KR20080053561A - 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및방법 - Google Patents

하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도로 지형정보, 경사로 구배 추정 로직, 교통상황 정보를 이용하여 배터리 충전량을 최적 상태로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 주행 목적지를 입력하는 사용자 입력부와; 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보를 입력하는 차량정보 입력부와; 차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 제공하는 3D네비게이션 정보제공수단과, 차량의 전체 및 현재 주행로상의 교통정보를 제공하는 텔레매틱스 정보제공수단으로 이루어진 경로정보 제공모듈과; 상기 경로정보 제공모듈로부터 얻은 데이타를 이용하여 최적의 배터리 충방전량 제어를 실행하는 배터리 충방전량 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및 방법을 제공한다.
하이브리드, 전기자동차, 배터리, 충방전량, 제어 시스템, 방법

Description

하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및 방법{System and method for control battery charge of HEV}
도 1은 하이브리드 전기자동차의 주행모드별 배터리 충방전 상태를 설명하는개략도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 시스템을 나타내는 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 방법을 설명하는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 사용자 정보 입력부 200 : 차량 정보 입력부
300 : 경로정보 제공모듈 302 : 3D네비게이션 정보제공수단
304 : 텔레매틱스 정보제공수단 306 : 경사구배 추정 연산부
400 : 배터리 충방전량 제어부
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도로 지형정보, 경사로 구배 추정 로직, 교통상황 정보를 이용하여 배터리 충전량을 최적 상태로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 하이브리드 자동차는 엔진과, 배터리의 전원으로 구동되는 구동모터로 구성되는 동력원이 구비되며, 전륜에 상기의 동력원을 적절히 조합한 구조를 적용하여 차량의 출발시나 가속시에 배터리의 전압에 의해 동작되는 모터의 동력 보조로 연비 향상을 유도할 수 있는 차량을 말한다.
상기 하이브리드 전기자동차의 주행모드별로 동력이 전달되는 경로 및 배터리의 충방전이 이루어지는 상태를 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 하이브리드 전기자동차의 동력전달 및 배터리 충전경로를 설명하는 개략도이다.
도 1의 (a)는 아이들 상태를 나타낸다.
아이들 상태는 엔진이 정지된 상태에서 모터의 구동 발전으로 배터리에 충전이 이루어진다.
도 1의 (b)는 차량이 아이들 상태에서 가속 상태로 전환되는 것을 나타낸다.
가속모드에서는 모터 동력을 보조받으며 엔진동력이 변속기를 통하여 구동휠 로 전달되는 주행모드로서, 이때에는 모터 동력에 필요한 배터리의 방전이 이루어진다.
이때, 브레이크는 해제 상태이고, 배터리 충전상태는 방전을 위하여 충분한 상태로 유지된다.
도 1의 (c)는 정속 주행 즉, HEV모드 상태를 나타낸다.
정속주행시에는 클러치가 연결(close)되어 엔진 동력 및 모터 동력이 구동축에 전달되는 모드이며, 이때 엔진 동력을 구동휠에 대한 구동력으로 사용되고, 모터 동력은 아이들 발전을 하여 배터리의 충전이 이루어진다.
이때, 브레이크는 해제 상태이고, 배터리 충전상태는 부족 또는 충분한 상태가 된다.
도 1의 (d)는 감속 주행 즉, 회생제동모드를 나타낸다.
감속모드에서는 엔진에 대한 연료가 차단되고, 모터는 역발전을 하여 배터리의 충전이 이루어지게 된다.
이와 같이, 하이브리드 전기 자동차는 주행모드별도 배터리의 충방전 제어가 이루어진다.
그러나, 현재의 하이브리드 전기 자동차는 운전자의 가감속 의지에 따른 운전요구량 및 배터리의 충전상태에 따라 배터리 충방전 제어가 이루어지지만, 그 밖에 도로상태, 교통량 등 여러가지 주행 환경정보를 반영하지 못하여, 배터리의 최적 충방전 제어가 이루어지는 것이라 볼 수 없다.
