KR20100060155A - 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 자동차의 배터리의 목표 충전상태(SOC)를 실제 기온에 따라 다르게 설정하고 발전하도록 제어함으로써 연비를 개선할 수 있는 발전제어 최적화시스템 및 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법은, 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 제1단계와, GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 제2단계와, 상기 지역별 기온예보데이터와 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 제3단계를 포함한다.
자동차, 발전제어, 배터리, 냉시동
Description
이 발명은 자동차 배터리의 발전제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 배터리의 목표 충전상태(SOC)를 실제 기온에 따라 다르게 설정하고 발전하도록 제어함으로써 연비를 개선할 수 있는 발전제어 최적화시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기 자동차와 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서, 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이다.
따라서, 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 배터리 수명의 조기 단축을 방지하고, 통합제어를 수행하는 차량 제어수단에 배터리의 SOC 정보를 알려줌으로써 발전제어와 주행제어를 지원해 준다.
이 배터리 관리 시스템(BMS)의 주요 기능은 배터리의 충전상태(SOC: State Of Charge) 예측과 만충전 감지, 각 셀 모듈간 전압의 균형 유지, 배터리의 SOC에 따른 최대 충전 및 방전 전압의 제어, 안전 관리 및 냉각 제어 등을 수행한다. 배터리의 SOC를 계산하는 방법으로는 충전 및 방전 전류량을 측정하여 현재의 SOC를 계산하는 것이 통상적으로 이용되고 있다.
보통, 하이브리드 자동차용 배터리의 SOC를 고려하여 ECU는 목표 SOC를 설정하며, 모터의 충방전을 통하여 배터리의 실제 SOC가 이 목표 SOC에 추종하도록 제어를 한다.
한편, 하이브리드 자동차용 NI-MH 배터리의 경우 온도에 따라 그 파워특성이 변화하는데, -30℃ 수준에서는 배터리의 사용이 거의 불가한 상태가 된다. 즉, 냉간 조건에서는 배터리의 최대 출력파워가 감소하며, 이로 인하여 시동시와 같이 배터리의 파워를 많이 사용하는 구간에서는 전압이 급격하게 떨어지는 현상이 발생한다. 예컨대, 배터리의 온도기준 -30℃에서 SOC 27%일 때 6.3kW를 약 5초간 방전시키면 배터리의 전압이 189.27V까지 떨어지는데, 이는 동일한 온도에서 SOC가 높을 때 동일한 출력을 방전시킬 때보다 더 많이 떨어진 것이다.
하이브리드 자동차의 냉시동시 배터리의 출력이 5~10kW인 점을 고려할 때, SOC가 낮은 상태에서 시동을 자주 시도하면, 빈번한 전압강하로 배터리가 열화될 수 있으며, 셀간 균형이 무너져서 고가의 배터리 수명이 단축되는 결과를 초래한다.
이와 같이, 하이브리드 자동차에 사용되는 고전압 배터리는 온도에 따라 그 출력특성이 변화되고, 특히 냉간시에 그 출력이 떨어져서 겨울철에 주차 후 냉시동 상황에서 배터리의 전압이 과도하게 떨어지는 현상이 발생하게 되고, 이러한 현상이 빈 번하게 일어날 경우 배터리의 내구성에 문제가 생기게 되며, 고가의 배터리를 교체 및 수리하는데 큰 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점를 해결하기 위하여 하이브리드 자동차는 배터리의 SOC를 목표 SOC 이상으로 항상 유지하도록 발전제어된다. 이 목표 SCO는 최악의 조건(영하30도 조건)을 기준으로 설정되는데, 이는 종래의 하이브리드 자동차는 시동시의 기온을 예측할 수 없기 때문이다.
따라서, 일반적인 기온 조건에서도 최악의 조건에 따른 목표 SOC로 배터리의 SOC를 유지해야 하기 때문에 불필요한 에너지가 낭비되는 문제점이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 이 발명의 목적은, 자동차 배터리의 목표 SOC를 기온에 따라 가변시키는 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템은, 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 차량무선인터넷수신기와, GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 GPS수신 기와, 상기 차량무선인터넷수신기로부터 수신된 지역별 기온예보데이터와 GPS수신기로부터 수신된 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 ECU를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법은, 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 제1단계와, GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 제2단계와, 상기 지역별 기온예보데이터와 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
일반적으로 목표 SOC를 5% 하향하면 약 0.5%의 연비개선효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 이 발명에 따르면 외부 기온이 낮을 경우 목표 SOC가 높게 설정되기 때문에 냉시동 상황에서도 정상적으로 시동될 수 있고, 외부 기온이 높을 경우 목표 SOC가 80%에서 60%로 하향하여 설정되기 때문에 약 2% 연비가 개선되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명의 한 실시예에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
이 발명에 따른 배터리의 발전제어 최적화시스템은 하이브리드 자동차와 전기 자동 차를 비롯하여 발전제어가 적용되는 모든 자동차에 적용되는 바, 다수의 가솔린 자동차와 디젤 자동차에 연비개선을 위한 아이템으로서 적용되는 발전제어의 최적화에도 적용할 수 있다.
