KR20150004057A - 차량의 배터리 soc 제어방법 - Google Patents

Abstract

차량 배터리 SOC값의 상한값과 하한값을 설정하고, 상한값과 하한값 사이에 목표기준값을 설정하여 차량 배터리가 목표기준값을 중심으로 충방전되되, 충방전시 SOC값이 상한값을 넘거나 하한값 아래로 떨어지지 않도록 제어하는 차량의 배터리 SOC 제어방법으로, 배터리의 열화정도를 측정하는 배터리 열화측정단계; 측정된 배터리의 열화정도를 설정된 기준값과 비교하고, 배터리의 열화정도가 설정된 기준값 이상일 경우, 목표기준값을 상향 조정하는 기준치상향단계; 상기 상한값과 하한값을 각각 상향 조정하는 경계값상향단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.

Description

차량의 배터리 SOC 제어방법{Method for Battery SOC Control for Vehicle}

본 발명은 배터리 열화에 따른 저항의 증가정도를 감소시켜 전체적인 배터리 수명을 향상시키는 차량의 배터리 SOC 제어방법에 관한 것이다.

세계적인 고유가 이슈 및 이산화탄소 규제로 인하여 자동차의 연비향상 및 친환경 차량개발은 자동차 제조회사들의 가장 큰 관심사가 되었으며, 선진 자동차 회사들은 이러한 사용자들의 요구에 부합하기 위하여 기존의 내연기관 시스템에 전기에너지를 결합한 다양한 종류의 친환경 차량을 개발중에 있다.

이러한 친환경 차량에 있어서 매우 중요한 부품중 한가지는 바로 배터리이다.

일반적으로 하이브리드 차량 또는 EV 차량의 경우 배터리를 제어하는 방법으로 배터리의 충전상태량(State of Charge, SOC)을 제어하는 방법이 있는데, 이러한 일반적인 제어 방법에 관하여 KR10-2011-0054135A 의 "하이브리드 차량의 배터리 ＳＯＣ 밸런싱 제어 방법"에는 "하이브리드 차량의 전반적인 주행 제어시, 배터리의 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." 라고 설명되어 있다.

하지만, 상기와 같이 SOC를 제어한다 하더라도 배터리는 사용자에 따라 다양한 환경조건에 노출되기 때문에 동일 주행거리를 주행하여도 배터리는 서로 다르게 열화가 진행되게 되고, 이로 인해 악조건하에서는 배터리의 내구성능 품질문제가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 악조건 하에서도 배터리 내부의 열화되는 정도를 낮추어 배터리의 내구성능을 향상시키고 품질문제를 해결할 수 있는 방법이 필요하게 된 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR10-2011-0054135A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리의 열화정도에 따라 운용되는 SOC 영역을 변경하여 배터리가 열화되는 속도를 늦추므로써 배터리의 내구성능을 향상시키는 차량의 배터리 SOC 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법은 차량 배터리 SOC값의 상한값과 하한값을 설정하고, 상한값과 하한값 사이에 목표기준값을 설정하여 차량 배터리가 목표기준값을 중심으로 충방전되되, 충방전시 SOC값이 상한값을 넘거나 하한값 아래로 떨어지지 않도록 제어하는 차량의 배터리 SOC 제어방법으로, 배터리의 열화정도를 측정하는 배터리 열화측정단계; 측정된 배터리의 열화정도를 설정된 기준값과 비교하고, 배터리의 열화정도가 설정된 기준값 이상일 경우, 목표기준값을 상향 조정하는 기준치상향단계; 상기 상한값과 하한값을 각각 상향 조정하는 경계값상향단계; 를 포함한다.

상기 열화정도는 배터리의 열화상태에 따른 특정된 값으로 산출될 수 있다.

상기 경계값상향단계에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계에서 목표기준값이 상향 조정된 양과 동일한 양만큼 상향 조정될 수 있다.

상기 경계값상향단계에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계에서 목표기준값이 상향 조정된 양에 관계없이 각각 독립적인 상승폭을 가지고 상향 조정될 수 있다.

