KR102371598B1 - 배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 시스템은 정전류 운전 상태 시 배터리 충전량(SOC; state of charge) 및 배터리 충방전 횟수를 기반으로 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 조정하는 배터리 충전량 제어 장치; 및 상기 배터리 충전량 제어 장치에 의해 산출된 정보를 저장하는 메모리 장치;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법{Apparatus for controlling battery charge, system having the same and method thereof}
본 발명은 배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 충전량 및 배터리 충방전 횟수에 따라 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 유동적으로 조절하여 보상할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 충전량을 일정한 목표값에 수렴하도록 하기 위해 공기 블로워(Air Blower)의 RPM(revolution per minute)을 증가 또는 감소시킨다.
즉 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값에 수렴하지 않은 경우 공기 블로워 RPM을 증가시켜 충전을 수행함으로써 배터리 충전량 목표량에 도달하도록 제어한다. 그런데 배터리 충전량이 급격히 증가하여 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값을 초과하면 다시 배터리 충전량을 감소시키기 위해 공기 블로워 RPM을 감소시켜야 한다.
이때 공기 블로워 RPM을 감소시키면 배터리 충전량이 다시 급격히 낮아져 다시 충전을 해야 하는 상황이 발생하여 결국 충방전이 반복적으로 계속 수행하게 된다. 도 1을 참조하면 배터리 충전량(SOC)의 충방전이 잦음을 확인할 수 있다.
특히 연료전지 스택이 열화되어 전기 에너지 생성이 초기 상태보다 원활하지 않을 경우, 동일한 공기 유량으로도 보다 적은 전기에너지를 생성하게 되어 충방전 횟수가 많아지게 된다. 이처럼 배터리의 충전과 방전이 불필요 하게 많아지게 되면 전체 배터리 시스템의 효율이 낮아진다. 또한, 운전자의 운전 성향에 따라 빠른 충방전을 요구하거나 느린 충방전을 요구할 수 있는데 종래에는 이러한 운전자 성향에 다른 충방전 제어가 불가능하였다.
본 발명의 실시예는 고전압 배터리의 충전량(SOC: State of charge) 및 충방전 횟수에 따라 공기 블로워 RPM값을 유동적으로 조절하여 보상함으로써 불필요한 충방전을 최소화하여 배터리 시스템 효율성을 증가시킬 수 있는 배터리 충전량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 시스템은 정전류 운전 상태 시 배터리 충전량(SOC; state of charge) 및 배터리 충방전 횟수를 기반으로 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 조정하는 배터리 충전량 제어 장치; 및 상기 배터리 충전량 제어 장치에 의해 산출된 정보를 저장하는 메모리 장치;를 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 상기 정전류 운전 상태가 아닌 경우 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 상기 공기 블로워 RPM을 제어할 수 있다.
일 실시예는, 상기 정전류 운전 상태가 아닌 경우는 운전자가 가속 또는 감속 욕구가 있는 상태를 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키고, 상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치보다 크고 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고, 상기 산출된 배터리 충전량이 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시킬 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후, 상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시킬 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 미만이면, 상기 충방전 횟수를 "1" 증가시킨 후 배터리 충전량 제어를 계속 수행할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 제어 장치는, 정전류 운전상태 여부를 판단하는 운전상태 판단부; 배터리 충전량(SOC)을 산출하는 배터리 충전량 산출부; 상기 배터리 충전량이 미리 정한 범위에 포함되는지를 판단하는 배터리 충전량 판단부; 및 정전류 운전 시 상기 배터리 충전량 판단부의 판단 결과 및 상기 배터리 충방전 횟수에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 제어하는 RPM 제어부;를 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 RPM 제어부, 상기 운전상태 판단부의 판단 결과, 차량이 상기 정전류 운전상태가 아닌 경우, 상기 배터리 충방전 횟수를 초기화시키고, 상기 배터리 충전량 판단부의 판단결과에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 장치는, 정전류 운전상태 여부를 판단하는 운전상태 판단부; 배터리 충전량(SOC; state of charge)을 산출하는 배터리 충전량 산출부; 상기 배터리 충전량이 미리 정한 범위에 포함되는지를 판단하는 배터리 충전량 판단부; 및 정전류 운전 시 상기 배터리 충전량 판단부의 판단 결과 및 상기 배터리 충방전 횟수에 따라 상기 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 제어하는 RPM 제어부;를 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량 판단부는, 상기 산출된 배터리 충전량을 제 1 기준치와 상기 제 1 기준치보다 큰 제 2 기준치와 비교하여 판단할 수 있다.
