KR101878032B1

KR101878032B1 - 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법

Info

Publication number: KR101878032B1
Application number: KR1020160055259A
Authority: KR
Inventors: 이규일; 김지태; 윤성곤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2018-07-16
Also published as: KR20170126048A

Abstract

본 발명 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법은, 저전압배터리에 충전이 이루어지는 소정의 기준충전시간 동안, 제어부가 상기 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치를 구하는 평균산출단계와; 상기 물리량의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 물리량의 평균치가 속하는 구간에 따라 상기 제어부가 패턴별충전전압을 설정하는 전압설정단계와; 상기 기준충전시간 이후 소정의 리프레쉬시간 동안, 상기 제어부가 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 상기 저전압배터리의 충전을 제어하는 리프레쉬단계;를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 저전압배터리 충전 제어 방법{CONTROL METHOD FOR CHARGING OF LOW-VOLTAGE BATTERY IN VEHICLE}

본 발명은 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지차량에 탑재된 저전압배터리를 저전압 직류 변환기(LDC: Low DC-DC Converter) 에 의해 충전하는 기술에 관한 것이다.

종래 차량에 탑재된 저전압배터리의 충전을 제어하는 방법은, 차량의 시동 시 저전압배터리의 충전상태를 판단하여, 상기 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 방법으로 저전압배터리의 방전을 방지하고 연비 향상에 도움이 되도록 하는 모드별 충전 가변전압제어가 있다.

예컨대, 차량 시동시 저전압배터리의 충전상태를 완충, 보통, 방전의 3가지로 구분하고, 방전상태인 경우에는 베이스충전전압을 가장 높게 설정하고, 완충상태인 경우에는 상기 베이스충전전압을 가장 낮게 설정하며, 차량의 운전모드를 회생제동 모드인 리제너레이션 모드(Regen. Mode), 일반적인 운전모드인 아이들 모드(Idle Mode) 등을 포함하는 다수의 운전모드로 구분하고, 상기 아이들 모드 등과 같은 일부 운전모드에서는 기본적으로 상기 베이스충전전압을 사용하여 저전압배터리의 충전을 제어하도록 하며, 상기 리제너레이션 모드 등과 같은 다른 일부 운전모드에서는 별도로 지정된 충전전압을 사용하여 상기 저전압배터리의 충전을 제어하도록 하여, 기본적으로는 상기 베이스충전전압을 사용하되, 특정한 운전 모드에서는 해당 운전모드에 적합한 별도의 충전전압을 사용하도록 하는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같은 제어방법으로 저전압배터리의 충전을 제어하는 경우에, 차량의 시동 시, 상기 저전압배터리의 충전상태가 방전상태로 판단된 경우, 상기 베이스충전전압은 차량의 주행 내내 높은 전압으로 유지되므로, 상기 저전압배터리의 충전이 완료된 후에도 계속적으로 높은 충전전압이 유지됨에 따라 저전압배터리의 과충전이 발생할 가능성이 생기고, 반대로, 차량 시동 시, 상기 저전압배터리의 충전상태가 완충상태로 판단된 경우에는, 상기 베이스충전전압이 계속적으로 낮은 전압으로 유지되어 차량의 장시간 주행 시, 저전압배터리의 충전이 충분하지 않아 저전압배터리 과방전 상황이 발생할 가능성이 있다.

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.

KR10-2013-0129286 A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량에 탑재된 저전압배터리의 충전을 제어함에 있어서, 저전압배터리의 충전상태뿐만 아니라, 저전압배터리에 충전이 이루어지는 과정을 함께 고려하여 제어할 수 있도록 함으로써, 저전압배터리의 과충전 및 과방전을 방지하여 궁극적으로 차량의 연비 및 시동성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법은,

저전압배터리에 충전이 이루어지는 소정의 기준충전시간 동안, 제어부가 상기 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치를 구하는 평균산출단계와;

상기 물리량의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 물리량의 평균치가 속하는 구간에 따라 상기 제어부가 패턴별충전전압을 설정하는 전압설정단계와;

상기 기준충전시간 이후 소정의 리프레쉬시간 동안, 상기 제어부가 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 상기 저전압배터리의 충전을 제어하는 리프레쉬단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 평균산출단계 이전에, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어를 수행하고;

상기 모드별 충전 가변전압제어 수행 시, 상기 평균산출단계를 수행하여, 상기 전압설정단계 및 리프레쉬단계를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어와 함께 반복적으로 상기 평균산출단계와 전압설정단계 및 리프레쉬단계를 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 모드별 충전 가변전압제어는, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하여, 구분되는 각 충전상태마다 상기 베이스충전전압을 별도로 설정하며;

상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 베이스충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 설정할 수 있다.

