KR20120045278A

KR20120045278A - 배터리 충방전 제어 로직 및 방법

Info

Publication number: KR20120045278A
Application number: KR1020100106722A
Authority: KR
Inventors: 김정은
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-09
Also published as: KR101181032B1

Abstract

본 발명은 배터리 충방전 제어 로직 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수를 고려하여, SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 설정하므로, 배터리의 충방전을 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 배터리 SOC를 용이하게 제어하여 연비를 증가 시키는데 있다.
이를 위해 본 발명은 주행 속도를 통해서 도심 주행 모드, 고속 주행 모드 및 일반 주행 모드 중에서 어느 주행 모드인지 여부에 따라, 저장되어 있는 모드별 SOC 전략 결정값들 중에서 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값을 선정하는 SOC 전략 선정 단계와, 킥다운 횟수 및 엑셀 페달 구동을 통해 운전자의 주행 성향이 스포티한지 여부를 판단하는 운전자 성향 판단 단계와, 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수가 큰지 여부를 판단하는 환경 변수 판단 단계 및 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 보정하고, 모니터링된 배터리 SOC가 포함되는 SOC 밴드에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어하는 SOC 밴드 보정 및 제어 단계를 개시한다.

Description

배터리 충방전 제어 로직 및 방법{CONTROL LOGIC AND METHOD OF BATTERY CHARGE AND DISCHARGE IN HYBRID VEHICLE}

본 발명은 배터리 충방전 제어 로직 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수를 고려하여, SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 설정하므로, 배터리의 충방전을 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 배터리 SOC를 용이하게 제어하여 연비를 증가 시킬 수 있는 배터리 충방전 제어 로직 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량의 동력 전달 시스템은 엔진, 클러치, 구동 모터 및 변속기 등으로 구성되어 있다. 이러한 하이브리드 차량은 저속 주행 시와 같이 엔진이 비효율적으로 구동될 경우에는 구동 모터를 동력원으로 차량을 주행시킴으로써, 연료 소비를 줄일 수 있다. 또한, 하이브리드 차량은 제동시 발생되는 회생 전력을, 배터리에 저장하고 이를 통해 구동 모터를 구동시킴으로써, 연비를 증가시킬 수 있다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진과 구동 모터의 동력 분배에 따라 연비 및 운전성에 영향을 받는다. 그리고 이러한 엔진과 구동 모터의 동력 분배는, 차속, 엑셀 포지션 센서의 개도 및 변속단에 의해서 결정되는데, 그중에서도 구동 모터로 전력을 공급하는 배터리의 SOC가 중요한 요소가 된다.

배터리의 SOC가 노말 밴드 영역에 포함되도록 엔진과 구동 모터의 동력 분배를 제어하여 배터리의 충/방전을 제어할 수 있으며, 이를 통해 SOC가 낮으면 낮을수록 충전 지향적으로 구동되어야 하며, SOC가 높으면 높을수록 방전 지향적으로 구동되어 배터리의 SOC를 노말 밴드 영역으로 유지시켜야 한다.

그러나 차량의 주행 모드, 환경변수 및 운전자의 성향에 따라 배터리의 SOC 변동 및 진입이 상이하므로, 이러한 제어 변수 없이 배터리의 SOC를 제어하게 되면 연비 개선이 미비할 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수를 고려하여, SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 설정하므로, 배터리의 충방전을 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 배터리 SOC를 용이하게 제어하여 연비를 증가시킬 수 있는 배터리 충방전 제어 로직 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 충방전 제어 로직 및 방법은 주행 속도를 통해서 도심 주행 모드, 고속 주행 모드 및 일반 주행 모드 중에서 어느 주행 모드인지 여부에 따라, 저장되어 있는 모드별 SOC 전략 결정값들 중에서 상기 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값을 선정하는 SOC 전략 선정 단계와, 킥다운 횟수 및 엑셀 페달 구동을 통해 운전자의 주행 성향을 판단하는 운전자 성향 판단 단계와, 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수가 큰지 여부를 판단하는 환경 변수 판단 단계 및 상기 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 상기 SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 보정하고, 모니터링된 배터리 SOC가 포함되는 SOC 밴드에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어하는 SOC 밴드 보정 및 제어 단계를 포함할 수 있다.

상기 고속 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값은 상기 일반 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값에 비해서 SOC 하이 밴드가 더 넓고, 상기 도심 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값은 상기 일반 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값에 비해서 SOC 로우 밴드가 더 넓을 수 있다.

상기 운전자 성향 판단 단계에서는 상기 운전자의 운전 성향이 킥다운 변속이 잦고, 액셀 페달의 개도 변화가 클 경우를 스포티한 것으로 판단할 수 있다.

