KR101765643B1 - 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 soc 제어 방법 및 그 제어 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 soc 제어 방법 및 그 제어 장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은, 제어기가 배터리의 SOC(state of charge)의 측정값에 근거하여 정속 주행을 위한 배터리의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측하는 단계와, SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 제어기가 상기 예측된 배터리의 SOC가 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값 이상인 지 여부를 판단하는 단계와, 상기 예측된 배터리의 SOC가 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 제어기가 배터리의 전력을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터만을 구동시키는 단계를 포함하며, 배터리의 노멀(normal) 영역은, 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한 영역이다.

Description

하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법 및 그 제어 장치{Method and device for controlling state of charge of battery for cruise control of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량(하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle))에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법 및 그 제어 장치에 관한 것이다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 자동차는, 엔진, 모터, 엔진과 모터 사이에서 동력을 단속하는 엔진 클러치, 변속기, 차동기어장치, 배터리, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기, 및 차륜으로 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는, 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(hybrid control unit), 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기(engine control unit), 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기(motor control unit), 변속기의 동작을 제어하는 변속 제어기(transmission control unit), 및 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(battery control unit)로 구성될 수 있다.
상기 배터리 제어기는 배터리 관리 시스템(battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode), 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode) 등의 주행모드로 운행할 수 있다.
하이브리드 차량에는 운전자의 도움 없이 차량의 주행 속도를 설정한 목표 속도(목표 차속)로 일정하게 유지하는 정속 주행 제어 시스템(auto cruise control system)이 적용될 수 있다. 운전자의 도움이 없다는 것은, 운전자가 가속 페달 및 브레이크 페달과 같은 차속과 관련 있는 기구를 조작하지 않는다는 것을 의미한다. 모터를 이용하여 주행하는 전기자동차의 경우 오토 크루즈(Auto Cruise) 제어를 위해 속도 제어 토크에 기초하여 모터 토크를 제어하고, 하이브리드 자동차의 경우 오토 크루즈(Auto Cruise) 제어를 위해 속도 제어 토크를 생성하도록 모터와 엔진으로 동력을 분배한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는 엔진 및 모터에 의해 구동이 가능한 차량인 하이브리드 차량에서 정속(Cruise) 주행 시 불필요한 에너지 소모를 방지하고 주행 에너지를 최적화할 수 있는, 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법 및 그 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은, 제어기가 상기 배터리의 SOC(state of charge)의 측정값에 근거하여 상기 정속 주행을 위한 배터리의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측하는 단계; 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 상기 제어기가 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값 이상인 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 상기 제어기가 상기 배터리의 전력을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터만을 구동시키는 단계를 포함하며, 상기 배터리의 노멀(normal) 영역은, 상기 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한 영역일 수 있다.
상기 제어기는 회귀분석 방법을 이용하여 상기 SOC의 변화 기울기를 예측할 수 있다.
상기 제어기는 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 측정값 및 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 예측값에 근거하여 상기 SOC의 변화 기울기를 계산할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 크지 않을 때, 상기 제어기가 상기 예측된 SOC의 변화 기울기가 0보다 작은 지 여부를 판단하는 단계; 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작을 때, 상기 제어기가 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값 이하인 지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값에 도달될 때, 상기 제어기가 상기 배터리를 충전시키는 하이브리드 차량의 엔진만을 구동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 SOC의 변화 기울기가 0일 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 주행 상태를 상기 구동 모터와 상기 엔진이 구동되는 이전 정속 주행 상태로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치는, 고전압이 저장되는 배터리; 및 상기 배터리의 SOC(state of charge)의 측정값에 근거하여 상기 정속 주행을 위한 배터리의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측하는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값 이상인 지 여부를 판단하고, 상기 제어기는, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 상기 배터리의 전력을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터만을 구동시키고, 상기 배터리의 노멀(normal) 영역은, 상기 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한 영역일 수 있다.
상기 제어기는 회귀분석 방법을 이용하여 상기 SOC의 변화 기울기를 예측할 수 있다.
