KR20190010045A

KR20190010045A - 친환경 차량의 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20190010045A
Application number: KR1020170092195A
Authority: KR
Inventors: 허지욱; 오경철
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-30
Also published as: US20190023259A1; US10449947B2

Abstract

본 발명은 친환경 차량의 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 충전 제어 장치는 차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산하는 소요 예상 SOC 계산부; 상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 현재 SOC 계산부; 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 모터 구동으로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 모터 구동으로 목적지까지 주행되는 제 2 모드를 판단하는 모드 진입 제어부; 및 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 조정하는 SOC 조정부를 포함할 수 있다.

Description

친환경 차량의 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법{Apparatus for controlling charging in environment-friendly vehicle, system having the same and method thereof}

본 발명은 친환경 차량의 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SOC 최소 사용 영역을 조정하여 연비 효율을 증대시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

세계적인 고유가 및 배기 가스 규제로 친환경 정책과 연비 향상이 자동차 개발에서 핵심 과제가 되고 있다. 이에 따라 자동차 메이커들은 친환경 정책에 부응하고, 연비 향상을 위해 연료 절감 및 배기 가스 저감을 위한 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

상기와 같은 배경 하에서 자동차 메이커들은 고 연비 달성을 위하여 엔진과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용하는 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등의 기술 개발에 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.

이러한 하이브리드 자동차는 고 연비와 친환경 이미지로 많은 고객들의 구매 요구를 충족시켜 주고 있다.

그런데 이러한 하이브리드 차량은 주차 후 초기 시동 시 진단과 웜업을 위해 무조건 엔진을 구동시킴에 따라 엔진 효율이 낮아지고 주차 후 재시동 시 SOC가 상향됨에 따라 기준 SOC로 맞추기 위한 방전 지향 제어를 하여 연비 효율이 악화되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 친환경 차량의 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 전기 에너지를 이용한 주행을 유도함으로써 연비 효율을 증대시킬 수 있는 친환경 차량의 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 충전 제어 장치는 차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산하는 소요 예상 SOC 계산부; 상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 현재 SOC 계산부; 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 모터 구동으로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 모터 구동으로 목적지까지 주행되는 제 2 모드를 판단하는 모드 진입 제어부; 및 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 조정하는 SOC 조정부를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 소요 예상 SOC 계산부는, 공기저항, 구름저항, 및 등판저항을 이용하여 상기 소요 예상 SOC를 계산하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 공기저항 및 상기 구름저항은 차속과 차량의 코스트 다운(coast down)값을 이용하여 산출되는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 제어부는, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 큰 경우 상기 제 2 모드로 진입하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 제어부는, 상기 차량이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)차량인 경우, 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 작은 경우 엔진 구동으로 주행하는 제 3 모드로 진입하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 제어부는, 상기 차량이 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)인 경우, 상기 제 1 모드는 전기를 사용하여 주행하는 CD(Charge Depleting) 모드인 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 제어부는, 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 작은 경우 전기 모터 구동과 엔진구동을 모두 사용하여 주행하는 CS;Charge Sustaining) 모드인 제 4 모드로 진입하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제 2 모드 진입 시, 엔진을 구동하기 위한 기준조건인 EV 라인을 상향시키는 EV 라인 상향부를 더 포함하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 SOC 최소 사용 영역은, 아이들 충전(idle charge) 모드 진입을 위한 최소 SOC인 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 SOC 조정부는, 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 SOC 조정부는, 상기 제 2 모드 진입 시 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC에 도달하여도 아이들 충전(Idle charge) 모드로 진입되지 않도록 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 기준 SOC를 하향 조정하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 시스템은 차량에 전기 에너지를 제공하는 배터리; 및 소요 예상 SOC(State of Charge)와 현재 SOC를 계산하고, 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드의 진입 여부를 제어하고, 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 전기 에너지를 이용한 주행 모드를 유도하는 차량 충전 제어 장치;를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 차량 충전 제어 장치는, 차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC를 계산하는 소요 예상 SOC 계산부; 상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 현재 SOC 계산부; 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드로의 진입 여부를 판단하는 모드 진입 제어부; 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 조정하는 SOC 조정부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 충전 제어방법은 차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산하는 단계; 상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 단계; 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드를 구분하고 모드 진입 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 여부를 판단하는 단계는, 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC보다 크면 상기 제 1 모드(EV 모드)로 진입하도록 제어하는 단계; 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 큰 경우 상기 제 2 모드(SOC 사용모드)로 진입하는 단계; 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 작은 경우 상기 제 3 모드(HEV 모드)로 진입하는 단계;를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모드 진입 여부를 판단하는 단계는, 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC보다 크면 상기 제 1 모드(CD 모드)로 진입하도록 제어하는 단계; 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 큰 경우 상기 제 2 모드(SOC 사용모드)로 진입하는 단계; 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 작은 경우 상기 제 3 모드(CS 모드)로 진입하는 단계;를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제 2 모드 진입 시, 엔진을 구동하기 위한 기준조건인 EV 라인을 상향시키는 단계를 더 포함하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 소요 예상 SOC를 계산하는 단계는, 공기저항, 구름저항, 및 등판저항을 이용하여 상기 소요 예상 SOC를 계산하는 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 SOC 최소 사용 영역은, 아이들 충전(idle charge) 모드 진입을 위한 SOC인 것을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 단계는, 상기 제 2 모드 진입 시 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC에 도달하여도 아이들 충전(Idle charge) 모드로 진입되지 않도록 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 기준 SOC를 하향 조정하는 것을 포함할 수 있다.

