KR20090039918A - 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템과 배터리 ｓｏｃ제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 동력과 상기 엔진의 구동에 의해 충전되는 배터리의 동력으로 구동되는 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 상기 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 및 엔진 정지 신호가 입력되면 상기 SOC 검출부로부터 검출된 배터리 SOC와 기준 배터리 SOC를 비교하고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면 상기 엔진이 계속 구동되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 상기 엔진을 정지시키는 제어부를 포함하여 차량의 연비가 향상된다.

하이브리드, 배터리, SOC, 엔진, 냉각, 연비

Description

하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템과 배터리 ＳＯＣ 제어방법{BATTERY CHARGING SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING BATTERY STATE OF CHARGE}

본 발명은 엔진과 배터리의 동력을 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량의 배터리 충전 시스템과 배터리 SOC 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량은 가솔린 또는 디젤 엔진의 동력과 배터리의 동력을 선택적으로 또는 동시에 이용하여 주행한다. 하이브리드 차량은 유해 가스 배출량을 획기적으로 줄일 수 있고 연비가 높아 차세대 차량으로서 주목받고 있다.

이와 같은 기술은 자동차에 적용되어 현재 실용화단계에 있으며, 점차 굴삭기와 같은 건설 기계 등의 차량까지 적용범위가 넓혀지고 있다.

하이브리드 차량의 연비는 배터리의 SOC(State of Charge)와 엔진의 온도에 많은 영향을 받는다. 도 1에 도시된 그래프는 초기 배터리의 SOC의 조건에 따른 연비를 나타낸 것으로서, 초기 배터리 SOC 조건을 각각 80%, 56%, 40%로 설정하고 동일한 모드로 주행한 후 연비와 배터리의 방전량을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 초기 배터리 SOC가 80%인 경우에 연비가 가장 높은 것으로 나타났으며 배터리는 방전된 것을 알 수 있고, 초기 배터리 SOC가 40%인 경우, 연비가 가장 낮게 나타났으며 배터리의 충전된 것으로 나타났다. 이는 초기 SOC가 높은 경우, 엔진의 가동율을 낮추고 주로 배터리의 동력을 이용하여 주행하기 때문에 초기 배터리 SOC가 높으면 연비가 가장 높게 나타난다. 또한, 초기 배터리 SOC가 낮은 경우에는 주로 엔진에 의해 차량을 구동시킬 뿐만 아니라 엔진에 의해 배터리를 충전시켜야 하기 때문에 연비가 낮게 나타난다.

또한, 하이브리드 차량의 연비는 엔진의 온도와도 관계가 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진이 가열된 상태에서 시동을 걸고 주행한 경우의 연비는 엔진이 냉각된 상태에서 시동을 걸고 주행한 경우의 연비보다 약 12.4% 높게 나타났다. 이는 냉각된 엔진을 가열시키데 연료가 소모되기 때문이다.

한편, 엔진이 냉각되고 초기 배터리 SOC가 낮아서 엔진을 가열함과 동시에 배터리를 충전시키는데 소모되는 연료 소모량은, 엔진이 냉각된 상태이나 초기 배터리 SOC는 높은 경우 엔진을 가열하는데 소모되는 연료 소모량과 엔진이 가열된 상태이나 초기 배터리 SOC가 낮은 상태에서 배터리 SOC를 충전시키는데 소비되는 연료 소모량의 합보다 크게 나타난다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템 및 배터리 SOC 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량으 배터리 충전 시스템은 엔진의 동력과 상기 엔진의 구동에 의해 충전되는 배터리의 동력으로 구동되는 것으로서, 상기 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 및 엔진 정지 신호가 입력되면 상기 SOC 검출부로부터 검출된 배터리 SOC와 기준 배터리 SOC를 비교하고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면 상기 엔진이 계속 구동되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 상기 엔진을 정지시키는 제어부를 포함한다.

