표SOC를 SOC의 정상조건 범위내에서 설정하되, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이하로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최소값을 목표SOC로 설정하 고, 상기 목표SOC가 SOC의 정상조건 범위 이상으로 벗어나면 SOC의 정상조건 범위중 최대값을 목표SOC로 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법.

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