상기 환경 변수 판단 단계에서는 차량이 주행하는 노면의 경사가 있거나, 외부 온도 및 배터리 온도가 높을 경우에는 환경 변수가 큰 것으로 판단할 수 있다.

상기 SOC 밴드 보정 및 제어 단계에서는 상기 운전자 성향 판단 단계에서 운전 성향이 스포티한 것으로 판단되거나, 상기 환경 변수 판단 단계에서 환경 변수가 큰 것으로 판단되면, 설정 되어 있는 SOC 전략의 SOC 로우 밴드를 더 넓게 설정하여, SOC 충전량을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 충방전 제어 로직 및 방법은 킥다운 횟수 및 엑셀 페달 구동을 통해 운전자의 주행 성향이 스포티한지 여부에 따른 운전자 성향과, 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수에 대한 밴드 변화량을 산출하는 밴드 변화량 산출부와, 주행 모드별 SOC 전략 결정값을 저장하고 있으며, 상기 밴드 변화량을 통해 상기 주행 모드별 SOC 전략 결정값을 보정하고, 모니터링된 배터리 SOC를 통해서 상기 주행 모드별 SOC전략 결정값에 대한 각각의 배터리 충방전 제어를 위한 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 상기 SOC 전략 결정 값 중에서 현재 주행 모드에 따른 SOC 전략 결정값을 선정하고, 선정된 SOC 전략 결정값에 대한 제어신호를 출력하는 최종 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 배터리 충방전 제어 로직 및 방법은 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수를 고려하여, SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 설정하므로, 배터리의 충방전을 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 배터리 SOC를 용이하게 제어하여 연비를 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 배터리 충방전 제어 방법을 실행하기 위한 제어 로직을 도시한 블록도이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 그리고 도 2를 참조하면, 도 1의 배터리 충방전 제어 방법을 실행하기 위한 제어 로직을 도시한 블록도가 도시되어 있다.

우선, 배터리 충방전 제어 로직(100)은 밴드 변화량 산출부(110), 제어부(120) 및 최종 제어부(130)로 이루어진다.

그리고 밴드 변화량 산출부(110)는 킥다운 변속이 발생된 횟수와 엑셀 페달 구동을 통해 알 수 있는 스포티한 주행 성향을 갖는지 여부에 대한 운전자 성향을 인가받고, 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도등과 같은 환경 변수를 인가 받아서, 상기 운전자의 성향과 상기 환경 변수에 대한 밴드 변화량을 산출한다.

즉, 이러한 밴드 변화량 산출부(110)는 운전자 성향에 대한 변수와, 환경 변수를 통해서 배터리 충전 상태(이하 "SOC"; State of Charge)에 대한 전략 결정값의 SOC 밴드를 보정할 밴드 변화량을 산출한다.

그리고 제어부(120)는 주행 모드별 SOC 전략 결정값을 저장하고 있다. 여기서 주행 모드는 차속 변화를 통해 저속으로 주행하여 전기차 모드로 주행하는 구간이 큰 도심 주행 모드와, 엔진을 통해 고속 주행을 지속하고, 브레이크 구동시 회생 제동에 의해 배터리를 충전함으로써 배터리의 SOC가 일정값 이상으로 계속 유지되는 고속 주행 모드 및 저속과 고속 주행을 반복 주행하는 일반 주행 모드로 나뉠 수 있다.

즉, 제어부(120)는 상기 3가지 모드에 대한 SOC 전략 결정 값(121,122,123)을 각각 저장하고 있다. 여기서 일반 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값(121)은 도 2에 도시된 바와 같이, 크리티컬 로우 밴드(0~25), 로우 밴드(25~40), 노말 밴드(40~70), 하이 밴드(70~80) 및 크리티컬 하이 밴드(80~100)로 이루어질 수 있다.

그리고 고속 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값(122)은 고속 주행을 지속하여, 배터리의 SOC가 일정값 이상으로 계속 유지되므로, 하이 밴드 영역을 더 넓도록 설정한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 고속 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값(122)은 노말 밴드(40~55)를 일반 주행 모드에 비해서 줄이고, 하이 밴드(55~80)를 일반 주행 모드에 비해 더 넓게 설정하여, 동일한 배터리 SOC가 모니터링 되어도 방전 지향적으로 배터리가 제어되도록 할 수 있다.

예를 들어, 모니터링 배터리의 SOC가 60일 경우에 일반 주행 모드에서는 노말 밴드에 포함되지만, 고속 주행 모드에 대한 SOC 밴드는 하이 밴드에 포함되므로, 배터리의 SOC가 노말 밴드로 유지되도록 제어하기 위해서, 배터리를 방전 지향적으로 제어한다.

