KR101664562B1 - 저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법은 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계; 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하는 단계; 및 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치 {Controlling method and apparatus for charging low-voltage battery}
본 발명은 저전압 배터리의 충전상태, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 따라 저전압 배터리의 최종충전전압을 가변제어하는 저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 경우, 연료전지 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정함으로써 차량의 연비를 개선시키고 시스템의 안정성을 향상시켰다.
하지만, 장기주차나 운전자의 실수로 인하여 실내등을 점등한 상태로 방치했을 경우 12V 저전압 배터리의 방전이 발생한다. 이 상태에서 종래기술에 의한 전압제어를 수행하면 배터리의 방전이 가속될 수 있으며, 12V 저전압 배터리의 충전이 충분히 이루어지지 않아 방전상태를 유지하다 결국, 시동이 걸리지 않는 상태에 이르게 되는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0129286 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저전압 배터리를 충전하기 위해 저전압 직류 컨버터의 최종충전전압을 차량의 운전모드에 따라 가변제어하되, 저전압 배터리의 충전상태에 따라 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법은 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계; 상기 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하는 단계; 및 상기 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충전상태를 판단하는 단계는, 차량이 시동된 후 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제1 단계; 상기 제1 단계 이후, 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제2 단계; 상기 제1 단계에서 측정된 전압과, 제2 단계에서 측정된 전압에 기반하여 전압기울기를 산출하는 단계; 및 상기 전압기울기에 따라 상기 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 단계는, 상기 제1 단계 이후, 차량의 전장펌프의 구동속도가 기설정된 속도에 도달할 시 수행될 수 있다.
상기 저전압 배터리의 충전상태는 완충상태, 보통상태 또는 방전상태 중 어느 하나로 판단될 수 있다.
상기 저전압 배터리의 충전상태는 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 작으면 완충상태로 판단되고, 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 크고 제2 기울기보다 작으면 보통상태로 판단되며, 상기 전압기울기가 제2 기울기보다 크면 방전상태로 판단될 수 있다.
상기 충전필요전압은 상기 저전압배터리의 충전상태가 완충상태일 때보다 보통상태일 때 더 높게 설정되고, 상기 저전압배터리의 충전상태가 보통상태일 때보다 방전상태일 때 더 높게 설정될 수 있다.
상기 운전모드는 제1 주행모드 및 제2 주행모드를 포함하는 주행모드들, 연료전지 정지모드 및 긴급모드를 포함하고, 상기 제1 주행모드는 상기 고전압배터리의 충전 상태에 기반하여 복수의 스테이지로 분류될 수 있다.
상기 제2 주행모드는 리제너레이션 모드 및 파워 어시스트 모드를 포함할 수 있다.
상기 차량의 운전모드가 상기 제1 주행모드일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압과 오프셋 충전전압의 합으로 설정되고, 상기 오프셋 충전전압은 상기 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 차량의 운전모드가 상기 연료전지 정지모드일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압으로 설정될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치는 주 동력원으로 사용되고, 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택; 상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기; 상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리; 상기 연료 전지 스택과 고전압 직류 변환기 사이의 고전압 버스단에 연결되어 전압을 변환시키는 저전압 직류 변환기; 상기 저전압 직류 변환기에서 변환된 저전압으로 충전되는 저전압 배터리; 및 상기 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하고, 상기 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하며, 상기 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 제어부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치에 따르면, 저전압 배터리의 충전상태에 따라 저전압 배터리의 최종충전전압을 설정함으로써 저전압 배터리의 방전을 방지하여 시동성을 개선할 수 있다.
