KR102541041B1 - 배터리 충전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 정보와 엔진운전조건 및 운전성향을 기반으로 배터리 급속충전 전에 충전이 이루어지도록 제어하여 연비를 개선하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 연료컷 주행상태와, 배터리의 상태를 검출하고; 상기 연료컷 주행상태가 아니고, 상기 배터리의 상태를 나타내는 출력값이 일정값 이상이면서 충전이 요구되는 상태로 판단시, 소정 주행시간 동안의 연료컷비율을 검출하며; 상기 연료컷비율이 기준값 미만으로 판단시, 발전을 실시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법이 소개된다.

Description

배터리 충전 제어방법{CHARGING CONTROL METHOD OF BATTERY}
본 발명은 배터리 정보와 엔진운전조건 및 운전성향을 기반으로 배터리 급속충전 전에 충전이 이루어지도록 제어하여 연비를 개선하는 배터리 충전 제어방법에 관한 것이다.
내연기관의 배터리 충전은 연료가 투입되지 않는 연료컷 구간에서 수행될 때 에너지 측면에서 유리하다. 따라서, 최근의 배터리 충전 기술은 연료컷 구간을 최대한 활용하여 충전을 수행한다.
하지만, 연료컷 구간은 운전자의 성향 및 주행환경에 따라 달라지며, 연료컷 구간이 달라질 경우 배터리의 충전량도 달라지게 된다.
연료컷 구간이 길어질 경우는 문제가 되지 않지만, 도 1과 같이 연료컷 구간이 짧아질 경우 배터리 충전량이 낮아지게 되고, 배터리 충전량이 하한치에 도달하면 배터리 보호를 위해서 일정 충전량까지는 급속 충전을 개시하게 되는데, 급속 충전을 개시하면 급격한 엔진토크 상향으로 연비 측면에서 불리한 문제점이 발생한다.
상기의 배경기술로서 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 10-1637821 B
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 배터리 정보와 엔진운전조건 및 운전성향을 기반으로 배터리 급속충전 전에 충전이 이루어지도록 제어하여 연비를 개선하는 배터리 충전 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가 연료컷 주행상태와, 배터리의 상태를 검출하는 제1검출단계; 컨트롤러가 상기 연료컷 주행상태가 아니고, 상기 배터리의 상태를 나타내는 출력값이 일정값 이상이면서 충전이 요구되는 상태로 판단시, 소정 주행시간 동안의 연료컷비율을 검출하는 제2검출단계; 컨트롤러가 상기 연료컷비율이 기준값 미만으로 판단시, 발전을 실시하도록 제어하는 발전단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2검출단계에서는, 상기 배터리의 SOC, SOH, 내부저항 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 배터리의 충전이 요구되는지 판단할 수 있다.
상기 제2검출단계에서는, 상기 배터리의 SOC가 상한치와 하한치 사이의 값으로 검출되는 경우, 충전이 요구되는 상태로 판단할 수 있다.
상기 발전단계 이전에 현재 엔진토크를 검출하는 제3검출단계;를 더 포함하고, 상기 발전단계에서는, 상기 연료컷비율이 기준값 미만이고, 상기 엔진토크가 엔진효율맵의 최적연비효율포인트인 목표토크 미만인 경우, 목표토크와 엔진토크의 차분에 상응하는 발전토크제어량만큼 발전하도록 제어할 수 있다.
상기 발전단계에서는, 상기 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어하면서 발전할 수 있다.
상기 발전단계에서는, 하기의 수식에 의해 발전전압을 산출하고; 산출된 발전전압을 제어하여 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어할 수 있다.
Figure 112018085944687-pat00001
Va : 발전전압
Vb : 배터리전압
Ne : 엔진회전수
Ta : 발전토크제어량
Ra : 저항
ηa : 발전효율
상기 발전단계에서는, 차속이 기준값을 초과하는지 더 판단할 수 있다.
상기 발전단계에서는, APS변화량이 기준값 미만이고, APS변화율이 기준값 미만인지 더 판단할 수 있다.
상기 발전단계에서는, 엔진과 발전기 사이를 기구적으로 단속하는 댐퍼클러치를 체결하여 발전하도록 제어할 수 있다.
상기 연료컷비율이 기준값 이상으로 판단시, 상기 댐퍼클러치를 해제하고; 상기 배터리 SOC가 상한치 이상시, 상기 댐퍼클러치를 해제할 수 있다.