그리고 도심 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값(123)은 저속 주행이 잦아 전기차 모드로 주행하는 구간이 크므로, 배터리의 사용량이 많게 되어 SOC가 일정값 이하로 계속 유지되므로, 로우 밴드 영역을 더 넓도록 설정한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 도심 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값(123)은 노말 밴드(55~70)를 일반 주행 모드에 비해서 줄이고, 로우 밴드(25~55)를 일반 주행 모드에 비해 더 넓게 설정하여, 동일한 배터리 SOC가 모니터링 되어도 충전 지향적으로 배터리가 제어되도록 할 수 있다.

예를 들어, 모니터링 배터리의 SOC가 50일 경우에 일반 주행 모드에서는 노말 밴드에 포함되지만, 도심 주행 모드에 대한 SOC 밴드는 로우 밴드에 포함되므로, 배터리의 SOC가 노말 밴드로 유지되도록 제어하기 위해서, 배터리를 충전 지향적으로 제어한다.

그리고 이러한 주행 모드별 SOC전략 결정값(121, 122, 123)은 밴드 변화량 산출부(110)에서 출력되는 밴드 변화량을 적용하여, 보정할 수 있다.

예를 들어, 운전자의 운전 성향이 킥다운 변속이 잦고, 액셀 페달의 개도 변화가 클 경우에는 운전 성향이 스포티한 것으로 충전 지향적으로 배터리가 제어되도록 제어부(120)에서는 주행 모드별 SOC전략 결정값(121, 122, 123)의 로우 밴드를 더 넓게 설정한다. 또한 차량이 주행하는 노면의 경사가 있거나, 외부 온도 및 배터리 온도가 높을 경우에는 환경 변수가 큰 것으로, 충전 지향적으로 배터리가 제어되도록 제어부(120)에서는 주행 모드별 SOC전략 결정값(121, 122, 123)의 로우 밴드를 더 넓게 설정한다. 이와 같이 로우 밴드의 최대값을 더 크게 설정함으로써, 노말 밴드의 최소값을 더 작게 설정하여 동일한 SOC일 경우에도 보다 배터리를 충전 지향적으로 제어하도록 유도한다.

그리고 최종 제어부(130)는 차량의 주행 모드별 SOC 전략 결정값(121, 122, 123) 중에서, 현재 차량의 주행 모드에 따른 SOC 전략 결정값을 선택하고, 선택된 SOC 전략 결정값에서 모니터링된 배터리의 SOC가 포함되는 밴드를 판단하고, 상기 밴드 영역에 따라 배터리를 일반, 충전 지향적 또는 방전 지향적으로 제어한다.

그리고 이하에서는 도 1의 배터리 충방전 제어 방법을 도 2의 배터리 충방전 제어 로직을 통해 설명하고자 한다.

우선, 차량의 주행 속도를 통해서 주행 모드가 도심 주행 모드, 고속 주행 모드 및 일반 주행 모드 중에서 어느 주행 모드인지 여부를 판단하고, SOC 전략 결정값을 선정하는 SOC 전략 선정 단계(S1)를 실행한다. 즉, 제어부(120)는 저장되어 있는 복수의 각 주행 모드별 SOC 전략 결정값(121, 122, 123)중에서 현재의 주행 모드에 따른 SOC 전략 결정값을 선정한다.

그리고 킥다운 변속 횟수와 엑셀 페달의 구동 상태를 통해 운전자의 주행 성향이 스포티한지 여부를 판단하는 운전자 성향 판단 단계(S2)를 실행한다. 이러한 운전자 성향 판단 단계(S2)에서는 킥다운 변속 횟수가 잦고 엑셀 페달의 개도 변화가 크게 자주 발생될수록, 운전자의 운전자 성향이 스포티한 것으로 판단하여, 운전자 성향에 대한 변수값을 증가시켜서 밴드 변화량 산출부(110)로 인가한다. 이러한 운전자 성향 판단을 별도의 제어부를 통해 수행할 수 있다.

그리고 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수가 큰지 여부를 판단하는 환경 변수 판단 단계(S3)를 실행한다. 이러한 환경 변수 판단 단계(S3)에서는 차량이 주행하는 노면의 경사가 있거나, 외부 온도 및 배터리 온도가 높을 경우에는 배터리 사용이 증가하므로 환경 변수가 큰 것으로 판단하여, 높은 환경 변수를 밴드 변화량 산출부(110)로 인가한다. 이러한 환경 변수 판단 단계를 별도의 제어부를 통해 수행할 수 있다.