상기 경계값상향단계에서 상한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 높은값으로 설정될 수 있다.

상기 경계값상향단계에서 하한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 낮은값으로 설정될 수 있다.

상기 상향 조정된 목표기준값과 상향 조정된 상한값 및 상향 조정된 하한값은, 상향 조정된 이후 상향 조정된 값을 계속 유지할 수 있다.

상기 경계값상향단계가 수행된 이후, 상기 기준값을 새로운 값으로 갱신하는 기준값 갱신단계;를 더 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 배터리 SOC 제어방법에 따르면, 차량 사용 조건에 관계없이 목표하고자 한 배터리 내구 성능을 운전자에게 제공할 수 있다.

또한, 별도의 장치를 추가하는 것이 아니고 기존에 존재하던 SOC 운영제어를 이용함으로써, 별도의 추가 비용이 발생하지 않는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법의 순서도.
도 2는 목표기준값의 상향 조정 이전의 일반적인 상태에서의 사용조건에 따른 출력시간 비교를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법에 따라 목표기준값이 상향 조정되기 이전과 이후의 배터리 출력시간을 비교한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법의 순서도로서, 차량 배터리 SOC값의 상한값과 하한값을 설정하고, 상한값과 하한값 사이에 목표기준값을 설정하여 차량 배터리가 목표기준값을 중심으로 충방전되되, 충방전시 SOC값이 상한값을 넘거나 하한값 아래로 떨어지지 않도록 제어하는 차량의 배터리 SOC 제어방법으로, 배터리의 열화정도를 측정하는 배터리 열화측정단계(S100); 측정된 배터리의 열화정도를 설정된 기준값과 비교(S210)하고, 배터리의 열화정도가 설정된 기준값 이상일 경우, 목표기준값을 상향 조정(S220)하는 기준치상향단계(S200); 상기 상한값과 하한값을 각각 상향 조정하는 경계값상향단계(S300);를 포함한다.

구체적으로는, 배터리의 열화정도를 측정함에 있어서, 상기 열화정도는 배터리의 열화상태에 따른 특정된 값으로 산출될 수 있는데, 상기 열화정도를 산출하는 방법에는 직접적으로 센서를 통해 측정하는 방법이나, 별도의 산출 로직을 통하여 열화정도를 산출하는 방법이 포함될 수 있다.

또한, 열화정도를 측정함에 있어서, 실시간으로 계속 배터리로부터 열화정도를 검출할 수도 있고, 일정한 주기를 두고 검출할 수도 있다.

또한, 상기 기준치상향단계(S200)에서 목표기준값을 상향 조정한다는 것은 상향 조정하기 바로 직전에 이미 설정되어 있던 목표기준값을 기준으로 그보다 상향값으로 조정한다는 의미이며, 상기 경계값상향단계(S300)에서 상한값과 하한값을 각각 상향 조정한다는 것 또한, 상향 조정하기 바로 직전에 이미 설정되어 있던 상한값 및 하한값을 기준으로 그보다 상향값으로 각각 조정한다는 의미이다.

여기서 상향되는 정도는 실험에 의해 제시됨이 바람직하다.

한편, 상기 경계값상향단계(S300)에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계(S200)에서 목표기준값이 상향 조정된 양과 동일한 양만큼 상향 조정될 수 있다.

예를들어, 목표기준값이 60%이고 이 때의 상한값은 80%, 하한값은 40%라고 할 때, 상향 조정된 목표기준값이 70%라고 하면, 10%가 상향 조정된 것이며, 이 10%만큼 상한값과 하한값도 상향 조정되어 최종적으로 상향 조정된 상한값은 90%, 상향 조정된 하한값은 50%가 되는 것이다.

상기와 같이 기존의 상한값과 하한값 및 목표기준값이 그대로 쉬프트 되어 상향 조정됨에 따라, 기존과 동일한 상한값과 목표기준값 간의 편차 및 하한값과 목표기준값 간의 편차를 가지게 되므로, 상향 조정된 목표기준값을 중심으로 충방전이 이루어 질시 배터리 충방전 한계치에 대해 별도의 설정을 할 필요가 없게 되는 장점이 있다.

