KR102312290B1

KR102312290B1 - 하이브리드 차량의 재충전 가능 구동 배터리의 에너지 관리 방법

Info

Publication number: KR102312290B1
Application number: KR1020177019944A
Authority: KR
Inventors: 브뤼노 델로벨; 앙투안느 쌩-마르쿠
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2021-10-13
Also published as: KR20170096024A; US20170369048A1; CN107207004B; CN107207004A; JP6650465B2; WO2016102856A1; JP2018504322A; FR3030768B1; FR3030768A1; US10196053B2; EP3237258B1; EP3237258A1

Abstract

본 발명은 재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리하는 방법에 관련되며, 상기 배터리는 충전 범위의 상태에 걸쳐 제1 동작 모드 그리고 제2 동작 모드에 따라 동작할 수 있으며, 상기 충전 범위 상태의 진폭은 충전 값들의 미리 정의된 최대 상태 및 최소 상태에 의해 경계가 정해지며, 상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 실질적인 모든 전력을 공급하며, 제2 동작 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 충전 값의 평형 상태 주위에서 실질적으로 일정하게 유지된다. 본 발명에 따르면, 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭은 상기 배터리의 에이징 상태와 함께 감소한다.

Description

하이브리드 차량의 재충전 가능 구동 배터리의 에너지 관리 방법 {METHOD FOR ENERGY MANAGEMENT OF A RECHARGEABLE TRACTION BATTERY OF A HYBRID VEHICLE}

본 발명은, 추진력을 위해 배치된 연소 엔진 및 추진력을 위해 배치된 전기 모터/발전기를 포함하는 유형의 하이브리드 전력 트레인을 포함하는 재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리 방법에 관한 것이다.

재충전가능 하이브리드 차량은 두 개의 독립적인 에너지 소스를 구비한 하이브리드 차량이 전기 그리드 상에서 재충전 가능할 때에 사용되는 용어이며, 이는 통상적인 하이브리드 차량보다 전기 모드에서의 더 큰 자율성을 가지는 것을 가능하게 한다. 실제로, 전기 모터에 전력을 공급하는 구동 배터리 (traction battery)는 기동 시에 연소 엔진 (combustion engine)에 의해, 또는 차량의 운동 에너지를 이용하여 통상적으로 재충전되며, 그리고 그 후에 배터리를 상기 전기 그리드에 연결시켜서 그 배터리를 재충전할 수 있는 것으로 추가적인 옵션이 구성된다.

연소/전기 하이브리드 동력화의 환경에서, "플러그-인 하이브리드 전기 차량 (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)" (PHEV) 기술이 특별하게 알려져 있으며, 이 기술에서는 차량을 추진하기 위해 두 개의 동력화가 함께 동작한다. 전기 모드의 사용은 상기 차량의 구성에 종속될 것이다. 두 개의 메인 동작 모드들이 특별하게 존재한다:

"무공해 차량 (Zero Emission Vehicle)" (ZEV) 동작 모드에 대응하는 "전하 소모 (Charge Depleting)" (CD)로서의 동작 모드에서, 상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 전력의 실질적인 전부 또는 본질적인 전부를 공급한다. "전하 유지 (Charge Sustaining)" (CS)로서 설명된 동작 모드에서, 상기 배터리는 보충 전력만을 공급하며, 차량을 추진하기 위해 필요한 전력의 본질적인 부분은 그 후에 상기 연소 엔진에 의해 공급된다. 후자의 모드는 "하이브리드 전기 차량 (Hybrid Electric Vehicle)" (HEV) 모드와 유사한 모드에 대응한다.

차량의 드라이빙 휠들로 전송될 것으로 의도된 전력 세팅 그리고 상기 차량의 에너지 관리 시스템, 보통은 고성능 컴퓨터, 예를 들면, 상기 전력 트레인의 범용 감시자에 의해 구현된 에너지 관리 법칙에 종속하여, 상기 차량은 CD 모드 또는 CS 모드 중 어느 하나에서 동작할 것이다.