본 기술은 SOC의 최소 사용영역을 하향 조정하여 전기 에너지를 이용한 주행 모드를 증대시킴으로써 연비 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 기술은 목적지 부근에서 불필요한 엔진 기동을 최소화함으로써 운전자 위화감 및 엔진 기동 소음을 감소시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 충전 제어에 따른 엔진 구동 시점을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 차량의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 차량 충전 제어 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HEV 차량의 차량 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PHEV 차량의 차량 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어에 따른 엔진 구동 시점을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 충전 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서 차량은 고전압 배터리를 이용하여 전기 모터를 구동시켜 주행하는 친환경 차량으로서, 하이브리드 자동차(HEV;Hybrid Electric Vehicle), 전기 자동차(EV ;Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV ;Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 수소연료 전지자동차(FCEV ;Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함할 수 있다. 특히 본 발명에서는 실시예로서 HEV 및 PHEV의 충전 제어 기술을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 HEV는 차량 속도가 일정 속도 미만이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 이상인 경우 전기 모터 구동만으로 주행하는 제 1 모드(EV 모드)와 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이더라도 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 큰 경우 전기 모터로 주행하는 제 2 모드(SOC 사용 모드)와, 차량 속도가 일정 속도 이상이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이고, 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 작은 경우 엔진 구동으로 주행하는 제 3 모드(HEV 모드)로 주행한다.

본 발명에 따른 PHEV는 차량 속도가 일정 속도 미만이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 이상인 경우 전기 모터 구동만으로 주행하는 제 1 모드(EV 모드= CD(Charge Depleting) 모드)와 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이고 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 큰 경우 전기 모터로 주행하는 제 2 모드(SOC 사용 모드), 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이고 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 작은 경우 운전자 요구파워, 현재 SOC, 차속 등에 따라 EV 모드와 HEV 모드를 구분하여 주행하는 제 4 모드(CS;Charge Sustaining) 모드)로 구분되어 주행한다.

여기서, CD 모드는 배터리에 충전된 전압을 사용하여 구동모터만으로 주행하는 EV 모드의 구간을 의미한다. CD 모드에서는 배터리의 SOC가 양호하여 사용 가능한 전압이 많은 상태이므로 특별한 상황이 아닌 경우 대부분의 구간을 구동모터만의 동력으로 주행한다.

CS 모드는 배터리에 충전된 전압을 일정량까지 사용한 후 HEV 모드와 동일한 방식으로 엔진과 구동모터의 구동력을 적절히 조합하여 주행하는 구간을 의미한다. CS 모드에서는 배터리의 SOC가 충분하지 못하여 사용 가능한 전압이 상대적으로 적은 상태이므로 엔진과 구동모터의 구동력을 조합하여 운행하므로 연비 향상을 도모하고, 배터리의 SOC를 적정한 양으로 유지한다.