일 실시예는, 상기 RPM 제어부는, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키고, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 1 기준치보다 크고 상기 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시킬 수 있다.
상기 RPM 제어부는, 상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정할 수 있다.
일 실시예는, 상기 RPM 제어부는, 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후, 상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 방법은 배터리 충전량(SOC)을 산출하는 단계; 상기 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 설정하는 단계; 및 정전류 운전 시 상기 배터리 충방전 횟수를 기반으로 상기 공기 블로워 RPM을 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM을 설정하는 단계는, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키고, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 1 기준치보다 크고 상기 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고, 상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시킬 수 있다.
상기 공기 블로워 RPM을 보정하는 단계는, 상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정할 수 있다.
일 실시예는, 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후, 상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시킬 수 있다.
일 실시예는, 정전류 운전상태 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예는, 상기 정전류 운전상태가 아닌 경우, 상기 배터리 충방전 횟수를 초기화시키고, 상기 배터리 충방전 횟수와 상관없이 상기 배터리 충전량에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 기술은 고전압 배터리의 충전량(SOC: State of charge) 및 충방전 횟수에 따라 공기 블로워 RPM값을 유동적으로 조절하여 보상함으로써 불필요한 충방전을 최소화하여 배터리 시스템 효율성을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 기술은 운전자의 운전 성향에 따른 공기 블로워 RPM 조정이 가능하다.
도 1은 일반적인 배터리 충전량 제어 기술 적용 시 배터리 충전량의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전류 운전 시 충전량 제어 방법을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 시스템은, 배터리 충전량 제어 장치(100) 및 메모리 장치(200)를 포함한다.
배터리 충전량 제어 장치(100)는 정전류 운전 상태 시 배터리 충전량(SOC; state of charge) 및 배터리 충방전 횟수를 기반으로 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 조정한다.
즉, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 배터리 충전량을 배터리 충전량 목표값에 수렴하도록 하기 위해 공기 블로워(Air Blower)의 RPM을 조절하여 연료전지 시스템 내에 공기를 공급한다. 이때, 연료전지 시스템 내부로 공급되는 수소의 양이 일정할 때에 공기 블로워의 RPM이 상승하면 연료전지 시스템으로 공급되는 공기의 유량이 많아지며 연료전지 시스템에서 생성되는 전기에너지의 양 또한 증가하게 된다. 반대로 공기 블로워 RPM이 감소하게 되면 연료전지 시스템 내로 공급되는 공기의 유량이 줄어들게 되며 연료전지 시스템에서 생성되는 전기에너지의 양은 감소하게 된다.
이를 위해, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 운전상태 판단부(110), 배터리 충전량 산출부(120), 배터리 충전량 판단부(130), RPM 제어부(140)를 포함한다.
운전상태 판단부(110)는 현재 차량이 일정 속도로 주행하는 정전류 운전 상태인지 급가속 또는 급감속 운전 상태인지를 판단한다. 즉, 정전류 운전 상태는 일정 속도로 주행하는 상태이고, 정전류 운전 상태 중 운전자가 엑셀 또는 브레이크를 밟으면 급가속 또는 급감속 운전 상태로 변경될 수 있다.