통상적으로, 도 1에서 도시된 것처럼, 예를 들면, 완전 충전 SOC_Max에서 높은 충전 상태를 가진 배터리를 이용하여 드라이빙 페이즈를 시작하는 경우에, 상기 차량은 CD 동작 모드에서 사용되며 그리고 상기 에너지 관리 시스템은, 충전 값의 미리 정해진 최소 상태 SOC_Min_CD에 도달할 때까지 상기 배터리의 충전 상태가 이 동작 모드에서 드리프트 (drift)하는 것을 가능하게 할 것이다. 일단 이 상태에 도달하면, 운전자는 CD 모드에서 운전하는 것을 계속할 수 있게 하는 가능성을 가지며, 여기에서 상기 배터리의 충전 상태는 이 미리 정의된 최소 값 주변에서 일정하게 유지된다.

변형으로서, 예를 들면, 도심지에 도착하기 위해서 여정의 끝 부분을 위해 CD 모드를 저장하기 위해서, CS 모드에서 상기 배터리의 충전 상태가 그 주변에서 유지할 높은 값 주변에서 심지어 상기 배터리의 충전 상태가 남아있을 때에도, 도 2에서 도시된 것처럼, 운전자는 CS 동작 모드를 또한 강제할 수 있다. 그러나, 도 1에서 도시된 동작에서처럼, 상기 배터리의 충전 상태가 CD 모드에서 상기 미리 정의된 최소 값 SOC_Min_CD에 도달할 때에, 상기 차량의 에너지 관리 시스템은 CS 모드로의 절환을 자동적으로 제어할 것이다.

상기 배터리의 활용 범위, 즉, 충전하며 그리고 방전하여 운전자가 배터리를 사용할 수 있는 충전 상태 범위는 상기 차량의 동작 모드가 정의되도록 허용하는 에너지 관리 법칙이 고려하는 중요한 파라미터라는 것으로 보인다.

배터리의 활용 범위는 배터리의 허용된 최대 충전 상태, 즉, 상기 배터리가 그 위로는 올라가는 것이 허용되지 않는 최대 충전 상태라는 특징을 가진다. 충전 상태의 너무 높은 허용된 최대 상태는 그 배터리의 건강 상태의 빠른 저하를 조장하며, 반면에 충전 상태의 너무 낮은 허용된 최대 상태는, 특히 CD 모드에서 운전자에게 이용 가능한 에너지의 면에서 손해를 초래한다. 그러므로, 단기간에 제공될 것이 소망되는 에너지 그리고 상기 배터리의 내구성 사이에 타협을 충전 전압의 끝 부분에서의 적합한 관리를 통해서 찾아야만 한다.

배터리의 활용 범위는 배터리의 허용된 최소 충전 상태, 즉, 상기 배터리가 그 아래로는 떨어지는 것이 허용되지 않는 최소 충전 상태라는 특징을 또한 가진다. 충전 상태의 너무 높은 허용된 최소 상태는, 특히 CD 모드에서 운전자에게 이용 가능한 에너지에 손해가 되며, 반면에 충전 상태의 너무 낮은 허용된 최소 상태는, 최소 전력 값을 배터리가 공급할 수 없을 것이라는 위험이 존재하는 한에 있어서는 문제이다. 그러므로, 운전자에게 제공될 것이 소망되는 에너지 (즉, 자율성) 그리고 특히 CD 모드 및 CS 모드 둘 모두에서 상기 배터리로부터 방전되고 있는 최소의 가용 전력의 면에서 성능의 수용 가능한 레벨을 유지하는 것 사이에서의 타협을 충전의 허용된 최소 상태의 관리를 통해서 찾아야만 한다.

또한, 주요한 도전들 중 하나는 시간이 흐를 때에 배터리의 성능의 보존 및 내구성에 관련된다. 이런 면에서, 상기 배터리는 두 가지 유형의 에이징을 겪는다. 하나는, 충전 및 온도의 상이한 상태들에서 소비된 시간에 링크된 성능의 저하인 캘린더 에이징 (calendar ageing)이며, 그리고 다른 하나는 배터리를 통해 통과된 전력 값들에 링크된 저하인 사이클에 의한 에이징이다. 오늘날, 특히 배터리가 배터리의 전체 수명 동안에 CD 모드에서 동작하도록 하는 것이 가능할 것이 필요했다면, 이런 에이징 제한 때문에 배터리의 내구성을 보장하는 것은 매우 어렵다. 극단적인 경우들에서, 상기 배터리는 "급작스러운 고장 (sudden death)"으로 갈 수 있으며, 이는 그 배터리 셀들의 내부 저항의 맹렬한 증가 그리고 그 배터리의 유용한 용량의 감소라는 특징이 있다.

