KR20110024307A

KR20110024307A - 하이브리드 차량의 배터리 ｓｏｃ 밸런싱 제어 방법

Info

Publication number: KR20110024307A
Application number: KR1020090082229A
Authority: KR
Inventors: 김정은; 오종한
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-09
Also published as: KR101113639B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압배터리의 SOC 밸런싱 제어를 위한 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정할 때, 현재 SOC값 이외에 보조전장부하, 외기온도 등을 고려하여 설정함으로써, SOC 전략 밴드값을 정상범위로 유지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 현재 SOC값을 모니터링하는 단계와; 보조전장부하를 모니터링 하는 단계와; 보조전장부하에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계와; 외기온도를 모니터링하는 단계와; 외기온도에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계와; 미리 설정된 히스테리시스에 따라 SOC값의 방향성을 판단하는 단계와; 보조전장부하 및 외기온도에 따라 연산된 최종 SOC 보정값에 맞추어 SOC 전략 밴드값을 설정하는 단계와; 설정된 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점을 제어하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 제공한다.

하이브리드, 차량, 배터리, SOC, 전략밴드값, 밸런싱, 보조전장부하, 외기온

Description

하이브리드 차량의 배터리 ＳＯＣ 밸런싱 제어 방법{SOC band Strategy for HEV}

일반적으로, 하이브리드(Hybrid) 자동차는 두 개의 동력원, 예를 들어 가솔린 엔진과 전기 모터를 병행하여 구동되는 차량으로서, 엔진이 비효율적인 주행 환경일 때 모터의 충방전을 통해 시스템의 효율성을 높이고(load leveling), 또한 감속시에는 브레이크 토크에 의한 운동에너지를 모터에서 발전하는 회생제동을 하여 배터리에 저장함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

하이브리드 차량의 동력계통 구성을 보면, 주행 구동원인 엔진 및 전기모터, 동력 전달을 위한 클러치 및 자동변속기, 엔진 및 모터 등의 구동을 위한 인버터, DC/DC컨버터, 고전압배터리 등을 포함하여 구성되고, 또한 이들의 제어수단으로서 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU), 모터 제어기(MCU), 배터리 제어기(BMS) 등을 포함하고 있다.

이러한 하이브리드 차량은 모터 채택 여부에 따라 소프트 타입 또는 하드 ㅌ타입으로 구분되는데, 하드 타입의 하이브리드 차량의 경우에는 엔진 온/오프(On/Off) 판단 여부 및 엔진과 모터간의 동력분배 등에 따라 연비와 운전성에 큰 영향을 미친다.

특히, 엔진 온/오프 및 엔진과 모터의 동력분배는 차속, 가속페달 위치(APS Depth), 변속단 등 여러 가지 요소에 의해 결정되지만, 그 중에서도 고전압배터리의 SOC(State of Charge)가 가장 중요한 인자(Factor)이다.

고전압배터리는 하이브리드 차량의 모터 및 DC/DC 컨버터를 구동하는 에너지원이며, 그 제어기인 배터리 제어기는 고전압배터리의 전압, 전류, 온도를 모니터링하여, 고전압배터리의 충전상태량(SOC[%](State of Charge))을 전반적으로 조절 관리하는 기능을 한다.

따라서, 차량 주행 및 제어시, 고전압배터리의 충전상태량인 SOC가 정상(Normal) 영역으로 유지되도록 운전점을 설정해야 하며, 만약 SOC가 정상(Normal) 영역에서 벗어났을 경우에는 정상 영역으로 회복되도록 제어해 주어야 한다.

즉, 고전압배터리의 SOC 밴드(Band) 제어에 있어서, SOC가 낮을수록 엔진을 요구파워보다 높은 운전점에서 동작되게 하여 SOC를 충전 지향으로 제어해야 하고, 반면에 SOC가 높을수록 전기모터에 대한 방전량을 증대하여 SOC를 방전 지향으로 제어해야 한다.

여기서, 고전압배터리의 SOC 밴드(Band) 제어를 위한 종래 방법을 살펴보면 다음과 같다.

종래의 SOC 밴드(Band) 제어는, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 현재 SOC값을 모니터링하는 단계와, 설정된 히스테리시스에 따라 SOC값의 방향성을 판단하는 단계와, 현재 SOC값에 따른 SOC 전략 밴드값을 설정하는 단계와, 이 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점을 제어하는 단계로 이루어진다.