상기 제어기는 상기 배터리의 SOC의 시간에 따른 측정값 및 시간에 따른 예측값에 근거하여 상기 SOC의 변화 기울기를 계산할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 크지 않을 때, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작은 지 여부를 판단하고, 상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작을 때, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값 이하인 지 여부를 판단하고, 상기 제어기는, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값에 도달될 때, 상기 배터리를 충전시키는 하이브리드 차량의 엔진만을 구동시킬 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0일 때, 상기 하이브리드 차량의 주행 상태를 상기 구동 모터와 상기 엔진이 구동되는 이전 정속 주행 상태로 유지할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법 및 그 장치는 엔진과 모터를 적절하게 사용하여 회생제동(regenerative braking) 및 항속제어(cruise control)를 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 고전압 배터리의 SOC(state of charge)를 모터 토크 제어가 가능한 일정 영역 내에 위치(유지)하도록 조절(또는 제어)하여 하이브리드 차량이 크루즈(Cruise) 주행을 정상적으로 수행하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 모터를 이용한 회생 제동을 수행시킬 수 있고 엔진의 최적 운전점 제어를 가능하게 하므로, 본 발명의 실시예는 에너지 효율을 증대(증가)시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법을 설명하는 그래프(graph)이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법이 적용되는 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
차량의 크루즈(Cruise) 제어는 고전압 배터리의 상태에 따라 엔진의 토크 및 모터(또는 구동 모터)의 토크를 분배하는 제어를 사용할 수 있다. 고전압 배터리의 상태가 만충(Full Charged State)이 되면 모터의 토크는 방전만 수행되는 것에 의해 모터는 고전압 배터리의 방전 전력을 이용하여 차량을 주행시킬 수 있다. 따라서 회생제동이나 모터의 속도제어가 불가능하므로, 차량의 항속제어(cruise control)를 유지하기 위해, 변속기의 기어단을 낮추는 제어가 수행될 수 있다. 그러나, 변속기의 사양(성능) 및 차량의 운전성을 고려할 때, 상기 항속제어를 위한 변속기의 기어단을 낮추는 제어는 사용되는 것이 어려울 수 있다.
즉, 고전압 배터리가 만충(Full Charged State)(또는 최대 충전 상태)이 된 경우 크루즈(Cruise) 제어의 목표속도를 추종하기 위해 변속기를 이용한 다운 쉬프트(Downshift)가 수행될 수 있다. 그러나 상기 변속기의 다운 쉬프트(Downshift)를 이용한 크루즈 주행(cruise mode)의 속도를 유지하는 방법은 임시적인(일시적인) 방법이므로, 크루즈(Cruise) 속도제어가 불가능해질 수 있다.
부연하여 설명하면, HEV(hybrid vehicle) 또는 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)은, 크루즈(Cruise) 주행 시 엔진의 여유 에너지를 모터인 하이브리드 시동 발전기(hybrid starter & generator, HSG)를 이용하여 배터리에 충전하는 제어를 지속적으로 수행하므로 특정 시간이 경과되면 고전압 배터리는 만충 상태(Full Charged State)가 되는 것에 의해 회생제동이 불가능해질 수 있다. 그 결과, 크루즈 제어(Cruise control)가 모터의(또는 차량의) 속도오차 때문에 해제되거나 운전자에게 속도 변화에 따른 위화감(disharmony)(또는 이질감)을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법을 설명하는 그래프(graph)이다. 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법이 적용(사용)되는 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 대기 단계(waiting step)(105)에서 제어기(305)는 엔진(310)과 구동모터(330)를 포함하는 시스템인 하이브리드 차량(300)이 크루즈 주행(cruise travel)을 위한 대기 상태(standby state)에 진입하도록 하이브리드 차량(300)을 제어할 수 있다.
HEV(hybrid vehicle) 또는 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)와 같은 하이브리드 차량(300)을 크루즈 주행시키기 위한 제어 시스템은 정속 주행장치 또는 자동 속도 조절 장치로서, 운전자의 간단한 스위치(예, 속도 설정 버튼) 조작에 의해 목표 차속이 설정되면, 차량의 속도를 운전자가 설정한 목표 차속으로 제어함으로써 운전자의 가속페달 조작을 대폭 줄여 운전 편의성을 향상시키는 장치일 수 있다. 상기 정속 주행장치는 차량의 주행시 목표차속과 현재차속 간의 차이(에러)를 반복적으로 검출하여 상기 에러를 보정하기 위해 피드백 제어를 수행할 수 있다.