또한, 상술한 바와 같은 목적은 엔진의 구동에 의해 충전되는 배터리의 SOC 제어방법으로서, 엔진 정지 신호가 입력되면 검출된 배터리 SOC를 기준 배터리 SOC와 비교하는 단계; 및 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면 엔진을 계속 구동시켜 배터리를 충전시키고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 엔진을 정지시키는 단계를 포함하는 하이브리드 차량용 배터리 SOC 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 차량의 운행이 종료되는 시점에 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC 보다 낮은 경우 엔진을 계속 구동시켜 배터리를 충전시킴으로써, 해당 차량의 재운행시 엔진이 냉각된 상태이더라도 초기 배터리 SOC가 높은 상태이어서 차량의 연비가 향상된다.

특히, 차량 운행 종료시점에는 엔진이 가열된 상태이어서, 엔진이 냉각된 상태에서 배터리를 충전시키데 소모되는 연료량보다 적은 연료량을 소모하고, 이에 의해 차량의 연비는 더욱 향상된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템 및 배터리 SOC 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템은 엔진(1)의 구동에 의해 충전되는 배터리(3)의 SOC를 검출하는 SOC 검출부(4) 및 제어부(5)를 포함한다.

주지된 바와 같이, 하이브리드 차량은 엔진(1)과 배터리(3)를 동력원으로 주행한다. 상기 엔진(1)은 내연 기관으로서, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등으로 구성될 수 있으며, 상기 엔진(1)에는 발전부(2)가 기계적으로 연결된다.

상기 발전부(2)는 상기 엔진(1)에 의해 발생된 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로서, 공지된 다양한 발전기가 이용될 수 있다. 일 예로, 상기 발전부(2)는 전기자 코일이 권선된 고정자와, 상기 엔진(1)에 연결되어 회전하며 영구자석을 구비한 회전자로 구성될 수 있으며, 이와 같은 구성에 의해 상기 회전자 가 회전하면 상기 전기자 코일과 상기 영구자석에 의해 기전력이 유기되어 배터리(3) 및 차량의 전자기기에 공급된다. 통상의 하이브리드 차량에서는 이러한 발전부(2)가 제어부(5)의 제어에 의해 필요할 경우 배터리의 전원을 이용하여 전기모터로 구동되도록 구성되어 있다. 이 경우 발전부(2)는 차량의 구동원으로서 사용된다.

이와 같이 변환된 전기 에너지는 일반적으로 교류 전원으로서 이를 배터리(3) 충전용으로 사용하기 위해 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 별도의 A/D 컨버터가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 발명의 이해를 돕기 위해 A/D 컨버터에 대한 설명을 생략하였다. 이와 같이, 상기 엔진(1)이 구동되면, 상기 발전부(2)에 의해 유기된 전원이 상기 배터리(3)에 인가되어 배터리(3)를 충전하게 된다.

상기 SOC 검출부(4)는 배터리(3)의 충전 전하량을 측정하기 위한 것으로서, 상기 SOC 검출부(4)로부터 측정된 SOC는 제어부(5)로 전송된다. 통상적으로 하이브리드 차량은 배터리(3)의 SOC가 일정 이하로 떨어지면, 엔진(1)을 구동시켜 발전부(2)를 통해 배터리(3)를 충전시킨다. 따라서, 상기 SOC 검출부(4)는 주행 중 상기 배터리(3)의 SOC를 검출하여 상기 제어부(5)로 전송해야 한다.

상기 제어부(5)는 상기 SOC 검출부(4)로부터 전송된 배터리의 SOC에 따라 상기 엔진(1)의 구동을 제어한다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(5)는 엔진 제어 신호 입력부(6)로부터 엔진(1)의 정지 신호가 입력되면, 상기 엔진(1)으로의 연료 공급을 차단시키는 등의 방법으로 엔진(1) 구동을 정지시키며, 엔진(1)이 구동되지 않는 상태에서 엔진(1) 구동 신호가 입력되면 스타트 모터를 구동시켜 상기 엔진(1)을 구동시킨다.

