KR101756008B1 - 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 및 시스템 - Google Patents

하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

제어부에서 배터리상태감지부의 고장유무를 판단하는 단계; 상기 배터리상태감지부에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 제어부에서 배터리상태감지부의 고장원인을 분석하는 단계; 상기 고장원인이 배터리 SOC감지 실패로 분석된 경우, 제어부에서 배터리온도를 이용하여 제1전압을 도출하는 단계; 및 제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 도출된 상기 제1전압으로 제어하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법이 소개된다.

Description

하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 및 시스템{CONTROL METHOD AND SYSTEM OF LOW VOLTAGE DC-DC CONVERTER FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 배터리 고장원인에 따라 저전압컨버터의 배터리 충전전압 제어를 달리 적용하여 차량 연비 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)의 연소에 의해 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리의 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 전기 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다. 이러한 하이브리드 차량에는 전기모터의 구동력을 제공하는 메인배터리와 함께 차량 전장품의 구동전력을 제공하는 보조배터리가 탑재되고, 상기 보조배터리에는 고전압과 저전압 사이의 출력변환을 위한 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter)가 연결된다.
즉, 하이브리드 차량의 LDC는 기존 일반 차량의 알터네이터 역할을 하는 장치로, 주 기능은 전장부하에 전압을 공급하고 고전압 배터리로부터 나오는 고전압 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하여 보조배터리를 충전하는 역할을 하는 것이다.
공개특허공보 2006-0105470 A "하이브리드 전기 자동차용 배터리 충전 시스템"에서도 보조배터리 즉, 저전압 배터리의 충전을 에너지 효율 좋게 행할 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차용 배터리 충전 시스템을 제공하고 있다.
그러나, 이는 LDC 및 배터리가 모두 정상상태에 해당하는 경우의 시스템 및 제어방법에 해당할 뿐, 배터리 또는 LDC에 이상이 발생한 경우와 같이 특별한 상황을 가정한 것이 아닌바, 이와 같은 상황에서 하이브리드 차량 시스템을 어떻게 제어할 것인지가 문제되고 있다.
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 2006-0105470 A
본 발명은 배터리 이상상태가 감지되는 경우, 상기 이상상태의 원인을 분석하여 분석된 원인에 따라 배터리 충전전압을 달리 적용해 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법은 제어부에서 배터리상태감지부의 고장유무를 판단하는 단계; 상기 배터리상태감지부에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 제어부에서 배터리상태감지부의 고장원인을 분석하는 단계; 상기 고장원인이 배터리 SOC감지 실패로 분석된 경우, 제어부에서 배터리온도를 이용하여 제1전압을 도출하는 단계; 및 제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 도출된 상기 제1전압으로 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 제1전압을 도출하는 단계는 배터리온도를 입력으로 하고 제1전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출하는 것을 특징으로 한다.
상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에, 배터리상태감지부의 고장원인이 배터리 터미널 단자 체결 불량으로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리 SOC 감지 실패로 분석하는 단계;를 더 포함한다.
상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에, 배터리상태감지부의 고장원인이 배터리 암전류 과다로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리 SOC 감지 실패로 분석하는 단계;를 더 포함한다.
상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에, 배터리상태감지부의 고장원인이 감지된 배터리상태 정보의 송신불가로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리상태감지부 자체불량으로 분석하는 단계; 및 상기 고장원인이 배터리상태감지부 자체불량으로 분석된 경우, 제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 기설정된 제2전압으로 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 제2전압은 상기 배터리의 정격전압보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에, 상기 고장원인이 배터리 SOC감지 실패로 분석된 경우, 제어부에서 배터리온도와 저전압컨버터 출력전력을 이용하여 제3전압을 도출하는 단계; 및 제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 도출된 상기 제3전압으로 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 제3전압을 도출하는 단계는 배터리온도와 저전압컨버터 출력전력을 입력으로 하고 제3전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터 시스템은 배터리; 상기 배터리 충전전압을 출력하는 저전압컨버터; 상기 배터리의 상태정보를 감지하는 배터리상태감지부; 및 상기 배터리상태감지부의 고장유무를 판단하고, 상기 배터리상태감지부에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 배터리상태감지부의 고장원인을 분석하며, 분석된 고장원인이 배터리 SOC감지 실패인 경우, 배터리온도를 이용하여 제1전압을 도출하고 상기 제1전압을 저전압컨버터의 출력전압으로 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 배터리온도는 상기 배터리상태감지부에 의하여 감지되는 것을 특징으로 한다.
