KR20130066983A - 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것으로서, 특히, 현재 충전 또는 방전되고 있는 배터리의 SOC까지 고려함으로써 적정한 SOC 밸런스 제어가 가능하도록 함으로써 보다 효율적인 하이브리드 자동차의 주행환경을 유지할 수 있는 이점을 제공한다.

Description

하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법{Control method Charging and discharging to battery for hybrid-vehicles}

본 발명은 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 현재의 배터리 충전 및 방전 허용량을 연산할 때, 상대적으로 현재의 충전 및 방전 파워량도 고려하여 보다 능동적인 현재의 SOC 밸런스 제어를 수행할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 자동차라 함은, 기존의 가솔린 엔진과 전기 모터를 병행하여 사용하는 자동차를 말한다.

기존의 가솔린 엔진이 비효율적인 주행환경일 경우 모터의 충전 및 방전을 통해 시스템의 효율성을 높이고(Load leveling), 차량의 주행 감속시 브레이크에서 마찰열로 방출되는 운동에너지를 모터를 역회전시켜 전기를 생산(이를 "회생제동"이라 함)하여 배터리에 충전함으로써 연비를 향상시킬 수 있게 되었다.

이러한 하이브리드 자동차는 Motor only 여부에 따라 크게 Soft 및 Hard 타입으로 나뉘는데, 그 중 Hard 타입은, 엔진의 On/Off 판단 여부, 엔진 및 모터의 동력분배에 따라 연비와 운전성에 큰 영향을 미친다.

엔진의 On/Off 여부, 엔진 및 모터의 동력분배는, 차속, APS Depth, 변속단 등 여러 가지 요소에 의해 결정되며, 그 중 배터리 SOC(배터리 에너지 레벨, State of Charge)가 가장 중요한 팩터이다.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전 및 방전시의 충전 허용량 및 방전 허용량을 나타낸 그래프이다.

배터리의 충방전 제어는, 도 1에 나타난 바와 같이, SOC는 정상 영역(Normal)을 유지할 수 있도록 엔진의 운전점을 설정해야 하며, 만약 SOC가 정상 영역에서 벗어났을 경우에는 정상 영역으로 회복할 수 있도록 배터리를 충전 및 방전 제어한다(이와 같은 배터리의 충방전 제어를 이하 "SOC 밸런스 제어"라 칭함).

기본적으로, SOC 밸런스 제어는, 현재의 SOC값에 따라 충방전 가능한 파워량을 연산한다. 즉, 설정 SOC값 이하일 경우에는 방전 제한 파워량은 낮아지고, 충전 제한 파워량은 높게 설정되며, 설정 SOC값을 초과한 경우에는 방전 제한 파워량은 높아지고, 충전 제한 파워량은 낮게 설정되는 것이다. 예를 들면, SOC가 30％ 정도에서는 충전을 지향하기 위해서 충전 제한 파워량은 30Kw, 방전 제한 파워량은 10Kw로 설정될 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법은, 현재의 배터리가 어떠한 이유에서든 충전이 불가능하고 방전만이 가능한 상황일 경우이거나 방전이 불가능하고 충전만이 가능한 경우가 있을 수 있다. 일례로, 충전이 불가능하고 방전만이 가능한 경우에는, 위 설정 SOC값에 따라 방전 제한 파워량은 여전히 10Kw만큼 방전되도록 설정된 바, SOC가 지속적으로 낮아짐으로써 결국 SOC 밸런스 제어에 실패하게 된다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리의 충전이 불가능하고 방전만이 가능하거나, 배터리의 방전이 불가능하고 충전만이 가능한 경우에, 현재의 배터리 충전 및 방전 허용량을 연산할 때, 상대적으로 현재의 충전 및 방전 파워량도 고려하여 보다 능동적인 현재의 SOC 밸런스 제어를 수행할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 배터리 에너지 레벨을 감지하는 배터리 감지 단계와, 상기 배터리 감지 단계에 의하여 감지된 에너지 레벨(제1레벨)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제1허용 파워량을 연산하는 제1연산 단계와, 상기 제1연산 단계에 의하여 연산된 상기 제1허용 파워량을 기준으로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 최초 충전 및 방전 제어 단계와, 상기 최초 충전 및 방전 제어 단계에 의하여 상기 배터리의 충전 및 방전시의 에너지 레벨(제2레벨)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제2허용 파워량을 연산하는 제2연산 단계와, 상기 제1허용 파워량 및 상기 제2허용 파워량에 따라 가변적으로 상기 배터리를 충전 또는 방전하는 최종 충전 및 방전 제어 단계를 포함한다.

