KR20150068245A - 배터리 출력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

배터리 출력 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 출력 제어 방법은 현재 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 측정하고 측정된 충전량 및 온도에 대응하는 출력량을 획득하는 단계; 상기 획득된 출력량에 기반하여 최단 시간에 상기 출력량을 최대로 증가시키기 위한 목표 충전량 및 목표 온도를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 목표 충전량 및 목표 온도에 도달하기 위해 상기 배터리와 연결된 모터의 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 토크 지령을 출력하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 출력 제어 방법{Control method of battery output}

본 발명은 배터리 출력 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극 저온에서 배터리 출력량을 빠르게 증가시킬 수 있는 배터리 출력 제어 방법에 관한 것이다.

세계적인 고유가 및 배기가스 이산화탄소 규제로 친환경 및 연비 향상이 차량 개발의 핵심 항목이 되었고, 자동차 제조사들은 이러한 목표를 달성하기 위해 연료 저감 및 배기가스 저감을 위한 자동차 기술개발에 총력을 기울이고 있다. 따라서, 자동차 제조사들은 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 전기 자동차 등에 대한 기술 개발을 진행 중이다.

한편, 하이브리드 전기 자동차는 엔진과 모터 두 동력원의 운영을 통해 연비 향상을 시키는 것이 주목적인데, 냉간 시 배터리의 온도 특성에 따라 출력량이 제한되는 특징이 있다. 배터리의 출력량은 EV 모드, 즉 배터리에 충전된 전력을 이용하여 주행하는 모드와 엔진의 동력과 배터리에 충전된 전력을 동시에 이용하는 HEV 모드를 결정할 수 있다. 따라서, 배터리의 출력량에 따라 엔진이 상시 구동 상태일 수 있고, 이 경우 운전성 및 연비 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다.

구체적으로 현재 배터리의 출력량이 소정 값 미만인 제한 조건시에는 냉간 재가속 운전성 성능 확보를 위해 상시 엔진 기동을 유지하여야 하고 이에 따라 연비 성능이 저하될 수 있다.

또한, EV 모드 주행 가능 영역이 감소하며, 타 온도 조건 대비하여 HEV 모드로 자주 진입하게 되어 연비 성능이 저하될 수 있으며, 극저온 냉간 P단(Parking) 시동 시에 엔진의 충분한 웜업시에도 배터리의 온도는 변동이 없어 출력을 저하시킨다는 문제점이 있다.

상기 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래 기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 조기에 배터리 출력을 증가시켜 운전 성능 저하를 방지하고 연비를 개선할 수 있는 배터리 출력 제어 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 출력 제어 방법은 현재 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 측정하고 측정된 충전량 및 온도에 대응하는 출력량을 획득하는 단계; 상기 획득된 출력량에 기반하여 최단 시간에 상기 출력량을 최대로 증가시키기 위한 목표 충전량 및 목표 온도를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 목표 충전량 및 목표 온도에 도달하기 위해 상기 배터리와 연결된 모터의 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 토크 지령을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도에 대응하는 배터리의 출력량을 맵핑시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 설정하는 단계는 상기 맵핑된 배터리의 출력량 맵에서 상기 획득된 출력량으로부터 기설정된 기준 범위 내에 있는 출력량 중 최대 출력량에 대응하는 충전량 및 온도를 목표 충전량 및 목표 온도로 설정하는 단계일 수 있다.

상기 설정하는 단계 이후, 상기 모터와 엔진의 속도를 동기화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 충전이 요구되는 경우, 상기 모터와 충전 동력원인 엔진을 연결시키고, 상기 모터의 충전 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 충전 토크 지령을 출력할 수 있다.

상기 충전 토크 지령에 따라 상기 배터리의 온도가 목표 온도에 도달하거나, 운전자의 주행 명령이 수신되면 상기 충전 토크 지령의 출력을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 방전이 요구되는 경우, 상기 모터의 방전 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 방전 토크 지령을 출력할 수 있다.

상기 방전 토크 지령에 따라 상기 배터리의 온도가 목표 온도에 도달하거나, 운전자의 주행 명령이 수신되면 상기 방전 토크 지령의 출력을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 출력 제어 방법에 따르면, 극 저온 상태에서도 배터리 온도를 최단시간 내에 상승시키고 이에 따라 배터리 출력 제한을 다소 완화시킬 수 있는 효과가 있다.

최단 시간 내에 배터리 출력을 증가시켜 운전성의 편차를 줄일 수 있다.

EV 모드로 주행할 수 있는 영역을 증가시킴에 따라 하이브리드 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.

