KR101609476B1 - 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법 - Google Patents

주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

배터리의 충전 상태와 차량속도에 따라 발전기를 제어하여 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하도록 한 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 배터리의 충전 상태(SOC)를 검출하는 배터리 관리 시스템; 차량 속도를 검출하는 차량 속도 검출부; 및 상기 배터리 관리 시스템과 차량 속도 검출부로부터 배터리 충전 상태 및 차량속도를 획득하고, 상기 배터리 충전 상태 및 차량속도를 미리 설정된 배터리 최소 충전상태 및 한계속도와 각각 비교하고, 그 대소 여부에 따라 발전기의 구동을 제어하는 차량 제어 장치를 포함하고, 차량 제어 장치는 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최소 충전 상태 이하이거나 상기 차량속도가 상기 한계전압보다 클 경우, 발전기를 구동시켜, 저전압 에러 발생을 억제하고, 배터리 충전상태를 고속주행에 알맞은 상태로 유지한다.

Description

주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법{Apparatus for determine the operation of generator for the high-speed runnimg in range extended electric vehicle and method thereof}
본 발명은 주행거리확장 전기자동차(REEV)의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법에 관한 것으로, 특히 배터리의 충전 상태와 차량속도에 따라 발전기를 제어하여 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하도록 한 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 주행거리확장 전기자동차는 내연기관과는 달리 고전압 배터리에 저장된 전기에너지로 구동모터를 구동하고, 이를 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 자동차로서, 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경 오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 무공해 자동차의 개발이 요구되고 있다.
이러한 주행거리확장 전기자동차의 발전기 작동시점은 배터리의 충전상태(SOC; Stage Of Charge)로 결정된다. 하지만, 발전기가 작동하기 전 낮은 SOC에서 급격한 잔류방전이 있을 경우, 배터리의 저전압 에러가 발생할 가능성이 있고, 이를 보호하기 위해서는 전류방전을 억제하는 제어를 이용하기도 한다.
일반적인 주행거리확장 전기자동차는 배터리의 전압이 안정적일 경우, SOC값만을 이용하여 일정수준 이하이면 발전기를 가동하는 것이 보편적이고 정상적이다.
도 1은 종래 주행거리확장 전기자동차에서 발전기(generator)를 제어하는 방법을 보인 흐름도로서, 현재 배터리의 충전 상태(Current SOC; SOCn)를 검출하고(S11), 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)가 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)인지를 확인한다(S12). 이 확인 결과 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우에는 발전기를 오프하고, 이와는 달리 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 작을 경우에는 단계 S13으로 이동하여 발전기를 구동시키게 된다.
한편, 하이브리드 차량에서 배터리 충전상태 기반으로 차량이 주행을 제어하는 종래기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0088815호(2010.08.11. 공개)에 개시되었다.
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 엔진 회전수가 차량속도에 동기되는 시점에서 진동 모터 토크의 감소 제어를 실행하고, 전동 모터 토크 감소시점에서 엔진 클러치를 직결 제어함에 따라 전동 모터 토크의 제어와 엔진 토크의 동시 제어로 인해 발생하는 엔진 토크의 이상 거동을 미리 방지한다.
대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0088815호(2010.08.11. 공개)
그러나 상기와 같은 일반적인 주행거리확장 전기자동차 및 종래기술은 배터리의 충전상태를 검출하고, 배터리의 충전상태에 의해서만 발전기의 동작을 제어하기 때문에, 발전기가 작동하기 이전에 낮은 충전상태에서 급격한 전류방전이 있을 경우 배터리의 저전압 에러가 발생할 수 있는 단점이 있다. 이 경우 배터리를 보호하기 위해서 전류방전을 억제하는 제어를 수행해야한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 일반적인 주행거리확장 전기자동차 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 배터리의 충전 상태와 차량속도에 따라 발전기를 제어하여 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하도록 한 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치는 배터리의 충전 상태(SOC) 를 검출하는 배터리 관리 시스템; 차량 속도를 검출하는 차량속도 검출부; 상기 배터리 관리 시스템 및 차량속도 검출부에서 각각 검출한 배터리 충전 상태 및 차량속도를 획득하고, 상기 배터리 충전 상태 및 차량 속도를 미리 설정된 배터리 최소 충전상태 및 한계 속도와 각각 비교하고, 그 대소 여부에 따라 발전기의 구동을 제어하는 차량 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 차량 제어 장치는 상기 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최소 충전 상태 이하이거나 상기 차량속도가 상기 한계 속도보다 클 경우, 발전기를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법은 (a) 차량 제어 장치에서 배터리 관리 시스템 및 차량속도 검출부와 연동하여 배터리의 충전 상태(Current SOC; SOCn) 및 차량 속도(Current Speed; Speedn)를 검출하는 단계; (b) 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하는 단계; (c) 상기 비교 결과 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우, 상기 차량속도와 미리 설정된 한계 속도(Speedlimit)를 비교하는 단계; (d) 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우 속도 카운트를 증가시키는 단계; (e) 상기 속도 카운트가 설정된 한계 카운트(Countlimit)보다 크거나 상기 배터리의 충전 상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우 발전기를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법은 (f) 상기 (c)단계의 비교 결과 차량속도가 상기 한계속도보다 작을 경우 속도 카운트를 초기화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 배터리의 충전 상태와 차량속도에 따라 발전기의 구동 시점을 제어함으로써, 배터리의 저전압 에러 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 배터리의 충전 상태와 차량속도에 따라 발전기의 구동시점을 제어함으로써, 배터리의 충전상태를 장거리 주행에 적합하게 운영할 수 있는 장점도 있다.