이러한 점을 감안하여, 한국공개특허공보 공개번호 제2005-17377호에는 단말 기를 사용하는 텔레메틱스 시스템에서 목적지 경로와 이 경로에 해당하는 도로 교통정보를 사용하여 주행모드와 배터리의 충전을 결정하는 제어방법이 개시되어 있고, 일본공개특허 공개번호 2001-314004에는 충전율 목표치 작성수단을 사용하고 예측 주행 패턴을 작성하여 배터리를 충방전하는 하이브리드 차량이 개시되어 있지만, 이들 특허 또한 3차원적인 주행 환경을 완전히 반영하지 못하여 최적의 배터리 충방전이 이루어진다고 볼 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 포함하는 3D 네비게이션과, 차량의 전체 및 현주행로상 교통상황 정보를 포함하는 텔레매틱스와, 차량 정보에 따른 경사로 구배 추정 로직을 배터리 충전량 제어에 활용하여, 배터리 충전량을 최적 상태로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 주행 목적지를 입력하는 사용자 입력부와; 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보를 입력하는 차량정보 입력부와; 차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 제공하는 3D네비게이션 정보제공수단과, 차량 의 전체 및 현재 주행로상의 교통정보를 제공하는 텔레매틱스 정보제공수단으로 이루어진 경로정보 제공모듈과; 상기 경로정보 제공모듈로부터 얻은 데이타를 이용하여 최적의 배터리 충방전량 제어를 실행하는 배터리 충방전량 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 경로정보 제공모듈은 차량정보 입력부를 통해 입력된 차량정보를 기반으로 차량의 주행로상의 경사 구배를 추정하는 경사구배 추정 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 주행 목적지의 입력으로 3D네비게이션 정보제공수단 및 텔레매틱스 정보제공수단이 동작하는 단계와; 상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 지형정보를 기반으로 곡선로와, 오르막길과, 내리막길에 대한 제1정보입력값을 계산하는 단계와; 상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 도로정보를 기반으로 도로타입 및 교통신호 유무에 대한 제2정보입력값을 계산하는 단계와; 텔레매틱스 정보제공수단이 주행 목적지까지의 사고유무 및 도로정체유무에 대한 제3정보입력값을 계산하는 단계와; 배터리 충방전량 제어부에서 상기 제1,2,3정보입력값을 수신하여, 목표충방전량및 요구충방전량을 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 방법을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 차량정보 입력부를 통하여 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보가 차량의 주행로상 의 경사 구배를 추정하는 경사구배 추정 연산부에 입력되는 단계와; 상기 경사구배 추정 연산부에서 차량의 경사구배를 추정하여 상기 제1정보입력값을 대체할 수 있는 제4정보입력값을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 3D네비게이션 정보제공수단의 고장시, 상기 경사구배 추정 연산부의 제4정보입력값이 제1정보입력값을 대신하여 상기 배터리 충방전량 제어부에 입력되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 시스템을 나타내는 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전량 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명에 따른 배터리 충전량 제어 시스템은 사용자 입력부(100)와, 차량정보입력부(200)와, 경로정보 제공모듈(300)과, 배터리 충방전량 제어를 실행하는 배터리 충방전량 제어부(400)로 구성된다.
상기 사용자 입력부(100)는 사용자가 희망하는 주행 목적지 정보를 입력하는 것으로서, 3D네비게이션 정보제공수단 및 텔레매틱스 정보제공수단에 대한 입력값, 즉 주행목적지까지의 주행경로 및 현재 주행경로를 판단하는 기준값이 된다.
상기 차량정보 입력부(200)는 차량의 각종센서로부터 수신되는 입력값으로서, 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등이 입력되며, 이들 입력값을 경사구배 추정 연산부로 전송한다.
상기 경로정보 제공모듈(300)은 배터리 충방전량 제어부에 최적의 배터리 충방전량을 결정할 수 있도록 각종 정보를 제공하는 부분으로서, 3D네비게이션 정보제공수단(302)과, 텔레매틱스 정보제공수단(304)과, 경사구배 추정 연산부(306)로 구성된다.