하이브리드 차량(300)은, 제어기(controller)(305), 엔진(310), 하이브리드 시동 발전기(hybrid starter & generator, HSG)(320), 엔진 클러치(engine clutch)(325), 전기 모터일 수 있는 모터(또는 구동 모터)(330), 배터리(340), 변속기(350), 및 차륜인 구동 휠들(driving wheels)(390)을 포함한다. 하이브리드 차량(300)의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치는 제어기(controller)(305) 및 배터리(340)를 포함할 수 있다.
하이브리드 차량(300)은 하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle)로서, 동력원(power source)으로 엔진(310)과 모터(330)를 사용할 수 있고, 모터(330)와 엔진(310) 사이에 엔진 클러치(325)가 존재하여 엔진 클러치(325)가 열린 상태에서는 모터(330)에 의하여 주행하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 작동되고 엔진 클러치(325)가 닫힌 상태에서는 모터(330)와 엔진(310) 모두에 의한 주행이 가능한 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
하이브리드 차량(300)은 모터(330)와 변속기(350)가 붙어 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 파워 트레인(power train)을 포함할 수 있으며, 엔진(310)과 모터(330)로 구성되는 동력원 사이에 엔진 클러치(325)가 존재하여 엔진 클러치(325)의 접합(engagement)(결합) 여부에 따라 모터(330)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode) 혹은 엔진(310)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(330)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)의 운행(주행)을 제공할 수 있다. 부연하여 설명하면, 모터(330)는 변속기(350)와 직결되어 있는 구조를 가지는 하이브리드 차량(300)에서, 하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)의 기동을 통해 엔진RPM(revolutions per minute)이 끌어올려지고, 엔진(310)의 동력 전달 및 차단은 클러치(325)의 접합(결합) 및 분리를 통해 수행되며, 변속기(350)를 포함할 수 있는 동력전달계를 통해 휠들(wheels)(390)에 구동력이 발생되고, 엔진(310)의 토크전달 요구 시 클러치(325)의 접합을 통해 엔진 토크가 전달될 수 있다.
제어기(305)는 하이브리드 제어기(hybrid control unit, HCU), 모터 제어기(motor control unit, MCU), 엔진 제어기(engine control unit)(ECU), 및 변속 제어기(transmission control unit, TCU)를 포함할 수 있다.
하이브리드 제어기(HCU)는 엔진(310)의 정지 시 HSG(320)의 제어를 통해 엔진의 기동(시동)을 제어할 수 있다. HCU(110)는 최상위 제어기로서 차량 네트워크(network)인 CAN(Controller Area Network)와 같은 네트워크로 연결되는 모터 제어기(MCU)와 같은 제어기들을 통합 제어할 수 있고, 하이브리드 차량(300)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 하이브리드 제어기(HCU)는 가속페달의 위치값(변위), 브레이크 페달의 위치값(변위), 및 자동 정속주행(Auto Cruise)의 선택 정보를 하이브리드 차량(300)의 운전정보 검출기(미도시)로부터 제공받을 수 있다.
모터 제어기(MCU)는 HSG(320) 및 모터(330)를 제어할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 상기 네트워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동모터(330)의 출력토크를 제어하여 최대의 효율을 갖는 영역으로 구동될 수 있도록 할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터(inverter)를 포함하며, 인버터를 구성하는 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, FET, 트랜지스터(TR), 및 릴레이(relay) 중 하나로 구성될 수 있다. 인버터는 배터리(340)에서 공급되는 DC 전압(직류 전압)을 3상 교류 전압으로 변환시켜 구동 모터(330)를 구동할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 배터리(340)와 모터(330) 사이에 배치될 수 있다.
