KR20160007723A - 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법은 모터 발전기로부터 전력을 전달받는 배터리의 정보에 기초하여 운전자의 운전 성향을 정량화하는 제 1단계, 차량의 환경 및 차량의 주행 정보로부터 상기 모터 발전기의 출력을 연산하는 제 2단계 및 상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기의 출력에 기초하여 모터 발전기의 출력 보정값을 산출하는 제 3단계를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치{METHOD FOR CONTROLLING BATTERY OF HYBRID VEHICLE AND APPARATUS THREROF}
본 발명은 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 구체적으로는 운전자의 운전 성향 및 모터 발전기의 출력을 기초로 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
날로 치솟는 유가와 환경에 대한 사회적 관심의 증가는 자동차 업계로 하여금 차량의 연비 향상과 친환경 차량의 개발을 서두르게 하고 있고, 이를 만족시키기 위해 차량의 감속에너지를 회생하여 이를 이용하는 하이브리드 시스템이 등장하였다.
종래의 경우 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태의 제어를 위하여 배터리의 충전률(State of Charge, SOC), 차량의 전장 부하측에 전력을 공급해 주는 저전압 배터리의 파워, 주행환경(경사도, 외부온도) 등의 정보를 기초로 모터의 출력으로부터 엔진 토크의 보상값을 산출한 후, 이를 기초로 최종적으로 엔진의 운전점(현재 엔진 RPM에 따른 엔진 토크 출력점)을 결정하게 된다.
그러나 상기 제어방법의 경우 현재의 주행 상황만 고려되기 때문에 전장부하 소비량이나 회생제동량 등의 운전자 성향이 고려되지 않으므로 배터리 관리를 위하여 모터 발전기가 불필요한 연속발전을 수행하게 되고, 이에 따라 불필요한 연료가 소모되는 문제점이 있다.
하기 선행문헌은 주행중인 차량의 각종 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 발전기 모드와 모터 모드로 자동 전환되도록 하는 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.
한국공개특허공보 제10-2007-0030363호
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
하이브리드 자동차에서의 배터리를 효율적으로 관리함으로써 불필요한 연료 소모를 방지하기 위한 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법은 모터 발전기로부터 전력을 전달받는 배터리의 정보에 기초하여 운전자의 운전 성향을 정량화하는 제 1단계, 차량의 환경 및 차량의 주행 정보로부터 상기 모터 발전기의 출력을 연산하는 제 2단계 및 상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기의 출력에 기초하여 모터 발전기의 출력 보정값을 산출하는 제 3단계를 포함한다.
상기 제 1단계는, 상기 배터리의 상태를 산출하는 제 1-1단계 및 상기 배터리의 사용 에너지를 산출하는 제 1-2단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배터리의 상태는 상기 배터리의 현재 충전률 및 상기 배터리의 목표 충전률 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 것이 바람직하다.
상기 배터리의 사용 에너지는 상기 모터 발전기의 총 발전 파워, 차량 전장 부하의 전기 에너지 총 소모 파워, 저전압 배터리의 파워 및 회생제동 파워 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 것이 바람직하다.
상기 배터리의 사용 에너지는 미리 설정된 시간 동안의 사용 에너지인 것이 바람직하다.
상기 차량의 환경은 차량 또는 상기 모터 발전기의 온도이고, 상기 차량의 주행 정보는 차량의 가속 여부 또는 대기압에 기초하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치는 엔진과 밸트로 연동되는 모터 발전기, 상기 모터 발전기에서 발생된 전력을 충전하는 배터리, 상기 배터리의 전압을 변환하고, 차량 전장 부하에 전력을 공급하는 저전력 배터리에 상기 변환된 전력을 전달하는 컨버터 및 상기 모터 발전기, 상기 배터리 및 상기 컨버터 중 적어도 하나를 제어하는 전자제어유닛을 포함하고, 상기 전자제어유닛은 상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기의 출력에 기초하여 상기 모터 발전기의 출력 보정값을 산출하고, 상기 출력 보정값에 기초하여 상기 모터 발전기를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치는 모터 발전기의 출력뿐만 아니라 운전자의 운전 성향까지 고려하여 모터 발전기의 출력 보정값을 산출하여 배터리를 관리함으로써 불필요한 연료 소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법을 시계열적으로 도시화한 플로우차트이다.
도 2는 도 1에서의 제 1단계를 세분화한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법에서 사용되는 제어인자들을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치에서의 전자제어장치에 입력되는 신호들을 도시한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법을 시계열적으로 도시화한 플로우차트이고, 도 2는 도 1에서의 제 1단계를 세분화한 플로우차트이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법에서 사용되는 제어인자들을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 및 제어장치에서의 전자제어장치에 입력되는 신호들을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 장치를 이용한 회생 효율 증대 방법을 설명하기에 앞서, 도면 중 도 4를 참조하여, 본 발명의 따른 하이브리드 장치의 전반적인 구성을 먼저 살펴보도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 모터 발전기(200)는 엔진(100)과 밸트(700)로 연동되는 구성으로써, 엔진(100)의 시동을 위한 스타트 모터와 교류전압을 발전할 수 있는 발전기로서의 동작이 모두 가능한 구성이다.