상기 3D네비게이션 정보제공수단(302)은 차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 제공하고, 상기 텔레매틱스 정보제공수단(304)은 차량의 전체 및 현재 주행로상의 교통정보를 배터리 충방전량 제어부(400)로 제공한다.
이때, 지형정보로는 도로의 구배, 회전반경, 전체 주행거리 등을 들 수 있고, 도로정보로는 도로의 종류(고속도로, 국도, 일반로), 제한속도, 교통신호 등을 들 수 있다.
또한, 상기 교통정보로는 도로상의 혼합도, 사고상황, 기상정보 등을 들 수 있다.
따라서, 상기 배터리 충전방량 제어부(400)는 상기 경로정보 제공모듈(300)로부터 얻은 데이타를 이용하여 최적의 배터리 충방전량 제어를 실행하게 된다.
한편, 상기 경로정보 제공모듈(300)의 경사구배 추정 연산부(306)는 차량정보 입력부(200)를 통해 입력된 차량정보를 기반으로 차량의 주행로상의 경사 구배를 추정하는 역할을 하며, 상기 3D네비게이션의 고장시 3D네비게이션이 제공하는 지형정보와 준하는 지형정보(차량정보를 기반으로 추정된 도로 지형 정보)를 제공하게 된다.
이하, 상기와 같은 시스템 구성으로 이루어진 본 발명의 하이브리드 전기자 동차의 배터리 충전량 제어 방법을 순서대로 설명하기로 한다.
먼저, 주행 목적지의 입력으로 3D네비게이션 정보제공수단 및 텔레매틱스 정보제공수단이 동작된다.
따라서, 상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 지형정보를 기반으로 곡선로와, 오르막길과, 내리막길에 대한 제1정보입력값을 계산하여, 상기 배터리 충방전량 제어부로 전송하게 된다.
예를들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1정보입력값은 곡선로의 경우 곡률반경과, 횟수를 인자로 하는 함수값(a1=f(곡률반경, 횟수))으로 정해지고, 오르막길의 경우 도로구배 및 길이를 인자로 하는 함수값(a2=f(도로구배, 길이))으로 정해지며, 내리막길의 경우에도 도로구배 및 길이를 인자로 하는 함수값(a3=f(도로구배, 길이))으로 정해진다.
이와 동시에, 상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 도로정보를 기반으로 도로타입 및 교통신호 유무에 대한 제2정보입력값을 계산하여, 상기 배터리 충방전량 제어부로 전송하게 된다.
예를들어, 제2정보입력값은 최고속도 및 도로타입(고속도로, 국도, 일반로중 하나)을 인자로 하는 함수값(b1=f(최고속도, 도로타입)), 그리고 교통신호 개수를 인자로 하는 함수값(b2=f(교통신호 개수))으로 정해진다.
또한, 상기 텔레매틱스 정보제공수단이 주행 목적지까지의 사고유무 및 도로정체유무에 대한 제3정보입력값을 계산하여 상기 배터리 충방전 제어부로 전송하게 된다.
예를들어, 제3정보입력값은 해당주행구간의 사고유무 및 주행속도를 인자로 하는 함수값(c1=f(사고구간, 주행속도)), 그리고 도로정체유무를 인자로 하는 함수값(c2=f(정체구간, 주행속도))으로 정해진다.
따라서, 상기 배터리 충방전량 제어부에서 상기 제1,2,3정보입력값을 수신하여, 목표충방전량및 요구충방전량을 계산하게 된다.
이때, 목표충방전량(A)은 아래와 같은 식으로 표현될 수 있다.
A = x1*a1 + x2*a2 + x3*a3 + x4*b1 + x5*b2 + x6*c1 + x7*c2
여기서, x1 내지 x7은 충방전량에 대한 가중치로서, 충전 또는 방전에 필요한 량에 대한 여유량을 나타낸다.