종래에는 배터리의 고장원인과 관계없이 배터리에 이상이 있다고 판단되는 경우에는 저전압컨버터의 출력전압을 높은 값으로 형성하여 배터리가 항상 충전 가능한 상태에 있도록 하였으나, 본 발명에 따를 경우 배터리의 고장원인에 따라 다양한 배터리 충전제어전략 수립이 가능하게 되므로 저전압컨버터의 출력전압을 항상 높은 값으로 유지할 필요가 없어지게 되어 높은 출력전압에 따른 전장부하의 전력 과다 소모를 감소시킬 수 있어 차량의 연비가 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터 시스템 구성도
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터(10) 제어방법은 도1에서 도시하고 있는 바와 같이 제어부(40)에서 배터리상태감지부(30)의 고장유무를 판단하는 단계(S10); 상기 배터리상태감지부(30)에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 제어부(40)에서 배터리상태감지부(30)의 고장원인을 분석하는 단계(S20);를 포함한다.
앞서 본 발명의 배경기술에도 밝혔듯이 종래에 배터리(20) 충전상태에 따라 저전압컨버터(10)의 출력전압을 다르게 적용하여 하이브리드 차량의 효율을 향상시키는 제어 방법에 대해서는 많은 기술이 존재한다. 그러나 본 발명과 같이 차량에 이상이 있는 경우 상기 고장원인을 분석하고 이에 대응하여 저전압컨버터(10)의 출력전압을 제어하는 방법에 대한 기술은 존재하지 않는다. 따라서 본 발명에서는 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 첫 단계로써 제어부(40)에서 배터리상태감지부(30)(IBS: Intelligent Battery System)의 고장유무를 판단하는 단계(S10)를 수행하게 된다.
여기서, 배터리(20)는 저전압컨버터(10)의 출력 전압인 저전압으로서 충전되는 보조배터리이다. 배터리상태감지부(30)는 차량 배터리(20)의 전반적인 상태를 감지하는 감지부로써 기본적으로 배터리(20)의 전류, 전압, 온도, SOC(State Of Charge) 등을 감지한다. 최근 대부분의 하이브리드 차량에서는 상기 배터리상태감지부(30)를 탑재하며, 배터리상태감지부(30)에서 감지한 배터리(20) 상태 정보를 제어부(40)에서 전달받아 저전압컨버터(10)의 출력전압을 결정하게 되는 것이다. 따라서 저전압컨버터(10)의 출력전압을 결정하는 가장 중요한 인자들을 전송하는 장치가 바로 배터리상태감지부(30)인바, 본 발명에서는 저전압컨버터(10)의 출력전압을 결정하기에 앞서 배터리상태감지부(30)에 고장이 있는지 유무를 판단하는 단계(S10)를 선행하게 되는 것이다.
상기 단계를 통해 배터리상태감지부(30)에 이상이 있다고 판단되는 경우, 제어부(40)가 배터리상태감지부(30)로부터 전달받는 배터리(20) 상태 정보는 잘못된 정보일 것이다. 그러나 상황에 따라 배터리상태감지부(30)가 전달하는 모든 정보가 잘못된 것이 아니라, 배터리(20) 상태와 관련된 일부 정보만이 잘못된 정보일 수 있다. 이와 같은 경우도 모두 일괄적으로 배터리상태감지부(30) 고장으로 판단하여 저전압컨버터(10)의 출력전압을 제어하는 것은 비효율적일 수 밖에 없다. 특히 배터리(20) 충전여부와 가장 밀접한 관련이 있는 배터리(20) SOC 정보의 경우 더더욱 그렇다.
따라서 본 발명에서는 고장유무 판단단계(S10) 이후에 제어부(40)에서 배터리상태감지부(30)의 고장원인을 분석하는 단계(S20)를 수행하고 있는 것이다. 즉, 본 단계를 통하여 본 발명에서 달성하고자 하는 하는 목적인 차량 고장원인에 따른 가변적 저전압컨버터(10) 제어의 초석을 마련할 수 있는 것이다. 본 단계에서의 고장원인을 분석하는 방법은 차량의 종류 및 상태에 따라 다양한 방법이 이용될 수 있을 것이다.
상기 고장원인 분석단계(S20) 결과 다양한 고장원인이 발생할 수 있는데, 이미 언급한 바와 같이 배터리(20) SOC 감지 실패에 따른 고장원인이 저전압컨버터(10) 출력전압 제어에 있어서 가장 중요한 고장원인일 것이다. 배터리(20) SOC 감지 실패는 다양한 이유로 인하여 발생이 가능한데, 본 발명에서는 이에 대한 대표적인 예로써 배터리(20) 터미널 단자의 체결 불량인 경우와 배터리(20) 암전류 과다를 들고 있다.