엔진 제어기(ECU)는 엔진(310)의 토크를 제어할 수 있다. 엔진 제어기(ECU)는 상기 네크워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 엔진(310)의 운전점을 제어하여 최적의 토크가 출력될 수 있도록 할 수 있다. 변속 제어기(TCU)는 변속기(350)의 동작을 제어할 수 있다.
제어기(305)는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령(instruction)을 포함할 수 있다.
엔진(310)는 디젤엔진, 가솔린 엔진, LPG엔진, 및 LNG엔진 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 엔진 제어기로부터 출력되는 제어신호에 따른 운전점으로 토크를 출력하여 HEV모드에서 구동모터(330)와의 구동력 조합을 적정하게 유지할 수 있다.
엔진(310)은 엔진 클러치(325)를 통해 모터(330)에 결합되고 변속기(350)에 전달되는 동력을 생성할 수 있다.
하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)는 전동기 또는 발전기로 동작하며, 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 전동기로 동작되어 엔진(310)의 시동 온(on)을 실행하고, 엔진(310)이 시동 온 유지하는 상태에서 발전기로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 상기 인버터를 통해 배터리(340)에 충전 전압으로 제공할 수 있다. 하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)는 엔진(310)에 벨트(belt)로 연결될 수 있다. HSG(320)는 엔진(310)을 크랭크(Cranking)하기 위한 모터로서, 엔진과 직접 연결 또는 벨트로 연결될 수 있다.
엔진 클러치(325)는 엔진(310)과 구동모터(330) 사이에 배치(장착)되어, 동력 전달(동력 연결)을 단속시켜 EV모드와 HEV모드의 운행이 제공될 수 있도록 할 수 있다. 엔진 클러치(325)의 동작은 제어기(305)에 의해 제어될 수 있다.
구동 모터(330)는 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시키고, 타행 주행(coasting drive) 또는 회생 제동에서 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(340)에 공급할 수 있다.
배터리(340)는 다수개의 단위 셀(unit cell)로 이루어지며, 휠들(390)에 구동력을 제공하는 구동모터(330)에 전압을 제공하기 위한, 예를 들어, 직류 350(Volt) 내지 450V의 고전압이 저장될 수 있다.
변속기(350)는 자동 변속기(automatic transmission) 또는 듀얼 클러치 변속기(dual clutch transmission, DCT)와 같은 다단 변속기(multiple speed transmission 또는multistage transmission)로 구현될 수 있으며, 변속 제어기(TCU)의 제어에 따른 유압(hydraulic pressure)의 작동으로 결합요소(engagement element) 및 해방요소(disengagement element)가 동작되어 임의의 변속단을 결합(선택)할 수 있다. 변속기(350)는 엔진(310) 및/또는 모터(330)의 구동력을 휠들(390)에 전달 또는 차단할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 설정(setting) 판단 단계(110)에 따르면, 제어기(305)는 대기 단계(105) 후 하이브리드 차량의 운전자에 의해 크루즈 주행이 설정(또는 선택)되는 지 여부를 판단할 수 있다.
운전자에 의해 크루즈 주행이 선택될 때, 프로세스(process)인 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은 결정 단계(120)로 진행되고, 운전자에 의해 크루즈 주행이 선택되지 않을 때 프로세스(process)는 대기 단계(105)로 진행된다.
결정(determination) 단계(120)에 따르면, 하이브리드 차량의 크루즈 주행으로 설정될 때, 제어기(305)는 상기 차량의 주행에 따른 배터리(340)의 SOC(state of charge)의 측정값(또는 관측값(observed value))에 근거하여 정속 주행을 위한 배터리(340)의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측(또는 결정)할 수 있다. 부연하여 설명하면, 제어기(305)는 상기 정속 주행에 따른 배터리(340)의 SOC의 측정값 및 예측값에 근거하여 배터리(340)의 SOC의 변화 기울기를 예측(또는 결정)할 수 있다. 제어기(305)는 회귀분석 방법(regression analysis method)을 이용하여 상기 SOC의 변화 기울기를 예측할 수 있다.
부연하여 설명하면, 단순회귀분석 방법(simple regression analysis method)(또는 단일회귀분석 툴(single regression analysis tool))과 같은 회귀분석 방법이 이용되어 고전압 배터리(340)의 SOC가 예측될 수 있다.