또한, 배터리 상태와 차량의 운전모드에 따라 배터리의 최종충전전압을 가변하여 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 저전압 배터리 충전 제어방법을 수행하기 위해 분류된 운전 모드들의 관계를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법에서 저전압 배터리의 충전상태별 충전필요전압의 일 예를 도시한 표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법에서 운전모드별 저전압 배터리의 충전 전압의 일 예를 도시한 표이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치를 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 저전압 배터리 충전 제어장치(100)는 주 동력원으로 사용되고, 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택(120); 상기 연료 전지 스택(120)으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기(130); 상기 고전압 직류 변환기(130)에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리(140); 상기 연료 전지 스택(120)과 고전압 직류 변환기(130) 사이의 고전압 버스단에 연결되어 전압을 변환시키는 저전압 직류 변환기(150); 상기 저전압 직류 변환기(150)에서 변환된 저전압으로 충전되는 저전압 배터리(160); 및 상기 저전압 배터리(160)에 대한 최종충전전압을 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 저전압 배터리 충전 제어방법을 수행하기 위해 분류된 운전 모드들의 관계를 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법에서 저전압 배터리의 충전상태별 충전필요전압의 일 예를 도시한 표이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어방법에서 운전모드별 저전압 배터리의 충전 전압의 일 예를 도시한 표이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 저전압 배터리 충전 제어방법은 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계; 상기 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하는 단계(S270); 상기 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 단계(S280)를 포함할 수 있다. 여기서, 충전상태를 판단하는 단계는, 차량이 시동된 후 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제1 단계(S210); 상기 제1 단계(S210) 이후, 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제2 단계(S240); 상기 제1 단계(S210)에서 측정된 전압과, 제2 단계(S240)에서 측정된 전압에 기반하여 전압기울기를 산출하는 단계(S250); 및 상기 전압기울기에 따라 상기 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계(S260)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 차량이 시동되는지 여부를 판단(S200)한 후, 만약 차량이 시동되면 제1 단계(S210)를 수행하여 저전압 배터리의 차량 시동시 전압을 측정한다. 반면, 차량이 시동되지 않은 경우라면 제어부는 계속적으로 차량이 시동되는지 여부를 판단한다(S200). 전압기울기는 제1 단계(S210)에서 측정된 전압과 제2 단계에서 측정된 전압의 차이를, 제1 단계(S210) 수행시간과 제2 단계(S240) 수행시간의 차이로 나눔으로써 산출된다.
이때, 제2 단계(S240)는, 상기 제1 단계(S210) 이후, 차량의 전장펌프의 구동속도가 기설정된 속도에 도달할 시 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 제어부는 차량이 시동되어 제1 단계(S210)를 수행할 시 저전압 배터리를 이용하여 차량의 전장펌프를 구동(S220)시킨다. 이후 제어부는 전장펌프의 구동속도가 기설정된 속도에 도달하는지 판단한다(S230). 만약, 전장펌프의 구동속도가 기설정된 속도에 도달한 경우 제어부는 저전압 배터리가 일정한 부하를 출력한 것으로 판단하여 저전압 배터리의 전압을 측정한다(S240). 이러한 단계에 따르면 저전압 배터리가 항상 동일한 부하를 출력한 상태일 때 저전압 배터리의 충전상태를 판단하기 때문에 정확하게 저전압 배터리의 충전상태를 판단할 수 있다.
도 4와 같이 저전압 배터리의 충전상태는 완충상태, 보통상태 또는 방전상태 중 어느 하나로 판단되되, 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 작으면 완충상태로 판단되고, 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 크고 제2 기울기보다 작으면 보통상태로 판단되며, 상기 전압기울기가 제2 기울기보다 크면 방전상태로 판단될 수 있다(S260).
충전필요전압은 상기 저전압 배터리의 충전상태가 완충상태일 때 제1 충전전압, 보통상태일 때 제2 충전전압, 방전상태일 때 제3 충전전압으로 설정된다. 여기서, 제1 충전전압은 제2 충전전압 및 제3 충전전압보다 낮을 수 있다. 제2 충전전압은 제1 충전전압보다 높고 제3 충전전압보다는 낮을 수 있다. 제3 충전전압은 제1 충전전압 및 제2 충전전압보다 낮을 수 있다.
구체적으로, 저전압 배터리에 방전이 발생하는 상황인 경우, 방전상태가 심할수록 저전압 배터리에 내부저항이 많이 형성되기 때문에 제2 단계(S240)에서의 전압이 제1 단계(S210)에서 측정된 전압보다 상대적으로 낮게 측정된다. 즉, 제어부는 산출된 전압기울기가 높을수록 저전압 배터리의 방전상태가 심하다고 판단한다. 반면, 산출된 전압기울기가 낮을수록 저전압 배터리에 내부저항이 적게 형성되며, 저전압 배터리가 완충상태에 가깝다고 판단한다.