여기서의 배터리(20) 터미널 단자 체결 불량은 단순한 하드웨어적 고장을 의미하는 대표적인 사례로써 이와 같은 경우에는 배터리상태감지부(30)에서 배터리(20)의 SOC 감지가 불가능해지므로 배터리(20) SOC 감지 실패의 고장원인이 발생하게 되는 것이다. 반면 배터리(20) 암전류 과다는 소프트웨어적 문제로써 시동이 꺼진 상태에서 배터리(20)에 흐르는 전류가 과다하게 발생하여 다음 시동 시 배터리(20)의 SOC 감지가 불가능해지는 경우에 해당된다.
이에 따라 배터리(20) SOC감지실패로 배터리상태감지부(30) 고장원인이 분석된 경우에 대한 저전압컨버터(10)의 출력전압을 제어하는 방법을 도1에서 제시하고 있는데, 도1에서 나타내고 있는 바와 같이 고장원인 분석단계 결과(S30) 배터리(20) SOC 감지 실패로 분석된 경우 제어부(40)에서 배터리(20)온도를 이용하여 제1전압을 도출하는 단계(S35); 및 제어부(40)에서 저전압컨버터(10)의 출력전압을 도출된 상기 제1전압으로 제어하는 단계(S40);를 수행하게 된다.
배터리상태감지부(30)의 고장원인이 배터리(20) SOC 감지 실패로 분석된 경우에는 배터리상태감지부(30)에 감지되는 다른 배터리(20) 상태 정보(예를 들어 배터리(20)의 전류, 전압, 온도 등)는 이상이 없다는 것을 의미한다. 즉, 상기 상태 정보등을 이용하여 저전압컨버터(10) 출력전압을 결정하는 것이 아직까지는 가능하다는 의미이다. 따라서 본 발명에서는 이와 같은 경우 제어부(40)에서 배터리(20)의 온도를 이용하여 저전압컨버터(10)의 출력전압을 도출하도록 하고 있는 것이다.
배터리(20) SOC 감지 실패로 분석되는 경우, 배터리(20)의 온도를 이용해 도출되는 저전압컨버터(10)의 출력전압인 제1전압은 다양한 방법으로 도출이 가능한데, 본 발명에서는 대표적인 방법으로써 배터리(20)온도를 입력으로 하고 제1전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출하는 방법을 제시하고 있다.
따라서 본 발명에 따를 경우 배터리(20) SOC 감지 실패가 되더라도 배터리상태감지부(30)로부터 감지되는 배터리(20) 온도를 이용하여 저전압컨버터(10)의 출력전압 가변제어가 가능하게 되므로 일괄적으로 높은 출력전압을 제공하는 종래의 기술과는 달리 어느 정도 배터리(20)의 상태에 맞춰 배터리(20) 충전전압을 제어할 수 있어 차량의 연비가 향상될 수 있을 것이다.
반면에, 고장원인 분석단계 결과(S30) 배터리상태감지부(30)가 자체불량으로 분석될 수 있다. 이 경우는 앞선 경우와 달리 배터리상태감지부(30)로부터 감지되는 모든 배터리(20)의 상태 정보를 신뢰하기 어려운 경우이다. 대표적인 예로써 본 발명에서 제시하고 있듯이 배터리상태감지부(30) 자체불량으로 인한 경우가 있을 것이다.
이 같은 경우에는 앞선 경우와 달리 활용 가능한 배터리(20) 상태 정보가 없으므로 배터리(20) 상태에 따라 저전압컨버터(10)의 출력전압을 가변 제어하는 것을 불가능해진다. 따라서 이 경우에는 충전전압 가변제어를 통한 연비향상의 목적은 포기하고 차량의 안정적인 운행을 위해 불가피하게 도1에서 도시하고 있는 바와 같이 저전압컨버터(10)의 출력전압을 기설정된 제2전압으로 제어하는 단계(S50);를 수행하는 것이다.
여기서의 제2전압은 배터리(20)의 정격전압보다 큰 값을 가진다. 왜냐하면 제2전압이 배터리(20)의 정격전압보다 큰 값을 가져야 저전압컨버터(10)를 통해 배터리(20)의 충전이 가능해지기 때문이다. 차량의 연비보다는 안정성이 더 우선적으로 추구해야 할 가치인바, 본 발명에서는 배터리(20)상태감지 자체가 불가한 경우에는 최소한 배터리(20)가 방전되는 것만이라도 방지하기 위하여 저전압컨버터(10)의 출력전압을 배터리(20) 정격전압보다 큰 제2전압으로 제어하는 것이다.