상기 평균산출단계에서 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전전압으로 할 수 있다.

상기 전압설정단계에서는, 전압의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 평균충전전압이 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정하고;

상기 패턴별충전전압은 전압의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정될 수 있다.

상기 리프레쉬단계에서는 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 상기 저전압배터리의 충전전압을 가변 제어하며;

상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 패턴별충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 가변 제어할 수 있다.

상기 평균산출단계에서 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전파워로 할 수 있다.

상기 전압설정단계에서는, 파워의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 평균충전파워가 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정하고;

상기 패턴별충전전압은 평균충전파워의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법은,

차량의 시동 시 저전압배터리의 충전상태에 따라 제어부가 목표충전에너지를 설정하는 목표에너지설정단계와;

상기 시동 이후, 상기 저전압배터리의 충전이 진행됨에 따라, 상기 제어부가 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달하는지 판단하는 목표도달판단단계와;

상기 목표도달판단단계 수행결과, 상기 에너지 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달한 경우에는, 소정의 제2리프레쉬시간 동안, 상기 제어부가 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압을 소정의 리프레쉬전압으로 제어하는 제2리프레쉬단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

차량의 시동 시 상기 목표에너지설정단계와 더불어 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어를 수행하고;

상기 모드별 충전 가변전압제어 수행 시, 상기 목표도달판단단계를 수행하여, 조건 만족 시 상기 제2리프레쉬단계를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어와 함께 반복적으로 상기 목표도달판단단계와 제2리프레쉬단계를 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 제2리프레쉬단계를 수행한 후 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하는 경우에는, 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량을 리셋한 상태에서, 상기 모드별 충전 가변전압제어를 개시하도록 할 수 있다.

본 발명은 차량에 탑재된 저전압배터리의 충전을 제어함에 있어서, 저전압배터리의 충전상태뿐만 아니라, 저전압배터리에 충전이 이루어지는 과정을 함께 고려하여 제어할 수 있도록 함으로써, 저전압배터리의 과충전 및 과방전을 방지하여 궁극적으로 차량의 연비 및 시동성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 연료전지 차량의 저전압배터리 충전 시스템의 일예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법의 제1실시예를 예시한 순서도,
도 3은 상기 제1실시예를 시간의 경과에 따라 설명한 그래프,
도 4는 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하는 예를 설명한 도면,
도 5는 도 4와 같이 구분된 충전상태에 따라, 베이스충전전압을 설정하는 예를 도시한 도면,
도 6은 모드별 충전 가변전압제어 수행을 위해, 차량의 운전모드에 따라 저전압배터리의 충전에 사용할 충전전압을 설정하는 예를 도시한 도면,
도 7은 평균충전전압이 속하는 구간을 분류하는 데에 사용하기 위해 전압의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간을 예시한 도면,
도 8은 도 7과 같이 구분된 구간에 따라, 패턴별충전전압을 설정하는 예를 도시한 도면,
도 9는 리프레쉬단계에서 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 저전압배터리의 충전에 사용할 충전전압을 설정하는 예를 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법의 제2실시예를 예시한 순서도,
도 11은 상기 제2실시예를 시간의 경과에 따라 설명한 그래프,
도 12는 평균충전파워가 속하는 구간을 분류하는 데에 사용하기 위해 파워의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간을 예시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법의 제3실시예를 예시한 순서도,
도 14는 상기 제3실시예를 시간의 경과에 따라 설명한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법이 적용될 수 있는 연료전지차량의 저전압배터리 충전 시스템(100)은, 연료전지스택(120)과, 연료전지스택(120)으로부터 전력을 공급받는 고전압 직류변환기(130)와, 고전압 직류변환기(130)에 의해 하향 변환된 전압을 공급받는 고전압 배터리(140)와, 연료전지스택(120)과 고전압 직류변환기(130) 사이의 고전압 버스단에 연결되어 전압을 하향 변환하는 저전압 직류변환기(LDC)(150)와, 저전압 직류변환기(150)에서 변환된 전압에 의해 충전되는 저전압배터리(160) 및 저전압배터리(160)의 전압에 기반하여 저전압배터리의 충전상태를 판단하고, 그 결과에 기반하여 저전압배터리(160)의 충전전압을 설정하는 제어부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법은, 저전압배터리에 충전이 이루어지는 소정의 기준충전시간(T1) 동안, 제어부(110)가 상기 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치를 구하는 평균산출단계(S30)와; 상기 물리량의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계(S30)에서 산출된 물리량의 평균치가 속하는 구간에 따라 상기 제어부가 패턴별충전전압을 설정하는 전압설정단계(S40)와; 상기 기준충전시간(T1) 이후 소정의 리프레쉬시간(T2) 동안, 상기 제어부(110)가 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 상기 저전압배터리의 충전을 제어하는 리프레쉬단계(S50)를 포함하여 구성된다.