그리고 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어부(120)가 SOC 밴드 변화량을 산출하여, SOC 전략 결정값의 밴드값을 보정하는 SOC 밴드 보정 단계(S4)를 실행한다. 이러한 SOC 밴드 보정은 운전자의 운전 성향이 킥다운 변속이 잦고, 액셀 페달의 개도 변화가 클 경우에는 운전 성향이 스포티한 것으로 충전 지향적으로 배터리가 제어되도록 제어부(120)에서는 주행 모드별 SOC전략 결정값(121, 122, 123)의 로우 밴드를 더 넓게 설정한다. 또한 차량이 주행하는 노면의 경사가 있거나, 외부 온도 및 배터리 온도가 높을 경우에는 환경 변수가 큰 것으로, 충전 지향적으로 배터리가 제어되도록 제어부(120)에서는 주행 모드별 SOC전략 결정값(121, 122, 123)의 로우 밴드를 더 넓게 설정한다.

즉, 운전자의 성향 및 환경 변수에 따라 SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 보정하여, 동일한 배터리 SOC가 출력되어도 운전자의 성향 및 환경변수에 따라 배터리의 충방전 제어가 상이하도록 유도할 수 있다.

그리고 현재 배터리의 SOC를 모니터링(S5)하고 선택된 SOC 전략 결정값에서 모니터링된 배터리의 SOC가 포함되는 밴드에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 SOC 제어 단계(S6)를 실행한다.

즉, 이와 같은 배터리 충방전 제어 로직 및 방법은 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수를 고려하여, SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 설정하므로, 배터리의 충방전을 주행 모드, 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 배터리 SOC를 용이하게 제어하여 연비를 증가시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 충방전 제어 로직 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 배터리 충방전 제어 로직 110; 밴드 변화량 산출부
120; 제어부 130; 최종 제어부

Claims

주행 속도를 통해서 도심 주행 모드, 고속 주행 모드 및 일반 주행 모드 중에서 어느 주행 모드인지 여부에 따라, 저장되어 있는 모드별 SOC 전략 결정값들 중에서 상기 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값을 선정하는 SOC 전략 선정 단계;
킥다운 횟수 및 엑셀 페달 구동을 통해 운전자의 주행 성향을 판단하는 운전자 성향 판단 단계;
차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수가 큰지 여부를 판단하는 환경 변수 판단 단계; 및
상기 운전자 성향 및 환경 변수에 따라 상기 SOC 전략 결정값의 SOC 밴드를 보정하고, 모니터링된 배터리 SOC가 포함되는 SOC 밴드에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어하는 SOC 밴드 보정 및 제어 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고속 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값은 상기 일반 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값에 비해서 SOC 하이 밴드가 더 넓고,
상기 도심 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값은 상기 일반 주행 모드에 대한 SOC 전략 결정값에 비해서 SOC 로우 밴드가 더 넓은 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 운전자 성향 판단 단계에서는 상기 운전자의 운전 성향이 킥다운 변속이 잦고, 액셀 페달의 개도 변화가 클 경우를 스포티한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 환경 변수 판단 단계에서는
차량이 주행하는 노면의 경사가 있거나, 외부 온도 및 배터리 온도가 높을 경우에는 환경 변수가 큰 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 SOC 밴드 보정 및 제어 단계에서는
상기 운전자 성향 판단 단계에서 운전 성향이 스포티한 것으로 판단되거나, 상기 환경 변수 판단 단계에서 환경 변수가 큰 것으로 판단되면, 설정 되어 있는 SOC 전략의 SOC 로우 밴드를 더 넓게 설정하여, SOC 충전량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
킥다운 횟수 및 엑셀 페달 구동을 통해 운전자의 주행 성향이 스포티한지 여부에 따른 운전자 성향과, 차량이 주행하는 노면의 경사, 외부 온도 및 배터리 온도를 통해서 환경 변수에 대한 밴드 변화량을 산출하는 밴드 변화량 산출부;
주행 모드별 SOC 전략 결정값을 저장하고 있으며, 상기 밴드 변화량을 통해 상기 주행 모드별 SOC 전략 결정값을 보정하고, 모니터링된 배터리 SOC를 통해서 상기 주행 모드별 SOC전략 결정값에 대한 각각의 배터리 충방전 제어를 위한 제어 신호를 출력하는 제어부;
상기 제어부의 상기 SOC 전략 결정 값 중에서 현재 주행 모드에 따른 SOC 전략 결정값을 선정하고, 선정된 SOC 전략 결정값에 대한 제어신호를 출력하는 최종 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 로직.