상기 연료컷 주행상태인 경우, 상기 댐퍼클러치를 체결하여 급속충전을 실시하고; 상기 연료컷 주행상태가 아니면서, 상기 배터리 SOC가 하한치 이하시 상기 댐퍼클러치를 체결하여 급속충전을 실시할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 연료컷 비율을 모니터링하여 연료컷 비율이 낮아지면 발전제어가 필요한 것으로 판단하여 발전을 실시하되, 배터리의 충전량이 하한치에 도달하기 전에 배터리의 충전을 실시함으로써, 배터리 SOC가 하한치에 도달하는 빈도를 줄여 급속충전 빈도를 줄이고 배터리의 사용량 범위를 축소하게 되는바, 연비 향상에 기여하고, 배터리의 내구성을 개선하는 효과가 있다.
또한, 연료컷이 아닌 구간에서 충전을 하는 경우에 엔진 효율이 좋은 영역으로 유도하여 발전함으로써, 연료 효율을 개선하는 효과도 있다.
도 1은 연료컷 비율에 따른 배터리 충전량 추이를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전 제어방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 엔진효율맵에 의해 산출되는 발전토크제어량을 개념적으로 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 배터리 충전 제어방법은, 제1검출단계와, 제2검출단계 및 발전단계를 포함하여 구성이 된다.
도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 제1검출단계에서는 컨트롤러가 현재 차량의 연료컷 주행상태 여부와, 배터리의 상태를 검출한다.
제2검출단계에서는, 컨트롤러가 현재 차량의 주행상태가 상기 연료컷 주행상태가 아니고, 상기 배터리의 상태를 나타내는 출력값이 일정값 이상이면서 충전이 요구되는 상태로 판단시, 소정 주행시간 동안의 연료컷비율을 검출한다.
여기서, 상기 배터리의 충전이 필요한지 판단하는 인자로서, 상기 배터리의 SOC(State of Charge), SOH(State of Health), 내부저항 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 배터리의 충전이 요구되는지 판단할 수 있다.
예컨대, 배터리의 SOC에 의한 충방전상태에 따라 배터리의 충전이 필요한지 판단할 수 있는 것으로, 상기 배터리의 SOC가 상한치와 하한치 사이의 값으로 검출되는 경우, 충전이 요구되는 상태로 판단할 수 있다.
아울러, 발전단계에서는, 컨트롤러가 상기 연료컷비율이 기준값 미만으로 판단시, 발전을 실시하도록 제어할 수 있다.
즉, 상기한 구성에 따르면, 연료컷 비율을 주기적으로 모니터링하여 연료컷 비율이 낮아지면 발전제어가 필요한 것으로 판단하여 발전을 실시하되, 배터리의 충전량이 하한치에 도달하기 전에 배터리의 충전을 별도 실시함으로써, 배터리 SOC가 하한치에 도달하는 빈도를 줄여 급속충전 빈도를 줄이고 배터리의 사용량 범위를 축소하게 되는바, 연비 향상에 기여하고, 배터리의 내구성을 개선하게 된다.
그리고, 본 발명은 타행 연료컷 구간의 경우 에너지를 최대로 회생하는 구간이기 때문에 본 발명에 따른 발전제어를 수행하지 않고, 연료컷 주생상황이 아닌 구간에서 본 발명의 발전제어를 수행하게 된다.
아울러, 본 발명에서는 상기 발전단계 이전에 현재 엔진토크를 검출하는 제3검출단계를 더 포함하여 구성할 수 있다.
이에, 상기 발전단계에서는, 상기 연료컷비율이 기준값 미만이고, 상기 엔진토크가 엔진효율맵의 최적연비효율포인트인 목표토크 미만인 경우, 목표토크와 엔진토크의 차분에 상응하는 발전토크제어량만큼 발전하도록 제어할 수 있다.
즉, 배터리의 충전이 필요한 구간으로 판단되면, 도 3에 도시한 엔진회전수와 엔진토크의 관계를 형성하는 엔진효율맵에서 현재 엔진토크가 최적 운전영역라인 상에 위치한 최적연비효율포인트(목표토크)보다 아래에 위치하고 있는지 판단한다. 이에, 엔진토크가 목표토크보다 아래에 위치한 경우, 엔진토크가 목표토크에 도달하기까지의 양을 발전토크제어량으로 연산한다.
그리고, 상기 발전단계에서는, 상기 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어하여 발전하게 된다.
이에, 상기 발전단계에서는, 하기의 수식에 의해 발전전압을 산출하고, 산출된 발전전압을 제어하여 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어할 수 있다.