상기 평균산출단계(S30) 이전에는, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고(S10), 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하고, 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20) 수행 시, 상기 평균산출단계(S30)를 수행하여, 상기 전압설정단계(S40) 및 리프레쉬단계(S50)를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)와 함께 반복적으로 상기 평균산출단계(S30)와 전압설정단계(S40) 및 리프레쉬단계(S50)를 수행하도록 구성된다.

즉, 차량이 시동되면, 상기 제어부(110)는 상기 저전압배터리(160)의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이를 기반으로 차량의 운전모드에 따라 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하는 것을 기본으로 하고, 여기에 추가하여, 상기 평균산출단계(S30)와 전압설정단계(S40) 및 리프레쉬단계(S50)를 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)와 함께 반복적으로 수행하도록 하는 것이다.

상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)는, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하여, 구분되는 각 충전상태마다 상기 베이스충전전압을 별도로 설정하며; 상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 베이스충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 설정하는 것이다.

상기 제어부(110)는 차량의 시동 시, 저전압배터리(160)의 충전상태를 판단하기 위해, 무부하 상태의 저전압배터리 전압을 측정하여, 그 측정된 전압이 도 4에 예시된 바와 같은 전압 범위 중 어디에 속하는지에 따라, 저전압배터리의 충전상태를 방전, 보통 및 완충 중 어느 하나로 판단한다. 예컨대, 저전압배터리에서 측정된 전압이 11.7V인 경우에는 저전압배터리의 충전상태는 보통으로 판단하는 것이다.

상기 제어부(110)는 상기와 같이 판단된 저전압배터리의 충전상태에 따라, 베이스충전전압을 설정하게 되는데, 이는 도 5와 같이 미리 저전압배터리의 충전상태에 따라 설정되어 있는 맵을 사용하여, 현재의 저전압배터리 충전상태에 상응하는 베이스충전전압을 설정하게 된다. 예컨대, 상기 저전압배터리의 충전상태가 보통으로 판단된 경우에는, 도 5의 맵으로부터 베이스충전전압은 13V로 설정되는 것이다.

상기 제어부(110)는 상기와 같이 설정된 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하는 바, 예컨대, 상기 운전모드는 도 6에 예시된 바와 같이, 리제너레이션 모드(Regen. Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 파워 어시스트 모드(Power Assist Mode), 연료전지 정지 모드(FC Stop Mode) 및 긴급 모드(Em. EV Mode) 등을 포함할 수 있다.

리제너레이션 모드는 차량 구동모터로부터 회생제동 에너지를 회수하는 모드로서, 구체적으로 감속 또는 제동 시 모터의 발전을 통해 차량의 운동에너지를 전기 에너지로 변환하여 고전압 배터리를 충전하는 모드이다. 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 모터로부터 회생제동 에너지를 회수하기 위해 아이들 모드로부터 전환될 수 있다. 또한, 리제너레이션 모드에 있을 때에 운전자가 정상 주행을 위해 가속 페달을 밟게 되면 다시 아이들로 전환될 수 있다. 리제너레이션 모드에서는 베이스충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 14.5 V)으로 충전 전압이 설정될 수 있다.

아이들 모드는 일반적인 주행모드를 말하며, 차량이 주행 중인 경우를 나타내는 모드로서, 전술한 리제너레이션 모드와 후술하는 파워 어시스트 모드를 제외한 경우의 주행모드를 말한다. 아이들 모드는 고전압 배터리(140)의 충전 상태(SOC)에 기반하여 복수의 스테이지들로 분류될 수 있다.