이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 친환경 차량의 세부 구성도이다.

도 2를 참조하면, 친환경 차량인 하이브리드 전기자동차의 구성에 대해 설명하면, 엔진(10), 구동모터(11, 전기모터), 자동 변속기(12)가 일렬로 배열되는 레이아웃을 갖는다.

특히, 엔진(10)과 구동모터(11)는 엔진 클러치(130)를 개재한 상태로 동력 전달이 가능하도록 연결되고, 구동모터(11)와 자동변속기(12)는 서로 직결된다. 그 외, 엔진(10)과 연결되는 엔진 제어기(미도시), 구동모터(11)와 연결되는 구동모터 제어기(미도시), 자동 변속기(120)와 연결되는 자동 변속기 제어기(미도시) 외에 HSG(15)와 연결되는 HSG제어기, 배터리(14)와 연결되는 배터리 제어기(미도시) 및 각각의 제어기를 제어하는 하이브리드 제어기(100)를 포함할 수 있다.

하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU; 100)는 각 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정 그리고 차량 전반의 제어를 담당하는 최상위 제어기로서, 상기한 각 제어기들이 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(100)를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.

이러한 구성에서 차량 출발 시 또는 저속 주행 시에는 구동모터(11)에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발 시에는 엔진(10) 효율이 구동모터(11) 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진(10)보다는 효율이 좋은 구동모터(11)를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작하는 것이 차량의 연비 측면에서 유리하다. 차량 출발 후에는 HSG(15)가 엔진을 시동하여 엔진(10)의 출력과 구동모터(11)의 출력을 동시에 이용할 수 있다.

여기서, 하이브리드 전기자동차의 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

엔진(10)은 하이브리드 전기자동차에 동력을 공급하는 내연기관이다.

구동모터(11)는 전력을 공급하기 위한 주 동력원으로 고전압 배터리와 연결된다. 구동모터(11)의 파워는 순간적으로 출력 가능한 파워와 연속적으로 출력 가능한 파워로 구분되는데, 순간적으로 출력 가능한 파워는 파워의 양은 크지만 사용 가능한 시간이 짧은 반면, 연속적으로 출력 가능한 파워는 파워의 양은 작지만 사용 가능한 시간이 길다.

변속기(12)는 토크 컨버터를 삭제한 6단 자동변속기가 가능하고, 엔진(10)의 아이들 정지(idle stop) 상태에서 시동 또는 모드 변환 시 엔진 크랭킹(cranking)을 위하여 HSG(15)를 사용할 수 있다.

클러치(13)는 구동모터(11)의 동력을 잇거나 끊는 장치로서, 그 동력의 축을 임의로 이었다가 끊기도 한다. 클러치 종류에는 맞물림 클러치, 마찰 클러치, 유체 클러치 또는 전자기 클러치 등이 있다.

배터리(14)는 전기를 저장하고, 차량 시스템에 전기를 공급하기 위한 장치이다.

HSG(15, Hybrid Starter & Generator)는 시동 시 엔진(10)으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 하이브리드 시동발전기로써, 엔진(10)에 연결되어 구비된다. 이러한 HSG(15)는 엔진(10)의 토크 제어를 보조하여 응답성을 향상시키는데, HSG(15)가 엔진(10)과 연결되도록 벨트(Belt)를 이용하되, 벨트 장력을 고려하여 토크 제어를 할 수 있다.

인버터(16)는 구동모터(11), 배터리(14) 및 HSG(15)와 연결된 전류변환장치이다.

하이브리드 제어기(100)는 차량의 HEV인 경우, 차량 속도가 일정 속도 미만이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 이상인 경우 전기 모터 구동만으로 주행하는 제 1 모드(EV 모드)와 차량 속도가 일정 속도 이상이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 엔진 구동으로 주행하는 제 3 모드(HEV 모드)와, 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이더라도 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 큰 경우 전기 모터로 주행하는 제 2 모드(SOC 사용 모드)로 구분하여 주행하도록 제어한다.