여기서, 상기 최종 충전 및 방전 제어 단계는, 상기 제1연산 단계에서 연산된 제1허용 파워량과 상기 제2연산 단계에서 연산된 제2허용 파워량의 최소값을 최종 허용 파워량으로 설정하여 상기 배터리를 충전 또는 방전하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 최종 허용 파워량은, 상기 배터리에 충전되는 충전 파워 제한량 및 상기 배터리로부터 방전되는 방전 파워 제한량 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 최종 충전 및 방전 제어 단계 중 최종 충전 단계는, 상기 배터리를 방전할 수 없는 조건일 경우에 상기 최종 허용 파워량에 해당하는 충전 파워 제한량 이하만큼만 상기 배터리를 충전시키는 단계이다.

또한, 상기 최종 충전 및 방전 제어 단계 중 최종 방전 단계는, 상기 배터리를 충전할 수 없는 조건일 경우에 상기 최종 허용 파워량에 해당하는 방전 파워 제한량 이하만큼만 상기 배터리를 방전시키는 단계이다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법은, 배터리의 충전이 불가능하고 방전만이 가능하거나, 배터리의 방전이 불가능하고 충전만이 가능한 경우라도, 보다 능동적인 현재의 SOC 밸런스 제어가 가능한 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전 및 방전시의 충전 허용량 및 방전 허용량을 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 개략도이며,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 가솔린 엔진과 전기 모터를 병행하여 동력을 생성하는 하이브리드 자동차에 관련된 것으로서, 엔진은 가솔린에 한정되는 것은 아니고, 화석연료가 사용되는 엔진이라면 모두 본 발명의 권리범위에 해당한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 배터리 에너지 레벨(SOC : State Of Charge)을 감지하는 배터리 감지 단계(S10)와, 상기 배터리 감지 단계(S10)에 의하여 감지된 에너지 레벨(이하, '제1레벨'이라 칭함)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제1허용 파워량을 연산하는 제1연산 단계(S20)를 포함한다.

일반적으로 하이브리드 자동차는, 엔진을 주 동력원 발생 장치로 사용하기에 부적합(비효율)한 주행환경일 때에는 모터의 충방전을 통해 전체적인 시스템의 효율을 높이고, 차량의 감속시 브레이크에서 마찰열로 소모되는 운동에너지를 이용하여 모터를 역회전시킴으로써 전기를 생산(회생제동)하여 배터리에 충전하는데, 이 때, 배터리를 충전할지 방전할지의 여부는 배터리 감지 단계(S10)에 의하여 감지된 현재의 배터리 에너지 레벨(SOC)가 되고, SOC는 비상 주행시를 고려하여 도 2에 참조된 바와 같이, 정상 영역(Normal 영역)에서 벗어나지 않도록 유지되어야 한다(이를 소위, "SOC 밸런스 제어"라 함).

여기서, 제1허용 파워량이라 함은, SOC 밸런스 제어에 적합한 충전 허용 파워량과 방전 허용 파워량을 말하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 제1연산 단계(S20)에 의하여 연산된 제1허용 파워량을 기준으로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 최초 충전 및 방전 제어 단계(S30)를 더 포함한다.