구체적으로, 스타트 모터로서 기능할 경우, 인버터(300)를 통해서 구동 전원을 공급받아 엔진 동력의 보조 역할을 하고, 발전기로서 기능할 경우, 차량 제동시 발생되는 전기 에너지를 배터리(400)에 공급한다.
특히, 하이브리드 장치는 장시간 정차시 자동으로 시동이 꺼졌다가 출발하는 경우 다시 시동이 켜지는 아이들 스탑 앤 고(Idle Stop & Go, ISG) 기능을 가지는데, 아이들 스탑시 배터리(400)의 충전 전압이 기준 전압 이상인 경우 배터리(400)에 충전된 전압을 컨버터(500)를 통해 저전압 배터리(600)에 공급하게 된다.
인버터(300)는 모터-발전기(200)에 출입되는 전기에너지를 제어하기 위한 구성으로써, 배터리(400)에서 공급되는 전기에너지를 변환하여 모터 발전기(200)에 공급하거나, 또는 모터 발전기(200)에서 발전된 전기에너지를 변환하여 배터리(400)에 공급하는 역할을 수행한다.
배터리(400)는 복수의 슈퍼커패시터가 구성된 슈퍼커페시터 모듈로 이루어진 것이 일반적이며, 차량 감속시 모터 발전기(200)에서 회생제동된 전기에너지를 축전하고, 차량 가속시 모터 발전기(200)에 전기 에너지를 공급하여 엔진 토크를 보조하는 역할을 수행한다.
상술한 하이브리드 장치의 전반적인 구성에 대한 설명 및 도 1 내지 도 5를 참조하여 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법에 대해 설명하도록 하겠다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법은 모터 발전기(200)로부터 전력을 전달받는 배터리(400)의 정보에 기초하여 운전자의 운전 성향을 정량화하는 제 1단계(S100), 차량의 환경 및 차량의 주행 정보로부터 상기 모터 발전기(200)의 출력을 연산하는 제 2단계(S200) 및 상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기(200)의 출력에 기초하여 모터 발전기(200)의 출력 보정값을 산출하는 제 3단계(S300)를 포함한다.
특히, 상기 운전자의 운전 성향을 정량화하는 제 1단계(S100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(400)의 상태를 산출하는 제 1-1단계(S110) 및 배터리(400)의 사용 에너지를 산출하는 제 1-2단계(S120)로 세분화될 수 있다.
이러한 배터리(400)의 상태 및 배터리(400)의 사용에너지는 전자제어유닛(Electronic Control Unit, ECU)에서 산출되는 것이 일반적이다.
구체적으로 배터리(400)의 상태는 배터리(400)의 현재 충전률(SOC) 및 배터리(400)의 목표 충전률(SOC)에 기초하여 산출되고, 배터리(400)의 사용 에너지는 모터 발전기(200)의 총 발전 파워, 차량 전장 부하의 전기 에너지 총 소모 파워, 저전압 배터리(600)의 파워 및 회생 제동 파워 등에 기초하여 산출될 수 있으며, 이러한 배터리(400)의 사용 에너지는 미리 설정된 시간 동안 측정되어 산출되는 것이 바람직하며, 예를 들면 10분 또는 20분 동안의 축적된 에너지 또는 평균 에너지를 산출할 수 있다.
한편, 이러한 사용자의 운전 성향을 정량화하기 위한 인자들 중 특히 차량 전장 부하의 전기 에너지 총 소모 파워 및 회생 제동 파워는 운전자의 운전 성향 또는 습관과 밀접한 관련이 있는 인자라고 할 수 있다.
특히, 회생 제동 에너지를 효율적으로 이용하기 위해서는 회생 제동 에너지를 저전압 배터리측에 우선적으로 공급하고, 이후 회생 제동 에너지가 남을 경우에는 EV(Electric Vehicle) Mode 또는 모터 발전기(200)의 출력을 이용하여 차량을 주행시키는 모터링이 수행되고, 회생 제동 에너지가 부족할 경우에는 부족한 양만큼 엔진 효율을 고려한 연속발전 Mode를 수행하도록 하는 제어가 요구된다. 이러한 제어를 수행하기 위해서는 저전력 배터리 측 에너지와 회생 제동 에너지간에 일정한 함수 관계를 갖도록 정의되는 것이 바람직할 것이다.
상술한 바와 같이, 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태를 제어하기 위하여 차량의 현재 상태뿐만 아니라 이전부터 유지되는 운전자의 운전 성향까지 고려함으로써, 하이브리드 자동차에서의 배터리의 효율적인 관리가 가능하게 되고, 결굴 불필요한 연료 소모를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법 중 제 2단계에서의 차량의 환경은 차량 또는 모터 발전기(200)의 온도이고, 차량의 주행 정보는 차량의 가속 여부 또는 대기압에 기초하여 산출되는 것이 바람직하다.
