KR20160126338A - Ldc 출력 전압을 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 배터리 충전 시 보조 배터리 SOC 정보를 이용하여 LDC 출력 전압을 결정할 수 있는 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법은 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하기 위하여 완속 충전 모드에 진입하는 단계, 상기 고전압배터리 충전 시 차량 내 안정적인 전력 공급을 위하여 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태 정보를 체크하는 단계, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 상기 보조배터리의 전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상인지 여부를 판단하되, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이면, 상기 보조배터리 충전상태(SOC)가 90% 이상으로 계속 유지되도록 제어하고, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이하이면, 상기 보조배터리를 충전하여 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이 되도록 제어하는 단계를 포함한다.

Description

LDC 출력 전압을 제어하는 시스템 및 방법{System and Method for controlling output voltage of Low Voltage DC-DC Converter}

본 발명은 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 배터리 충전 시 보조 배터리 SOC 정보를 이용하여 LDC 출력 전압을 결정하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 내연기관 자동차와는 다르게 친환경 차량인 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)와 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 배터리 전원에 의한 모터의 힘으로 운행된다.

이러한 친환경 차량은 모터의 힘으로도 움직이기 때문에 고전압의 대용량 배터리(이하, 메인 배터리라 명명함)와 메인 배터리의 전압을 저전압으로 변환하여 알터네이터와 같이 보조 배터리를 충전하는 저전압 직류 변환장치(Low voltage DC-DC Converter, LDC)가 장착된다. 여기서, 보조 배터리는 통상 시동 및 차량의 각종 전기장치에 전원을 공급하는 차량 배터리를 의미한다.

또한, LDC는 메인 배터리의 전압을 차량의 전장부하에 사용되는 전압에 맞게 가변하여 전원을 공급하는 역할을 한다.

한편, 종래에는 헤드램프(Head Lamp)와 같이 높은 전압이 요구되는 고전장 부하의 사용 시 전장부하의 성능 감소를 방지하기 위하여 LDC 출력전압을 높게 제어하고 있다.

그러나, 친환경 차량에서 LDC 출력 전압을 높게 제어할 경우 메인 배터리의 소비 전력이 증가하게 되며, 메인 배터리의 소비 전력 증가로 인하여 전체적인 차량 연비가 낮아지는 문제점이 있다.

따라서, 친환경 차량에서의 배터리 소비 제어는 차량의 전체 성능과 직결되는 중요한 문제이므로 효율적으로 배터리의 소비를 제어할 수 있는 방안이 요구된다.

[특허문헌]한국등록특허 1449266호.

본 발명은 고전압 배터리 충전 시 보조 배터리 SOC 정보를 이용하여 LDC 출력 전압을 결정하는 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템은 차량 가속 시 모터 어시스트에 필요한 전기 에너지를 공급하고, 감속 또는 엔진 여유 출력 발생 시 모터 회생에 의해 발생한 전기에너지를 저장하는 고전압배터리, 상기 차량의 엔진 시동에 필요한 전원과 전장부하에서 소모되는 전원을 공급하는 보조배터리, 상기 고전압배터리 충전 시 상기 차량 내 안정적인 전류공급을 위해 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태정보를 체크하는 지능형 배터리 센서 및 상기 고전압배터리의 전력을 일정 가변 범위 내에서의 고전압 또는 저전압으로 변환하여 상기 보조배터리 및 각 전장부하에서 사용되는 전압에 맞게 공급하는 LDC를 포함한다.