따라서, 저전압 배터리의 방전이 발생하는 상황이면 충전필요전압을 높게 설정함으로써 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 높게 설정하여 저전압 배터리의 방전을 방지할 수 있다. 반면, 저전압 배터리가 완충된 상황이라면 충전필요전압을 낮게 설정함으로써 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 낮게하여 저전압 배터리를 과하게 충전하는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 도 2와 같이 본 발명의 운전모드(10)는 제1 주행모드(30) 및 제2 주행모드(40)를 포함하는 주행모드들(20), 연료전지 정지모드(70) 및 긴급모드(80)를 포함하고, 상기 제1 주행모드(30)는 상기 고전압배터리의 충전상태에 기반하여 복수의 스테이지로 분류되고, 상기 제2 주행모드(40)는 리제너레이션 모드(50) 및 파워 어시스트 모드(60)를 포함할 수 있다. 제어부는 현재 차량이 어느 운전모드에 속하는지 판단하며, 기 설정되어 있는 모드별 최종충전전압을 기준으로 저전압 배터리 충전을 제어할 수 있다.
제1 주행모드(30)는 고전압 배터리의 충전 상태(SOC)에 기반하여 복수의 스테이지들로 분류된다. 제1 주행모드(30)는 일반적인 주행모드를 말하며, 차량이 주행 중인 경우를 나타내는 주행 모드들(20) 중 리제너레이션 모드(50)와 파워 어시스트 모드(60)를 포함하는 제2 주행 모드(40)를 제외한 경우의 주행모드를 말한다.
복수의 스테이지는 예컨대 고전압 배터리의 충전상태에 따라 분류된 4개의 스테이지를 포함하며, 4개의 스테이지는 예컨대 고전압 배터리의 SOC가 55% 내지 65%인 경우의 Normal 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 65%를 초과하는 경우의 Critical High 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 50% 미만인 경우의 Critcal Low 스테이지 및 고전압 배터리의 SOC가 50% 내지 55%인 경우의 Low 스테이지를 포함할 수 있다.
제2 주행모드(40) 중 리제너레이션 모드(50)는 모터로부터 회생제동에너지를 회수하는 모드이며, 구체적으로 감속 또는 제동시 모터의 발전을 통해 차량의 운동에너지를 전기 에너지로 변환하여 고전압 배터리를 충전한다. 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 모터로부터 회생제동에너지를 회수하기 위해 제1 주행모드(30)로부터 전환될 수 있다. 또한, 리제너레이션 모드(50)에 있을 때에 운전자가 정상 주행을 위해 가속 페달을 밟게 되면 다시 제1 주행 모드(30)로 전환될 수 있다.
파워 어시스트 모드(60)는 연료전지의 파워와 고전압 배터리의 파워를 동시에 사용하며, 운전자가 가속 페달을 기설정된 깊이 이상으로 밟은 경우 또는 기설정된 연료전지 파워에 도달한 때의 주행모드이며, 제1 주행모드(30)로 주행 도중 운전자가 가속 페달을 기설정된 깊이 이상으로 밟거나 기설정된 연료전지 파워에 도달하게 되면 파워 어시스트 모드(60)로 전환될 수 있고, 그 역으로 전환될 수 있다.
연료전지 정지모드(70)는 저파워 구간이나 속도가 낮은 구간에서 연료전지를 정지시키고 고전압 배터리로만 운전하는 구간을 말한다. 저파워 구간에서 운전시에는 연료전지의 전압이 상승하며 이는 연료전지의 내구성에 악영향을 주기 때문에 저파워 구간에서는 연료전지를 정지시킨다. 일반적으로, 제1 주행모드(30)에서 차량을 제동하기 위해 속도를 줄일 때 리제너레이션 모드(50)로 넘어가게 되고, 차량이 완전히 정지하게 되면 연료전지 정지모드(70)로 넘어가며, 소정 속도나 파워를 넘어가게 되면 다시 연료전지를 재구동하여 제1 주행모드(30)로 넘어가게 된다.