배터리 충전량 산출부(120)는 배터리 충전량(SOC; state of charge)을 산출한다. 이때, 배터리 충전량의 산출 방식은 통상의 기술을 이용하기로 한다. 이때, 배터리 충전량은 정전류 운전상태이거나 급가속, 급감속 운전 상태인 경우 달라질 수 있으며, 정전류 운전 상태인 경우에도 속도가 다른 경우 배터리 충전량이 다르게 산출될 수 있다. 예를 들어, 시속 50km/h로 정전류 주행중인 A 운전자와 시속 20km/h로 정전류 주행중인 B 운전자의 경우 배터리 충전량이 다르게 산출될 수 있어, 추후 배터리 충전량에 따른 공기 블로워 RPM의 조정이 다르게 설정될 수 있다.
배터리 충전량 판단부(130)는 산출된 배터리 충전량이 미리 정한 범위를 만족하는지를 판단한다.
RPM 제어부(140)는 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치 이하이면, 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키고, 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치보다 크고 제 2 기준치보다 작으면 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고, 산출된 배터리 충전량이 제 2 기준치 이상이면 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시킨다. 즉, RPM 제어부(140)는 산출된 배터리 충전량이 미리 정한 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 공기 블로워 RPM을 증가 또는 감소시켜 조정한다.
또한, RPM 제어부(140)는 정전류 운전 시 배터리 충전량에 따라 설정된 공기 블로워 RPM을 배터리 충방전 횟수 기반으로 조정한다.
즉, RPM 제어부(140)는 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 공기 블로워 RPM 제어 시 제 1 보상값 및 제 2 보상값을 미리 정한 보정값(a%)만큼 감소시켜 제 3 보상값 및 제 4 보상값으로 설정한다.
또한, RPM 제어부(140)는 제 1 보상값 및 제 2 보상값을 미리 정한 보정값(a%)만큼 감소시켜 공기 블로워 RPM을 제어한 후, 정전류 운전 상태가 계속 유지되고 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 보정값(a%)만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 보정값(a%)만큼 다시 감소시킨다. RPM 제어부(140)는 정전류 상태가 유지되는 경우 보정값(a%) 만큼 감소시키는 동작을 반복 수행한다.
한편, RPM 제어부(140)는 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 미만이면, 충방전 횟수를 "1" 증가시킨 후 배터리 충전량 제어를 계속 수행할 수 있다.
메모리 장치(200)는 배터리 충전량 제어 장치(100)에 의해 산출된 정보를 저장한다. 즉 메모리 장치(200)는 산출된 배터리 충전량, 배터리 충전량과의 비교를 위한 기준치, 배터리 충전량 목표값, 충방전 횟수 임계값 등을 저장할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 충전량 제어 장치는, 정전류 운전 상태가 아닌 경우 산출된 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 공기 블로워 RPM을 조정하고 정전류 운전 상태에서는 배터리 충전량에 따라 조정된 공기 블로워 RPM 조정 시 배터리 충전 횟수를 기반으로 공기 블로워 RPM의 조정폭을 감소시켜 조정함으로써, 배터리 충전량 목표값이 빨리 도달하지 않도록 조절하여 충방전 횟수를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 배터리 충전량 목표값이 60인 경우, 산출된 배터리 충전량이 40이어서 배터리 충전량이 60이 되도록 공기 블로워 RPM을 증가시키면 배터리 충전량이 20 이상 증가하여 배터리 충전량 목표값인 60을 초과하게 된다. 이에 다시 배터리 충전량이 감소되도록 공기 블로워 RPM을 감소시키게 되어, 결국 충방전이 반복되게 된다. 이에 본 발명에서는 정전류 운전 시 배터리 충전량이 40이고 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 임계치 10회를 초과한 경우, 배터리 충전량이 20 증가하지 않고 5만 증가하도록 증가분을 감소시켜 조정함으로써, 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값에 빨리 도달하지 않도록 조절함으로써 배터리 충전량 목표값에 빨리 도달함에 따른 방전을 지연시킬 수 있다.
다만 운전자가 급감속, 급가속을 하고자 하는 경우에는 배터리의 충방전이 필요하므로, 본 발명은 정전류 운전시에만 충방전 횟수에 따른 공기 블로워 RPM 증감량을 감소시키도록 한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
차량이 정전류 운전 시(S100), 배터리 충전량 제어 장치(100)는 배터리 충전량 제어를 위한 공기 블로워 RPM의 보상값을 충방전 횟수를 기반으로 감소시켜 적용함으로써 배터리 충방전을 제어한다(S200).
