KR101786654B1

KR101786654B1 - 배터리 충전 활성화장치 및 방법

Info

Publication number: KR101786654B1
Application number: KR1020120121838A
Authority: KR
Inventors: 김성태
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-10-18
Also published as: KR20140055267A

Abstract

본 발명은 주행조건과 배터리 상태에 따라 전기기부하를 위한 발전제어와 배터리의 충전 제어 활성화를 실행하여 배터리의 충전상태(State Of Charge : SOC)를 안정되게 유지하고, 수명 단축을 방지할 수 있도록 하는 배터리 충전 활성화방법이 개시된다.
본 발명은 알터네이터의 발전으로 전기부하만을 작동시키는 발전 제어 활성화 상태에서 배터리 정보를 분석하여 충전 제어 활성화 조건인지 판단하는 과정; 배터리 충전 제어 활성화 조건이면 발전 제어를 비활성화로 전환하고, 충전 제어를 활성화시키는 과정; 알터네이터의 발전량을 조정하여 배터리 충전을 제공하며, 충전 제어 활성화 해제 조건을 만족하면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화하는 과정을 포함한다.

Description

배터리 충전 활성화장치 및 방법{GENERATION ACTIVATION SYSTEM FOR BATTERY AND METHOD THEREOF}

본 발명은 주행조건과 배터리 상태에 따라 전기기부하를 위한 발전제어와 배터리의 충전 제어 활성화를 실행하여 배터리의 충전상태(State Of Charge : SOC)를 안정되게 유지하고, 수명 단축을 방지할 수 있도록 하는 배터리 충전 활성화장치 및 방법에 관한 것이다.

세계적인 고유가 및 강화되는 환경규제에 따라 친환경, 고연비는 차량개발의 핵심항목이 되었고 차량 메이커들은 이러한 목표를 달성하기 위한 차량의 개발에 총력을 기울이고 있다.

이와 관련하여 차량이 정지되어 일정시간 이상 공회전이 지속되고 정해진 조건을 만족하면 엔진이 아이들 정지되고, 엔진이 정지된 상태에서 브레이크 페달의 해제 혹은 가속페달의 팁 인 등에 따른 출발의지가 검출되면 엔진을 재시동시키는 ISG(Idle Stop and Go) 시스템이 주요 기술로 주목받고 있다.

ISG시스템은 소형 일부의 차종에만 적용되고 있으나 점차 적용폭이 확대되어 모든 차량에 기본 기능으로 탑재되도록 추진되고 있다.

또한, 차량에는 연비 개선을 위해 가속운전, 감속운전, 정속운전 및 아이들 운전 등을 포함하는 차량의 운전조건에 따라 목표 전압을 결정하고, 발전기의 구동을 조절하여 발전량을 조절하는 발전 제어가 적용된다.

예를 들어 차량의 운행에서 연료가 덜 소모되는 감속운전인 경우 발전기의 발전량을 높여 전기 에너지를 많이 생산하고, 전기부하에서 사용되고 남는 전기 에너지로 배터리를 충전시킨다.

그리고, 연료가 많이 소비되는 가속운전이나 정속운전 및 아이들 운전에서는 발전기의 발전량을 낮추고 배터리에 저장된 에너지로 전기부하를 작동시킴으로써, 연료 소모가 최소화될 수 있도록 한다.

따라서, 가속운전이나 정속운전 혹은 아이들 운전에 따라 발전 제어가 활성화되어 발전기의 발전량이 낮게 유지되는 운행이 장시간 지속되면 배터리의 방전으로 인하여 충전상태(SOC)가 설정된 일정값, 예를 들어 충전상태(SOC) 70~80% 이하로 떨어지게 된다.

상기와 같이 장시간 유지되는 발전 제어의 활성화에 따라 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 일정값 이하로 떨어지는 경우 ISG의 기능이 실행되지 못하여 엔진 재시동을 실행할 수 없으므로 시스템의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.

통상적으로 배터리는 다수개의 전극(Pb) 사이에 전해액(HSO₄)이 주입되며, 전극(Pb)과 전해액(HSO₄)은 다음과 같은 화학 반응을 통해 전기의 충전 및 방전을 제공한다.

상기 화학 반응에서 전기를 생성하는 방전 동작에서 PbSO₄ 결정이 생성되는데, PbSO₄ 결정은 바로 충전이 실행되는 경우 납(Pb)과 황산(SO₄)으로 분리되므로 배터리 충전이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.

