KR101766160B1

KR101766160B1 - 하이브리드 차량의 제어방법

Info

Publication number: KR101766160B1
Application number: KR1020160136562A
Authority: KR
Inventors: 정원영
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-08-07
Also published as: US20180111600A1; US10053082B2

Abstract

본 발명은 배터리 유지 주행모드에서 설정된 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정되었는지를 확인하는 목표수준확인단계와; 상기 목표수준확인단계에서 확인된 유지목표 SOC가 최대수준인 경우, 차속이 소정의 중고속차속 이상인지를 판단하는 중고속판단단계와; 상기 중고속판단단계 수행결과, 현재의 차속이 상기 중고속차속 이상인 경우, 차량의 회생제동에 의해 회수 가능한 회수예상에너지를 산출하는 에너지예상단계와; 상기 에너지예상단계에서 산출된 회수예상에너지에 상당하는 차감SOC를 상기 유지목표 SOC로부터 차감하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제1SOC보정단계;를 포함하여 구성된다.

Description

하이브리드 차량의 제어방법{CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 배터리충전상태(SOC: State Of Charge)를 제어하는 기술에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 EV 주행모드(고전압 배터리를 사용하여 모터로 주행하는 모드), 충전 주행모드(배터리를 충전하면서 엔진으로 주행하는 모드), 배터리 유지 주행모드(배터리를 일정한수준으로 유지하며 엔진/모터로 주행하는 모드)로 크게 3가지 주행모드를 가지고 있다.

배터리 유지 주행모드에서는 운전자가 지정한 배터리 SOC를 유지해야 하므로, 운전자가 배터리 SOC를 최대수준(예컨대, 충전제어한계 SOC인 MAX SOC=90%)으로 지정한 상태에서, 배터리의 실제 SOC가 최대수준으로 되면, 배터리 보호를 위하여 충전제한으로 진입하게 되는데, 이러한 상태에서는 회생제동 시 차량의 주행에너지 회수가 불가능할 뿐만 아니라, 엔진이 구동하여 충전이 가능한 상황에서도 배터리 충전이 불가능하여 엔진의 파워를 낮춰서 주행해야 하므로 효율이 낮은 엔진 운전점으로 엔진을 작동하게 되어, 결과적으로 운전자가 설정하는 유지목표 SOC가 최대수준 SOC가 아닌 상대적으로 낮은 유지목표 SCO로 설정된 경우보다 차량의 연비가 낮아지게 된다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2011-0024307 A

본 발명은 배터리 유지 주행모드에서 운전자가 배터리의 유지목표 SOC를 최대 수준으로 지정한 상황에서, 차량의 주행 상황에 따라 상기 유지목표 SOC를 적절히 가변하여, 차량의 에너지를 보다 효율적으로 관리하게 됨으로써, 차량의 연비를 향상시키고 EV 주행모드로 주행할 수 있는 거리를 증대시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 제어방법은,

배터리 유지 주행모드에서 설정된 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정되었는지를 확인하는 목표수준확인단계와;

상기 목표수준확인단계에서 확인된 유지목표 SOC가 최대수준인 경우, 차속이 소정의 중고속차속 이상인지를 판단하는 중고속판단단계와;

상기 중고속판단단계 수행결과, 현재의 차속이 상기 중고속차속 이상인 경우, 차량의 회생제동에 의해 회수 가능한 회수예상에너지를 산출하는 에너지예상단계와;

상기 에너지예상단계에서 산출된 회수예상에너지에 상당하는 차감SOC를 상기 유지목표 SOC로부터 차감하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제1SOC보정단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목표수준확인단계에서는 설정된 상기 유지목표 SOC가 충전제어한계 SOC인 MAX SOC보다 소정의 하측여유SOC 이내로 작은 경우에는 상기 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정된 것으로 확인하도록 할 수 있다.

상기 에너지예상단계에서는 상기 회수예상에너지를 차량의 운동에너지에 에너지전환효율을 곱하여 산출하도록 할 수 있다.