그 후, 정전류 운전 구간을 벗어나는 경우(S300), 배터리 충전량 제어 장치(100)는 충방전 횟수와 무관하게 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 공기 블로워 RPM을 제어함으로써 배터리 충방전을 제어한다(S400).
즉, 본 발명은 정전류 운전 상태가 아닌 경우 산출된 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM을 증감시켜 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 제어하고, 정전류 운전 상태인 경우에는 배터리 충방전 횟수를 고려하여, 배터리 충전량에 따라 증감된 공기 블로워 RPM의 증감분을 감소시킴으로써 배터리 충전량 목표값에 도달하는 정도를 늦춰 충방전 횟수를 최소화시킨다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전류 운전 시 충전량 제어 방법을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
먼저, 정전류 운전 시 공기 블로워 RPM이 X0라고 한다(S201).
배터리 충전량 제어 장치(100)는 배터리 충전량을 산출하여 배터리 충전량(SOC)이 제 1 기준치(A) 이하인지를 판단한다(S202).
산출된 배터리 충전량(SOC)이 제 1 기준치(A) 이하이면, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값(Y0)만큼 증가시킨다(S203). 즉 산출된 배터리 충전량이 미리 정한 배터리 충전량 목표값에 도달하지 못한 상태로 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값(Y0)만큼 증가시켜 산출된 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값이 도달하도록 제어한다.
한편, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 산출된 배터리 충전량(SOC)이 제 1 기준치(A)보다 크고 제 2 기준치(B)보다 작은지를 판단하여(S204), 산출된 배터리 충전량(SOC)이 제 1 기준치(A)보다 크고 제 2 기준치(B)보다 작으면 배터리 충전량 제어 장치(100)는 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정한다(S205).
또한, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 산출된 배터리 충전량이 제 2 기준치(B) 이상인지를 판단하여(S206), 산출된 배터리 충전량이 제 2 기준치(B) 이상이면 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값(Z0)만큼 감소시킨다(S207). 즉, 산출된 배터리 충전량이 미리 정한 배터리 충전량 목표값을 초과한 상태로, 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값(Z0)만큼 감소시켜 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값으로 떨어지도록 제어한다.
배터리 충전량 제어 장치(100)는 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우 배터리 충방전 횟수(K)가 미리 정한 횟수(n) 이상인 지를 판단한다(S208).
배터리 충방전 횟수(K)가 미리 정한 횟수(n) 미만이면, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 배터리 충방전 횟수(K)를 "1" 증가시킨 후(S211) 초기 단계 S201부터 반복 수행한다.
한편, 배터리 충방전 횟수(K)가 미리 정한 횟수(n) 이상이면, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 제 1 보상값(Y0) 및 제 3 보상값(Z0)을 미리 정한 보정값(a%) 만큼 감소시켜 공기 블로워 RPM 제어에 적용한다(S209, S210).
보정된 보상값은 아래 수학식 1 및 수학식 2과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017041019524-pat00001
즉, 제 4 보상값(Y1)은 제 1 보상값(Y0)에서 제 1 보상값(Y0)에 보정값(a%)을 곱한 값을 차감한 값이 된다.
Figure 112017041019524-pat00002
즉, 제 5 보상값(Z1)은 제 2 보상값(Z0)에서 제 2 보상값(Z0)에 보정값(a%)을 곱한 값을 차감한 값이 된다.
이처럼 배터리 충방전 횟수가 n회 이상인 경우 공기 블로워 RPM 값의 증감의 정도가 작아지도록 계속 α%씩 감소시켜 조정한다.
이 후, 정전류 운전 상태를 벗어나 급감속 또는 급가속 운전 상태가 되면, 배터리 충전량 제어 장치(100)는 제 4 보상값, 제 5 보상값을 삭제하고, 보상값을 제 1 보상값 내지 제 3 보상값으로 초기화하여 공기 블로워 RPM을 조정하고 설정한다.