특히 배터리 에너지의 건강 상태에 종속한 충전 전압의 끝 부분을 추정하는 것으로 구성된 배터리의 에이징에 종속하는 그 배터리의 활용 범위를 관리하기 위한 방법이 특허 문서 FR3002045로부터 알려져 있으며, 이는 충전의 허용된 최대 상태를 증가시키고 그 결과, 그 배터리의 에이징 상태에 종속하여 충전 범위의 유용 상태를 증가시키기 위한 것이다. 그런 방법은 최소의 필요한 에너지 값을 보장하는 것을 가능하게 만들며, 그러면서도 그 배터리의 저하를 제한한다. 그러나, 배터리의 내구성은 여전히 제한되어 유지된다.

이런 환경에서, 상술한 제한들 없이, 배터리의 에너지 관리를 위한, 그리고, 특히, 배터리의 내구성을 보존하는 것을 가능하게 하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.

그 목적을 위해서, 본 발명은 재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리하는 방법에 관한 것으로, 상기 차량은 동시에 또는 독립적으로 추진력을 제공하도록 의도된 연소 엔진 및 전기 모터/발전기를 포함하는 유형의 하이브리드 전력 트레인을 포함하며, 상기 배터리는 충전 범위의 상태에 걸쳐 제1 동작 모드 그리고 제2 동작 모드에 따라 동작할 수 있으며, 상기 충전 범위 상태의 진폭은 충전 값들의 미리 정의된 최대 상태 및 최소 상태에 의해 경계가 정해지며, 상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 실질적인 모든 전력을 공급하며, 제2 동작 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 충전 값의 평형 상태 주위에서 실질적으로 일정하게 유지되며,

상기 방법은:

- 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 단계;

- 상기 배터리의 상기 추정된 에이징 상태를 주어진 에이징 상태 임계에 관련하여 비교하는 단계, 그리고

- 상기 배터리의 에이징 상태가 상기 주어진 에이징 상태 임계 위로 올라갈 때에 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭을 축소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따라, 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭은 상기 에이징 상태에 종속하여 영 (zero) 진폭까지 점진적으로 축소되며, 그래서 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 영 진폭에 도달될 때에 상기 제2 동작 모드에 따라서만 상기 배터리가 동작하도록 한다.

유리하게도, 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭을 축소시키는 상기 단계는 충전 상태의 미리 정의된 상기 최대값 및 상기 최소값을, 하나가 다른 것을 향하여 수렴하도록 만드는 단계로 이루어진다.

상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 에너지에서의 건강 상태를 정의하는 것을 포함한다.

변형으로서 또는 조합하여, 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 서비스로의 엔트리 이후에 경과된 시간에 대해 정의하는 것을 포함한다.

변형으로서 또는 조합하여, 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는 상기 배터리의 완전 충전의 횟수를 정의하는 것을 포함한다.

변형으로서 또는 조합하여, 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 서비스로의 엔트리 이후에, 상기 배터리로부터 방전된 에너지의 양들의 합을 정의하며, 상기 제1 동작 모드 및/또는 상기 제2 동작 모드에 따라 동작하는 것을 포함한다.

유리하게도, 상기 배터리의 제1 동작 모드를 위해 미리 정의된 충전 최대 상태 및 최소 상태 값들이 상기 배터리의 추정된 에이징 상태를 이 값들 각각으로의 작도법 링크 (cartography linking)에 따라 정의된다.