최초 충전 및 방전 제어 단계(S30)는, 현재 배터리를 충전하고 있는지 여부 및 배터리를 방전하고 있는지 여부를 확인함이 없이 단순하게 제1연산 단계(S20)에 의하여 연산된 제1허용 파워량을 기준으로 배터리를 충전하는 단계이다.

배터리 감지 단계(S10)에 의하여 현재의 SOC가 감지되면, 현재의 SOC의 감지값에 대응한 제1허용 파워량을 미리 설정값으로 입력하여 둠으로써 곧바로 설정된 제1허용 파워량만큼의 SOC 밸런스 제어를 하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 최초 충전 및 방전 제어 단계(S30)에 의하여 배터리의 충전 및 방전이 시작되면, 이 때의 배터리 에너지 레벨(이하, "제2레벨"이라 칭함)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제2허용 파워량을 연산하는 제2연산 단계(S40)를 더 포함한다.

여기서의 제2레벨이라 함은, 배터리가 충전 또는 방전이 되고 있는 현재의 배터리 에너지 레벨을 말하는 것으로서, 이는 실질적으로 배터리가 충전되고 있는 상황인지 여부 및 배터리가 방전되고 있는 상황인지 여부를 파악한 후, 배터리의 충전 및 방전 상황을 고려하여 적정의 SOC 밸런스 제어를 위한 기준을 마련하기 위함이다.

예컨대, 제2연산 단계(S40)에서 연산된 제2허용 파워량은, 현재 배터리를 통해 충전되고 있는 파워량에 비례하여 방전 허용 파워량도 증가하도록 설정함은 물론, 현재 충전이 되지 않은 상황에서는 방전 허용 파워량은 방전이 불가능하도록 설정하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 제1허용 파워량 및 제2허용 파워량에 따라 가변적으로 배터리를 충전 또는 방전하는 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)를 더 포함한다.

여기서, 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)가 가변적으로 배터리를 충전 또는 방전하는 단계인 이유는, 제2허용 파워량은 현재 충전 또는 방전되고 있는 배터리의 상태를 반영한 수치이므로, 제2허용 파워량은 가변적일 수 밖에 없고, 이에 따라 최종적으로 배터리를 충전 또는 방전하는 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50) 또한 가변적일 수 밖에 없다.

최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)는, 제1연산 단계(S20)에서 연산된 제1허용 파워량과 제2연산 단계(S40)에서 연산된 제2허용 파워량의 최소값을 최종 허용 파워량으로 설정하여 배터리를 충전 또는 방전하는 단계이다.

여기서, 최종 허용 파워량은, 배터리에 충전되는 충전 파워 제한량일 수도 있고, 배터리로부터 방전되는 방전 파워 제한량일 수도 있다.

따라서, 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)는, 충전 파워 제한량이 적용되는 최종 충전 제어 단계일 수도 있고, 방전 파워 제한량이 적용되는 최종 방전 제어 단계일 수도 있다.

여기서, 최종 충전 파워 제한량이 적용되는 최종 충전 제어 단계는, 여하한 이유에서든 배터리를 방전할 수 없는 조건일 경우에 최종 허용 파워량에 해당하는 충전 파워 제한량 이하만큼만 배터리를 충전시키는 단계이다.

또한, 최종 방전 파워 제한량이 적용되는 최종 방전 제어 단계는, 여하한 이유에서든 배터리를 충전할 수 없는 조건일 경우에 최종 허용 파워량에 해당하는 방전 파워 제한량 이하만큼만 배터리를 방전시키는 단계이다.

이와 같은 단계로 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법은, 현재 배터리가 충전 또는 방전되고 있는 배터리의 상황까지 고려하여 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있도록 하는 것을 골자로 한다.