상기 목표수준확인단계 수행결과, 설정된 유지목표 SOC가 최대수준이 아니라고 판단된 경우, 차속이 소정의 도심차속 이하인지를 판단하는 도심차속판단단계와;

상기 도심차속판단단계 수행결과, 차속이 상기 도심차속 이하인 경우, 상기 유지목표 SOC에 소정의 추가SOC를 더하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제2SOC보정단계를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명은 배터리 유지 주행모드에서 운전자가 배터리의 유지목표 SOC를 최대 수준으로 지정한 상황에서, 차량의 주행 상황에 따라 상기 유지목표 SOC를 적절히 가변하여, 차량의 에너지를 보다 효율적으로 관리하게 됨으로써, 차량의 연비를 향상시키고 EV 주행모드로 주행할 수 있는 거리를 증대시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 제1SOC보정단계가 수행되는 것을 설명한 도면,
도 3은 본 발명의 제2SOC보정단계가 수행되는 것을 설명한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 하이브리드 차량의 제어방법의 실시예는, 배터리 유지 주행모드에서 설정된 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정되었는지를 확인하는 목표수준확인단계(S10)와; 상기 목표수준확인단계(S10)에서 확인된 유지목표 SOC가 최대수준인 경우, 차속이 소정의 중고속차속 이상인지를 판단하는 중고속판단단계(S20)와; 상기 중고속판단단계(S20) 수행결과, 현재의 차속이 상기 중고속차속 이상인 경우, 차량의 회생제동에 의해 회수 가능한 회수예상에너지를 산출하는 에너지예상단계(S30)와; 상기 에너지예상단계(S30)에서 산출된 회수예상에너지에 상당하는 차감SOC를 상기 유지목표 SOC로부터 차감하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제1SOC보정단계(S40)를 포함하여 구성된다.

즉, 비록 운전자가 유지목표 SOC를 최대수준으로 설정하였더라도, 차속이 중고속차속 이상이어서 차량이 정차하기까지는 최소한 상기 회수예상에너지에 상당하는 충전량을 확보할 수 있다고 계산되는 상황에서는, 상기 유지목표 SOC를 상기 차감SOC만큼 빼서 갱신하도록 함으로써, 실제 배터리의 SOC가 충전제어한계로 진입하게 되어 엔진을 효율이 낮은 운전점으로 제어해야 하는 상황을 미연에 방지하도록 함으로써, 차량의 연비를 향상시키면서도, 궁극적으로는 운전자가 요구하는 수준의 SOC상태를 확보할 수 있도록 하는 것이다.

상기 목표수준확인단계(S10)에서는 설정된 상기 유지목표 SOC가 충전제어한계 SOC인 MAX SOC보다 소정의 하측여유SOC 이내로 작은 경우에는 상기 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정된 것으로 확인하는 것이 바람직하다.

즉, 예컨대, 상기 MAX SOC가 90%인 경우, 상기 하측여유SOC는 2 내지 3% 등으로 정해질 수 있어서, 운전자가 설정한 유지목표 SOC가 예컨대 도 1과 같이 89%인 경우에는 상기 목표수준확인단계(S10)에서 상기 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정된 것으로 판단하도록 하는 것이다.

이는 비록 운전자가 정확하게 MAX SOC 이상의 값으로 유지목표 SOC를 설정하지 않았더라도, 이에 근접한 범위의 SOC이어서, 상술한 바와 같이 엔진을 효율이 낮은 운전점에서 운전해야 하는 상황을 초래할 위험이 있는 경우에는 본 발명을 적용하도록 하기 위한 것이다.

따라서, 상기 하측여유SOC는 상기한 바와 같은 취지에 따라, 실험 및 해석을 통해 설계적으로 결정될 수 있을 것이다.

참고로, 상기 충전제어한계 SOC인 MAX SOC는 본 실시예에서 90%로 설정된 것을 예시하고 있으나, 이는 배터리 및 배터리 관리 방침에 따라 변경할 수 있는 것으로서, 배터리의 보호를 위해 충전을 제한하도록 설정된 SOC를 말한다.

상기 중고속판단단계(S20)의 중고속차속은 예컨대 30KPH로 설정될 수 있을 것이며, 이는 의미 있는 수준의 회생제동 에너지의 확보가 가능한 차속으로서, 설계적으로 적절히 설정될 수 있다.

상기 에너지예상단계(S30)에서는 상기 회수예상에너지를 차량의 운동에너지에 에너지전환효율을 곱하여 산출한다.

여기서, 상기 에너지전환효율(μ)은 차량의 질량과 속도에 의해 결정되는 운동에너지가 해당 차량의 회생제동 작용에 의해 배터리의 전기적 충전량으로 전환되는 과정의 전환 효율을 의미하는 바, 대체로 80%미만의 값이 될 것인데, 이는 해당 차량의 회생제동 능력에 따라 달라지게 된다.

참고로, 도 1에서 M은 차량질량, v는 차속이다.