본 발명은 또한 재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리하는 디바이스에 관한 것으로, 상기 차량은 동시에 또는 독립적으로 추진력을 제공하도록 의도된 연소 엔진 및 전기 모터/발전기를 포함하는 유형의 하이브리드 전력 트레인을 포함하며, 상기 디바이스는 상기 배터리를 제어하기 위한 수단을 포함하며, 이 제어 수단은 충전 범위의 상태에 걸쳐 제1 동작 모드에 따라 그리고 제2 동작 모드에 따라 상기 배터리를 제어할 수 있으며, 상기 충전 범위 상태의 진폭은 충전 값들의 미리 정의된 최대 상태 및 최소 상태에 의해 경계가 정해지며, 상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 실질적인 모든 전력을 공급하며, 제2 동작 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 충전 값의 평형 상태 주위에서 실질적으로 일정하게 유지되며, 상기 제어 수단은, 상기 배터리의 에이징 상태의 추정을 수신할 수 있으며, 그리고 상기 배터리의 에이징 상태가 상기 주어진 에이징 상태 임계 위로 올라갈 때에 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭 축소를 제어할 수 있다.

본 발명은, 구동 배터리 그리고 본 발명에 따른 배터리의 충전 상태를 관리하기 위한 디바이스를 포함하는 재충전 가능 하이브리드 모터 차량에도 또한 관련된다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 다른 특이함들 및 유리함들은 첨부된 도면들을 참조하여, 제한하지 않는 표시로서 주어진 아래에서 제시된 본 발명의 특별한 실시예의 설명을 읽으면 분명해진다.
- 이미 설명된 도 1 및 도 2는 각각 모드 CD 및 모드 CD인 두 개의 동작 모드들을 구현한 두 개의 알려진 실시예들에 따라 상기 배터리의 충전 상태의 전개를 시간의 함수로서 도시한다.
- 도 3은 한 편으로는 동작 모드 CD에 그리고 다른 편으로는 동작 모드 CS에 링크된 배터리의 허용된 활용 범위를 예시한다.
- 도 4는 본 발명의 구현을 하지 않으면서, 시간에 따라 배터리의 이 활용 범위들의 전개를 예시한다.
- 도 5는 본 발명이 구현될 때에, 시간에 따라 배터리의 이 활용 범위들의 전개를 예시한다.

설명의 계속되는 부분에서 사용될 변수들이 아래에서 열겨된다:

BSOC: 배터리 충전 상태 (battery state of charge) (SOC는 충전 상태의 약어이다) - 단위 [%],

SOHE: 배터리의 에너지에서의 건강 상태 - 단위 [%]. 에너지에서의 건강 상태는 필요한 최소 에너지 값을 공급하기 위한 배터리의 능력에 대한 표지이며 그리고 한 편으로는, 배터리의 수명에서 주어진 순간에, 차단 (cutoff) 전압 (예를 들면, 2.5V)에 도달할 때까지 레퍼런스 온도 (예를 들면, 섭씨 25도)에서 완전하게 충전된 배터리로 방전될 수 있는 에너지 그리고 다른 한 편으로는, 배터리가 새 것일 때에, 동일한 상태에서 완전하게 충전된 배터리로 방전될 수 있는 에너지 사이의 관계인 것으로 아래에서 정의된다. 그래서, 수명 시작 시에, 이 관계는 100%이며 그리고 점차적으로 감소한다. 실제로, 배터리의 수명 동안에, 그 배터리의 건강 (성능)은 배터리 사용 및 에이징 동안에 발생하는 비가역적인 물리적인 그리고 화학적인 변화들로 인해서 배터리가 더 이상 사용 가능하지 않을 때까지 점진적으로 저하되는 경향이 있다. 그러므로 상기 SOHE는 배터리의 건강 상태 그리고 새로운 배터리에 비교된 가용 에너지의 면에서의 특정된 성능을 배송하기 위한 그 배터리의 능력을 반영한다.