Ta(발전토크제어량) = Tsp - Te
Pa(발전전력) = 2π*Ne*Ta*ηa
Pa = Va*la
la = (Va - Vb)/Ra
Figure 112018085944687-pat00002
Ta : 발전토크제어량
Tsp : 목표토크
Te : 엔진토크
Va : 발전전압
la : 발전전류
Vb : 배터리전압
Ne : 엔진회전수
Ra : 저항
ηa : 발전효율
즉, 목표토크와 현재 엔진토크의 차이값에 의해 발전토크제어량 연산에 필요한 필요토크를 연산하고, 발전효율 및 엔진회전수 등을 고려하여 필요한 전기 파워를 연산한 후에, 배터리의 상태를 모니터링하여 발전토크제어량을 결정한다.
이때에, 계산된 발전토크제어량은 실제 발전토크제어량과는 차이가 있기 때문에, 엔진토크 또는 알터네이터 발전량의 PI제어를 통해 추종 제어를 한다.
단, 엔진토크가 발전 가능한 최소 엔진토크(Tem) 이하로서 너무 낮은 경우에는 급격한 토크변도에 따라 NVH 측면에서 불리하기 때문에, 상기 발전제어는 최소 엔진토크를 초과하는 경우에 실시하게 된다.
상기한 구성에 따라, 배터리의 충전상태가 하한치에 도달하여 급속충전이 이루어지는 상황을 배제하고, 또한 연료컷이 아닌 구간에서 충전을 하는 경우에 엔진 효율이 좋은 영역으로 유도하여 발전함으로써, 연료 효율을 개선할 수 있다.
아울러, 상기 발전단계에서는, 차속이 기준값을 초과하는지 더 판단할 수 있다.
즉, 차속이 낮은 경우에는 진동 측면에서 불리하기 때문에 소정 차속 이상인 경우에 발전제어를 수행하게 된다.
또한, 상기 발전단계에서는, APS(Accelerator Pedal Sensor)변화량이 기준값 미만이고, APS(Accelerator Pedal Sensor)변화율이 기준값 미만인지 더 판단할 수 있다.
즉, 가감속이 낮아지는 것을 판단하기 위해 가속페달 변화량을 모니터링하고, 또한 가속페달 조작에 따라 APS변화량은 작은 경우라 하더라도 급가속 상황을 인지하기 위해 APS변화율도 모니터링한다.
아울러, 본 발명은 엔진과 발전기 사이를 기구적으로 단속하여 엔진의 동력을 발전기 등의 보기류에 선택적으로 전달하는 댐퍼클러치가 구비될 수 있는 것으로, 상기 발전단계에서는, 엔진과 발전기 사이를 기구적으로 단속하는 댐퍼클러치를 체결함으로써, 엔진 동력이 발전기에 전달되도록 제어하게 된다.
반면, 상기 연료컷비율이 기준값 이상으로 판단시, 상기 댐퍼클러치를 해제함으로써, 엔진 동력이 발전기에 전달되는 것을 차단하도록 제어하게 된다.
그리고, 상기 배터리 SOC가 상한치 이상시, 상기 댐퍼클러치를 해제함으로써, 엔진 동력이 발전기에 전달되는 것을 차단하도록 제어하게 된다.
즉, 연료컷비율이 높거나, 또는 배터리의 충전량이 많은 경우에는 발전제어에 따른 충전이 불필요하므로, 댐퍼클러치를 해제하게 된다.
더불어, 본 발명은 상기 연료컷 주행상태인 경우, 상기 댐퍼클러치를 체결하여 엔진 동력에 의해 급속충전을 실시할 수 있다.
또한, 상기 연료컷 주행상태가 아니면서, 상기 배터리 SOC가 하한치 이하시 상기 댐퍼클러치를 체결하여 엔진 동력에 의해 급속충전을 실시할 수 있다.
즉, 연료컷 구간에서는 에너지를 최대로 회생 가능하므로 급속충전을 실시하고, 또한 배터리의 충전량이 구간이기 때문에 본 발명에 따른 발전제어를 수행하지 않고, 연료컷 주생상황이 너무 낮은 경우에는 배터리의 내구 보호를 위해 급속충전을 실시하게 된다.
본 발명에 따른 배터리 충전 제어과정을 도 2를 참조하여 순차적으로 살펴보면, 차량의 주행 중 타행 연료컷 구간에 진입했는지 판단한다(S10).
S10의 판단결과, 타행 연료컷 주행상태인 경우, 배터리 SOC가 상한치(b)와 하한치(a) 사이의 값인지 판단하고(S20), S20의 판단결과 배터리 SOC가 상한치(b)와 하한치(a) 사이인 경우, 운전성향 및 엔진운전조건에 따라 발전제어 여부를 판단하게 된다(S30).