예를 들어, 복수의 스테이지는 고전압 배터리(140)의 충전상태에 따라 분류된 4개의 스테이지를 포함할 수 있으며, 4개의 스테이지는 고전압 배터리(140)의 SOC가 55% 내지 65%인 경우의 Normal 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 65%를 초과하는 경우의 Critical High 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 50% 미만인 경우의 Critical Low 스테이지 및 고전압 배터리의 SOC가 50% 내지 55%인 경우의 Low 스테이지를 포함할 수 있다. 각각의 스테이지에서는 전술한 베이스충전전압에 각 스테이지마다 각각 사전 설정된 오프셋 전압을 더하여 저전압 배터리(160)의 충전전압을 설정할 수 있다.

파워 어시스트 모드는 연료전지의 파워와 고전압 배터리의 파워를 동시에 사용하며, 운전자가 가속 페달을 기설정된 깊이 이상으로 밟은 경우 또는 기설정된 연료전지 파워에 도달한 때의 주행모드이며, 아이들 모드로 주행 도중 운전자가 가속 페달을 기설정된 깊이 이상으로 밟거나 기설정된 연료전지 파워에 도달하게 되면 파워 어시스트 모드로 전환될 수 있고, 그 역으로 전환될 수 있다. 파워 어시스트 모드에서는 베이스충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 13 V)으로 충전 전압이 설정될 수 있다.

연료전지 정지모드는 저파워 구간이나 속도가 낮은 구간에서 연료전지를 정지시키고 고전압 배터리로만 운전하는 모드를 말한다. 저파워 구간에서 운전시에는 연료전지의 전압이 상승하며 이는 연료전지의 내구성에 악영향을 주기 때문에 저파워 구간에서는 연료전지를 정지시킨다. 일반적으로, 아이들 모드에서 차량을 제동하기 위해 속도를 줄일 때 리제너레이션 모드로 전환되고, 차량이 완전히 정지하게 되면 연료전지 정지모드로 전환되며, 소정 속도나 파워를 넘어가게 되면 다시 연료전지를 재구동하여 아이들 모드로 전환하게 된다. 연료전지 어시스트 모드에서는 상기 베이스충전전압을 그대로 저전압 배터리 충전 전압으로 적용할 수 있다.

긴급모드는 연료전지 시스템 자체가 고장인 경우, 고전압 배터리로만 구동되는 비상모드를 말한다. 일반적으로 긴급모드의 경우 시동 오프(OFF)까지 연료전지를 재구동하지 않으나, 수소 누출 또는 연료전지 고장에 의한 경우 연료전지를 재구동 시도하여 다른 운전모드로 천이할 수 있고, 재구동이 실패하면 키 오프(OFF)까지 긴급모드를 유지할 수 있다. 긴급모드에서는 베이스 충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 13 V)으로 충전 전압이 설정될 수 있다.

상기한 바와 같은 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하면서, 상기 제어부(110)는 상기 평균산출단계(S30)를 수행하여, 상기 기준충전시간(T1) 동안의 상기 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치를 구한다.

도 2와 도 3의 제1실시예에서 상기 저전압배터리(160)의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전전압이고, 상기 기준충전시간(T1)은 수분에서 수십분의 시간으로 설정될 수 있을 것인 바, 예컨대 20분이나 30분 등이 될 수 있을 것이다.

상기 전압설정단계(S40)에서는, 전압의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계(S30)에서 산출된 평균충전전압이 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정한다.

즉, 상기 제어기는 상기 기준충전시간(T1)으로 정해진 시간 동안, 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행함에 의해 상기 저전압배터리(160)에 충전된 평균충전전압을 산출하고, 상기 평균충전전압이 도 7과 같은 전압의 패턴들 중 어디에 속하는지에 따라 과방전, 보통 및 과충전의 패턴 중 어느 하나를 선택하고, 그 패턴에 따라 도 8과 같은 맵으로부터 패턴별충전전압을 설정한다. 예컨대, 상기 평균산출단계(S30)에 의해 산출된 평균충전전압이 도 3에 예시된 바와 같이 13.2V와 13.7V 사이의 값이면, 도 7에서 "보통"의 패턴에 해당하는 것이고, 그에 따라 상기 패턴별충전전압은 도 8의 맵에서 "보통"에 상응하는 13.5V가 되는 것이다.