이전에 설명된 것처럼, 배터리의 저하 또는 에이징은 한 편으로는 캘린더 저하 (배터리는 특정 온도 및 특정의 주어진 충전 상태에서 시간을 보낸다)에, 그리고 다른 한 편으로는 (배터리 내 방전된 또는 충전된 kWh에 링크된) 사이클링에 의한 저하에 링크된다. 그러나, CS 모드에서, 사이클링에 링크된 저하의 기여는 사실상 존재하지 않는다. 실제로, 사이클링에 링크된 배터리의 전기화학적 셀의 분극 (polarization)은 CD 모드에서보다는 CS 모드에서 더 적으며, 이는 상기 배터리가 주어진 충전 상태 주위에서 순환하는 한은 전류의 평균 값은 CS 모드에서 전체적으로 영 (zero)이기 때문이다; 반면에 CD 모드에서, 전류의 평균 값은 음이며, 이는 평균적으로 상기 배터리가 방전되고 있기 때문이다. 그러므로 내구성을 유지하는 첫 번째 방식은 상기 CD 모드를 금지하는 것으로 구성되며, 이는 특정 상태들에서 상기 배터리의 저하에 대부분 기여한다. 배터리의 에너지 관리를 위한 그런 전략은 그러므로 충전 값의 고정된 상태 주위에서 배터리 사이클을 수행하는 것에 해당되며, 이는 CD 모드가 금지되며, 상기 배터리는 CS 모드에서 동작하고, 여기에서 상기 배터리의 충전 상태는 평균적으로 충전 값의 이 평형 상태 주위에서 일정하게 유지되기 때문이다.

더욱이, 전기화학적 셀에 대한 캘린더 저하의 영향은 높은 충전 상태에서의 셀보다 (주어진 온도 값에서) 낮은 충전 상태인 셀에 대해 더 적다. 그러므로, 내구성을 보존하기 위한 최적의 전략은 CS 모드에서의 배터리 사이클을, 가능한 낮은 값일 충전 값의 평형 상태 주위에서 수행하는 것으로 구성된다. 그러나, 충분한 가용 방전 전력 값을 보존하는 것을 가능하게 하기 위해서, 낮은 온도에서를 포함하여 충전의 이 평형 상태는 아무리 낮아도 지나치지 않다.

상기의 것 때문에, 본 발명에 따른 에너지 관리 전략의 키 포인트는, 배터리의 에이징의 순간부터 CD 모드에서의 배터리의 동작이 주어진 에이징 상태 임계 위에 있는 것을 억제하고, 심지어는 금지하는 것으로 구성된다. CD 모드가 금지될 때에, 차량의 하이브리드 전력 트레인은 그 후에 CS 모드에서만 동작하도록 제어되며, 이는 배터리 사이클이 고정된 BSOC 값 주위에서 수행하도록 해당하며 그래서 상기 배터리의 BSOC에서 활용 범위를 축소시키는 것에 해당하고, 그리고 차량 동작을 CS (또는 HEV) 모드에서로 강제하는 것에 해당하며, 그래서 휠로 운반되는 전력의 가장 큰 부분이 상기 연소 엔진으로부터 오도록 한다.

그러므로 하이브리드 전력 트레인의 감시자에 의한 이 전력의 구현은 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 그리고 이 추정된 에이징 상태를 상기 전략에 의해고정된 임계에 관련하여 비교하는 것을 포함한다. 특히, 상기 배터리의 이 에이징 상태는 상기 배터리의 에너지에서의 건강 상태 (SOHE)를 추정하는 것을 통해 정의된다.

이 추정은 예를 들면 상기 배터리에 전용인 배터리 관리 시스템 (Battery Management System (BMS)) 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. BMS 컴퓨터는 상기 배터리의 에너지에서의 건강 상태 (SOHE)를 추정하기 위해 이 방식으로 제공된다. 배터리의 에너지에서의 건강 상태를 추정하기 위한 여러 방법들이 존재한다. 일 예로서, 이 추정을 위해서 특허 "METHOD AND APPARATUS OF ESTIMATING STATE OF HEALTH OF BATTERY" (US2007/0001679 A1)에서 또는 논문 "R. Spotnitz, "Simulation of capacity fade in lithium ion batteries", Journal of Power Sources 113 (2003) 72-80"에서 개시된 방법들 중 하나를 사용하는 것이 가능할 것이다.

에너지 관리 전략의 구현은 하이브리드 전력 트레인의 감시자가, CS 모드에 대한 보충으로서 CD 모드에 따른 동작을 허용하는 상황으로부터 CD 모드에 따른 동작이 더 이상 허용되지 않는 상황까지 통과하는 방식을 정의하는 것으로 또한 구성되다.