상기 단순회귀분석 방법은 아래와 같은 수학식으로 주어질 수 있다.
Figure 112016102634513-pat00001
상기 수학식에서
Figure 112016102634513-pat00002
는 하이브리드 차량(300)이 정속 주행할 때의 시간이고
Figure 112016102634513-pat00003
는 SOC의 예측값(predicted value)이고
Figure 112016102634513-pat00004
는 오차(error)이고
Figure 112016102634513-pat00005
이고
Figure 112016102634513-pat00006
일 수 있다. 상기
Figure 112016102634513-pat00007
는 예측값과 측정값을 이용한 연산을 통해 계산될 수 있고 상기
Figure 112016102634513-pat00008
에서
Figure 112016102634513-pat00009
는 예측값의 평균값이고
Figure 112016102634513-pat00010
는 시간의 평균값일 수 있다.
상기 SOC의 변화 기울기인
Figure 112016102634513-pat00011
에 의해 SOC 의 경향(trend)이 예측될 수 있다. 결정계수(coefficient of determinant)인 R2는
Figure 112016102634513-pat00012
로 정의되고 상기 결정계수에서
Figure 112016102634513-pat00013
이고
Figure 112016102634513-pat00014
일 수 있다. 상기 SSE는 오차제곱합(sum of squares error)이고 TSS 는 총 제곱합(total sum of squares)일 수 있다. 상기 SSE에서
Figure 112016102634513-pat00015
는 SOC의 측정값일 수 있다. 상기 R2의 값은 배터리(340)의 SOC의 예측값에 관한 신뢰도를 지시(indication)할 수 있다.
비교 단계(125)에 따르면, 제어기(305)는 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 큰 지 여부를 판단할 수 있다. 부연하여 설명하면, 제어기(305)는 배터리(340)의 SOC가 증가하는 지 여부를 판단할 수 있다.
비교 단계(130)에 따르면, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 제어기(305)는 상기 예측된 배터리의 SOC가 배터리(340)의 노멀(normal) 영역의 상한값(상한치) 이상인 지 여부를 판단할 수 있다. 배터리의 노멀 영역(normal band)(또는 노멀 범위(range))은 엔진 운전점의 최적제어가 가능한 영역이고 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한(요구되는) 정상적인 영역(예, SOC가 50(%) 이상 80% 이하인 상태)일 수 있다. 상기 영역 내에서 하이브리드 차량(300)의 크루즈(Cruise) 제어가 수행되고 엔진의 효율(또는 엔진의 효율 및 모터의 효율)이 최대화되고 SOC 의 유지(balancing) 제어가 수행될 수 있다.
구동 단계(135)에 따르면, 상기 예측된 배터리의 SOC가 배터리(340)의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 제어기(305)는 배터리(340)의 전력(electric power)을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터(330)만을 구동(driving)시킬 수 있다. 부연하여 설명하면, 오차를 제외한 SOC의 예측값(
Figure 112016102634513-pat00016
)이 상한값에 도달할 때, 제어기(305)는 모터(330)의 속도를 제어하여 배터리(340)의 SOC를 하강시킬 수 있다.
비교 단계(140)에 따르면, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 크지 않을 때, 제어기(305)는 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작은 지 여부를 판단할 수 있다. 부연하여 설명하면, 제어기(305)는 배터리(340)의 SOC가 감소하는 지 여부를 판단할 수 있다.
비교 단계(145)에 따르면, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작을 때, 제어기(305)는 상기 예측된 배터리의 SOC가 배터리(340)의 노멀(normal) 영역의 하한값(하한치) 이하인 지 여부를 판단할 수 있다.
구동 단계(150)에 따르면, 배터리(340)의 SOC가 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값에 도달될 때, 제어기(305)는 HSG(320)을 이용하여 배터리(340)를 충전시키는 하이브리드 차량의 엔진만을 구동(driving)시킬 수 있다. 부연하여 설명하면, 오차를 제외한 SOC의 예측값(
Figure 112016102634513-pat00017
)이 상한값에 도달할 때, 제어기(305)는 엔진(310)의 속도를 제어하여 배터리(340)의 SOC를 상승시킬 수 있다.
