KR101601474B1

KR101601474B1 - 차량 주행 가능 거리 유지 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101601474B1
Application number: KR1020140110941A
Authority: KR
Inventors: 김동건; 최제훈; 양희태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-03-21
Also published as: KR20160024296A

Abstract

본 발명은 차량 주행 가능 거리 유지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 배터리의 잔존 용량(SOC :State of Charge) 사용범위 조절을 통한 최적 주행 가능 거리를 유지할 수 있도록 하는 기술이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지 시스템은 누적 주행 거리별 배터리 잔존 용량(이하, SOC라 칭함) 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 저장부; 및 상기 함수값을 이용하여 배터리 용량 열화가 발생하더라도 차량의 주행 가능 거리가 일정하도록 배터리의 SOC 사용 범위를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

차량 주행 가능 거리 유지 시스템 및 그 방법{System for maintaining available driving distance of vehicle and method thereof}

본 발명은 차량 주행 가능 거리 유지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 배터리의 잔존 용량(SOC :State of Charge) 사용범위 조절을 통한 최적 주행 가능 거리를 유지할 수 있도록 하는 기술이다.

최근 전기 자동차(PEV), 하이브리드 차량(HEV), 연료 전지와 배터리의 하이브리드 차량 등의 전동 차량 등에, 모터의 동력원 및 각종 부하의 구동원으로서 니켈-수소(Ni-MH) 배터리, 리튬 이온 배터리 등의 이차 전지가 많이 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 충전 및 방전을 반복하며 사용되는데 충전 및 방전을 반복하면서 도 1과 같이 배터리 용량의 열화도가 높아지게 되며 배터리 용량의 열화도는 배터리의 수명에 비례하게 된다.

일반적으로 배터리는 제조사별 잔존 용량(SOC :State of Charge) 사용 범위가 정해지며, 배터리의 잔존 용량이 미리 정한 사용 범위를 벗어나면 사용자에게 충전을 하도록 유도한다.

즉, 충전이 완료되었다고 알려주는 상태는 실제 배터리 용량의 2/3 상태이고 방전이 너무 심해서 스스로 꺼지는 상태가 실제 배터리 용량의 1/3 상태가 되는 것이다.

도 2(a)를 참조하면, A 배터리와 B 배터리의 주행 거리별 SOC 비율을 나타내고 있다. A 배터리의 SOC 비율이 1이라고 할때, B 배터리의 SOC 비율은 0.8이다. 이때, SOC의 비율이 높다는 것은 SOC 사용범위가 크다는 것이다. 예를 들어, 배터리 총 용량이 100이라고 할 때, SOC 비율이 큰 A 배터리의 SOC 사용범위는 5~95이고, SOC 비율이 작은 B 배터리의 SOC 사용범위는 15~85를 의미한다.

이처럼 SOC 비율이 큰 A 배터리와 SOC 비율이 작은 B 배터리의 주행 거리별 배터리 용량 비율은 도 2(b)와 같이, 주행거리 0~2만km인 범위에서 SOC 비율이 큰 A 배터리의 배터리 용량 저하가 B 배터리의 배터리 용량 저하보다 더욱 급격하게 발생한다. 또한, 주행거리가 10만 km가 되었을 때 A 배터리가 B 배터리에 비해 배터리 용량이 더 낮아짐을 알 수 있다.

예를 들어, 배터리 총 용량이 100인 배터리에 있어서 SOC 사용 범위를 5-95로 정하는 경우 SOC 사용범위를 15-85로 정한 경우보다 초기 주행 가능 거리가 더 길 수 있으나, SOC 사용범위를 5-95로 정한 경우가 SOC 사용범위를 15-85로 정한 경우보다 배터리 용량 저하가 더욱 급하게 일어나 더 빨리 열화되므로 시간이 지남에 따라 차량 주행 가능 거리가 더 짧아질 수 있다.