그래서, 제1 실시예에 따라, 이 천이는, 바람직하게는 SOHE 계산에 의해 상기 BMS에 의해 추정된 상기 배터리의 에이징 상태가 주어진 임계 위로 올라가는 순간부터 발생할 수 있다. 예를 들면, 이 임계가 60%이라면, 상기 배터리의 에너지에서의 건강 상태가 60%를 넘는 한, 상기 감시자는 CD 모드에서의 동작을 허용한다. 운전자는 그러면 자신의 여정의 일부를 CD 모드에서, 그리고 그 여정의 끝 부분은 CS 모드에서 할 수 있을 것이다. 대조적으로, 에너지에서의 건강 상태가 60% 밑으로 떨이지자마자, 다른 말로 하면, 상기 배터리의 에이징 상태가 고정된 에이징 상태 임계 위로 올라가자마자, 상기 감시자는 CD 모드에서의 동작을 금지하도록 설계되며, 그래서 운전자가 CS 모드에서 자신의 전체 여정을 가지도록 강제될 것이다. 그러나, 이 실시예에 따르면, 상기 두 상황들 (즉, CD 모드에서 동작하기 위한 허가를 구비함 그리고 구비하지 않음) 사이에서의 천이는 갑자기 발생하며, 이는 특별하게 바람직하지 않다.

또한, 다른 실시예에 따라, 이 천이는 SOHE의 함수로서 허용된 BSOC 범위의 점진적인 전개를 기초로 하여 발생할 수 있다. 이것을 하기 위해, 상기 BMS는 상기 배터리를 위한 허용된 활용 범위를 각 순간에 정의하며, 이 범위는 온도 및 에이징에 잠재적으로 종속한다. 이 환경에서 그리고 도 3에 도시된 것처럼, 일반적인 방식에서 다음의 것이 존재한다:

- CD 동작 모드에 링크된 충전 범위 모드 CD_Mode의 상태로, 이 동작 모드에서 진폭은 충전 값의 최소 상태 BSOC_Min_CD 및 충전 값의 최대 상태 BSOC_Max_CD에 의해 경계가 정해진다; 그리고

-CS 동작 모드에 링크된 충전 범위 CS_Mode의 상태로, 이 동작 모드에서 진폭은 충전 값의 최소 상태 BSOC_Min_CS 및 충전 값의 최대 상태 BSOC_Max_CS에 의해 경계가 정해진다.

이 두 범위들은 도 3에서 도시된 것처럼 논리적으로 중첩될 수 있다.

도 4에 도시된 것처럼, CD 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태가 시간에 따라 변하지 않는다면, 임계 넘어에서 배터리가 저하되는 위험이 존재하며, 이는 셀들의 급작스러운 고장을 초래할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 동작 모드 CD에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭은 그 배터리의 주어진 에이징 상태로부터 축소된다. 더욱 상세하게는, 특정 SOHE 값 아래에서, 다른 말로 하면 상기 배터리의 특정의 주어진 에이징 상태 임계를 넘어서, CD 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭은, 그것이 영 값에 도달할 때까지 점진적으로 감소한다. 예를 들면, 도 5에 도시된 것처럼, CD 모드에서 충전 범위의 허용된 상태의 경계가 되는 충전 값들의 최소 상태 BSOC_Min_CD 및 최대 상태 BSOC_Max_CD는 자신들이 동일해질 때까지 하나가 다른 하나를 향하여 수렴한다. CD 모드에서 충전 범위의 상기 허용된 상태가 사라질 때에, 상기 감시자는 상기 배터리가 CS 모드에서만 동작하게 만들도록 설계되며, 이 CD 모드에서 상기 배터리의 상태는, CD 모드에서 충전 범위의 허용된 상태의 경계가 되는 충전 값들의 최소 상태 및 최대 상태의 충전 값의 수렴 상태에 통상 대응하는 충전 값의 평형 상태 주변에서 실질적으로 유지된다. CS 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 그러면 이 수렴 값 주변에서 실질적으로 유지되며 그리고 CS 모드에서 충전 범위 CS_Mode의 허용된 상태의 최소 경계 BSOC_Min_CS 및 최대 경계 BSOC_Max_CS 사이에서 약간 증가하거나 감소할 수 있다. 도 5에서 보이는 것처럼, 본 발명에 따른 에너지 관리 전력의 구현으로부터의 카운팅, 즉, 주어진 에이징 상태 임계로부터 CD 모드에서 충전 범위의 허용된 상태의 진폭의 감소를 트리거하는 것으로부터의 카운팅으로, 배터리 용량 유지 레이트는 덜 빠르게 줄어든다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법은 배터리 용량 유지를, 주어진 에이징 상태 임계로부터 개선하는 것을 가능하게 한다.