차량 또는 모터 발전기(200)의 온도는 차량 또는 모터 발전기(200)에 부착된 온도 센서에 의해 감지가 가능하며, 차량의 가속 여부 및 대기압은 APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Baromtric Pressure Sensor)에 의해 감지가 가능할 것이다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치는 크게 모터 발전기(200), 배터리(400), 저전력 배터리(600), 컨버터(500), 전자제어유닛 등을 포함한다.
모터 발전기(200)는 엔진(100)과 밸트(700)로 연동되는 구성이고, 배터리(400)는 모터 발전기(200)에서 발생된 전력을 충전하는 기능을 수행하는 구성이다.
또한 저전력 배터리(600)는 차량 전장 부하에 전력을 공급해주는 구성이며, 컨버터(500)는 배터리(400)의 전압을 변환하여 저전력 배터리(600)에 변환된 전력을 전달해주는 직류-직류 변압기이다.
전자제어유닛은 상기 각 구성들을 제어하는 구성으로써, 운전자의 운전 성향 및 모터 발전기(200)의 출력값에 기초하여 모터 발전기(200)의 출력 보정값을 산출하고, 상기 출력 보정값에 기초하여 모터 발전기(200)를 제어한다.
구체적으로, 전자제어유닛에서 출력 보정값을 산출하기 위한 입력들은 도 5에 도시된 바와 같이 모터 발전기(200)의 파워, 저전압 배터리(600)의 파워, 배터리(400)의 충전률(SOC), APS(Accelerator Position Sensor)의 출력, BPS(Barometric Pressure Sensor)의 출력 등이 있으며, 이러한 입력들에 의하여 모터 발전기(200)를 제어하는 구체적인 방법에 대한 설명은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법에서 이미 설명하였으므로 생략하도록 한다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 엔진
200: 모터 발전기
300: 인버터
400: 배터리
500: 컨버터
600: 저전압 배터리
700: 밸트

Claims (14)

  1. 모터 발전기(200)로부터 전력을 전달받는 배터리(400)의 정보에 기초하여 운전자의 운전 성향을 정량화하는 제 1단계(S100);
    차량의 환경 및 차량의 주행 정보로부터 상기 모터 발전기(200)의 출력을 연산하는 제 2단계(S200); 및
    상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기(200)의 출력에 기초하여 상기 모터 발전기(200)의 출력 보정값을 산출하는 제 3단계(S300);
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계(S100)는,
    상기 배터리(400)의 상태를 산출하는 제 1-1단계(S110); 및
    상기 배터리(400)의 사용 에너지를 산출하는 제 1-2단계(S120);
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 상태는 상기 배터리(400)의 현재 충전률 및 상기 배터리(400)의 목표 충전률 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 사용 에너지는 상기 모터 발전기(200)의 총 발전 파워, 차량 전장 부하의 전기 에너지 총 소모 파워, 저전압 배터리(600)의 파워 및 회생제동 파워 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 사용 에너지는 미리 설정된 시간 동안의 사용 에너지인 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 차량의 환경은 차량 또는 상기 모터 발전기(200)의 온도이고,
    상기 차량의 주행 정보는 차량의 가속 여부 또는 대기압에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어방법.
  7. 엔진(100)과 밸트(700)로 연동되는 모터 발전기(200);
    상기 모터 발전기(200)에서 발생된 전력을 충전하는 배터리(400);
    상기 배터리(400)의 전압을 변환하고, 차량 전장 부하에 전력을 공급하는 저전력 배터리(600)에 상기 변환된 전력을 전달하는 컨버터(500); 및
    상기 모터 발전기(200), 상기 배터리(400) 및 상기 컨버터(500) 중 적어도 하나를 제어하는 전자제어유닛;
    을 포함하고,
    상기 전자제어유닛은 상기 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기(200)의 출력에 기초하여 상기 모터 발전기(200)의 출력 보정값을 산출하고,
    상기 출력 보정값에 기초하여 상기 모터 발전기(200)를 제어하는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 출력 보정값은 차량 운전자의 운전 성향 및 상기 모터 발전기(200)의 출력에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 차량 운전자의 운전 성향은 상기 배터리(400)의 상태 및 상기 배터리(400)의 사용 에너지 중 적어도 하나에 기초하여 정량화되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 상태는 상기 배터리(400)의 현재 충전률 및 상기 배터리(400)의 목표 충전률 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 사용 에너지는 상기 모터 발전기(200)의 총 발전 파워, 차량 전장 부하의 전기 에너지 총 소모 파워, 저전압 배터리(600)의 파워 및 회생제동 파워 중 적어도 하나에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리(400)의 사용 에너지는 미리 설정된 시간 동안의 사용 에너지인 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 모터 발전기(200)의 출력은 차량의 환경 및 차량의 주행 정보에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 차량의 환경은 차량 또는 상기 모터 발전기(200)의 온도이고,
    상기 차량의 주행 정보는 차량의 가속 여부 및 대기압에 기초하여 산출되는 하이브리드 자동차의 배터리 충전상태 제어장치.
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