도 1은 일반적인 주행거리확장 전기자동차에서 발전기 제어방법을 보인 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정장치의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에서 도심과 고속도로의 연비 시험 모드별 속도 프로파일,
도 4는 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정장치의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정장치는 배터리 관리 시스템(10), 차량 제어 장치(20), 발전기(30) 및 차량속도 검출부(40)를 포함한다.
상기 배터리 관리 시스템(10)은 배터리 팩에 구비되며, 배터리의 충전 상태(SOC)를 검출하는 역할을 한다.
상기 차량속도 검출부(40)는 차량의 현재 속도를 검출하는 역할을 한다.
상기 차량 제어 장치(20)는 상기 배터리 관리 시스템(10)으로부터 배터리 충전 상태를 획득하고, 상기 차량속도 검출부(40)로부터 차량속도를 획득하며, 상기 배터리 충전 상태 및 차량속도를 미리 설정된 배터리 최소 충전상태(SOCminimum) 및 한계속도(Speedlimit)를 각각 비교하고, 그 대소 여부에 따라 발전기(30)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 동작시점 결정장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배터리 관리 시스템(10)은 차량에 시동이 걸리면, 지속적으로 배터리의 충전 상태(SOC)를 검출하여 차량 제어 장치(20)에 전달한다. 아울러 차량속도 검출부(40) 역시 지속적으로 현재 차량의 속도(Speed)를 검출하여 상기 차량 제어 장치(20)에 전달한다.
차량 제어 장치(20)는 상기 배터리 관리 시스템(10)으로부터 제공되는 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최소 충전 상태 이하이거나 상기 차량속도가 미리 설정된 한계속도보다 클 경우, 발전기(30)를 구동시킨다.
예컨대, 차량 제어 장치(20)는 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하여, 상기 배터리의 충전상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우, 발전기(30)를 구동시킨다.
아울러 상기 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우에는, 상기 차량속도와 미리 설정된 한계 속도(Speedlimit)를 비교하여, 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우에는 일정 시간 지연을 갖은 후, 일정 시간 지연 후에도 차량속도가 한계속도보다 큰 경우에는 발전기(30)를 구동시킨다.
여기서 일정시간 지연을 갖는 이유는 도 3에 도시한 바와 같이, 도심과 고속도로의 연비 시험 모드를 보면, 도심에서 고속을 장시간 유지하는 것은 불가능하며, 고속도로에서 고속을 장시간 유지하는 것이 일반적이기 때문에, 고속을 유지하는 일정시간을 이용하여 고속 장거리 주행의지를 판단하기 위함이다.
이와 같은 방식으로 배터리의 충전 상태와 차량속도를 병합하여 발전기의 동작 시점을 제어함으로써, 전압이 일정 값 이하로 낮아지는 경우 SOC가 하한선(최소 충전상태)에 도달하기 이전에 발전기를 가동할 수 있어, 필요한 모터 출력을 보충하고, 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하게 되는 것이다. 아울러 장거리 주행의지가 인식될 경우에는 배터리의 충전상태가 일정 값 이하로 낮아지기 이전에 발전기를 조기 작동시켜, 배터리의 충전상태를 장거리 주행에 적합하게 유지하게 되는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법을 보인 흐름도로서, S는 단계를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법은, (a) 차량 제어 장치에서 배터리 관리 시스템과 차량속도 검출부와 연동하여 배터리의 충전 상태(Current SOC; SOCn) 및 차량속도(Current Speed; Speedn)을 검출하는 단계(S101, S103); (b) 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하는 단계(S102); (c) 상기 비교 결과 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우, 상기 차량속도와 미리 설정된 한계속도(Speedlimit)을 비교하는 단계(S104); (d) 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우 속도 카운트(Count)를 증가시키는 단계(S106); (e) 상기 속도 카운트가 설정된 한계 카운트(Countlimit)보다 크거나 상기 배터리의 충전 상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우 발전기를 구동시키는 단계(S107 ~ S108); (f) 상기 (c)단계의 비교 결과 차량속도가 상기 한계속도보다 작을 경우 속도 카운트를 초기화하는 단계(S105)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S101 및 S103에서 차량 제어 장치(20)는 배터리 관리 시스템(10) 및 차량속도 검출부(40)와 연동하여 배터리의 충전 상태(Current SOC; SOCn) 및 차량속도(Current Speed; Speedn)을 각각 검출한다.
다음으로, 단계 S102에서 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하여, 상기 배터리의 충전 상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우에는 단계 S108로 이동하여 발전기(30)를 구동시킨다.
이와는 달리 상기 비교 결과 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우에는 단계 S104로 이동하여 상기 차량속도와 미리 설정된 한계속도(Speedlimit)을 비교한다.
이 비교 결과 차량속도가 상기 한계속도보다 작을 경우에는 단계 S105로 이동하여, 속도 카운트를 초기화한다(Count = 0).
이와는 달리 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우에는 단계 S106으로 이동하여 속도 카운트(Count)를 증가시켜 일정 시간 대기를 한다. 여기서 일정 시간 대기는 장거리 주행의지를 판단하기 위함이다. 그리고 단계 S107에서는 상기 증가시킨 속도 카운트가 설정된 한계 카운트(Countlimit)보다 클 경우에는 장거리 주행상태로 판단을 하고 단계 S108로 이동하여 발전기를 구동시킨다.
다시 말해, 본 발명은 배터리의 충전 상태와 차량속도를 병합하여 발전기의 동작 시점을 제어함으로써, 전압이 일정 값 이하로 낮아지는 경우 SOC가 하한선(최소 충전상태)에 도달하기 이전에 발전기를 가동할 수 있어, 필요한 모터 출력을 보충하고, 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하게 되는 것이다. 또한, 장거리 주행의지가 인식될 경우에는 배터리의 충전상태가 일정 값 이하로 낮아지기 이전에 발전기를 조기 작동시켜, 배터리의 충전상태를 장거리 주행에 적합하게 유지하게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 배터리 관리 시스템(BMS)
20: 차량 제어 장치(VCU)
30: 발전기
40: 차량 속도 검출부