SOHE 정의를 기반으로 하여 배터리의 에이징 상태를 추정하는 것에 관련하여, 추정하는 것은 폐쇄 루프 추정기 또는 경험적 모델을 기반으로 하는 개방 루프 추정기 중 어느 하나에 의해 계산될 수 있다. 그러나, 폐쇄 루프 추정기를 사용하는 것은 바람직하지 않으며, 이는 상기 폐쇄 루프 추정기는 스스로의 구성에 의해 변동하기 쉽기 때문이며, 그래서 감시자가 랜덤한 방식으로 CD 모드에서 동작하는 것을 허용하거나 또는 금지할 위험성이 존재한다.

변형으로서, 배터리의 에이징 상태의 추정은 SOHE 단독이 아닌, 특히 다음과 같은 파라미터들에 대한 정의를 기반으로 할 수 있다:

- 상기 배터리의 서비스로의 엔트리 이후에 경과된 시간;

- CD 모드에서 그리고/또는 CS 모드에서 방전된 (또는 충전된) kWh의 합

- 수행된 완전 충전들의 횟수.

배터리의 에이징 상태를 단순하게 특징지우기 위해서 그런 파라미터들을 유리하게 사용하는 것이 가능할 것이다. 그러므로, 이런 파라미터들 BSOC_min_CD, BSOC_max_CD, BSOC_min_CS 및 BSOC_max_CS의(또는 이런 파라미터들의 조합) 중 하나를 통해 정의된 상기 배터리의 에이징 상태를 이런 값들 각각으로 지도제작 (cartography) 링크시킨 것을 통해 상기 파라미터들의 값들을 정의하는 것이 가능할 것이다.

본 발명의 목적인 상기 에너지 관리 전략을 충전 범위 관리의 배터리 상태를 위한 다른 논리와 결합하는 것이 유리하다는 것이 가능하다. 그러므로, 가용 방전 전력을 보존하기 위해서 상기 전략을, 에이징에 종속하여 셀의 충전 값의 최소 상태를 점진적으로 증가시키는 것을 목적으로 하는 충전 범위 상태 관리 전략과 결합하는 것이 가능하다. 충전 범위의 상태를 관리하는 이 전략은, 충전의 높은 상태에서 더욱 많은 전력이 이용 가능한 물리적인 원칙을 기반으로 한다. 특정 구간에 대해 운전자에게 이용 가능한 에너지를 유지하기 위해서, 상기 전략을 배터리 수명의 시작 부분에서, 충전 값의 허용된 최대 상태를 억제하는 단계, 그리고 그것을 점진적으로 증가시키는 단계로 구성된 충전 범위의 상태를 관리하는 전략과 결합하는 것이 또한 가능할 것이다. 배터리 수명의 시작 부분에 주로 관련된 전술한 두 개의 다른 전략들에 대조적으로, 본 발명의 목적인 에너지 관리 전략이 배터리 수명의 끝 부분을 관리하는 것에 주로 관련된 한은 이 상이한 전략들은 유리하게도 서로 호환 가능하다.