반면, 상기의 설정과는 반대로 상기 경계값상향단계(S300)에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계(S200)에서 목표기준값이 상향 조정된 양에 관계없이 각각 독립적인 상승폭을 가지고 상향 조정될 수도 있다.

즉, 예를 들어, 목표기준값이 10% 상향 조정되었다 하더라도, 상한값과 하한값은 각각 5%, 15% 만큼만 상향 조정되거나, 상한값은 상향 조정되지 않고 하한값만 15% 만큼만 상향조정될 수 있으며, 이 경우 충전할 수 있는 한계치와 출력을 낼 수 있는 한계치를 별도로 설정할 수 있게 되어 배터리의 상태에 따라 출력 가능량을 더욱 제한하여 전체적인 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 경계값상향단계(S300)에서 상한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 높은값으로 설정되고, 상기 경계값상향단계(S300)에서 하한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 낮은값으로 설정되는 것이 바람직하다.

특히, 상기에서 언급한 바와 같이 상한값과 하한값이 목표기준값의 상승폭에 관계없이 독립적인 상승폭을 가질 경우 상향 조정된 상한값이 상향 조정된 목표기준값보다 낮은값을 가지게 되거나, 상향 조정된 하한값이 상향 조정된 목표기준값보다 높은값을 가지게 되는 경우가 발생할 수도 있는 바, 이렇게 되는 경우 상한값과 하한값의 의미가 사라지게 되므로 상기와 같이 상향 조정된 상한값은 상향 조정된 목표기준값 보다 높은값으로 설정되고, 상향 조정된 하한값은 상향 조정된 목표기준값 보다 낮은값으로 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 상향 조정된 목표기준값과 상향 조정된 상한값 및 상향 조정된 하한값은, 상향 조정된 이후 상향 조정된 값을 계속 유지하게 될 수 있는데, 최종적으로 경계값상향단계(S300)가 수행된 이후에는 상향 조정된 목표기준값과 상향 조정된 상한값 및 상향 조정된 하한값을 설정값으로 하여 SOC 제어를 수행하게 되며, 더 이상의 상향 조정은 이루어지지 않는다. 즉, 이 경우 배터리 전체 수명에서 단 한번의 상향 조정만 이루어지는 것이다.

배터리 전체 수명에서 단 한번의 목표기준값과 상한값 및 하한값의 상향 조정만 있다하더라도 배터리 전체 수명을 크게 향상시킬 수 있기 때문에, 별도의 추가적인 기준값, 목표기준값, 상한값 및 하한값을 마련할 필요가 없게되는 장점이 있다.

한편, 이와는 반대로 경계값상향단계(S300)가 수행된 이후 새로운 기준값을 가지고 기준치상향단계(S200)를 다시 수행하게 될 수 있는데, 이 경우에는 상기 경계값상향단계(S300)가 수행된 이후, 상기 기준값을 새로운 값으로 갱신하는 기준값 갱신단계(S400);를 더 수행하게 됨이 바람직하다.

여기서 새로운 기준값은 미리 마련된 값이며, 복수개의 기준값을 미리 마련하여 배터리의 열화정도가 기준값 이하로 떨어질 때마다 하나씩 새로운 기준값으로 갱신하므로써, 기준값 갱신단계(S400) 이후에 기준치상향단계(S200) 및 경계값상향단계(S300)가 반복적으로 수행될 수 있도록 함이 바람직하다.

이 경우, 새로운 기준값에 따른 기준치상향단계(S200) 및 경계값상향단계(S300)가 발생할 때 목표기준값과 상한값 및 하한값의 상향 조정 정도는 바로 직전의 목표기준값, 상한값 및 하한값의 상향 조정 정도와는 다르게 설정될 수 있고, 또는 동일하게 설정될 수도 있다.