상기 고전압배터리의 SOC 제어를 위한 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정하는 것에 대한 하나의 예로서, SOC 0~25: 한계최저값(Critical Low(0)), SOC 25~40: 낮은 범위(Low(1)), SOC 40~70: 정상범위(Normal(2)), SOC 70~80: 높은범위(High(3)), SOC 80~100: 한계최고값(Critical High(4)) 등으로 구분하여 설정한다.

따라서, 배터리 제어기(BMS)에서 전송된 SOC값에 따라, 위의 예와 같이 SOC 전략 밴드값이 설정되는 바, 이때 현재 SOC값에 따라 SOC 전략 밴드값이 갑자기 변화지 않도록 히스테리시스(Hysteresis)가 설정된다.

그러나, 종래의 SOC 밴드(Band) 제어 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

현재 SOC값에 의해서만 SOC 전략 밴드값을 결정할 경우, 보조전장부하(예: 에어컨 부하)에 대한 미고려로 정상범위(Normal(1)) 영역 유지가 어려운 문제점이 있다.

예를 들면, [현재 요구파워 + 보조전장부하 > 엔진 파워] 인 경우, SOC 전략 밴드값의 정상범위 영역에서 방전 운전점이 유발될 수 있고, 이에 배터리에서 모터로 방전이 이루어져, 결국 SOC값이 계속 떨어져 SOC 전략 밴드값이 낮은 범위(Low(1))로 진입할 가능성이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고전압배터리의 SOC 제어를 위한 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정할 때, 현재 SOC값 이외에 보조전장부하, 외기온도 등을 추가로 고려하여 설정함에 따라, SOC 전략 밴드값이 낮은 범위가 되어 방전 운전점을 가지지 않고, 충전 운전점만을 가지게 됨으로써, SOC 전략 밴드값을 정상범위로 유지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 현재 SOC값을 모니터링하는 단계와; 보조전장부하를 모니터링 하는 단계와; 보조전장부하에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계와; 외기온도를 모니터링하는 단계와; 외기온도에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계와; 미리 설정된 히스테리시스에 따라 SOC값의 방향성을 판단하는 단 계와; 보조전장부하 및 외기온도에 따라 연산된 최종 SOC 보정값에 맞추어 SOC 전략 밴드값을 설정하는 단계와; 설정된 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점을 제어하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 구현예로서, 상기 설정된 SOC 전략 밴드값은 현재 SOC값에서 보조전장부하 [SOC_Comp1] 값을 차감하고, 외기온[SOC_Comp2] 값을 더 차감한 값으로 설정되어, 낮은 범위(25~40: 낮은 범위(Low(1))에 속하게 됨으로써, 충전 운전점을 가지게 되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 고전압배터리의 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정할 때, 현재의 SOC값 이외에 보조전장부하, 외기온도 등을 고려하여 설정함으로써, 능률적인 SOC 밸런싱 제어가 가능한 장점이 있다.

즉, 보조전장부하 또는 외기온도에 따른 에어컨 부하량을 예측하여, SOC 전략 밴드값을 설정함으로써, 기존에 SOC 전략 밴드값의 정상범위에서 방전 운전점에 유발되어 SOC 전략 밴드값이 낮은 범위로 진입하는 것을 방지할 수 있게 되어, 한층 더 능률적인 SOC 밸런싱 제어가 가능한 장점을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여 종래의 SOC 밸런싱 제어를 위한 SOC 전략 밴드값을 설정하는 일례를 첨부한 도 3을 참조로 살펴보면, 현재 SOC값이 42, 외기온 정상상태, 보조전장부하 3kw를 유지하는 경우라면, 외기온도 및 보조전장부하를 고려하지 않고, 배터리 제어기(BMS)에서 전송된 현재 SOC값만을 고려하여 SOC 전략 밴드값을 결정하게 됨에 따라, SOC 전략 밴드값 42는 정상범위(SOC 40~70: (Normal(2))에 속하게 된다.

따라서, 현재 SOC값이 42이고, 보조전장부하량 및 외기온이 높아 에어컨 동작 가능성이 크므로, 설정된 SOC 전략 밴드값이 정상범위(SOC 40~70: (Normal(2))에 속한 상태로 방전 운전점에서 동작할 경우 SOC는 계속 떨어질 가능성이 커지게 된다.

이렇게, 종래의 방법에 따라 설정된 SOC 전략 밴드값이 정상범위(SOC 40~70: (Normal(2))에 속하게 됨에 따라, 방전 운전점을 가지게 되고, 설정된 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점이 방전 지향으로 제어되어 고전압 배터리의 방전이 이루어짐에 따라, SOC값은 정상범위 이하인 40이하로 떨어지게 되며, 결국 다시 충전 지향의 운전점 제어를 통하여 충전 과정이 이루어져야 한다.