최종적으로, 요구충방전량(X)는 아래식과 같이 목표충방전향, 운전자의지, 잔여주행거리를 인자로 하는 함수값으로 정해지게 된다.
X = f(목표충방전량, 운전자 의지, 잔여 주행거리)
한편, 상기 경사구배 추정 연산부에서 차량정보 입력부를 통하여 입력된 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보가 차량의 주행로상의 경사 구배를 추정 계산한 제4정보입력값을 상기 배터리 충방전량 제어부로 전송하게 되는 바, 이 제4정보입력값은 상기 제1정보입력값을 대체할 수 있는 데이타가 된다.
즉, 차량의 각종 정보를 기반으로 차량의 곡선로를 선회 주행하는지, 내리막길 주행시 브레이킹이 연속적으로 이루어지는지 등을 추정하여, 제1정보입력값과 유사할 정도로 대응되는 정보를 출력하여 제4정보입력값을 만들어내게 된다.
이에, 상기 3D네비게이션 정보제공수단의 고장시, 상기 경사구배 추정 연산부의 제4정보입력값이 제1정보입력값을 대신하여 상기 배터리 충방전량 제어부로 입력되어, 목표충방전량을 계산하는 인자로 사용되어진다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템 및 방법은 차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 포함하는 3D 네비게이션과, 차량의 전체 및 현주행로상 교통상황 정보를 포함하는 텔레매틱스와, 차량 정보에 따른 경사로 구배 추정 로직을 배터리 충전량 제어에 이용함으로써, 주행경로상 배터리 충방전에 활용할 수 있는 여러 조건들을 사전에 감지하여 배터리 충전량을 최적 상태로 제어할 수 있고, 결국 모터 보조를 통한 주행 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 주행 목적지를 입력하는 사용자 입력부와;
    엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보를 입력하는 차량정보 입력부와;
    차량의 전체 및 현재 주행로상의 지형 및 도로정보를 제공하는 3D네비게이션 정보제공수단과, 차량의 전체 및 현재 주행로상의 교통정보를 제공하는 텔레매틱스 정보제공수단으로 이루어진 경로정보 제공모듈과;
    상기 경로정보 제공모듈로부터 얻은 데이타를 이용하여 최적의 배터리 충방전량 제어를 실행하는 배터리 충방전량 제어부;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 경로정보 제공모듈은 차량정보 입력부를 통해 입력된 차량정보를 기반으로 차량의 주행로상의 경사 구배를 추정하는 경사구배 추정 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 시스템.
  3. 주행 목적지의 입력으로 3D네비게이션 정보제공수단 및 텔레매틱스 정보제공수단이 동작하는 단계와;
    상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 지형정보를 기반으로 곡선로와, 오르막길과, 내리막길에 대한 제1정보입력값을 계산하는 단계와;
    상기 3D네비게이션 정보제공수단이 주행 목적지까지의 도로정보를 기반으로 도로타입 및 교통신호 유무에 대한 제2정보입력값을 계산하는 단계와;
    텔레매틱스 정보제공수단이 주행 목적지까지의 사고유무 및 도로정체유무에 대한 제3정보입력값을 계산하는 단계와;
    배터리 충방전량 제어부에서 상기 제1,2,3정보입력값을 수신하여, 목표충방전량및 요구충방전량을 계산하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 차량정보 입력부를 통하여 엔진토크, 모터토크, 차속, 변속비, 변속비 손실토크, 브레이크, 락업신호 등의 차량 정보가 차량의 주행로상의 경사 구배를 추정하는 경사구배 추정 연산부에 입력되는 단계와;
    상기 경사구배 추정 연산부에서 차량의 경사구배를 추정하여 상기 제1정보입력값을 대체할 수 있는 제4정보입력값을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 3D네비게이션 정보제공수단의 고장시, 상기 경사구배 추정 연산부의 제4정보입력값이 제1정보입력값을 대신하여 상기 배터리 충방전량 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 충방전량 제어 방법.
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