그러나, 배터리가 설정된 충전상태(SOC) 이하를 유지하는 방전된 상태로 장시간 방치되는 경우 방전 동작에서 생성된 PbSO₄ 결정이 성장하게 된다.

따라서, 이후의 충전 동작에서 납(Pb)과 황산(SO₄)으로 분리되지 못하는 물질로 변형되어 충전을 제공할 수 없게 되어 배터리의 수명 단축을 제공할 수 있다.

공개특허공보 제2009-0047181호(2009.05.12)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 그 목적은 주행조건과 배터리 상태에 따라 전기부하를 위한 발전제어와 배터리의 충전 제어 활성화를 실행하여 배터리의 충전상태를 안정되게 유지하고, 배터리의 수명 단축을 방지하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따르는 특징은 차량에 장착되는 전기적 구동장치는 전기부하; 엔진 동력으로 전압을 발전하여 전기부하에 공급하는 알터네이터; 시동이나 알터네이터의 출력이 낮은 운전에서 전기부하에 전원을 공급하는 배터리; 배터리의 정보를 검출하는 배터리검출부; 알터네이터의 발전을 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는 알터네이터의 발전으로 전기부하만을 작동시키는 발전 제어 활성화 상태에서 배터리검출부에서 제공되는 배터리의 정보가 배터리의 충전 제어 활성화 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화로 전환하고, 충전 제어를 활성화시켜 알터네이터의 발전량 조정으로 배터리 충전을 제공하는 배터리 충전 활성화장치가 제공된다.

상기 배터리검출부에서 검출되는 배터리 정보는 배터리의 전압, 전류, 온도, 충전상태(State Of Charge ; SOC), SOH(State Of Health), SOF(State Of Function) 정보를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 배터리의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제1기준량 이하, 배터리의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 중 어느 하나를 만족하고, 차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화하고, 충전 제어를 활성화할 수 있다.

상기 제어부는 배터리 충전 제어 활성화 상태에서 알터네이터의 발전량을 제어하는 발전 제어 듀티가 설정된 기준값 이하로 떨어지고, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제2기준량을 초과하며, 배터리의 전류가 설정된 일정 전류이상이며, 충전 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간 경과하였으면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 알터네이터의 발전으로 전기부하만을 작동시키는 발전 제어 활성화 상태에서 배터리 정보를 분석하여 충전 제어 활성화 조건인지 판단하는 과정; 배터리 충전 제어 활성화 조건이면 발전 제어를 비활성화로 전환하고, 충전 제어를 활성화시키는 과정; 알터네이터의 발전량을 조정하여 배터리 충전을 제공하며, 충전 제어 활성화 해제 조건을 만족하면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화하는 과정을 포함하는 배터리 충전 활성화방법이 제공된다.

상기 배터리의 충전 제어 활성화 조건은 배터리의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제1기준량 이하, 배터리의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 중 어느 하나를 만족하고, 차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하는 것으로 설정될 수 있다.

상기 충전 제어 활성화 해제 조건은 알터네이터의 발전량 제어 듀티가 설정된 기준값 이하이고, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제2기준량을 초과하며, 배터리의 전류가 설정된 전류 이상이고, 충전 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간 경과한 조건 모두를 만족하는 것으로 설정될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 주행중 연비 개선을 위한 발전 제어와 배터리 충전 제어 활성화를 능동적으로 실행시켜 배터리의 충전상태를 상시 최적으로 유지하여 배터리의 수명 단축을 방지하고 ISG의 시동성 향상을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 활성화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 활성화 절차를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 활성화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 활성화장치는 알터네이터(101), 전기부하(102), 배터리(103), 배터리검출부(104) 및 제어부(105)를 포함한다.

알터네이터(101)는 벨트를 통해 엔진과 동력이 연결되어 전압을 발전하며, 제어부(105)에서 인가되는 제어신호에 따라 발전량이 조절되어 차량에 장착되는 다양한 형태의 전기부하(102)에 구동 전압을 공급하고, 잉여되는 발전 전압을 배터리(103)에 충전 전압으로 공급한다.

알터네이터(101)는 발전되는 전압에 대한 정보를 제어부(105)에 제공하여 발전 제어 및 충전 제어 활성화에서 목표 전압을 추종하는 피드백 제어가 제공될 수 있도록 한다.

전기부하(102)는 차량에 창작되어 전기적으로 구동되는 모든 전기적 부품을 통칭한다.