도 1은 이 발명에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템은 기상청인터넷서버(a)로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 차량무선인터넷수신기(11)와, GPS위성(b)으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 GPS수신기(12)와, 차량무선인터넷수신기(11)로부터 수신된 지역별 기온예보데이터와 GPS수신기(12)로부터 수신된 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 ECU(13)와, ECU(13)의 제어를 받아 배터리(15)를 충전하는 발전기(14)로 이루어진다.
차량무선인터넷수신기(11)는 기상청인터넷서버(a)에 접속하여 지역별 기온예보데이터를 수신한다. GPS수신기(12)는 GPS위성(b)로부터 GPS를 수신하여 차량의 위치를 파악한다.
ECU(13)는 지역별 기온예보데이터와 차량의 위치정보를 이용하여 현재 차량이 위치한 지역의 최저기온을 계산하고, 배터리(15)의 현재 SOC를 감시하면서 배터리의 현재 SOC가 목표 SOC를 유지할 수 있도록 발전기(14)를 제어한다.
통상적으로 차량이 가속하는 구간에는 배터리(15)의 충전이 이루어지지 않으며 배터리(15)로부터 차량의 각 전장품으로의 방전이 이루어지고, 차량의 감속시 발전기(14)로부터 배터리(15)로 충전이 이루어진다. ECU(13)는 배터리(15)의 SOC와 목 표 SOC의 차이만큼의 전압이 배터리(15)에 충전될 수 있도록 발전기(14)를 제어한다.
도 2는 이 발명에 따른 하이브리드 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법을 도시한 동작 흐름도이다.
먼저, 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하고(S21), GPS위성으로부터 차량의 위치정보를 수신한다(S22).
단계 S21에서 수신된 지역별 기온예보데이터와 단계 S22에서 수신된 차량의 위치정보를 이용하여 현 차량위치에서 최저기온(Tmin)을 계산한다(S23).
다음, 이 최저기온(Tmin)에 따른 목표 SOC를 설정하는데(S24), 도 2의 실시예에는 최저기온(Tmin)에 따른 목표 SOC의 한 예시가 도시되어 있다. 예컨대, 최저기온(Tmin)이 -30℃이하이면 목표 SOC를 100%로 설정하고, 최저기온(Tmin)이 -20℃이하이면 목표 SOC를 95%로 설정하고, 최저기온(Tmin)이 -10℃이하이면 목표 SOC를 90%로 설정하고, 최저기온(Tmin)이 0℃이하이면 목표 SOC를 80%로 설정하고, 최저기온(Tmin)이 10℃이하이면 목표 SOC를 70%로 설정하고, 최저기온(Tmin)이 20℃이하이면 목표 SOC를 60%로 설정한다.
배터리가 이 목표 SOC를 유지할 수 있도록 배터리의 발전제어를 수행한다(S25).
도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템을 도시한 구성도,
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법을 도시한 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
11 : 차량무선인터넷수신기 12 : GPS수신기
13 : ECU 14 : 발전기
15 : 배터리 a : 기상청인터넷서버
b : GPS위성
Claims (4)
- 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 차량무선인터넷수신기와,GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 GPS수신기와,상기 차량무선인터넷수신기로부터 수신된 지역별 기온예보데이터와 GPS수신기로부터 수신된 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 ECU를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 ECU는 상기 지역별 기온예보데이터와 상기 차량의 위치정보를 이용하여 현재 차량이 위치한 지역의 최저기온을 계산하고, 상기 배터리의 SOC를 감시하면서 상기 배터리의 SOC가 목표 SOC를 유지할 수 있도록 발전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차 배터리의 발전제어 최적화시스템.
- 기상청인터넷서버로부터 지역별 기온예보데이터를 수신하는 제1단계와,GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 제2단계와,상기 지역별 기온예보데이터와 차량의 위치정보를 이용하여 배터리의 목표 SOC를 결정하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제3단계는 상기 지역별 기온예보데이터와 상기 차량의 위치정보를 이용하여 현재 차량이 위치한 지역의 최저기온을 계산하고, 상기 배터리의 SOC를 감시하면서 상기 배터리의 SOC가 목표 SOC를 유지할 수 있도록 발전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차 배터리의 발전제어 최적화방법.
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2008
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