KR20160036818A - 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, TMED 방식의 하이브리드 차량에서 HSG의 포텐셜(허용온도, 연속허용전류)을 만족하는 범위 내에서 생성된 전압과 시간에 따른 출력 테이블을 기반으로 출력지령을 가변함으로써, 배터리의 충전 완료시간을 단축할 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치에 있어서, 충전부의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장하는 저장부; 주기적으로 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 충전 제어부의 제어하에 상기 배터리를 충전하는 상기 충전부; 및 상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 전압 측정부에 의해 측정된 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정하는 상기 충전 제어부를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CHARGING BATTERY OF HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 차량에서 HSG(Hybrid Starter-Generator)의 포텐셜(허용온도, 연속허용전류)을 고려하여 배터리의 충전 완료시간을 단축하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동력을 얻는 차량을 의미하나, 대부분은 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 한다.
하이브리드 전기 차량(이하, 하이브리드 차량으로 약칭함)은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있다.
이러한 하이브리드 차량은 EV 모드 주행중 고전압배터리가 방전되어 SOC(State Of Charge)가 기준치 이하가 되면, 상위 제어기로부터 배터리 충전지령을 받아 HSG(Hybrid Starter-Generator)를 이용하여 엔진을 시동하고, HSG의 연속적인 회생출력을 통해 엔진으로부터 발생한 기계에너지를 고전압배터리의 전기에너지로 변환하여 고전압배터리의 SOC를 정상레벨로 회복시킨다.
이때, HSG의 연속 출력지령의 레벨을 결정하는 요인은 HSG의 허용온도와 연속허용전류이다. 즉, HSG의 허용온도는 냉각수 유입 최고온도와 HSG 과온보호 온도와의 차이로 결정하게 되며, 연속허용전류는 HPCU(Hybrid Power Control Unit) 내부의 인버터 전류용량 및 실제 전류가 흐르는 AC/DC 케이블과 커넥터의 용량으로 결정된다.
참고로, 고전압배터리의 충전이 시작되면 HSG에 전류가 인가되고 내부온도는 상승한다. 출력지령이 크면 인가전류의 크기가 커지게 되고 포화온도에 도달하는 시간은 짧아지게 되지만, 결과적으로 가능한 연속 출력시간은 짧아진다.
종래의 하이브리드 차량은 고정된 출력지령 값(6kw)을 이용하여 약 40분에 걸쳐 고전압배터리를 충전시킨다. 이는 가장 낮은 SOC 충전레벨 및 악의 운전조건(등판운전)에서 SOC가 정상 레벨로 복귀하는데 필요한 출력지령 값으로서, 허용온도와 허용전류 조건을 만족하는 범위 내에서 결정된다. 이러한 악의 운전조건이 반영된 고정 출력지령은 HSG를 이용한 충전전략의 모든 조건에서 동일하게 적용된다.
하지만, 차량 주행중 상기와 같은 악의 운전조건이 반영된 운전상황은 빈도 수가 극히 적기 때문에, 모든 운전조건에서 같은 방식으로 고전압배터리를 충전하는 것은 비효율적이며, 결정적으로 배터리의 충전 완료시간을 과다하게 요구하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 TMED 방식의 하이브리드 차량에서 HSG의 포텐셜(허용온도, 연속허용전류)을 만족하는 범위 내에서 생성된 전압과 시간에 따른 출력 테이블을 기반으로 출력지령을 가변함으로써, 배터리의 충전 완료시간을 단축할 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치에 있어서, 충전부의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장하는 저장부; 주기적으로 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 충전 제어부의 제어하에 상기 배터리를 충전하는 상기 충전부; 및 상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 전압 측정부에 의해 측정된 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정하는 상기 충전 제어부를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법에 있어서, 저장부가 충전부의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장하는 단계; 전압 측정부가 주기적으로 배터리의 전압을 측정하는 단계; 충전 제어부가 상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정하는 단계; 및 상기 충전부가 상기 결정된 출력지령을 기반으로 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, TMED 방식의 하이브리드 차량에서 HSG의 포텐셜(허용온도, 연속허용전류)을 만족하는 범위 내에서 생성된 전압과 시간에 따른 출력 테이블을 기반으로 출력지령을 가변함으로써, 배터리의 충전 완료시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 충전 완료시간을 단축함으로써, TMED 방식의 하이브리드 차량에서 EV 주행모드의 비율을 높여 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 EV 주행모드의 비율을 높임으로써, 엔진의 가동시간을 줄이게 되어 차량 운전성(정숙성)을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 HSG의 출력 포텐셜을 최대한 활용함으로써 불필요한 설계마진을 없앨 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 전압과 시간에 따른 출력지령을 나타내는 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치는, 배터리(10), 저장부(20), 전압 측정부(30), 충전부(40), 및 충전 제어부(50)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 배터리(10)는 하이브리드 차량을 구동시키기 위한 모터에 전원을 공급하는 고전압배터리로서, EV 주행모드시 상기 모터에 전원을 공급한다.