배터리(103)는 전압을 충전하여 저장하고, 엔진 시동이나 재시동 혹은 알터네이터(101)의 발전량이 낮은 가속운전이나 정속운전 및 아이들 운전에서 전기부하(102)에 필요한 전압을 보조한다.

배터리검출부(104)는 배터리(103)의 전압과 전류 및 온도, 충전상태(SOC), SOH(State Of Health), SOF(State Of Function) 등을 포함하는 정보를 검출하여 제어부(105)에 제공함으로써, 알터네이터(101)를 통해 발전 제어 혹은 충전 제어 활성화가 실행될 수 있도록 한다.

제어부(105)는 배터리검출부(104)에서 제공되는 배터리(103)의 SOF 상태, 충전상태(SOC), 온도 등을 포함하는 정보와 차속, 엔진회전수의 정보가 충전 제어 활성화 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화하고, 충전 제어 활성화로 전환한다.

상기 발전 제어 활성화는 알터네이터(101)의 발전 전압이 전기부하(102)만을 작동시켜 연비 개선을 제공하는 상태이고, 충전 제어 활성화는 알터네이터(101)의 발전 전압이 전기부하(102)를 작동시키고, 배터리(103)의 충전을 제공하는 상태를 의미한다.

상기 제어부(105)는 배터리(103)의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하이거나 배터리(103)의 충전상태(SOC)가 설정된 기준량(예를 들어 80%) 이하 혹은 배터리(103)의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 조건이고 차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화하고, 충전 제어를 활성화시킨다.

따라서, 배터리(103)의 상태를 최적으로 유지시켜 전기부하(102)에 공급되는 구동 전압과 ISG를 통한 엔진 재시동에 안정성을 제공할 수 있다.

상기 제어부(105)는 배터리를 충전 제어 활성화로 제어하는 상태에서 알터네이터(101)의 발전량을 제어하는 발전 제어 듀티가 설정된 기준값 이하로 떨어지고 배터리(103)의 충전상태가 설정된 기준량(예를 들어 90%)을 초과하며, 배터리(103)의 전류가 설정된 일정 전류이상이며, 충전 제어 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간 경과하였으면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화시킨다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

본 발명이 적용되는 차량이 연비 개선을 위해 발전 제어를 활성화하여 운행하는 상태에서(S101) 제어부(105)는 배터리검출부(104)에서 제공되는 배터리(103)의 전압과 전류 및 온도, 충전상태(SOC), SOH(State Of Health), SOF(State Of Function) 등을 포함하는 정보를 분석한다(S102).

그리고, 상기 제어부(105)는 배터리(103)의 충전 제어 활성화가 실행되고 있는 상태인지를 판단한다(S103).

상기 S103에서 제어부(105)는 배터리(103)의 충전 제어 활성화가 실행되지 않는 상태이면 배터리(103)의 SOF(State Of Function)가 ISG의 재시동 전압 이하인지를 판단한다(S104).

상기 S104에서 제어부(105)는 배터리(103)의 SOF가 ISG 재시동 전압을 충족시키는 상태이면 충전상태(SOC)가 설정된 기준량(예를 들어 80%) 미만을 유지하는지 판단한다(S105).

상기 S105에서 제어부(105)는 배터리(103)의 충전상태(SOC)가 설정된 기준량(예를 들어 80%)를 초과하는 상태이면 배터리(103)의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 조건인지를 판단한다(S106).

상기 배터리(103)는 온도가 낮아지면 내부저항이 증가하는 특성이 있고, 충전상태(SOC)가 낮아지면 내부 저항이 증가하는 특성을 가지고 있다.

따라서, 배터리(103)의 경우 내부 저항이 증가하는 경우 충전 및 방전 성능에 악영향을 미치게 된다.

상기 제어부(105)는 배터리(102)의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이상이고, 충전상태(SOC)가 설정된 기준량(80%)을 초과하며 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 조건이 아니면 상기 S101의 과정으로 리턴되어 발전 제어 활성화 상태를 지속적으로 유지한다.

그러나, 상기 제어부(105)는 배터리(102)의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하, 배터리(102)의 충전상태(SOC)가 설정된 기준량(80%) 이하, 배터리(102)의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 조건 중 어느 하나를 만족시키는 경우 차속과 엔진회전수를 검출하여(S107), 차속이 설정된 일정 차속(예를 들어 8KPH)를 초과하고, 엔진 회전수가 설정된 기준 회전수(예를 들어 1500RP)를 초과하는지 판단한다(S108).