한편, 본 발명은 상기 목표수준확인단계(S10) 수행결과, 설정된 유지목표 SOC가 최대수준이 아니라고 판단된 경우, 차속이 소정의 도심차속 이하인지를 판단하는 도심차속판단단계(S50)와; 상기 도심차속판단단계(S50) 수행결과, 차속이 상기 도심차속 이하인 경우, 상기 유지목표 SOC에 소정의 추가SOC를 더하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제2SOC보정단계(S60)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 도심차속은 잦은 가감속이 요구되는 시내 주행의 평균적인 차속으로서 배터리의 SOC소모가 많은 운전 상태를 대표하기 위한 것이며, 예컨대 20KPH 등으로 설정될 수 있을 것인데, 이 역시 설계적으로 변경이 가능한 것이다.

즉, 상기 도심차속판단단계(S50)와 제2SOC보정단계(S60)는, 운전자가 설정한 유지목표 SOC가 최대수준이 아닌 상황에서 차량이 상기 도심차속 이하로 주행하는 경우에는, 실질적으로 회생제동에 의해 에너지를 회수할 수 있는 가능성 보다는, 낮은 차속에서 잦은 가감속의 반복에 의해 배터리의 SOC가 일반적인 경우에 비해 보다 쉽게 소모될 확률이 높으므로, 이러한 상황에서는 운전자가 설정한 유지목표 SOC에 추가로 상기 추가SOC를 더한 것을 새로운 유지목표 SOC로 설정하여 그에 따라 배터리의 SOC를 관리하도록 함으로써, 실질적으로 EV 주행모드로 주행할 수 있는 거리를 상대적으로 증대시키고, 도심에서의 배터리 방전을 조기에 방어할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 추가SOC는 예컨대 5% 내지 10% 등으로 일정한 값으로 설정할 수 있을 것이다.

참고로, 도 2는 MAX SOC가 90%이고, 운전자가 설정한 유지목표 SOC가 90%인 경우에, 본 발명의 제1SOC보정단계(S40)에 의해 차감SOC만큼 낮춰진 유지목표 SOC로 배터리의 SOC가 관리되는 것을 좌측으로부터 우측으로 시간이 경과함에 따라 설명한 것으로서, 차감SOC는 시간의 경과에 따라 더 커진 예를 보이고 있는데, 이는 그만큼 차속이 증가한 경우를 의미한다.

여기서, a와 b는 각각 상기 유지목표 SOC를 중심으로 하여 변화할 수 있는 SOC의 허용상한 및 허용하한을 의미한다.

또한, 참고로 상기 회수예상에너지를 dS로 표현하고 이를 SOC로 환산한 차감SOC는 단순히 dS%로 표현하고 있다.

도 3은 운전자가 설정한 유지목표 SOC가 50%인 상황에서, 차속이 상기 도심차속 이하가 되어 상기 제2SOC보정단계(S60)를 수행한 경우를 예시하고 있는 것으로서, 유지목표 SOC에 추가SOC(c)를 더하여 50%보다 큰 새로운 유지목표 SOC로 배터리의 충방전이 관리되는 상황을 설명한 것이다.

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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 목표수준확인단계
S20; 중고속판단단계
S30; 에너지예상단계
S40; 제1SOC보정단계
S50; 도심차속판단단계
S60; 제2SOC보정단계
μ; 에너지전환효율
c; 추가SOC

Claims

배터리 유지 주행모드에서 설정된 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정되었는지를 확인하는 목표수준확인단계와;
상기 목표수준확인단계에서 확인된 유지목표 SOC가 최대수준인 경우, 차속이 소정의 중고속차속 이상인지를 판단하는 중고속판단단계와;
상기 중고속판단단계 수행결과, 현재의 차속이 상기 중고속차속 이상인 경우, 차량의 회생제동에 의해 회수 가능한 회수예상에너지를 산출하는 에너지예상단계와;
상기 에너지예상단계에서 산출된 회수예상에너지에 상당하는 차감SOC를 상기 유지목표 SOC로부터 차감하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제1SOC보정단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 목표수준확인단계에서는 설정된 상기 유지목표 SOC가 충전제어한계 SOC인 MAX SOC보다 소정의 하측여유SOC 이내로 작은 경우에는 상기 유지목표 SOC가 최대수준으로 설정된 것으로 확인하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 에너지예상단계에서는 상기 회수예상에너지를 차량의 운동에너지에 에너지전환효율을 곱하여 산출하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 목표수준확인단계 수행결과, 설정된 유지목표 SOC가 최대수준이 아니라고 판단된 경우, 차속이 소정의 도심차속 이하인지를 판단하는 도심차속판단단계와;
상기 도심차속판단단계 수행결과, 차속이 상기 도심차속 이하인 경우, 상기 유지목표 SOC에 소정의 추가SOC를 더하여 상기 유지목표 SOC를 갱신하는 제2SOC보정단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.