또한, 차량이 PHEV인 경우, 하이브리드 제어기(100)는 차량 속도가 일정 속도 미만이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 이상인 경우 전기 모터 구동만으로 주행하는 제 1 모드(EV 모드= CD(Charge Depleting) 모드)와 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이고 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 큰 경우 전기 모터로 주행하는 제 2 모드(SOC 사용 모드), 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이고 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 작은 경우 운전자 요구파워, 현재 SOC, 차속 등에 따라 HE 모드 또는 HEV 모드로 주행하는 제 4 모드(CS;Charge Sustaining) 모드)로 구분하여 주행하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 충전 제어 장치(하이브리드 제어기;100)의 세부 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 충전 제어장치는 소요 예상 SOC 계산부(110), 현재 SOC 계산부(120), 모드 진입 제어부(130), EV 라인 상향부(140), SOC 조정부(150), 저장부(160)를 포함한다.

소요 예상 SOC 계산부(110)는 목적지까지 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산한다. 이때, 소요 예상 SOC는 현재 차량이 목적지까지 전기 모터 구동만으로 주행하는 제 1 모드(EV 모드)로 주행 시 배터리의 방전이 예상되는 SOC 값을 의미한다.

소요 예상 SOC 계산부(110)는 아래 수학식 1과 같이, 공기저항, 구름저항, 등판저항을 이용하여 소요 예상 SOC를 계산할 수 있다.

이때, //는 차량의 코스트 다운(coast down)값으로서, 차량 주행 저항값을 의미한다. 또한, m 은 차량 중량, g 는 중력가속도이다. 는 드라이브 트레인의 효율(드라이브샤프트, 조인트 등)이고, 는 변속기 효율이고, 는 모터 효율이며 는 배터리 효율이고, 총 배터리 에너지는 해당 차량의 배터리(메인 배터리) 스펙이다. 소요 예상 SOC 계산부(110)는 시간과 속도를 이용하여 목적지까지 소요되는 SOC를 산출한다.

수학식 1과 같이, 소요 예상 SOC는 공기저항파워, 구름저항파워, 등판저항파워의 합산 값에 드라이브 트레인의 효율, 변속기 효율, 모터 효율, 배터리 효율을 연산한 후 0에서 t시간까지 적분한 값을 총 배터리 에너지로 나누어 100을 곱한 값이다.

현재 SOC 계산부(120)는 차량의 현재 SOC를 산출한다. 이때 차량의 현재 SOC는 차량의 현재 충전상태를 산출하는 것으로, 통상의 모든 방법을 이용하여 현재 SOC를 산출할 수 있다.

모드 진입 제어부(130)는 전기 모터 구동으로만 주행되는 제 1 모드(EV모드=CD모드), 내연기관인 엔진구동을 통해 주행되는 제 3 모드(HEV모드), 제 2 모드(SOC 사용 모드), 제 4 모드(CS 모드)를 구분하여 판단한다.

제 1 모드는 차량 속도가 일정 속도 미만이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 이상인 경우 전기 모터 구동만으로 주행하도록 하는 모드이다. 이때, 기준 SOC는 차량 양산 시 미리 산출되어 저장부(160)에 저장되는 값으로, 통상적인 하이브리드 차량의 센터 SOC에 해당한다.

제 3 모드는 차량 속도가 일정 속도 이상이거나 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 엔진 구동으로 주행하도록 하는 모드이다.

제 2 모드는 차량의 현재 SOC가 기준 SOC 미만이더라도 차량의 현재 SOC가 목적지까지 소요되는 소요 예상 SOC와 목표 SOC의 합산값보다 큰 경우 전기 모터로 주행하도록 하는 모드이다. 이때, 목표 SOC는 차량 양산 시 미리 산출되어 저장부(160)에 저장되는 값으로, 기준 SOC보다 낮은 SOC 값으로 설정된다. 예를 들어, 기준 SOC가 15%인 경우, 목표 SOC는 5%로 설정될 수 있다.

제 4 모드는 PHEV 차량의 경우 구동되는 모드로서 운전자 요구파워, 현재 SOC, 차속 등에 따라 EV 모드 및 HEV 모드의 주행이 모두 가능한 모드로서 통상 CS 모드에 해당된다.

모드 진입 제어부(130)는 아래 수학식 2와 같이 현재 SOC가 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값보다 크면 SOC 사용 모드로 진입한다.