상기와 같이 복수개의 기준값을 두고 배터리의 열화 정도에 따라 목표기준값과 상한값 및 하한값을 재조정함으로써 배터리 상태에 더욱 적절하게 대응할 수 있고, 따라서 배터리의 수명을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 배터리 SOC 제어방법에 따르면, 차량 사용 조건에 관계없이 목표하고자 한 배터리 내구 성능을 운전자에게 제공할 수 있다.

이를 더 자세히 설명하기 위해 도 2를 참고하면, 도 2는 목표기준값의 상향 조정 이전의 일반적인 상태에서의 사용조건에 따른 출력시간 비교를 나타낸 도면으로써, 여기서 한계열화조건은 배터리 수명의 한계치, 즉, 배터리가 이정도의 출력만을 제공한다면 배터리의 수명이 다하였다고 볼 수 있는 경계조건이다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 일반사용조건하에서는 주행거리가 50만km가 되어서야 배터리의 수명이 끝남으로 보증주행거리를 충분히 만족시켰으나, 가혹사용조건하에서는 25만km가 조금 못되는 시점에서 배터리의 수명이 끝나버려 보증주행거리를 만족시키기 못하는 것을 알 수 있다. 즉, 차량의 사용조건에 관계없이 운전자를 만족시키기 위하여는 배터리의 내구성을 향상시켜야 할 필요가 있는 것이다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 SOC 제어방법에 따라 목표기준값이 상향 조정되기 이전과 이후의 배터리 출력시간을 비교한 도면으로써, 가혹사용조건하에서 열화정도가 기준값(도 3에서 A로 표기)을 넘는 경우에는 가혹사용조건하라 할지라도 약 35만km까지 배터리의 수명이 연장되어 보증주행거리를 만족시키는 것을 볼 수 있다.

즉, 본 발명의 목표기준값, 상한값 및 하한값을 상향 조정함으로써 배터리의 열화속도를 늦추고 이로 인해 배터리의 수명 및 내구성이 크게 향상됨으로써, 운전자의 사용조건에 관계없이 보증주행거리를 충족시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 별도의 장치를 추가하는 것이 아니고 기존에 존재하던 SOC 운영제어를 이용함으로써, 별도의 추가 비용이 발생하지 않는 이점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S100 : 배터리 열화측정단계 S200 : 기준치상향단계
S300 : 경계값상향단계 S400 : 기준값 갱신단계

Claims (8)

1. 차량 배터리 SOC값의 상한값과 하한값을 설정하고, 상한값과 하한값 사이에 목표기준값을 설정하여 차량 배터리가 목표기준값을 중심으로 충방전되되, 충방전시 SOC값이 상한값을 넘거나 하한값 아래로 떨어지지 않도록 제어하는 차량의 배터리 SOC 제어방법으로,
   배터리의 열화정도를 측정하는 배터리 열화측정단계;
   측정된 배터리의 열화정도를 설정된 기준값과 비교하고, 배터리의 열화정도가 설정된 기준값 이상일 경우, 목표기준값을 상향 조정하는 기준치상향단계;
   상기 상한값과 하한값을 각각 상향 조정하는 경계값상향단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열화정도는 배터리의 열화상태에 따른 특정된 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계값상향단계에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계에서 목표기준값이 상향 조정된 양과 동일한 양만큼 상향 조정되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계값상향단계에서 상한값과 하한값은, 상기 기준치상향단계에서 목표기준값이 상향 조정된 양에 관계없이 각각 독립적인 상승폭을 가지고 상향 조정되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계값상향단계에서 상한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 높은값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계값상향단계에서 하한값은, 상기 상향 조정된 목표기준값 보다 낮은값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 상향 조정된 목표기준값과 상향 조정된 상한값 및 상향 조정된 하한값은, 상향 조정된 이후 상향 조정된 값을 계속 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계값상향단계가 수행된 이후, 상기 기준값을 새로운 값으로 갱신하는 기준값 갱신단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOC 제어방법.

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