도 7과 도 8을 함께 참조하면 알 수 있듯이, 상기 패턴별충전전압은 전압의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정된다. 이는 상기 기준충전시간(T1) 동안의 평균충전전압이 상대적으로 큰 경우에는 저전압배터리에 과충전이 이루어졌을 가능성이 높으므로, 그러한 경우에는 패턴별충전전압을 상대적으로 작게 설정해야 과충전의 상태 해소에 도움이 될 것이기 때문이다.

상기 리프레쉬단계(S50)에서는 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 상기 저전압배터리의 충전전압을 가변 제어하며, 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)와 유사하게 상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 패턴별충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 가변 제어하도록 한다.

즉, 상기 제어부(110)는 상기와 같이 설정된 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 저전압배터리 충전전압을 제어하는 바, 예컨대, 상기 운전모드는 도 9에 예시된 바와 같이, 리제너레이션 모드(Regen. Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 파워 어시스트 모드(Power Assist Mode), 연료전지 정지 모드(FC Stop Mode) 및 긴급 모드(Em. EV Mode) 등을 포함할 수 있다.

도 9의 예를 기준으로 살펴보면, 리제너레이션 모드에서는 상기 패턴별충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 14.5 V)으로 충전 전압이 설정된다.

아이들 모드는 고전압 배터리(140)의 충전 상태(SOC)에 기반하여 복수의 스테이지들로 분류될 수 있는 바, 예를 들어, 복수의 스테이지는 고전압 배터리(140)의 충전상태에 따라 분류된 4개의 스테이지를 포함할 수 있다.

상기 4개의 스테이지는 고전압 배터리(140)의 SOC가 55% 내지 65%인 경우의 Normal 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 65%를 초과하는 경우의 Critical High 스테이지, 고전압 배터리의 SOC가 50% 미만인 경우의 Critical Low 스테이지 및 고전압 배터리의 SOC가 50% 내지 55%인 경우의 Low 스테이지를 포함할 수 있다. 각각의 스테이지에서는 상기 패턴별충전전압에 각 스테이지마다 각각 사전 설정된 오프셋 전압을 더하여 저전압배터리(160)의 충전전압을 설정할 수 있다.

파워 어시스트 모드에서는 패턴별충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 13 V)으로 충전 전압이 설정될 수 있고, 연료전지 어시스트 모드에서는 상기 패턴별충전전압을 그대로 저전압배터리 충전 전압으로 적용할 수 있으며, 긴급모드에서는 패턴별충전전압에 상관없이 일정한 전압(예를 들어, 13 V)으로 충전 전압이 설정될 수 있다.

즉, 상기 제어부(110)는 상기 리프레쉬시간(T2) 동안은 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 중지하고 대신에 상기 리프레쉬단계(S50)를 수행하여, 종래 차량 시동 시에 판단되었던 저전압배터리의 충전상태에 의해 고정된 베이스충전전압의 지속적인 적용에 따른 과충전 또는 과방전의 발생을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기 리프레쉬시간(T2)은 상기한 바와 같은 본 발명의 취지에 따라 저전압배터리의 충전상태를 정상적인 상태로 회복시키는 데에 적합한 수준으로 설정되는 것이 바람직할 것인 바, 예컨대 10분 등과 같이 수십분의 단위로 설정될 수 있을 것이다.

도 10과 도 11은 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서, 다른 내용은 상기 제1실시예와 거의 동일하고, 상기 평균산출단계(S30)에서 저전압배터리(160)의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전파워인 점이 다르다.

따라서, 상기 전압설정단계(S40)에서는, 파워의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계(S30)에서 산출된 평균충전파워가 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정한다.

예컨대, 도 11과 같이, 상기 기준충전시간(T1) 동안 저전압배터리의 평균충전파워가 600W 내지 800W의 사이값으로 계산되면, 도 12를 통해 평균충전파워가 속하는 구간은 "보통"의 패턴으로 결정되고, 그에 따라 상기한 도 8의 맵으로부터 패턴별충전전압은 13.5V로 설정되는 것이다.

물론, 상기 패턴별충전전압은 평균충전파워의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정된다.