긴급모드(80)는 연료전지 시스템 자체가 고장인 경우, 고전압 배터리로만 구동되는 비상모드를 말한다. 일반적으로 긴급모드(80) 의 경우 시동 오프(OFF)까지 연료전지를 재구동하지 않으나, 수소 누출 또는 연료전지 고장에 의한 경우 연료전지를 재구동 시도하여 제1 주행모드(30)로 천이하고, 재구동이 실패하면 키 오프(OFF)까지 상기 긴급모드(80)를 유지한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 저전압 배터리의 충전상태, 차량의 운전 모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압이 설정된다. 만약, 차량의 운전모드가 상기 제1 주행모드(30)일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압과 오프셋 충전전압의 합으로 설정되고, 상기 오프셋 충전전압은 상기 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 차량의 주행모드가 상기 연료전지 정지모드(70)일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압으로 설정될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치의 제어부는 차량이 제1 주행모드(30)에 있는 경우 고전압 배터리의 SOC에 따라 분류된 복수의 스테이지에 기반하여 현재 고전압 배터리의 충전상태가 Critical High 스테이지인 경우 제4 충전전압, Normal 스테이지인 경우 제5 충전전압, Low 스테이지의 경우 제6 충전전압, Critical Low 스테이지의 경우 제7 충전전압으로 저전압 배터리를 충전한다. 제4 충전전압은 제5 충전전압, 제6 충전전압 및 제7 충전전압보다 높을 수 있다. 제5 충전전압은 제4 충전전압보다 낮고, 제6 충전전압 및 제7 충전전압보다 높을 수 있다. 제6 충전전압은 제4 충전전압 및 제5 충전전압보다 낮고, 제7 충전전압보다 높을 수 있다. 제7 충전전압은 제4 충전전압, 제5 충전전압 및 제6 충전전압보다 낮을 수 있다. 즉, 오프셋 충전전압은 고전압 배터리의 SOC가 클수록 높게 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리 충전 제어장치의 제어부는 제2 주행모드(40) 중 리제너레이션 모드(50)에 있는 경우 제8 충전전압으로 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하며, 제2 주행모드(40) 중 파워 어시스트 모드(60)에 있는 경우 제9 충전전압으로 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정한다. 제어부는 예컨대 차량이 연료전지 정지 모드(70)에 있는 경우 충전필요전압으로 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하고, 긴급 모드(80)에 있는 경우 제10 설정전압으로 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정한다. 일반적으로 리제너레이션 모드(50)를 거쳐서 연료전지 정지 모드(70)에 진입하게 된다. 제8 충전전압은 충전필요전압인 제3 충전전압보다 높을 수 있다. 제9 충전전압 및 제10 충전전압은 충전필요전압의 제1 충전전압보다 높고, 제3 충전전압보다 낮을 수 있다.
즉, 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 따라서 저전압 배터리를 충전하기 위한 충전 전압을 상이하게 설정함으로써 연료전지 및 하이브리드 차량의 연비를 개선할 수 있다.
그러나 이러한 설정 최종충전전압의 수치 및 스테이지를 구분하는 고전압 배터리의 SOC정도를 나타낸 수치는 일 실시예에 불과하며 이에 한정되지 않고, 다양한 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 저전압 배터리 충전 제어방법 및 장치에 따르면, 저전압 배터리의 충전상태에 따라 저전압 배터리의 최종충전전압을 설정함으로써 저전압 배터리의 방전을 방지하여 시동성을 개선할 수 있다.
또한, 배터리 상태와 차량의 운전모드에 따라 배터리의 최종충전전압을 가변하여 연비를 개선할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 저전압 배터리 충전 제어장치 110: 제어부
120: 연료전지 스택 130: 고전압 직류 변환기
140: 고전압 배터리 150: 저전압 직류 변환기
160: 저전압 배터리

Claims (11)

  1. 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계;
    상기 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하는 단계; 및
    상기 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 충전상태를 판단하는 단계는,
    차량이 시동된 후 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제1 단계;
    상기 제1 단계 이후, 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제2 단계;
    상기 제1 단계에서 측정된 전압과, 제2 단계에서 측정된 전압에 기반하여 전압기울기를 산출하는 단계; 및
    상기 전압기울기에 따라 상기 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계를 포함하는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 상기 제1 단계 이후, 차량의 전장펌프의 구동속도가 기설정된 속도에 도달할 시 수행되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 배터리의 충전상태는 완충상태, 보통상태 또는 방전상태 중 어느 하나로 판단되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저전압 배터리의 충전상태는 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 작으면 완충상태로 판단되고, 상기 전압기울기가 제1 기울기보다 크고 제2 기울기보다 작으면 보통상태로 판단되며, 상기 전압기울기가 제2 기울기보다 크면 방전상태로 판단되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충전필요전압은 상기 저전압배터리의 충전상태가 완충상태일 때보다 보통상태일 때 더 높게 설정되고, 상기 저전압배터리의 충전상태가 보통상태일 때보다 방전상태일 때 더 높게 설정되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 운전모드는 제1 주행모드 및 제2 주행모드를 포함하는 주행모드들, 연료전지 정지모드 및 긴급모드를 포함하고, 상기 제1 주행모드는 상기 고전압배터리의 충전 상태에 기반하여 복수의 스테이지로 분류되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 주행모드는 리제너레이션 모드 및 파워 어시스트 모드를 포함하는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차량의 운전모드가 상기 제1 주행모드일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압과 오프셋 충전전압의 합으로 설정되고,
    상기 오프셋 충전전압은 상기 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 차량의 운전모드가 상기 연료전지 정지모드일 경우, 상기 저전압 배터리에 대한 최종충전전압은 상기 충전필요전압으로 설정되는,
    저전압 배터리 충전 제어방법.