본 발명은 하이브리드 차량용 고전압배터리의 SOC 밸런싱 제어를 위한 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정할 때, 현재의 SOC값 이외에 보조전장부하 또는 외기온도, 보조전장부하 및 외기온도 등을 고려하여 설정하는 점에 특징이 있으며, 보조전장부하(에어컨 부하)를 고려하는 이유는 에어컨 작동에 필요한 전력이 메인배터리에서 소비되기 때문이고, 또한 외기온도를 고려하는 이유는 외기온도가 높은 경우 에어컨을 가동시킬 가능성이 높기 때문이다.

여기서, 본 발명에 따른 고전압배터리의 SOC 밸런싱 제어를 위한 SOC 전략 밴드(Band Strategy)값을 설정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 나타내는 제어블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

먼저, 현재 SOC값을 모니터링하는 단계와, 보조전장부하를 모니터링하는 단계가 진행되어, 보조전장부하에 따른 SOC 보정값을 연산하게 된다.

연이어, 외기온도를 모니터링하는 단계 및 외기온도에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계가 진행된다.

한편, 미리 설정된 히스테리시스에 따라 SOC값의 방향성을 판단하게 되는데, 아래와 같이 설정되는 SOC 전략 밴드값이 설정되는 바, 현재 SOC값에 따라 SOC 전략 밴드값이 갑자기 변화지 않도록 히스테리시스(Hysteresis)가 미리 설정된다.

따라서, 보조전장부하 및 외기온도에 따라 연산된 최종 SOC 보정값에 맞추어 SOC 전략 밴드값을 설정하되, 현재 SOC값에서 보조전장부하 및 외기온도 고려하여 차감추출(Subtraction) 한 SOC값이 0~100 범위의 값을 가지도록 한다.

예를 들어, 현재 SOC값이 42이고, 보조전장부하 3kw인 경우 [SOC_Comp1] 값이 2 라면, SOC 전략밴드값을 결정하기 위한 전략결정(Strategy Determination) 입 력값은 현재 SOC값 40에서 [SOC_Comp1]값 2를 차감한 40이 되고, 외기온이 33℃인 경우 [SOC_Comp2] 값이 3이라면, 전략결정(Strategy Determination) 입력값은 다시 3을 차감한 37이 된다.

이렇게 현재 SOC값이 42이고, 보조전장부하량 및 외기온이 높아 에어컨 작동 가능성이 큰 상태를 고려함에 따라, 최종 SOC 전략밴드값은 37로서, 낮은 범위의 전략 밴드값으로 설정된다.

이때, SOC 전략밴드값이 정상범위(SOC 40~70: (Normal(2)) 이상에 속하는 경우에는 방전운점점을 가지게 되지만, 그 미만에서는 충전 운전점만을 가지게 된다.

따라서, 설정된 SOC 전략 밴드값이 낮은 범위(25~40: 낮은 범위(Low(1))에 속하게 됨에 따라, 충전 운전점을 가지게 되고, 설정된 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점이 충전 지향으로 제어되어 고전압 배터리의 충전이 이루어짐에 따라, SOC값은 42이상으로 충전되어지고, 결국 SOC값은 42이하로 떨어지지 않고 정상범위내로 유지될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 나타내는 제어블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 설명하는 순서도,

도 3은 종래의 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 나타내는 제어블럭도,

도 4는 종래의 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법을 설명하는 순서도.

Claims

현재 SOC값을 모니터링하는 단계와;

보조전장부하를 모니터링하거나 또는 외기온도를 모니터링하는 단계와;

상기 보조전장부하에 따른 SOC 보정값을 연산하거나, 상기 외기온도에 따른 SOC 보정값을 연산하는 단계와;

미리 설정된 히스테리시스에 따라 SOC값의 방향성을 판단하는 단계와;

보조전장부하 또는 외기온도에 따라 연산된 최종 SOC 보정값에 맞추어 SOC 전략 밴드값을 설정하는 단계와;

설정된 SOC 전략 밴드값에 따라 차량의 운전점을 제어하는 단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 설정된 SOC 전략 밴드값은 현재 SOC값에서 보조전장부하 [SOC_Comp1] 값을 차감하고, 외기온[SOC_Comp2] 값을 더 차감한 값으로 설정되어, 낮은 범위(25~40: 낮은 범위(Low(1))에 속하게 됨으로써, 충전 운전점을 가지게 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 SOC 밸런싱 제어 방법.