상기 리프레쉬단계(S50)에서는 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 상기 저전압배터리의 충전전압을 가변 제어하며, 상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 패턴별충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리(160)를 충전하는 충전전압으로 가변 제어한다.

상기 리프레쉬단계(S50)의 구체적인 설명은 상기 제1실시예와 동일하므로 생략한다.

도 13와 도 14는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것으로서, 차량의 시동 시 저전압배터리의 충전상태에 따라 제어부(110)가 목표충전에너지를 설정하는 목표에너지설정단계(S110)와; 상기 시동 이후, 상기 저전압배터리의 충전이 진행됨에 따라, 상기 제어부(110)가 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달하는지 판단하는 목표도달판단단계(S130)와; 상기 목표도달판단단계(S130) 수행결과, 상기 에너지 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달한 경우에는, 소정의 제2리프레쉬시간(T2') 동안, 상기 제어부(110)가 상기 저전압배터리(160)를 충전하는 충전전압을 소정의 리프레쉬전압으로 제어하는 제2리프레쉬단계(S140)를 포함하여 구성된다.

차량의 시동 시 상기 목표에너지설정단계(S110)와 더불어 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하고; 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20) 수행 시, 상기 목표도달판단단계(S130)를 수행하여, 조건 만족 시 상기 제2리프레쉬단계(S140)를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)와 함께 반복적으로 상기 목표도달판단단계(S130)와 제2리프레쉬단계(S140)를 수행하도록 구성된다.

상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)는, 상기 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지로, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하여, 구분되는 각 충전상태마다 상기 베이스충전전압을 별도로 설정하며; 상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 베이스충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 설정한다.

즉, 상기 제어부(110)는 차량의 시동 시, 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 상기 제1실시예 및 제2실시예와 동일하게 수행한다. 다만, 상기 제어부(110)는 차량 시동 시, 상기 목표에너지설정단계(S110)를 수행하여 상기 저전압배터리(160)의 충전상태에 따라 상기 목표충전에너지를 설정하는데, 이는 예컨대, 저전압배터리(160)가 완충상태라고 판단되면 상기 목표충전에너지를 600KJ, 보통상태라고 판단되면 상기 목표충전에너지를 750KJ, 방전상태라고 판단되면 900KJ과 같은 방식으로 저전압배터리(160)의 충전상태에 따라 미리 정해진 값으로 설정하는 것이다.

이후, 상기 제어부(110)는 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하면서, 저전압배터리(160)에 충전되는 에너지를 적산하여, 그 적산량이 상기와 같이 설정된 목표충전에너지에 도달하면, 상기 제2리프레쉬단계(S140)를 수행하는 것이다.

상기 제2리프레쉬단계(S140)에서는, 상기 저전압배터리의 충전전압을 상기 리프레쉬전압으로 고정하여 소정의 제2리프레쉬시간(T2') 동안 저전압배터리의 충전에 사용함으로써, 종래 차량 시동 시에 판단되었던 저전압배터리의 충전상태에 따라 고정된 베이스충전전압을 차량 운행 중 지속적으로 적용함에 따른 과충전 또는 과방전의 발생을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기 리프레쉬전압은 저전압배터리가 과충전이나 과방전 상황이더라도, 상기 제2리프레쉬시간(T2') 동안 저전압배터리의 충전전압으로 유지되면, 저전압배터리의 과충전 또는 과방전의 상태가 해소될 수 있는 수준으로 정해지는 것이 바람직할 것인 바, 예컨대 도 8의 보통 상태에 상당하는 13.5V 등과 같이 저전압배터리의 충전이 천천히 유지되는 수준으로 설정될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제2리프레쉬시간(T2')은 수분 내지 수십분의 범위 내에서 설정될 수 있을 것이다.

상기 제2리프레쉬단계(S140)를 수행한 후 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 수행하는 경우에는, 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량을 리셋한 상태에서, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어(S20)를 개시하여, 반복적으로 모드별 충전 가변전압제어(S20)와 제2리프레쉬단계(S140)가 수행될 수 있도록 한다.

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.