상기와 같은 배터리의 충전과 방전이 n회 이상 반복되었을 경우 공기 블로워 RPM 증가 및 감소에 대한 보상량을 일정 비율(α)로 감소시킨다. 정전류 운전을 유지하여 배터리 충전량이 배터리 충전량 목표값으로 수렴해가는 과정에서 충방전 반복 횟수가 점점 증가함에 따라 n+1, n+2, … , 일정 비율의 RPM 증/감 보상량을 반복하여 적용한다.
이러한 과정을 통하여 배터리 충방전 주기는 느려지게 되며 충방전 횟수 또한 감소하게 된다. 이에 불필요한 충방전을 줄이면서 연료전지스택과 배터리 사이의 에너지 교환이 줄어들게 되며 전체적인 배터리 시스템 효율이 증가하게 된다.
그 후, 정전류 운전구간을 벗어나면 보상량 (α)를 삭제하고 기존의 공기 블로워 RPM 제 1 보상값(Y0) 및 제 3 보상값(Z0)으로 원상 복귀해줌으로써 운전자의 가감속 요구에 맞추어 공기 블로워 RPM을 변경 해 줄 수 있다.
또한 본 발명은 외부의 상태 (온도, 정차 시간, 운전시간, 운전상태 등) 변화에 따른 연료전지 스택의 열화(SOH;state of health) 변화에 반응하여 다시 공기 블로워 RPM 보정을 수행할 수 있다.
도 1은 일반적인 기술에 따른 배터리 충전량의 변화량이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면 BMS 전류 및 BMS SOC가 지속적으로 값이 변동함을 알 수 있다. 이는 배터리 충방전이 지속적으로 반복되는 것을 의미한다. 반면에 본 발명에 따른 도 5에서는 BMS 전류 및 BMS SOC가 거의 동일하며 이는 충방전 횟수가 잦지 않음을 의미한다.
이와 같이, 본 발명은 고전압 배터리의 충전량(SOC) 목표값을 추종하되, 충전과 방전 주기가 n회 이상 반복하는 경우 블로워 RPM 보상값을 제한함으로써 불필요한 충전과 방전을 방지한다.
본 발명은 고전압 배터리의 불필요한 충방전 반복을 최소화하여 충방전 효율성을 증대시키고 연비 상승 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 연료전지 스택의 열화도(SOH; state of health) 및 운전자의 운전 습관에 대응하여 고전압 배터리를 충방전할 수 있어 시스템 효율을 증대시킨다.
즉, 운전자가 급감속 또는 급가속 운전을 하면 에너지 요구량에 따라 배터리 충전량의 빠른 방전과 빠른 충전이 요구되고 정전류 운전 시에는 에너지 요구량이 적게 된다. 이에, 운전자의 성향에 따라 빠른 충방전을 하거나 충방전 횟수를 최소화하도록 제어함으로써, 운전자 성향에 따른 공기 블로워 RPM 제어가 가능하다.