Claims

재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리하는 방법으로,
상기 차량은 동시에 또는 독립적으로 추진력을 제공하도록 의도된 연소 엔진 및 전기 모터/발전기를 포함하는 유형의 하이브리드 전력 트레인을 포함하며,
상기 배터리는 충전 범위 (CD_Mode)의 상태에 걸쳐 제1 동작 모드 그리고 제2 동작 모드에 따라 동작할 수 있으며,
상기 충전 범위 상태의 진폭은 충전 값들의 미리 정의된 최대 상태 (BSOC_Max_CD) 및 최소 상태 (BSOC_Min_CD)에 의해 경계가 정해지며,
상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 실질적인 모든 전력을 공급하며,
제2 동작 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 충전 값의 평형 상태 주위에서 실질적으로 일정하게 유지되며,
상기 방법은:
- 상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 단계;
- 상기 배터리의 상기 추정된 에이징 상태를 주어진 에이징 상태 임계에 관련하여 비교하는 단계, 그리고
- 상기 배터리의 에이징 상태가 상기 주어진 에이징 상태 임계 위로 올라갈 때에 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭을 축소시키는 단계를 포함하며,
상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위 (CD_Mode)의 상태의 진폭을 축소시키는 상기 단계는 충전 값들의 상기 미리 정의된 최대 상태 (BSOC_Max_CD) 및 최소 상태 (BSOC_Min_CD)를, 하나가 다른 것을 향하여 수렴하도록 만드는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위 (CD_Mode)의 상태의 진폭은 상기 에이징 상태에 종속하여 영 (zero) 진폭까지 점진적으로 축소되며, 그래서 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 영 진폭에 도달될 때에 상기 제2 동작 모드에 따라서만 상기 배터리가 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 에너지에서의 건강 상태를 정의하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는,
상기 배터리의 서비스로의 엔트리 이후에 경과된 시간에 대해 정의하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는 상기 배터리의 완전 충전의 횟수를 정의하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리의 에이징 상태를 추정하는 상기 단계는,
상기 배터리의 서비스로의 엔트리 이후에, 상기 배터리로부터 방전된 에너지의 양들의 합을 정의하며, 상기 제1 동작 모드 및/또는 상기 제2 동작 모드에 따라 동작하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리의 제1 동작 모드를 위해 미리 정의된 충전 최대 상태 및 최소 상태 값들이 상기 배터리의 추정된 에이징 상태를 이 값들 각각으로의 작도법 링크에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는, 충전 상태 관리 방법.
재충전가능 하이브리드 차량의 구동 배터리의 충전 상태를 관리하는 디바이스로,
상기 차량은 동시에 또는 독립적으로 추진력을 제공하도록 의도된 연소 엔진 및 전기 모터/발전기를 포함하는 유형의 하이브리드 전력 트레인을 포함하며,
상기 디바이스는 상기 배터리를 제어하기 위한 수단을 포함하며, 이 제어 수단은 충전 범위 (CD_Mode)의 상태에 걸쳐 제1 동작 모드에 따라 그리고 제2 동작 모드에 따라 상기 배터리를 제어할 수 있으며,
상기 충전 범위 상태의 진폭은 충전 값들의 미리 정의된 최대 상태 (BSOC_Max_CD) 및 최소 상태 (BSOC_Min_CD)에 의해 경계가 정해지며,
상기 배터리는 추진력을 위해 필요한 실질적인 모든 전력을 공급하며,
제2 동작 모드에서 상기 배터리의 충전 상태는 충전 값의 평형 상태 주위에서 실질적으로 일정하게 유지되며,
상기 제어 수단은,
상기 배터리의 에이징 상태의 추정을 수신할 수 있고, 그리고
상기 배터리의 에이징 상태가 주어진 에이징 상태 임계 위로 올라갈 때에 상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위의 상태의 진폭 축소를 제어할 수 있으며,
상기 제1 동작 모드에 링크된 충전 범위 (CD_Mode)의 상태의 진폭 축소를 제어하는 것은 충전 값들의 상기 미리 정의된 최대 상태 (BSOC_Max_CD) 및 최소 상태 (BSOC_Min_CD)를, 하나가 다른 것을 향하여 수렴하도록 만드는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 충전 상태 관리 디바이스.
구동 배터리 그리고 제9항에서 선언된 배터리의 충전 상태를 관리하기 위한 디바이스를 포함하는 재충전 가능 하이브리드 모터 차량.