  11. 주 동력원으로 사용되고, 차량의 구동계에 동력을 공급하는 연료 전지 스택;
    상기 연료 전지 스택으로부터 동력을 공급받는 고전압 직류 변환기;
    상기 고전압 직류 변환기에 의해 다운된 전압을 공급받는 고전압 배터리;
    상기 연료 전지 스택(120)과 고전압 직류 변환기(130) 사이의 고전압 버스단에 연결되어 전압을 변환시키는 저전압 직류 변환기(150);
    상기 저전압 직류 변환기에서 변환된 저전압으로 충전되는 저전압 배터리; 및
    상기 저전압 배터리의 전압에 기반하여 저전압 배터리의 충전상태를 판단하고, 상기 저전압 배터리의 충전상태에 따라 충전필요전압을 설정하며, 상기 충전필요전압, 차량의 운전모드 및 고전압 배터리의 충전상태에 기반하여 저전압 배터리에 대한 최종충전전압을 설정하는 제어부를 포함하며,
    상기 충전상태를 판단하는 단계는,
    차량이 시동된 후 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제1 단계;
    상기 제1 단계 이후, 상기 저전압 배터리의 전압을 측정하는 제2 단계;
    상기 제1 단계에서 측정된 전압과, 제2 단계에서 측정된 전압에 기반하여 전압기울기를 산출하는 단계; 및
    상기 전압기울기에 따라 상기 저전압 배터리의 충전상태를 판단하는 단계를 포함하는,
    저전압 배터리 충전 제어장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102370133B1 (ko) * 2021-07-23 2022-03-04 이원형 차량용 배터리들을 충전하고 제어하는 방법 및 그 시스템

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10637268B2 (en) * 2015-05-15 2020-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. System and method for fast charging of batteries based on dynamic cutoff voltage
KR101836577B1 (ko) * 2015-11-30 2018-04-20 현대자동차주식회사 차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템
DE102015224842A1 (de) * 2015-12-10 2017-06-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Spannungsnetzwerk und Verfahren zum Verteilen von elektrischer Energie in einem elektrischen Spannungsnetzwerk
KR101836586B1 (ko) 2015-12-14 2018-04-20 현대자동차주식회사 저전압 배터리 충전 제어 방법 및 시스템
CN110015192B (zh) * 2017-09-11 2021-03-02 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池混合动力系统、供电单元及充电控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439059B1 (ko) * 2013-10-29 2014-11-04 현대자동차주식회사 저전압 배터리 충전 제어 방법 및 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004023939A (ja) 2002-06-19 2004-01-22 Denso Corp 車載用表示機器制御装置
KR100957144B1 (ko) 2007-11-07 2010-05-11 현대자동차주식회사 차량의 발전 제어장치 및 방법
JP2010120515A (ja) 2008-11-19 2010-06-03 Autonetworks Technologies Ltd 車両用電源装置
KR101103877B1 (ko) 2009-07-30 2012-01-12 현대자동차주식회사 하이브리드차량의 가변 전압 제어 방법
KR20120018495A (ko) 2010-08-23 2012-03-05 현대자동차주식회사 전동식 브레이크용 저전압 대책 구조 및 구동 방법
EP2685116A4 (en) 2011-03-10 2014-10-15 Ihi Corp BEARING, AND DEVICE AND METHOD FOR ACQUIRING LUBRICANT DISTRIBUTION
JP5757298B2 (ja) * 2013-01-25 2015-07-29 トヨタ自動車株式会社 車両の電源システムおよびそれを備える車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439059B1 (ko) * 2013-10-29 2014-11-04 현대자동차주식회사 저전압 배터리 충전 제어 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102370133B1 (ko) * 2021-07-23 2022-03-04 이원형 차량용 배터리들을 충전하고 제어하는 방법 및 그 시스템

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