예를 들어, 현재 SOC가 65%이고, 목표 SOC가 40%이면 소요예상 SOC가 25%이상인 지점에서 SOC 사용 모드로 진입하게 된다. 기존에는 현재 SOC가 정해진 기준 SOC(SOC 최소 사용 영역) 이하인 경우 배터리가 충전되는 아이들 충전(IDLE charge)모드로 진입하고, 무조건 엔진을 구동하여 연료를 사용하는데, 본원 발명의 SOC 사용 모드는 기준 SOC 이하인 경우에도 배터리를 사용하여 주행할 수 있도록 하는 모드로서, 최대한 배터리를 사용하는 EV 모드로 주행하도록 함으로써 연비효율을 향상시킬 수 있다.

차량이 PHEV(플러그인 하이브리드 차량) 인 경우, 전기만을 이용하여 주행하는 CD 모드와 HEV로 주행이 가능한 CS 모드로 구분되어 주행되는데, 종래에는 CS 모드에서만 배터리 보호 및 연비 최적화를 위한 기준 SOC로 제어를 수행한다. 본 발명에서 차량이 PHEV인 경우, 모드 진입 제어부(130)는 SOC 사용모드 진입 가능 여부를 먼저 판단하고, SOC 사용모드로 진입이 불가능한 경우 바로 CS 모드로 천이시켜 소요 예상 SOC를 계속 산출한다.

반면 SOC 사용모드로 진입이 가능한 경우 모드 진입 제어부(130)는 현재 SOC가 유지되는 CD 모드를 유지하거나 SOC 사용 모드로 진입하도록 제어한다.

차량이 SOC 사용 모드로 진입하면, EV 라인 상향부(140)는 EV 라인을 상향한다. 이때, EV 라인은 EV 모드로 주행 중 엔진을 구동시키기 위한 기준점으로, 예컨데, 운전자가 엑셀을 밟아 20km/s로 가속하는 경우 엔진을 구동시킬 수 있으며 이때 EV 라인은 20km/s로 설정된 것이다. 이러한 EV 라인을 30km/s로 상향시킴으로써, 운전자가 엑셀을 20km/s로 밟아도 엔진이 구동되지 않고 EV 모드를 유지할 수 있도록 한다.

SOC 조정부(150)는 아이들 충전 모드로 진입하는 기준 SOC(SOC 최소 사용 영역)를 하향 조정하여, 이전의 기준 SOC보다 낮은 SOC 상태인 경우에도 아이들 충전 모드로 진입하지 않고 계속 배터리를 사용하여 주행하도록 한다.

저장부(160)는 목표 SOC, 기준 SOC, 소요 예상 SOC, 현재 SOC, 차속 정보, 등을 저장한다. 이와 같이, 본 발명은 소요 예상 SOC, 목표 SOC, 현재 SOC를 고려하여 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정함으로써, 전기(배터리)를 이용한 주행(EV 모드 주행)을 증가시켜, 연비를 향상시킬 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 HEV 차량의 차량 충전 제어 방법을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HEV 차량의 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 차량이 시동 온 되면 EV 모드인 제 1 모드로 주행한다(S101). 제 1 모드로 주행중에, 차량 충전 제어장치(100)는 현재 SOC가 기준 SOC보다 작은지를 판단하고(S102), 현재 SOC가 기준 SOC보다 큰 경우 제 1 모드로 계속 주행한다.

한편, 현재 SOC가 기준 SOC보다 작은 경우, 차량 충전 제어장치(100)는 소요 예상 SOC를 계산한다(S103). 이때 소요 예상 SOC는 현재 차량의 SOC 상태에서 EV 모드로 주행 시 목적지까지 주행 시 소모되는 예상 SOC이다.

그 후, 차량 충전 제어 장치(100)는 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값을 현재 SOC와 비교하여(S104), 현재 SOC가 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값보다 크지 않은 경우 소요 예상 SOC를 계산하는 단계(S103)를 반복한다.

한편 현재 SOC가 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값보다 크면, 차량 충전 제어장치(100)는 제 2 모드(SOC 사용 모드)로 진입하여(S106), EV 라인을 상향하고(S107), 아이들 충전 SOC를 기준 SOC보다 하향 조정한다(S108).