부연하여 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(340)의 SOC가 배터리(340)의 노멀(normal) 영역의 상한값(normal range maximum)보다 큰 최대값(maximum)에 도달하기 전에, 제어기(305)는 상기 예측된 배터리의 SOC에 근거하여 모터(330)만을 구동(driving)시켜 하이브리드 차량(300)을 주행(정속 주행)시킬 수 있다. 배터리(340)의 SOC가 배터리(340)의 노멀(normal) 영역의 하한값(normal range minimum)보다 작은 최소값(minimum)에 도달하기 전에, 제어기(305)는 상기 배터리의 SOC에 근거하여 배터리(340)를 충전시키는 엔진(310)만을 구동(driving)시켜 하이브리드 차량(300)을 주행(정속 주행)시킬 수 있다. 따라서 SOC의 유지(balancing)에 의해 하이브리드 차량(300)의 크루즈(Cruise) 제어 성능(control performance)이 확보될 수 있다.
유지 단계(155)에 따르면, 상기 SOC의 변화 기울기가 0일 때, 제어기(305)는 하이브리드 차량(300)의 주행 상태를 구동 모터(330)와 엔진(310)이 구동되는 이전 정속 주행 상태로 유지시킬 수 있다. 즉, 제어기(305)는 하이브리드 차량(300)을 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 정속 주행시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
305: 제어기
310: 엔진
330: 모터
340: 배터리

Claims (10)

  1. 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법에 있어서,
    제어기가 상기 배터리의 SOC(state of charge)의 측정값에 근거하여 상기 정속 주행을 위한 배터리의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측하는 단계;
    상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 상기 제어기가 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값 이상인 지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 상기 제어기가 상기 배터리의 전력을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터만을 구동시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 배터리의 노멀(normal) 영역은, 상기 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한 영역인 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 회귀분석 방법을 이용하여 상기 SOC의 변화 기울기를 예측하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 측정값 및 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 예측값에 근거하여 상기 SOC의 변화 기울기를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은,
    상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 크지 않을 때, 상기 제어기가 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작은 지 여부를 판단하는 단계;
    상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작을 때, 상기 제어기가 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값 이하인 지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값에 도달될 때, 상기 제어기가 상기 배터리를 충전시키는 하이브리드 차량의 엔진만을 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법은,
    상기 SOC의 변화 기울기가 0일 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 주행 상태를 상기 구동 모터와 상기 엔진이 구동되는 이전 정속 주행 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 방법.
  6. 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치에 있어서,
    고전압이 저장되는 배터리; 및
    상기 배터리의 SOC(state of charge)의 측정값에 근거하여 상기 정속 주행을 위한 배터리의 SOC의 변화 기울기를 포함하는 배터리의 SOC를 예측하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 클 때, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값 이상인 지 여부를 판단하고, 상기 제어기는, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 상한값에 도달될 때, 상기 배터리의 전력을 사용하는 하이브리드 차량의 구동 모터만을 구동시키고,
    상기 배터리의 노멀(normal) 영역은, 상기 하이브리드 차량이 정속 주행을 하기 위해 필요한 영역인 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 회귀분석 방법을 이용하여 상기 SOC의 변화 기울기를 예측하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 측정값 및 상기 정속 주행에 따른 상기 배터리의 SOC의 예측값에 근거하여 상기 SOC의 변화 기울기를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 크지 않을 때, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작은 지 여부를 판단하고,
    상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0보다 작을 때, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값 이하인 지 여부를 판단하고,
    상기 제어기는, 상기 예측된 배터리의 SOC가 상기 배터리의 노멀(normal) 영역의 하한값에 도달될 때, 상기 배터리를 충전시키는 하이브리드 차량의 엔진만을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 SOC의 변화 기울기가 0일 때, 상기 하이브리드 차량의 주행 상태를 상기 구동 모터와 상기 엔진이 구동되는 이전 정속 주행 상태로 유지하는 하이브리드 차량의 정속 주행을 위한 배터리의 SOC 제어 장치.
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