다음으로, 저장부(20)는 전압과 시간에 따른 출력지령(전력)이 기록된 테이블을 저장한다. 이러한 테이블은 TMED 방식의 하이브리드 차량에서 HSG의 포텐셜(허용온도, 연속허용전류)을 만족하는 범위 내에서 생성된 전압과 시간에 따른 출력 테이블로서, 일례로 하기의 [표 1]과 같다. 하기의 [표 1]은, 도 2에 도시된 전압과 시간에 따른 출력 맵(그래프)을 테이블화 한 것이다.
[표 1]
Figure pat00001
여기서, 전압은 배터리(10)의 전압을 의미한다.
다음으로, 전압 측정부(30)는 일례로 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있으며, 주기적으로 배터리(10)의 전압을 측정한 후 충전 제어부(50)에 알린다.
다음으로, 충전부(40)는 HSG(Hybrid Starter-Generator)에 의해 구현될 수 있으며, 충전 제어부(50)의 제어하에 배터리(20)를 충전한다.
다음으로, 충전 제어부(50)는 저장부(10)에 저장되어 있는 출력 테이블을 기반으로 충전부(40)를 제어한다. 즉, 충전 제어부(50)는 출력 테이블을 기반으로, 배터리(10)의 충전시간(충전 시작시간부터 현재까지 소요된 시간, 이하 충전시간이라 함)과 전압 측정부(30)를 통해 획득한 배터리(10)의 전압에 상응하는 출력지령(전력 값)을 충전부(40)로 전달한다. 그러면, 충전부(40)는 충전 제어부(50)로부터 전달받은 충전지령을 기반으로 배터리(10)를 충전한다.
이러한 충전 제어부(50)는 주기적으로 배터리(10)의 충전시간과 전압 측정부(30)를 통해 획득한 배터리(10)의 전압을 체크하여 출력지령을 변경한다.
이하, 도 2를 참조하여 충전 제어부(50)의 동작에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 전압과 시간에 따른 출력지령을 나타내는 일예시도이다.
도 2에서, '210'은 종래의 방식인 고정 출력지령(6kw)을 나타내는 그래프로서, 종래의 방식으로 충전하는 경우 배터리 충전시간(완전 충전 시간)은 40분이 소요되는 것을 알 수 있다.
'220'은 배터리의 전압이 190V인 경우에 시간에 따른 출력지령을 나타내고, '230'은 배터리의 전압이 230V인 경우에 시간에 따른 출력지령을 나타내며, '240'은 배터리의 전압이 270V인 경우에 시간에 따른 출력지령을 나타낸다. 이때, '220'의 그래프에 따른 출력지령으로 충전하면 배터리의 충전시간은 40분이 소요되고, '230'의 그래프에 따른 출력지령으로 충전하면 30분이 소요되며, '240'의 그래프에 따른 출력지령으로 충전하면 20분이 소요된다.
본 발명은 배터리의 충전 시간을 더욱더 단축하기 위해 충전 시작시간부터 현재까지 소요된 시간과 배터리의 전압을 기반으로 출력지령을 결정한다.
예를 들어, 최초 충전시 배터리의 전압이 190V라 하면, 충전 제어부(50)는 11.2kw의 출력지령을 충전부(40)로 전달한다.
2.5분 후, 배터리의 전압이 230V라 하면, 충전 제어부(50)는 8.9kw의 출력지령을 충전부(40)로 전달한다.
10분 후, 배터리의 전압이 270V라 하면, 충전 제어부(50)는 8.2kw의 출력지령을 충전부(40)로 전달한다.
이러한 과정을 통해 15분 후에 배터리의 충전이 완료되는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 종래의 방식에 비해 25분이나 충전시간을 단축할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 저장부(10)가 충전부(40)의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장한다(301).
이후, 전압 측정부(30)가 주기적으로 배터리(20)의 전압을 측정한다(302).
이후, 충전 제어부(50)가 상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정한다(303).
이후, 충전부(40)가 충전 제어부(50)에 의해 결정된 출력지령을 기반으로 배터리(20)를 충전한다(304).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 저장부
20 : 배터리
30 : 전압 측정부
40 : 충전부
50 : 충전 제어부

Claims (6)

  1. 충전부의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장하는 저장부;
    주기적으로 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    충전 제어부의 제어하에 상기 배터리를 충전하는 상기 충전부; 및
    상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 전압 측정부에 의해 측정된 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정하는 상기 충전 제어부
    를 포함하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    주기적으로 충전시간과 배터리의 전압을 체크하여 출력지령을 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    충전시간이 경과할수록 낮은 전력의 출력지령으로 상기 충전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 장치.
  4. 저장부가 충전부의 허용온도 및 연속허용전류 범위 내에서 생성한 전압과 시간에 따른 출력지령이 기록된 테이블을 저장하는 단계;
    전압 측정부가 주기적으로 배터리의 전압을 측정하는 단계;
    충전 제어부가 상기 출력지령 테이블을 기반으로, 충전시간과 상기 배터리의 전압에 상응하는 출력지령을 결정하는 단계; 및
    상기 충전부가 상기 결정된 출력지령을 기반으로 상기 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력지령 결정 단계는,
    주기적으로 충전시간과 배터리의 전압을 체크하여 출력지령을 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 지령은,
    충전시간이 경과할수록 낮은 전력 값을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 충전 방법.
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