HEV 모드로의 진입을 감소시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

엔진 기동 영역을 축소시킴에 따라 소음, 진동 및 충격 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 기존 하드웨어의 변경없이 제어 로직을 통해 하이브리드 차량의 연비 및 성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량 시스템을 간략히 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 출력 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 배터리의 충전량 및 온도에 따라 맵핑된 배터리의 출력량 맵을 도시한 표이다.
도 4는 도 3의 맵에서 최적 출력량으로의 배터리 출력량 제어를 예시한 표이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량 시스템을 간략히 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 출력 제어 방법을 도시한 순서도이다. 도 3은 배터리의 충전량 및 온도에 따라 맵핑된 배터리의 출력량 맵을 도시한 표이며, 도 4는 도 3의 맵에서 최적 출력량으로의 배터리 출력량 제어를 예시한 표이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 차량 시스템(10)은 배터리(20), HSG(Hybrid Starter Generator; 30), 엔진(40), 엔진 클러치(50), 모터(60) 및 트랜스미션(T/M; 70)을 포함할 수 있다. 배터리(20)는 전기 에너지를 저장하여, 이를 통하여 차량의 주행이 가능할 수 있도록 한다. HSG(30)는 엔진(40)의 시동과 정지를 위한 장치이다. 엔진(40)은 일반 연료를 이용한 내연 기관의 엔진이며, 엔진 클러치(50)는 엔진의 동력을 구동축으로 전달 및 단절 가능하게 하는 장치이다. 모터(60)는 전기 에너지를 이용하여 구동축으로 동력 전달이 가능하며 차량 관성을 이용해 에너지 회생이 가능한 장치이다. 트랜스미션(70)은 구동축과 휠축의 속도비를 변경 및 결정하는 장치이다. 이러한 하이브리드 차량 시스템(10)은 하이브리드 차량 제어기(HCU), 모터 제어기(MCU) 등의 제어기에 의해 동작될 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 먼저 배터리(20)의 충전량 및 온도에 대응하는 배터리(20)의 출력량과의 관계를 맵핑시킬 수 있다(S201). 도 3 및 도 4는 이러한 맵핑 관계를 표로 정리한 출력량 맵을 도시한다. 이러한 출력량 맵에 기반하여, 현재 배터리 충전량과 온도를 측정하고(S203), 측정된 현재 배터리 충전량과 온도에 대응하는 배터리 출력량을 획득한다(S205). 도 3 및 도 4를 참조하면, 현재 배터리의 충전량은 45%이며, 온도는 영하 25도인 상태이고, 이때의 배터리 출력량은 2.2KW이다.

차량 제어부(HCU)는 기설정된 범위 내의 최대 출력량에 대응하는 배터리(20)의 충전량 및 온도를 목표 충전량 및 목표 온도로 설정할 수 있다(S207). 기설정된 범위의 최대 출력량은, 현재 배터리(20)의 충전량 및 온도에서 최단 시간 내에 도달할 수 있는 최대 출력량을 의미한다. 도 3 및 도 4에 도시된 표의 일 예에 따르면, 점선으로 표시된 범위 내에 있는 출력량이 최단 시간 내에 도달할 수 있는 배터리의 출력량을 가리키며, 이 중 배터리 충전량이 35%이고, 온도가 영하 15도일 때의 출력량 7.0KW가 기설정된 범위 내에 있는 배터리 출력량 중에 최대 출력량에 해당함을 알 수 있다. 따라서, 차량 제어부는 이와 같이 기설정된 범위 내의 최대 출력량에 해당하는 충전량과 온도를 각각 목표 충전량과 목표 온도로 설정할 수 있다.

최단 시간에 배터리(20)의 충전 및 방전을 제어하기 위해 출력이 상대적으로 높은 모터(60)를 이용하며, 현재 엔진(40)의 속도와 모터(60)의 속도를 동기화시킬 수 있다(S209).

목표 충전량이 현재 충전량에 비해 높다면, 이는 모터의 충전 토크 제어가 필요한 것이며, 목표 충전량이 현재 충전량에 비해 낮다면, 이는 모터의 방전 토크 제어가 필요한 것을 의미한다.

설정된 목표 충전량에 따라 충전이 요구된다면, 차량 제어기(HCU)는 엔진(40)과 모터(60) 사이의 엔진 클러치(50)를 결합시킨다. 엔진 클러치(50)를 결합시킨 후, 차량 제어부(HCU)는 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 모터(60)의 충전 토크를 연산하여 연산된 충전 토크에 대응하는 토크 지령을 출력할 수 있다(S215). 즉, 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 충전이 요구되는 경우, 모터(60)와 엔진(40)은 엔진 클러치(50)에 의해 결합되며, 엔진(40)을 충전 동력원으로 모터(60)의 충전 토크를 연산하여 이에 대응하는 충전 토크 지령을 출력할 수 있다(S215). 엔진 클러치(50)의 결합은 엔진 클러치(50) 유압 지령을 상승시킴에 의할 수 있다.

충전 토크 지령을 출력하여 모터(60)의 토크가 생성되면, 배터리(20)로 전류가 흐르게 되어 배터리(20)의 온도가 상승하게 된다. 이를 통해 차량 제어기(HCU)는 목표 충전량 및 목표 온도에 도달되거나 운전자의 차량 주행 의지가 판단되면(운전자로부터의 주행 명령이 수신되면), 모터(60) 충전 토크 지령의 출력을 중단한다(S217). 충전 토크 지령의 출력이 중단되면, 차량 제어기는 엔진 클러치(50)의 엔진(40)과 모터(60) 사이의 결합을 해제한다(S219). 엔진 클러치(50)의 결합 해제는 엔진 클러치(50)의 유압 지령을 하강시킴에 의할 수 있다.