또한, 상기 고전압배터리 충전 시, 외부에서 공급되는 전원장치에서 AC 전원을 공급받고, 상기 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하는 OBC(On-Board Charger)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법은 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하기 위하여 완속 충전 모드에 진입하는 단계, 상기 고전압배터리 충전 시 차량 내 안정적인 전력 공급을 위하여 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태 정보를 체크하는 단계, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 상기 보조배터리의 전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상인지 여부를 판단하되, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이면, 상기 보조배터리 충전상태(SOC)가 90% 이상으로 계속 유지되도록 제어하고, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이하이면, 상기 보조배터리를 충전하여 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이 되도록 제어하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 고전압배터리 충전 시 상기 차량 내 안정적인 전력 공급을 위해 상기 보조배터리의 건강상태(State Of Health, SOH)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태정보를 체크하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 상기 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계에서,

상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되지 않거나, 상기 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되지 않은 경우에 상기 LDC가 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)를 95% 이상으로 충전되도록 제어할 수 있다.

본 기술은 LDC의 출력 전압이 필요 이상으로 높게 제어되는 것을 방지하여 고전압 배터리의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 기술은 보조배터리를 완충한 이후에 LDC의 출력 전압을 낮춤으로써 보조배터리의 열화를 방지할 수 있다.

아울러, 본 기술은 고전압배터리 충전 시 보조배터리가 완전히 충전된 상태로 유지되기 때문에 차량의 주행 중 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법을 구체적으로 설명하는 그래프이다.

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 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템을 설명하는 구성도이다.

도 1을 참조하면, LDC 출력 전압을 제어하는 시스템은 OBC(100, On-Board Charger), 고전압배터리(110), 보조배터리(120), 지능형 배터리 센서(130, Intelligent Battery Sensor, IBS) 및 LDC(140, Low Voltage DC-DC Converter)를 포함한다.

여기서, LDC 출력 전압을 제어하는 시스템에는 전장부하(150)를 더 포함할 수 있다.

OBC(100)는 완속 충전기라고 일컬으며, 외부에서 공급되는 전원장치(105, 충전기)에서 AC 전원을 공급받고, 고전압배터리(110)에 충전을 위한 전력을 공급한다.

고전압배터리(110)는 차량 가속 시 모터 어시스트에 필요한 전기 에너지를 공급하고, 감속 또는 엔진 여유 출력 발생 시 모터 회생에 의해 발생한 전기에너지를 저장한다.

보조배터리(120)는 저전압 배터리라고 일컬으며, 차량의 엔진 시동에 필요한 전원과 전장부하(150, 전장품)에서 소모되는 전원을 공급한다.

지능형 배터리 센서(130)는 차량 내 안정적인 전류공급을 위해 보조배터리(120)의 충전상태(State Of Charge, SOC) 및 건강상태(State Of Health, SOH)를 포함하는 상태 정보를 체크한다.

이러한 지능형 배터리 센서(130)는 보조배터리(120)의 전압, 전류 및 온도를 측정하고 이를 토대로 충전상태(SOC)를 계산하여 보조배터리(120)의 상태정보를 체크할 수 있으며, 이러한 상태정보를 차량 내 각종 제어 유닛(Control Unit)이 참조할 수 있도록 제공할 수 있다.

LDC(140)는 저전압 변환부라고 일컬으며, 고전압배터리(110)의 고전압을 저전압(예를 들어, 14.3V~13.5V)으로 변환하여 보조배터리(120) 및 각 전장부하(150)에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.

LDC(140)는 LDC(140) 내에 구비된 제어부 또는 제어 유닛(Control Unit)을 포함하며, 이러한 LDC(140) 내에 구비된 제어부 또는 제어 유닛(Control Unit)이 지능형 배터리 센서(130)로부터 보조배터리(120)의 상태정보가 반영된 가변 전압 지령이 인가됨에 따른 출력 전압을 가변 제어할 수 있다. 여기서, LDC가 출력 전압을 가변 제어하는 구체적인 방법은 도 2에서 자세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 2를 참조하면, 차량은 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하기 위하여 완속 충전모드에 진입한다(S10).

다음으로, 고전압배터리의 충전 시, 차량 내 안정적인 전력 공급을 위하여 LDC는 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 보조배터리의 상태 정보를 지능형 배터리 센서(IBS)로부터 수신하여 체크한다(S20).

다음에는, LDC는 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되는 경우이거나, 보조배터리 전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지를 판단한다(S30).