이때, EV 라인은 EV 모드로 주행 중 엔진을 구동시키기 위한 기준점으로, 예컨데, 운전자가 엑셀을 밟아 20km/s로 가속하는 경우 엔진을 구동시킬 수 있으며 이때 EV 라인은 20km/s로 설정된 것이다. 이러한 EV 라인을 30km/s로 상향시킴으로써, 운전자가 엑셀을 20km/s로 밟아도 엔진이 구동되지 않고 EV 모드를 유지할 수 있도록 한다.

또한 아이들 충전모드로 진입하기 위한 SOC 를 기준 SOC보다 하향 조정함으로써 현재 SOC가 기준 SOC에 도달하더라도 엔진이 구동되거나 아이들 충전모드로 진입하지 않도록 하여 전기 에너지를 이용한 주행을 계속하다가 현재 SOC가 하향 조정된 SOC에 도달하게 되면 아이들 충전 모드로 진입하도록 한다.

이하, 도 5를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 PHEV 차량의 충전 제어 방법을 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PHEV 차량의 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 차량이 시동 온 되면 전기 모터 구동만으로 주행되는 CD 모드(EV모드와 동일)인 제 1 모드로 주행한다(S201). 제 1 모드로 주행 중에 차량 충전 제어장치(100)는 현재 SOC가 기준 SOC보다 작은지를 판단하고(S202), 현재 SOC가 기준 SOC보다 큰 경우 제 1 모드로 계속 주행한다.

한편, 현재 SOC가 기준 SOC보다 작은 경우, 차량 충전 제어장치(100)는 소요 예상 SOC를 계산한다(S203). 이때 소요 예상 SOC는 현재 차량의 SOC 상태에서 EV 모드로 주행 시 목적지까지 주행 시 소모되는 예상 SOC이다.

차량 충전 제어장치(100)는 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값을 현재 SOC와 비교한다(S204). 현재 SOC가 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값보다 크지 않은 경우 제 4 모드(CS 모드)로 전환한다(S205). 이때, CS 모드는 운전자 요구파워, 현재 SOC, 차속 등에 따라 EV 모드 및 HEV 모드의 주행이 모두 가능한 모드이다.

반면 현재 SOC가 목표 SOC와 소요 예상 SOC의 합산값보다 크면, 차량 충전 제어장치(100)는 제 2 모드(SOC 사용 모드)로 진입하여(S206), EV 라인을 상향하고(S207), 아이들 충전 SOC를 기준 SOC보다 하향 조정한다(S207). 즉 아이들 충전모드로 진입하기 위한 SOC 를 기준 SOC보다 하향 조정함으로써 현재 SOC가 기준 SOC에 도달하더라도 엔진이 구동되거나 아이들 충전모드로 진입하지 않도록 하여 전기 에너지를 이용한 주행을 계속하다가 현재 SOC가 하향 조정된 SOC에 도달하게 되면 아이들 충전 모드로 진입하도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어에 따른 엔진 속도를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면 가로축은 시간이고 세로축은 속도에 대한 그래프로서, 도 1과 비교해볼 때, 도 1에서는 기준 SOC 이하 지점(A)에서 엔진을 구동하였으나 도 6의 본 발명이 적용된 경우 기준 SOC 이하에서도 엔진이 구동되지 않음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 SOC의 최소 사용 영역을 하향 조정함으로써, 주차 시 기준 SOC로 설정된 상태에서 재 시동 시 SOC가 상향됨에 따라 SOC를 기준 SOC로 맞추기 위한 방전 지향 제어를 억제하여 연비 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 목적지 부근까지 최대한 전기(배터리)를 이용한 주행을 하도록 유도함으로써 목적지 부근에서의 불필요한 엔진 기동을 최소화하여 운전자 위화감 및 주변 주택가 엔진 소음을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.

도 7을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.