이에, 배터리의 1회 충전으로 주행할 수 있는 차량 주행 가능 거리가 시간이 지남에 따라 점점 짧아지게 되어 사용자의 불편함이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는 차량의 배터리 용량이 열화되더라도 차량 주행 가능 거리가 일정하게 유지될 수 있도록 배터리의 SOC 사용 범위를 조절할 수 있는 차량 주행 가능 거리 유지 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지 시스템은 누적 주행 거리별 배터리 잔존 용량(이하, SOC라 칭함) 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 저장부; 및 상기 함수값을 이용하여 배터리 용량 열화가 발생하더라도 차량의 주행 가능 거리가 일정하도록 배터리의 SOC 사용 범위를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 고정된 차량 주행 가능 거리값과 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값을 이용하여 상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값을 산출하여 상기 저장부에 저장할 수 있다.

또한, 상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값은, 상기 고정된 차량 주행 가능 거리값을 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값으로 나눈 것을 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 초기에는 상기 SOC 사용 범위를 좁게 결정하고, 차량 주행 후 상기 배터리 용량 열화가 발생하면 상기 SOC 사용 범위를 증가시켜 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지 방법은 누적 주행 거리별 SOC 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 단계; 및 상기 함수값을 이용하여 배터리 용량 열화가 발생하더라도 차량의 주행 가능 거리가 일정하도록 배터리의 잔존 용량(이하, SOC라 칭함) 사용 범위를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 SOC 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 단계는, 고정된 차량 주행 가능 거리값과 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값을 이용하여 산출된 상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값을 저장할 수 있다.

또한, 초기에는 상기 SOC 사용 범위를 좁게 결정하고, 차량 주행 후 상기 배터리 용량 열화가 발생하면 상기 SOC 사용 범위를 증가시켜 결정할 수 있다.

또한, 상기 차량의 누적 주행 거리가 일정 값을 도과하면 상기 SOC 사용범위를 고정시키는 노말 모드로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 기술은 시간이 지남에 따라 차량의 배터리 용량이 열화되더라도 배터리의 SOC 사용 범위를 조절함으로서 차량 주행 가능 거리를 일정하게 유지하여 사용자의 만족도를 증가시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 시간에 따른 배터리 용량 열화도를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 일반적인 주행거리별 SOC비율을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 도 2a의 SOC 비율에 따른 주행거리별 배터리 용량 비율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주행거리별 주행 가능 거리 비율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주행거리별 배터리 용량 비율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주행거리별 SOC 비율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 SOC 비율 조정 예를 나타내는 그래프이다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 전기 자동차(PEV), 하이브리드 차량(HEV), 연료 전지와 배터리의 하이브리드 차량 등의 전동 차량 등에, 모터의 동력원 및 각종 부하의 구동원으로서 탑재되는 니켈-수소(Ni-MH) 배터리 등의 이차 전지의 잔존 용량(SOC :State of Charge) 사용 범위를 조절하여 최적의 주행 가능 거리를 유지할 수 있도록 하는 기술을 개시한다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지 시스템의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 차량 최적 주행 가능 거리 유지 시스템은 제어부(200), 저장부(300), 표시부(400)를 구비한다.

제어부(200)는 고정 주행 거리 유지 모드와 노말 모드(normal mode) 중 사용자에 의해 고정 주행 거리 유지 모드로 설정되면, 도 5의 D와 같이 차량의 주행 가능 거리를 일정 값(L)으로 고정시킨다. 이때, 고정 주행 거리 유지 모드는 차량 주행 가능 거리를 일정하게 유지하도록 SOC를 제어하는 모드이고, 노말 모드는 기존의 SOC를 고정하여 도 5의 C 그래프와 같이 주행거리가 증가할수록 배터리 용량 열화에 따라 차량 주행 가능 거리도 짧아지는 모드이다.

이 후, 제어부(200)는 차량의 현재 누적 주행거리에 해당하는 배터리 용량 비율에 대한 함수값을 추출한다. 예를 들어, 도 6과 같이 주행거리가 0 ~ 5만km의 범위 내에서는 D 그래프의 경우 y=f(t)와 같은 함수값을 가지고 주행거리가 5만km ~ 10만km 범위 내에서는 y=g(t)와 같은 함수값을 가진다. 이러한 함수값은 미리 실험적으로 측정된 주행거리별 배터리 용량 비율의 변화값으로부터 산출될 수 있으며 제어부(200)가 산출한 주행 거리별 함수값 매핑 정보를 저장부(300)에 저장해둔다.