즉, 최초의 배터리 감지 단계(S10)에 의하여 감지된 SOC에 따른 제1허용 파워량만을 기준으로 배터리를 충전 또는 방전할 경우, 어떠한 이유로든 충전할 수 없는 조건에서는 방전을 지속하여 완전 방전되는 상황과, 어떠한 이유로든 방전할 수 없는 조건에서는 충전을 지속하여 완전 충전되는 상황처럼 SOC 밸런스 제어가 유지되지 못하는 문제점을 본 발명에 의한 제어방법을 이용하여 보다 강건성 있는 SOC 밸런스 제어를 구현할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 제어과정을 도 3을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 배터리 감지 단계(S10)에 의하여 현재 배터리 충전 또는 방전이 이루어지지 않고 있는 배터리의 배터리 에너지 레벨(SOC)을 감지한다.

다음으로, 제1연산 단계(S20)에 의하여 SOC에 따른 제1허용 파워량을 연산하고, 연산된 제1허용 파워량을 기준으로 최초 충전 및 방전 제어 단계(S30)를 거친다.

그리고, 최초 충전 및 방전 제어 단계(S30)에 의하여 충전 또는 방전되고 있는 배터리의 현재 SOC를 기준으로 제2허용 파워량을 연산한 다음 가변적으로 배터리를 충전 또는 방전 하는 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)를 수행한다.

이때, 최종 충전 및 방전 제어 단계(S50)는, 제1허용 파워량 및 제2허용 파워량 중 최소값을 최종 허용 파워량으로 설정함으로써 적정한 SOC 밸런스 제어를 수행하는 것이다.

이상, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아님에 주의하여야 한다. 예를 들면, 본 발명에서는 현재 충전 또는 방전되고 있는 배터리의 상황까지 고려하여 적정한 SOC 밸런스 제어를 위한 것인 바, 현재의 배터리를 충전하고 있는 상황 및 방전하고 있는 상황을 반영하는 SOC 밸런스 제어와 관련된 것이라면 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능할 우려가 있는 바, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여서만 정해져야 할 것이다.

S10: 배터리 감지 단계 S20: 제1연산 단계
S30: 최초 충전 및 방전 제어 단계 S40: 제2연산 단계
S50: 최종 충전 및 방전 제어 단계

Claims (5)

1. 배터리 에너지 레벨을 감지하는 배터리 감지 단계와;
   상기 배터리 감지 단계에 의하여 감지된 에너지 레벨(제1레벨)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제1허용 파워량을 연산하는 제1연산 단계와;
   상기 제1연산 단계에 의하여 연산된 상기 제1허용 파워량을 기준으로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 최초 충전 및 방전 제어 단계와;
   상기 최초 충전 및 방전 제어 단계에 의하여 상기 배터리의 충전 및 방전시의 에너지 레벨(제2레벨)을 기준으로 충전 또는 방전될 수 있는 제2허용 파워량을 연산하는 제2연산 단계와;
   상기 제1허용 파워량 및 상기 제2허용 파워량에 따라 가변적으로 상기 배터리를 충전 또는 방전하는 최종 충전 및 방전 제어 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 충방전 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 최종 충전 및 방전 제어 단계는,
   상기 제1연산 단계에서 연산된 제1허용 파워량과 상기 제2연산 단계에서 연산된 제2허용 파워량의 최소값을 최종 허용 파워량으로 설정하여 상기 배터리를 충전 또는 방전하는 하이브리드 자동차의 충방전 제어방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 최종 허용 파워량은,
   상기 배터리에 충전되는 충전 제한량 및 상기 배터리로부터 방전되는 방전 제한량 중 어느 하나인 하이브리드 자동차의 충방전 제어방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 최종 충전 및 방전 제어 단계 중 최종 충전 단계는, 상기 배터리를 방전할 수 없는 조건일 경우에 상기 최종 허용 파워량에 해당하는 충전 제한량 이하만큼만 상기 배터리를 충전시키는 하이브리드 자동차의 충방전 제어방법.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 최종 충전 및 방전 제어 단계 중 최종 방전 단계는, 상기 배터리를 충전할 수 없는 조건일 경우에 상기 최종 허용 파워량에 해당하는 방전 제한량 이하만큼만 상기 배터리를 방전시키는 하이브리드 자동차의 충방전 제어방법.
   

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