한편, 상기 제어부(5)는 차량의 시동 키홈과 같은 엔진제어신호 입력부(6)를 통해 엔진 정지 신호가 입력되면, 상기 SOC 검출부(4)로부터 검출된 배터리 SOC와 기준 배터리 SOC를 비교한다. 비교한 결과, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면, 상기 제어부(5)는 상기 엔진(1)이 계속 구동되도록 제어하여 상기 배터리(3)를 충전시킨다. 이와 같이, 차량 운행 종료 시점에 엔진 정지 신호의 입력에 의해 배터리 SOC를 기준 배터리 SOC 이상으로 충전시킴으로써, 해당 차량의 재운행시 초기 배터리 SOC가 높은 상태가 되어 차량의 연비를 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 차량 운행 종료시점에는 엔진(1)이 가열된 상태이어서, 엔진(1)이 냉각된 상태에서 배터리(3)를 충전시키는 것보다 연료 소모량이 감소하여 차량의 연비를 더욱 획기적으로 향상시킬 수 있다. 반면, 상기 제어부(5)는 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 상기 엔진(1)의 구동을 정지시킨다. 이러한 기준 배터리 SOC는 앞서 설명된 도 1 및 도 2에 설명된 바와 같이 클수록 바람직하지만, 적정 SOC 이상 충전될 경우 배터리의 수명에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 기준 배터리 SOC는 차량의 연비향상 효과 및 배터리의 수명 단축을 감안하여 설정되어야 한다. 이를 감안하면 기준 SOC는 65%~80%로 설정되는 것이 바람직하다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 SOC 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 차량 운행이 종료되어 운전자가 엔진제어신호 입력부(6)를 통해 엔진 정지신호가 입력되면(S11), 제어부(5)는 SOC 검출부(4)를 통해 입력된 배터리 SOC를 기준 배터리 SOC와 비교한다(S12)(13).

비교 결과, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면, 제어부(5)는 엔진정지신호의 입력에도 불구하고 엔진(1)을 계속 구동시켜 배터리(3)를 충전시킨다(S14).

이와 같은 배터리(3)의 충전은 검출되는 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 클 때까지 계속 진행된다. 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면, 제어부(5)는 엔진(1)으로의 연료 공급 중단 등의 방법으로 엔진(1)을 정지시킨다(S15).

도 1은 초기 배터리 SOC에 따른 차량의 연비를 개략적으로 나타낸 그래프,

도 2는 엔진의 냉각 상태에 따른 차량의 연비를 개략적으로 나타낸 그래프,

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 SOC 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1; 엔진 2; 발전부

3; 배터리 4; SOC 검출부

5; 제어부 6; 엔진제어신호 입력부

Claims (2)

1. 엔진의 동력과 상기 엔진의 구동에 의해 충전되는 배터리의 동력으로 구동되는 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템에 있어서,

   상기 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 및

   엔진 정지 신호가 입력되면 상기 SOC 검출부로부터 검출된 배터리 SOC와 기준 배터리 SOC를 비교하고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면 상기 엔진이 계속 구동되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 상기 엔진을 정지시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 충전 시스템.
2. 엔진의 동력과 상기 엔진의 구동에 의해 충전되는 배터리의 동력으로 구동되는 하이브리드 차량용 배터리 SOC 제어방법에 있어서,

   엔진 정지 신호가 입력되면 검출된 배터리 SOC를 기준 배터리 SOC와 비교하는 단계; 및

   비교결과, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 작으면 엔진을 계속 구동시켜 배터리를 충전시키고, 검출된 배터리 SOC가 기준 배터리 SOC보다 크면 엔진을 정지시키는 단계를 포함하는 하이브리드 차량용 배터리 SOC 제어방법.

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