그 후, 제어부(200)는 추출된 함수값과 고정 주행 가능 거리값을 이용하여 저장부(300)에 저장되어 있는 주행거리별 함수값을 추출한다. 예를 들어, 도 7과 같이 주행거리가 0 ~ 5만km의 범위 내에서는 D그래프의 경우 y=L/f(t)와 같은 함수값을 가지고 주행거리가 5만km ~ 10만km 범위 내에서는 y=L/g(t)와 같은 함수값을 가진다. 도 6 및 도 7에서는 주행거리 5만km에서 함수값이 변하는 예를 개시하고 있으나 이는 실험치에 의해 얼마든지 변경될 수 있다.

참고로, 차량의 현재 누적 주행거리는 제어부(200)가 도시하고 있지 않으나 변속기, 차량내 ECU 등의 장치와의 연동을 통해 산출하거나 얻을 수 있으며 이는 일반적인 기술을 적용할 수 있다.

이처럼 제어부(200)는 차량 주행 가능 거리를 고정하는 경우 차량 주행 가능 거리(L)와 주행거리별 배터리 용량 비율에 따른 함수값을 이용하여 SOC를 결정한다. 예를 들어, 도 8과 같이 초기에는 SOC를 E~E' 범위로 결정하고 누적 주행 거리가 증가할 수록 SOC 사용범위를 증가시켜 G~G' 범위까지 증가시킨다. 이때, 도 8에서 F~F'의 범위는 기존의 고정된 SOC의 범위를 의미한다.

즉, 배터리의 총 용량이 100이라고 할 때 기존에는 SOC 사용범위를 10~90으로 고정시켜놓고 배터리의 충방전을 반복하면서 배터리의 용량이 90으로 열화되면 배터리 SOC는 배터리 총 용량 90에 대한 10~90 만큼으로 결정되므로 차량 주행 가능 거리가 갈수록 짧아지게 된다. 본 발명에서는 배터리의 총 용량이 100이라고 할 때차량 구입 초기에는 SOC 사용범위를 기존보다 다소 좁게 15-85로 설정하여 사용하다가 누적 주행 거리가 증가함에 따라 배터리 용량이 열화되면 배터리 용량 열화에 맞게 SOC 사용 범위를 5-95로 증가시켜 사용함으로써 차량 주행 가능 거리가 짧아지지 않도록 제어하는 것이다.

저장부(300)는 주행 거리별 배터리 용량 비율에 대한 함수값(y=f(t), y=g(t))을 및 주행 거리별 SOC 비율에 대한 함수값(y=L/f(t), y=L/g(t))을 저장한다.

표시부(400)는 제어부(200)의 제어하에 주행 가능 거리를 화면에 표시한다.

도 5 내지 도 6을 참조하여 설명을 추가하면, 도 7에서 C 그래프는 기존의 SOC의 비율을 1로 고정한 경우이고 D 그래프는 본 발명의 SOC 비율을 주행거리에 따라 제어한 경우이다.

이처럼 SOC 비율을 고정한 C 그래프는 도 6에서와 같이 배터리 용량이 0~2만km 구간에서 급격하게 저하되고 SOC 비율을 조절한 D 그래프는 도 6에서와 같이 배터리 용량이 원만하게 저하되는 양상을 보인다.

또한, 도 5와 같이 SOC 비율을 고정한 C 그래프는 결국 주행 거리별 주행 가능 거리가 급격히 낮아짐을 알 수 있으며 SOC 비율을 조절한 D 그래프는 주행 거리별 주행 가능 거리가 L로 일정하게 유지됨을 알 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량 주행 가능 거리 유지방법을 설명하기로 한다.

먼저, 사용자에 의해 고정 주행 거리 유지 모드가 설정되면(S101), 제어부(200)는 차량의 현재 누적 주행거리에 해당하는 제 1 함수값을 이용하여 SOC 제어를 수행한다(S102). 이때, 현재 누적 주행거리가 0 ~ 5만km 범위 내인 경우 도 7과 같이 제 1 함수값 y=L/f(t)을 적용하여 SOC를 결정한다.