그러나, 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계에서, 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되지 않거나, 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되지 않은 경우에 LDC는 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 충전되도록 제어할 수 있다.

다음으로, LDC는 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상인지 여부를 판단한다(S40).

여기서, 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이면, LDC는 출력 전압을 가변 제어하여 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상으로 계속 유지되도록 제어하고(S50), 보조배터리 SOC가 90% 이하이면, LDC는 출력 전압을 가변 제어하여 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상으로 충전되도록 제어한다(S60).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LDC 출력 전압을 제어하는 방법을 구체적으로 설명하는 그래프이다.

도 3을 참조하면, LDC 출력 전압을 제어하는 시스템에서 LDC는 출력 전압을 가변 제어함으로써, 지능형 배터리 센서로부터 수신한 보조배터리의 상태정보 즉, 보조배터리의 충전상태(SOC) 및 전압을 고려하여 보조배터리가 완충된 상태 이후부터 방전된 상태까지 보조배터리 충전상태(SOC)를 일정하게 유지한다.

전술한 바와 같이, 본 기술은 LDC의 출력 전압이 필요 이상으로 높게 제어되는 것을 방지하여 고전압 배터리의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 기술은 보조배터리를 완충한 이후에 LDC의 출력 전압을 낮춤으로써 보조배터리의 열화를 방지할 수 있다.

아울러, 본 기술은 고전압배터리 충전 시 보조배터리가 완전히 충전된 상태로 유지되기 때문에 차량의 주행 중 연비를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

1. 차량 가속 시 모터 어시스트에 필요한 전기 에너지를 공급하고, 감속 또는 엔진 여유 출력 발생 시 모터 회생에 의해 발생한 전기에너지를 저장하는 고전압배터리;
   상기 차량의 엔진 시동에 필요한 전원과 전장부하에서 소모되는 전원을 공급하는 보조배터리;
   상기 고전압배터리 충전 시 상기 차량 내 안정적인 전류공급을 위해 상기 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태정보를 체크하는 지능형 배터리 센서; 및
   상기 고전압배터리의 전력을 일정 가변 범위 내에서의 고전압 또는 저전압으로 변환하여 상기 보조배터리 및 각 전장부하에서 사용되는 전압에 맞게 공급하는 LDC
   를 포함하는 것을 특징으로 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고전압배터리 충전 시, 외부에서 공급되는 전원장치에서 AC 전원을 공급받고, 상기 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하는 OBC(On-Board Charger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LDC 출력 전압을 제어하는 시스템.
3. 고전압배터리에 충전을 위한 전력을 공급하기 위하여 완속 충전 모드에 진입하는 단계;
   상기 고전압배터리 충전 시 차량 내 안정적인 전력 공급을 위하여 보조배터리의 전압, 전류, 온도 및 충전상태(SOC)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태 정보를 체크하는 단계;
   상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 상기 보조배터리의 전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상인지 여부를 판단하되, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이면, 상기 보조배터리 충전상태(SOC)가 90% 이상으로 계속 유지되도록 제어하고, 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이하이면, 상기 보조배터리를 충전하여 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 90% 이상이 되도록 제어하는 단계
   포함하는 것을 특징으로 하는 LDC 출력 전압을 제어하는 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 고전압배터리 충전 시 상기 차량 내 안정적인 전력 공급을 위해 상기 보조배터리의 건강상태(State Of Health, SOH)를 포함하는 상기 보조배터리의 상태정보를 체크하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LDC 출력 전압을 제어하는 방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되거나, 상기 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되는지 여부를 판단하는 단계에서,
   상기 보조배터리의 충전상태(SOC)가 95% 이상으로 설정된 시간까지 유지되지 않거나, 상기 보조배터리의 충전전류가 5A 이하로 설정된 시간까지 유지되지 않은 경우에 상기 LDC가 상기 보조배터리의 충전상태(SOC)를 95% 이상으로 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LDC 출력 전압을 제어하는 방법.

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