100; 저전압배터리 충전 시스템
120; 연료전지스택
130; 고전압 직류변환기
140; 고전압배터리
150; 직류변환기(LDC)
160; 저전압배터리
110; 제어부
S20; 모드별 충전 가변전압제어
S30; 평균산출단계
S40; 전압설정단계
S50; 리프레쉬단계
S110; 목표에너지설정단계
S130; 목표도달판단단계
S140; 제2리프레쉬단계

Claims

저전압배터리에 충전이 이루어지는 소정의 기준충전시간 동안, 제어부가 상기 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치를 구하는 평균산출단계와;
상기 물리량의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 물리량의 평균치가 속하는 구간에 따라 상기 제어부가 패턴별충전전압을 설정하는 전압설정단계와;
상기 기준충전시간 이후 소정의 리프레쉬시간 동안, 상기 제어부가 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 상기 저전압배터리의 충전을 제어하는 리프레쉬단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 평균산출단계 이전에, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어를 수행하고;
상기 모드별 충전 가변전압제어 수행 시, 상기 평균산출단계를 수행하여, 상기 전압설정단계 및 리프레쉬단계를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어와 함께 반복적으로 상기 평균산출단계와 전압설정단계 및 리프레쉬단계를 수행하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 모드별 충전 가변전압제어는, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하여, 구분되는 각 충전상태마다 상기 베이스충전전압을 별도로 설정하며;
상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 베이스충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 설정하는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 평균산출단계에서 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전전압인 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 전압설정단계에서는, 전압의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 평균충전전압이 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정하고;
상기 패턴별충전전압은 전압의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정되는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 리프레쉬단계에서는 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 상기 저전압배터리의 충전전압을 가변 제어하며;
상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 패턴별충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 가변 제어하는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 평균산출단계에서 저전압배터리의 충전과 관련된 물리량의 평균치는 평균충전파워인 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 전압설정단계에서는, 파워의 크기에 따라 순차 구분된 복수의 구간 중, 상기 평균산출단계에서 산출된 평균충전파워가 속하는 구간에 따라 상기 패턴별충전전압을 설정하고;
상기 패턴별충전전압은 평균충전파워의 크기가 상대적으로 큰 구간일수록 작은 값으로 설정되는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 리프레쉬단계에서는 상기 패턴별충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 상기 저전압배터리의 충전전압을 가변 제어하며;
상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 패턴별충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 가변 제어하는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
차량의 시동 시 저전압배터리의 충전상태에 따라 제어부가 목표충전에너지를 설정하는 목표에너지설정단계와;
상기 시동 이후, 상기 저전압배터리의 충전이 진행됨에 따라, 상기 제어부가 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달하는지 판단하는 목표도달판단단계와;
상기 목표도달판단단계 수행결과, 상기 에너지 적산량이 상기 목표충전에너지에 도달한 경우에는, 소정의 제2리프레쉬시간 동안, 상기 제어부가 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압을 소정의 리프레쉬전압으로 제어하는 제2리프레쉬단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
차량의 시동 시 상기 목표에너지설정단계와 더불어 상기 저전압배터리의 충전상태에 따라 베이스충전전압을 결정하고, 이 베이스충전전압을 바탕으로 차량의 운전모드에 따라 충전전압을 가변하는 모드별 충전 가변전압제어를 수행하고;
상기 모드별 충전 가변전압제어 수행 시, 상기 목표도달판단단계를 수행하여, 조건 만족 시 상기 제2리프레쉬단계를 수행한 후, 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하여, 차량의 주행이 종료될 때까지 상기 모드별 충전 가변전압제어와 함께 반복적으로 상기 목표도달판단단계와 제2리프레쉬단계를 수행하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 모드별 충전 가변전압제어는, 차량의 시동 시 상기 저전압배터리의 충전상태를 복수개로 구분하여, 구분되는 각 충전상태마다 상기 베이스충전전압을 별도로 설정하며;
상기 운전모드는 복수개의 모드로 구성되고, 상기 복수개의 모드 중 적어도 하나의 모드는 고전압배터리의 충전 상태에 따라 사전 설정된 오프셋 전압을 상기 베이스충전전압에 합산하여 상기 저전압배터리를 충전하는 충전전압으로 설정하는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제2리프레쉬단계를 수행한 후 다시 상기 모드별 충전 가변전압제어를 수행하는 경우에는, 상기 저전압배터리에 충전되는 에너지의 적산량을 리셋한 상태에서, 상기 모드별 충전 가변전압제어를 개시하는 것
을 특징으로 하는 차량의 저전압배터리 충전 제어 방법.