상기 S108에서 제어부(105)는 차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하면 알터네이터(101)를 제어하여 발전 제어를 비활성화하고(S109) 충전 제어를 활성화시켜(S110) 알터네이터(101)의 발전량 제어로 배터리(103)의 충전 제어를 실행한다(S111).

상기와 같이 제어부(105)는 배터리(103)에 대하여 충전 제어를 활성화시켜 알터네이터(101)의 발전량 제어로 배터리(103)의 충전하는 과정에서 충전 제어 비활성화 조건을 만족하는지 판단한다.

상기 제어부(105)는 충전 제어 비활성화 조건을 다음과 같이 판정할 수 있다.

알터네이터(101)의 발전량을 제어하는 발전 제어 듀티가 설정된 기준값(예를 들어 80%) 미만이고(S112), 배터리(103)의 충전상태가 설정된 기준량(예를 들어 90%)을 초과하며(S113), 배터리(103)의 전류가 설정된 일정 전류(예를 들어 5A)를 초과하며(S114), 충전 제어 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간(예를 들어 2시간) 경과한 것으로 판정할 수 있다(S115).

상기에서 충전 제어 비활성화 조건을 만족하면 충전 제어를 활성화로 전환하고(S116) 발전 제어를 활성화시킨다(S117).

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

101 : 알터네이터 102 : 전기부하
103 : 배터리 104 : 배터리검출부
105 : 제어부

Claims

차량에 장착되는 전기적 구동장치는 전기부하;
엔진 동력으로 전압을 발전하여 전기부하에 공급하는 알터네이터;
시동이나 알터네이터의 출력이 낮은 운전에서 전기부하에 전원을 공급하는 배터리;
배터리의 정보를 검출하는 배터리검출부;
알터네이터의 발전으로 전기부하만을 작동시키는 발전 제어 활성화 상태에서 배터리검출부에서 제공되는 배터리의 정보가 배터리의 충전 제어 활성화 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화로 전환하고, 충전 제어를 활성화시켜 알터네이터의 발전량 조정으로 배터리 충전을 제공하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는 배터리의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제1기준량 이하, 배터리의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 중 어느 하나를 만족하고, 차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하면 발전 제어를 비활성화하고, 충전 제어를 활성화시키는 배터리 충전 활성화장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리검출부에서 검출되는 배터리 정보는 배터리의 전압, 전류, 온도, 충전상태(State Of Charge ; SOC), SOH(State Of Health), SOF(State Of Function) 정보를 포함하는 배터리 충전 활성화장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 충전 제어 활성화 상태에서 알터네이터의 발전량을 제어하는 발전 제어 듀티가 설정된 기준값 이하로 떨어지고,
배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제2기준량을 초과하며,
배터리의 전류가 설정된 일정 전류이상이며,
충전 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간 경과하였으면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화시키는 배터리 충전 활성화장치.
알터네이터의 발전으로 전기부하만을 작동시키는 발전 제어 활성화 상태에서 배터리 정보를 분석하여 충전 제어 활성화 조건인지 판단하는 과정;
배터리 충전 제어 활성화 조건이면 발전 제어를 비활성화로 전환하고, 충전 제어를 활성화시키는 과정;
알터네이터의 발전량을 조정하여 배터리 충전을 제공하며, 충전 제어 활성화 해제 조건을 만족하면 충전 제어 활성화를 비활성화로 전환하고, 발전 제어를 활성화하는 과정;
을 포함하되,
상기 배터리의 충전 제어 활성화 조건은 배터리의 SOF가 설정된 ISG의 재시동 전압 이하, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제1기준량 이하, 배터리의 온도(전해액의 온도)가 내부 저항을 증가시키는 온도 중 어느 하나를 만족하고,
차속과 엔진회전수가 설정된 조건을 만족하는 것으로 설정되는 배터리 충전 활성화방법.
삭제
제5항에 있어서,
상기 충전 제어 활성화 해제 조건은 알터네이터의 발전량 제어 듀티가 설정된 기준값 이하이고, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 제2기준량을 초과하며, 배터리의 전류가 설정된 전류 이상이고, 충전 활성화의 경과 시간이 설정된 일정시간 경과한 조건 모두를 만족하는 것으로 설정되는 배터리 충전 활성화방법.
알터네이터와 배터리, 전기적 구동장치인 전기부하 및 알터네이터의 발전량을 제어하는 제어유닛;
을 포함하고,
상기 제어유닛은 설정된 프로그램에 따라 동작되어 제5항 또는 제7항의 방법을 실행하는 발전량을 제어하는 차량의 발전 제어장치.