설정된 목표 충전량에 따라 방전이 요구된다면, 차량 제어기(HCU)는 모터 방전 토크를 연산하여 연산된 토크에 대응하는 방전 토크 지령을 출력한다(S221). 방전 토크 지령에 따라 모터(60)가 회전하여 배터리(20)와 모터(60) 사이에 전류가 흐르면 배터리(20) 온도가 상승한다. 따라서, 방전 토크 지령에 의해 충전량이 감소하고, 배터리(20)의 온도는 상승할 수 있다. 목표 충전량과 목표 온도에 도달되거나, 운전자의 차량 주행 의지가 판단되면(운전자로부터의 주행 명령이 수신되면) 차량 제어기(HCU)는 모터 방전 토크 지령의 출력을 중단한다(S223).

모터 충전 토크 지령의 출력이 중단된 이후, 엔진(40)과 모터(60) 사이의 결합이 해제되거나, 모터 방전 토크 지령의 출력이 중단되면, 차량 제어기(HCU)는 모터(60)의 회전 속도를 소정값 이하로 정지시키기 위해 모터 토크를 연산하고 연산된 모터 토크를 출력할 수 있다(S225).

도 3 및 도 4에 도시된 일 예에 따르면 배터리(20)의 온도가 초기에 영하 25도였고, 배터리(20)의 충전량이 45%였으며 이 경우의 배터리(20) 출력값은 2.2[kW]였다. 출력량 맵에서 기설정된 범위 내의 최대 출력량은 7.0[kW]이며, 이 때의 배터리(20) 충전량은 35%이고, 배터리(20) 온도는 영하 15도이므로, 전체 배터리(20) 출력량이 약 318% 상승되었음을 알 수 있다. 즉, 이와 같은 경우에서 차량 제어기(HCU)는 모터 방전 토크를 연산하여 방전 토크에 대응하는 방전 토크 지령을 출력하며, 이에 따라 배터리(20)와 모터(60) 사이에 전류가 흐르면, 배터리(20)의 온도가 상승할 수 있다.

이러한 예는 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐, 현재 배터리(20)의 충전량과 온도에 따라서 목표 충전량과 목표 온도가 상이하게 설정될 수 있고, 이에 따른 모터(60) 토크의 제어가 요구됨은 상술한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다.

발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 하이브리드 차량 시스템 20 : 배터리
30 : HSG 40 : 엔진
50 : 엔진 클러치 60 : 모터
70 : 트랜스미션

Claims (8)

1. 현재 배터리의 충전량(SOC) 및 온도를 측정하고 측정된 충전량 및 온도에 대응하는 출력량을 획득하는 단계;
   상기 획득된 출력량에 기반하여 최단 시간에 상기 출력량을 최대로 증가시키기 위한 목표 충전량 및 목표 온도를 설정하는 단계; 및
   상기 설정된 목표 충전량 및 목표 온도에 도달하기 위해 상기 배터리와 연결된 모터의 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 토크 지령을 출력하는 단계를 포함하는,
   배터리 출력 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리의 충전량(SOC) 및 온도에 대응하는 배터리의 출력량을 맵핑시키는 단계를 더 포함하는,
   배터리 출력 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 설정하는 단계는 상기 맵핑된 배터리의 출력량 맵에서 상기 획득된 출력량으로부터 기설정된 기준 범위 내에 있는 출력량 중 최대 출력량에 대응하는 충전량 및 온도를 목표 충전량 및 목표 온도로 설정하는 단계인,
   배터리 출력 제어 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 설정하는 단계 이후, 상기 모터와 엔진의 속도를 동기화시키는 단계를 더 포함하는,
   배터리 출력 제어 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 충전이 요구되는 경우, 상기 모터와 충전 동력원인 엔진을 연결시키고, 상기 모터의 충전 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 충전 토크 지령을 출력하는,
   배터리 출력 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 충전 토크 지령에 따라 상기 배터리의 온도가 목표 온도에 도달하거나, 운전자의 주행 명령이 수신되면 상기 충전 토크 지령의 출력을 중단하는 단계를 더 포함하는,
   배터리 출력 제어 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 설정된 목표 충전량에 도달하기 위해 방전이 요구되는 경우, 상기 모터의 방전 토크를 연산하여 상기 연산된 토크에 대응하는 방전 토크 지령을 출력하는,
   배터리 출력 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 방전 토크 지령에 따라 상기 배터리의 온도가 목표 온도에 도달하거나, 운전자의 주행 명령이 수신되면 상기 방전 토크 지령의 출력을 중단하는 단계를 더 포함하는,
   배터리 출력 제어 방법.

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