예컨대, S30에서 연료컷 비율이 d 미만이고, 차속이 e 초과이며, APS변화량이 f 미만이고, APS변화율이 g 미만이며, 엔진토크가 발전가능 최소 엔진토크(Tem)보다 크면서 목표토크(Tsp)보다 작은 경우, 댐퍼클러치를 체결한다(S40).
이에, 엔진의 동력이 발전기에 전달됨으로써, 엔진토크가 목표토크를 추종하면서 발전 제어를 수행할 수 있게 된다.
반면, S30의 판단결과, 상기한 조건들 어느 하나라도 만족하지 못하는 경우, 댐퍼클러치를 해제하게 된다(S70).
한편, S20의 판단결과, 배터리 SOC가 상한치(b)와 하한치(a) 사이의 값이 아닌 경우, 상한치(b) 이상의 값인지 판단한다(S60).
S60의 판단결과, 배터리 SOC가 상한치 이상인 경우, 배터리의 충전이 충분히 이루어진 상태로 판단하여 댐퍼클러치를 해제함으로서, 본 발명에 따른 발전 제어를 실시하지 않도록 제어하게 된다(S70).
반면, S60의 판단결과, 배터리 SOC가 하한치 이하인 경우, 배터리의 충전이 너무 낮은 상태로 판단하여 댐퍼클러치를 체결함으로써(S80), 배터리의 급속충전을 실시하도록 제어하게 된다(S90).
한편, S10의 판단결과, 타행 연료컷 구간으로 판단시, 최대한 많은 에너지의 발전을 위해 댐퍼클러치를 체결하고(S80), 급속충전을 실시하게 된다(S90).
상술한 바와 같이, 본 발명은 연료컷 비율을 모니터링하여 연료컷 비율이 낮아지면 발전제어가 필요한 것으로 판단하여 발전을 실시하되, 배터리의 충전량이 하한치에 도달하기 전에 배터리의 충전을 실시함으로써, 배터리 SOC가 하한치에 도달하는 빈도를 줄여 급속충전 빈도를 줄이고 배터리의 사용량 범위를 축소하게 되는바, 연비 향상에 기여하고, 배터리의 내구성을 개선하게 된다.
또한, 연료컷이 아닌 구간에서 충전을 하는 경우에 엔진 효율이 좋은 영역으로 유도하여 발전함으로써, 연료 효율을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. 컨트롤러가 연료컷 주행상태와, 배터리의 상태를 검출하는 제1검출단계;
    컨트롤러가 상기 연료컷 주행상태가 아니고, 상기 배터리의 상태를 나타내는 출력값이 일정값 이상이면서 충전이 요구되는 상태로 판단시, 소정 주행시간 동안의 연료컷비율을 검출하는 제2검출단계;
    컨트롤러가 상기 연료컷비율이 기준값 미만으로 판단시, 발전을 실시하도록 제어하는 발전단계;를 포함하는 배터리 충전 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2검출단계에서는, 상기 배터리의 SOC, SOH, 내부저항 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 배터리의 충전이 요구되는지 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2검출단계에서는, 상기 배터리의 SOC가 상한치와 하한치 사이의 값으로 검출되는 경우, 충전이 요구되는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전단계 이전에 현재 엔진토크를 검출하는 제3검출단계;를 더 포함하고,
    상기 발전단계에서는, 상기 연료컷비율이 기준값 미만이고, 상기 엔진토크가 엔진효율맵의 최적연비효율포인트인 목표토크 미만인 경우, 목표토크와 엔진토크의 차분에 상응하는 발전토크제어량만큼 발전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발전단계에서는,
    상기 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어하면서 발전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 발전단계에서는,
    하기의 수식에 의해 발전전압을 산출하고;
    산출된 발전전압을 제어하여 엔진토크가 목표토크를 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
    Figure 112018085944687-pat00003

    Va : 발전전압
    Vb : 배터리전압
    Ne : 엔진회전수
    Ta : 발전토크제어량
    Ra : 저항
    ηa : 발전효율
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 발전단계에서는, 차속이 기준값을 초과하는지 더 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 발전단계에서는, APS변화량이 기준값 미만이고, APS변화율이 기준값 미만인지 더 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전단계에서는, 엔진과 발전기 사이를 기구적으로 단속하는 댐퍼클러치를 체결하여 발전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 연료컷비율이 기준값 이상으로 판단시, 상기 댐퍼클러치를 해제하고;
    배터리의 SOC가 상한치 이상시, 상기 댐퍼클러치를 해제하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 연료컷 주행상태인 경우, 상기 댐퍼클러치를 체결하여 급속충전을 실시하고;
    상기 연료컷 주행상태가 아니면서, 배터리의 SOC가 하한치 이하시 상기 댐퍼클러치를 체결하여 급속충전을 실시하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
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