Claims (4)

  1. 배터리의 충전 상태(SOC)를 검출하는 배터리 관리 시스템;
    차량 속도를 검출하는 차량 속도 검출부; 및
    상기 배터리 관리 시스템과 차량 속도 검출부로부터 배터리 충전 상태 및 차량속도를 획득하고, 상기 배터리 충전 상태 및 차량속도를 미리 설정된 배터리 최소 충전상태 및 한계속도와 각각 비교하고, 그 대소 여부에 따라 발전기의 구동을 제어하는 차량 제어 장치를 포함하고,
    상기 차량 제어 장치는 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하여, 상기 배터리의 충전상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우, 발전기를 구동시키며, 상기 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우에는, 상기 차량속도와 미리 설정된 한계 속도(Speedlimit)를 비교하여, 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우에는 일정 시간 지연을 갖은 후, 일정 시간 지연 후에도 차량속도가 한계속도보다 큰 경우에는 발전기를 구동시켜, 배터리 충전 전압이 일정 값 이하로 낮아지는 경우 SOC가 하한선(최소 충전상태)에 도달하기 이전에 발전기를 가동할 수 있어, 필요한 모터 출력을 보충하고, 배터리의 저전압 에러 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정장치.
  2. 삭제
  3. 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법으로서,
    (a) 차량 제어 장치에서 배터리 관리 시스템 및 차량속도 검출부와 연동하여 배터리의 충전 상태(Current SOC; SOCn) 및 차량속도(Current Speed; Speedn)를 검출하는 단계;
    (b) 상기 검출한 배터리의 충전상태(SOCn)와 미리 설정된 최소 충전상태(SOCminimum)를 비교하는 단계;
    (c) 상기 비교 결과 검출한 배터리의 충전상태가 미리 설정된 최소 충전상태보다 클 경우, 상기 차량속도와 미리 설정된 한계속도(Speedlimit)를 비교하는 단계;
    (d) 상기 차량속도가 상기 한계속도보다 클 경우 속도 카운트를 증가시키는 단계;
    (e) 상기 속도 카운트가 설정된 한계 카운트(Countlimit)보다 크거나 상기 배터리의 충전 상태가 상기 최소 충전상태보다 작을 경우 발전기를 구동시키는 단계; 및
    (f) 상기 (c)단계의 비교 결과 차량속도가 상기 한계속도보다 작을 경우 속도카운트를 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행거리확장 전기자동차의 고속주행을 위한 발전기 작동시점 결정방법.
  4. 삭제
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KR20180123283A (ko) * 2017-05-08 2018-11-16 김상인 하이브리드 구동이 가능한 전기차

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