예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 하이브리드 제어기
110 : 소요 예상 SOC 계산부
120 : 현재 SOC 계산부
130 : SOC 사용모드 진입 제어부
140 : EV 라인 상향부
150 : SOC 조정부
160 : 저장부

Claims

차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산하는 소요 예상 SOC 계산부;
상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 현재 SOC 계산부;
상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 모터 구동으로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 모터 구동으로 목적지까지 주행되는 제 2 모드를 판단하는 모드 진입 제어부; 및
상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 조정하는 SOC 조정부
를 포함하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 소요 예상 SOC 계산부는,
공기저항, 구름저항, 및 등판저항을 이용하여 상기 소요 예상 SOC를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 공기저항 및 상기 구름저항은 차속과 차량의 코스트 다운(coast down)값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 모드 진입 제어부는,
상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 큰 경우 상기 제 2 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 모드 진입 제어부는,
상기 차량이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)차량인 경우, 상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 작은 경우 엔진 구동으로 주행하는 제 3 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 모드 진입 제어부는,
상기 차량이 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)인 경우, 상기 제 1 모드는 전기를 사용하여 주행하는 CD(Charge Depleting) 모드인 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 모드 진입 제어부는,
상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값보다 작은 경우 전기 모터 구동과 엔진구동을 모두 사용하여 주행하는 CS;Charge Sustaining) 모드인 제 4 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 모드 진입 시, 엔진을 구동하기 위한 기준조건인 EV 라인을 상향시키는 EV 라인 상향부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SOC 최소 사용 영역은,
아이들 충전(idle charge) 모드 진입을 위한 최소 SOC인 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SOC 조정부는,
상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SOC 조정부는,
상기 제 2 모드 진입 시 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC에 도달하여도 아이들 충전(Idle charge) 모드로 진입되지 않도록 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 기준 SOC를 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 장치.
차량에 전기 에너지를 제공하는 배터리; 및
소요 예상 SOC(State of Charge)와 현재 SOC를 계산하고, 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드의 진입 여부를 제어하고, 상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 전기 에너지를 이용한 주행 모드를 유도하는 차량 충전 제어 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 차량 충전 제어 장치는,
차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC를 계산하는 소요 예상 SOC 계산부;
상기 차량의 현재 SOC를 계산하는 현재 SOC 계산부;
상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드로의 진입 여부를 판단하는 모드 진입 제어부;
상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 조정하는 SOC 조정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
차량이 목적지까지 주행 시 소요될 것으로 예상되는 소요 예상 SOC(State of Charge)를 계산하는 단계;
상기 차량의 현재 SOC를 계산하
재 SOC를 이용하여 상기 소요 예상 SOC와 상기 현재 SOC를 이용하여 전기 에너지로 주행되는 제 1 모드, 현재 SOC가 기준 SOC 이하더라도 전기 에너지로 목적지까지 주행하는 제 2 모드를 구분하고 모드 진입 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제 2 모드 진입 시 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 단계
를 포함하는 차량의 충전 제어 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 모드 진입 여부를 판단하는 단계는,
상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC보다 크면 상기 제 1 모드(EV 모드)로 진입하도록 제어하는 단계;
상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 큰 경우 상기 제 2 모드(SOC 사용모드)로 진입하는 단계;
상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 작은 경우 상기 제 3 모드(HEV 모드)로 진입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 모드 진입 여부를 판단하는 단계는,
상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC보다 크면 상기 제 1 모드(CD 모드)로 진입하도록 제어하는 단계;
상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 큰 경우 상기 제 2 모드(SOC 사용모드)로 진입하는 단계;
상기 현재 SOC가 상기 기준 SOC가 보다 작고, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 상기 소요 예상 SOC의 합산값 보다 작은 경우 상기 제 3 모드(CS 모드)로 진입하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 제 2 모드 진입 시, 엔진을 구동하기 위한 기준조건인 EV 라인을 상향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 충전 제어 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 소요 예상 SOC를 계산하는 단계는,
공기저항, 구름저항, 및 등판저항을 이용하여 상기 소요 예상 SOC를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.
것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 SOC 최소 사용 영역은,
아이들 충전(idle charge) 모드 진입을 위한 SOC인 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하는 단계는,
상기 제 2 모드 진입 시 상기 현재 SOC가 미리 정한 기준 SOC에 도달하여도 아이들 충전(Idle charge) 모드로 진입되지 않도록 상기 SOC 최소 사용 영역을 하향 조정하여 상기 기준 SOC를 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 제어 방법.