앞서 배터리(20) SOC 감지를 실패하는 경우 제어부(40)에서 배터리(20)의 온도를 이용하여 제1전압을 도출하였음을 언급하였다. 그러나 보다 더 차량의 주행상황에 부합되는 충전전압 제어를 위해 저전압컨버터(10) 출력전압을 결정하는 인자를 추가할 수 있는데, 본 발명에서는 저전압컨버터(10)의 출력전력을 추가 인자로 제시하고 있다.
즉, 고장원인이 배터리(20) SOC 감지 실패로 분석된 경우 제어부(40)에서 배터리(20)온도와 저전압컨버터(10) 출력전력을 이용하여 제3전압을 도출하고 상기 제3전압으로 저전압컨버터(10)의 출력전압을 제어하도록 하고 있는 것이다. 본 방법에서의 제3전압도 배터리(20)온도와 저전압컨버터(10) 출력전력을 입력으로 하고 제3전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 저전압컨버터(10) 시스템은 배터리(20); 상기 배터리(20) 충전전압을 출력하는 저전압컨버터(10); 상기 배터리(20)의 상태정보를 감지하는 배터리상태감지부(30); 및 상기 배터리상태감지부(30)의 고장유무를 판단하고, 상기 배터리상태감지부(30)에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 배터리상태감지부(30)의 고장원인을 분석하며, 분석된 고장원인이 배터리(20) SOC감지 실패인 경우, 배터리(20)온도를 이용하여 제1전압을 도출하고 상기 제1전압을 저전압컨버터(10)의 출력전압으로 제어하는 제어부(40);를 포함할 것이며 상기 배터리(20)온도는 상기 배터리상태감지부(30)에 의하여 감지될 수 있을 것이다.
여기서, 배터리(20)는 저전압컨버터(10)의 출력 전압인 저전압으로서 충전되는 보조배터리이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 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.
S10: 고장유무 판단단계 S20: 고장원인 분석단계
S35: 제1전압 도출단계 S40: 제1전압 제어단계
S50: 제2전압 제어단계 10: 저전압컨버터
20: 배터리 30: 배터리상태감지부
40: 제어부

Claims (10)

  1. 제어부에서 배터리상태감지부의 고장유무를 판단하는 단계;
    상기 배터리상태감지부에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 제어부에서 배터리상태감지부의 고장원인을 분석하는 단계;
    상기 고장원인이 배터리 SOC감지 실패로 분석된 경우, 제어부에서 배터리온도를 이용하여 제1전압을 도출하는 단계; 및
    제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 도출된 상기 제1전압으로 제어하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전압을 도출하는 단계는 배터리온도를 입력으로 하고 제1전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에,
    배터리상태감지부의 고장원인이 배터리 터미널 단자 체결 불량으로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리 SOC 감지 실패로 분석하는 단계;를 더 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에,
    배터리상태감지부의 고장원인이 배터리 암전류 과다로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리 SOC 감지 실패로 분석하는 단계;를 더 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에,
    배터리상태감지부의 고장원인이 감지된 배터리상태 정보의 송신불가로 판단된 경우, 제어부에서 상기 고장원인을 배터리상태감지부 자체불량으로 분석하는 단계; 및
    상기 고장원인이 배터리상태감지부 자체불량으로 분석된 경우, 제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 기설정된 제2전압으로 제어하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2전압은 상기 배터리의 정격전압보다 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장원인을 분석하는 단계 이후에,
    상기 고장원인이 배터리 SOC감지 실패로 분석된 경우, 제어부에서 배터리온도와 저전압컨버터 출력전력을 이용하여 제3전압을 도출하는 단계; 및
    제어부에서 저전압컨버터의 출력전압을 도출된 상기 제3전압으로 제어하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3전압을 도출하는 단계는 배터리온도와 저전압컨버터 출력전력을 입력으로 하고 제3전압을 출력으로 하는 맵데이터를 이용하여 도출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 제어방법.
  9. 배터리;
    상기 배터리 충전전압을 출력하는 저전압컨버터;
    상기 배터리의 상태정보를 감지하는 배터리상태감지부; 및
    상기 배터리상태감지부의 고장유무를 판단하고, 상기 배터리상태감지부에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상기 배터리상태감지부의 고장원인을 분석하며, 분석된 고장원인이 배터리 SOC감지 실패인 경우, 배터리온도를 이용하여 제1전압을 도출하고 상기 제1전압을 저전압컨버터의 출력전압으로 제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리온도는 상기 배터리상태감지부에 의하여 감지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압컨버터 시스템.
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