그 후, 제어부(200)는 현재의 누적 주행거리를 계속 체크하여(S103) 현재 누적 주행 거리가 제 1 기준값을 도과하는 경우 차량의 현재 누적 주행거리에 해당하는 제 2 함수값을 이용하여 SOC 제어를 수행한다(S104). 이때, 제 1 기준값은 도 7에서 5만km를 의미하며 제 2 함수값은 y=L/g(t)을 의미한다.

이후 제어부(200)는 차량 현재 누적 주행거리를 계속 체크하여(S105), 차량 현재 누적 주행거리가 제 2 기준값을 도과하는 경우 노말 모드 SOC 로직 제어 모드로 진입한다(S106). 이때, 제 2 기준값은 도 7에서 10만km를 의미하며 누적 차량 주행 거리가 제 2 기준값에 도달한 경우 SOC 비율이 1.2가 된다. 이에, SOC 비율이 1.2 증가하게 되는 경우 배터리 운영에 문제가 발생할 수 있으므로 제어부(200)는 고정 SOC를 사용하는 노말 모드로 진입하여 SOC를 일정하게 사용하도록 한다.

예를 들어, 배터리 총 용량이 100이라고 할 때 기존에는 차량 주행 가능 거리를 100km가 될 수 있도록 SOC 사용 범위를 10~90으로 설정하여 사용한다. 그러나 주행 거리가 증가함에 따라 배터리 용량이 열화되면 배터리 총 용량이 90이 되므로 결국 배터리 총 용량의 90에 대해 배터리 SOC 사용범위를 10~90으로 설정되므로 차량 주행 가능 거리가 80km로 감소될 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 배터리 총 용량이 100이라고 할 때, 차량 주행 가능 거리를 85km로 고정하고, 차량 주행 가능 거리가 계속 85km가 되도록 SOC 사용 범위를 조절한다. 즉, 차량 구매 초기에는 배터리 총 용량 100에 대해 SOC 사용범위를 15~85 설정하고, 누적 주행 거리가 증가하여 배터리 총 용량이 90으로 감소하면 배터리 총 용량 90에 대해 SOC 사용범위를 5~95로 증가시켜 차량 주행 가능 거리가 초기와 같이 85km를 유지할 수 있도록 제어하는 것이다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

누적 주행 거리별 배터리 잔존 용량(이하, SOC라 칭함) 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 저장부; 및
상기 함수값을 이용하여 배터리 용량 열화가 발생하더라도 차량의 주행 가능 거리가 일정하도록 배터리의 SOC 사용 범위를 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값은,
고정된 차량 주행 가능 거리값을 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값으로 나눈 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
고정된 차량 주행 가능 거리값과 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값을 이용하여 상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값을 산출하여 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
초기에는 상기 SOC 사용 범위를 좁게 결정하고, 차량 주행 후 상기 배터리 용량 열화가 발생하면 상기 SOC 사용 범위를 증가시켜 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 시스템.
누적 주행 거리별 SOC 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 단계; 및
상기 함수값을 이용하여 배터리 용량 열화가 발생하더라도 차량의 주행 가능 거리가 일정하도록 배터리의 잔존 용량(이하, SOC라 칭함) 사용 범위를 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값은,
고정된 차량 주행 가능 거리값을 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값으로 나눈 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 SOC 비율 변화값에 대한 함수값을 저장하는 단계는,
고정된 차량 주행 가능 거리값과 주행 거리별 배터리 용량 비율의 변화값에 대한 함수값을 이용하여 산출된 상기 누적 주행 거리별 SOC 변화값에 대한 함수값을 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 방법.
청구항 5에 있어서,
초기에는 상기 SOC 사용 범위를 좁게 결정하고, 차량 주행 후 상기 배터리 용량 열화가 발생하면 상기 SOC 사용 범위를 증가시켜 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 주행 가능 거리 유지 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 차량의 누적 주행 거리가 일정 값을 도과하면 상기 SOC 사용범위를 고정시키는 노말 모드(normal mode)로 진입하는 단계
를 더 포함하는 차량 주행 가능 거리 유지 방법.