또한, 연료전지 시스템에서 불필요하게 과다한 에너지를 생성한 후 남게되는 잉여에너지는 고전압 배터리에 충전을 하게 되며 이때 연료전지 스택에서 발생된 에너지를 배터리 에너지로 변환하여 충전하는데 이때 에너지 손실이 발생하게 된다. 반대로 연료전지 시스템의 에너지가 충분치 못한 경우 배터리에 충전된 에너지를 다시 사용하며 이때 에너지 변환에 의한 손실이 발생하게 된다. 이러한 에너지 변환에 의한 시스템 효율을 감소하기 위한 가장 좋은 방법은 일정 배터리 충전량을 유지할 수 있도록 제어함으로써 가능한 불필요한 충방전을 억제하는 방법이며, 본 발명에서는 이러한 배터리 충방전 횟수를 줄일 수 있도록 함으로써 배터리 시스템의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 배터리 충전량 제어 장치
200 : 메모리 장치
110 : 운전상태 판단부
120 : 배터리 충전량 산출부
130 : 배터리 충전량 판단부
140 : RPM 제어부

Claims (20)

  1. 정전류 운전 상태 시 배터리 충전량(SOC; state of charge) 및 배터리 충방전 횟수를 기반으로 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 조정하는 배터리 충전량 제어 장치; 및
    상기 배터리 충전량 제어 장치에 의해 산출된 정보를 저장하는 메모리 장치를 포함하고,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키는 배터리 충전량 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 정전류 운전 상태가 아닌 경우 배터리 충전량 목표값에 도달하도록 상기 공기 블로워 RPM을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 정전류 운전 상태가 아닌 경우는 운전자가 가속 또는 감속 욕구가 있는 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치보다 크고 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후,
    상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 미만이면, 상기 충방전 횟수를 "1" 증가시킨 후 배터리 충전량 제어를 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 충전량 제어 장치는,
    정전류 운전상태 여부를 판단하는 운전상태 판단부;
    배터리 충전량(SOC)을 산출하는 배터리 충전량 산출부;
    상기 배터리 충전량이 미리 정한 범위에 포함되는지를 판단하는 배터리 충전량 판단부; 및
    정전류 운전 시 상기 배터리 충전량 판단부의 판단 결과 및 상기 배터리 충방전 횟수에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 제어하는 RPM 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 RPM 제어부는,
    상기 운전상태 판단부의 판단 결과, 차량이 상기 정전류 운전상태가 아닌 경우,
    상기 배터리 충방전 횟수를 초기화시키고, 상기 배터리 충전량 판단부의 판단결과에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 시스템.
  10. 정전류 운전상태 여부를 판단하는 운전상태 판단부;
    배터리 충전량(SOC; state of charge)을 산출하는 배터리 충전량 산출부;
    상기 배터리 충전량이 미리 정한 범위에 포함되는지를 판단하는 배터리 충전량 판단부; 및
    정전류 운전 시 상기 배터리 충전량 판단부의 판단 결과 및 배터리 충방전 횟수에 따라 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 제어하는 RPM 제어부를 포함하고,
    상기 RPM 제어부는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 충전량 판단부는,
    상기 산출된 배터리 충전량을 제 1 기준치와 상기 제 1 기준치보다 큰 제 2 기준치와 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 RPM 제어부는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 1 기준치보다 크고 상기 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고,
    상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 RPM 제어부는,
    상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 RPM 제어부는,
    상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후,
    상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어 장치.
  15. 배터리 충전량(SOC)을 산출하는 단계;
    상기 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM(revolution per minute)을 설정하는 단계; 및
    정전류 운전 시 배터리 충방전 횟수를 기반으로 상기 공기 블로워 RPM을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM을 설정하는 단계는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치 이하이면, 상기 공기 블로워 RPM을 제 1 보상값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 배터리 충전량에 따라 공기 블로워 RPM을 설정하는 단계는,
    상기 산출된 배터리 충전량이 제 1 기준치보다 크고 제 2 기준치보다 작으면 상기 공기 블로워 RPM을 고정된 제 2 보상값으로 설정하고,
    상기 산출된 배터리 충전량이 상기 제 2 기준치 이상이면 상기 공기 블로워 RPM을 제 3 보상값만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 공기 블로워 RPM을 보정하는 단계는,
    상기 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면 상기 공기 블로워 RPM 제어 시 상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 보상값 및 상기 제 2 보상값을 미리 정한 보정값만큼 감소시켜 상기 공기 블로워 RPM을 제어한 후,
    상기 정전류 운전 상태가 계속 유지되는 경우, 상기 배터리 충방전 횟수가 미리 정한 횟수 이상이면, 상기 보정값만큼 감소된 제 3 보상값 및 제 4 보상값을 상기 보정값만큼 다시 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    정전류 운전상태 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 정전류 운전상태가 아닌 경우,
    상기 배터리 충방전 횟수를 초기화시키고, 상기 배터리 충방전 횟수와 상관없이 상기 배터리 충전량에 따라 상기 공기 블로워 RPM을 설정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전량 제어방법.
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