KR20200045267A - Battery pack, and dc/dc conveter control method of battery management system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시 예들은 배터리 팩, 및 배터리 관리 시스템의 DC/DC 컨버터 제어 방법에 관한 것이다. Embodiments of the present invention are directed to a DC / DC converter control method of a battery pack and a battery management system.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다. As environmental regulations such as CO2 regulations have recently been strengthened, interest in eco-friendly vehicles has increased. Accordingly, auto companies are actively researching and developing products for pure electric vehicles or hydrogen vehicles, as well as hybrid vehicles or plug-in hybrid vehicles.
친환경 차량에는 전기로 움직이는 구동 모터, 모터 구동용 메인 배터리, 전장 부하용 보조 배터리, 그리고 메인 배터리로부터 보조 배터리를 충전하기 위한 컨버터 등이 장착된다. 친환경 차량에서 구동 모터는 배터리에 저장된 전기 에너지로 구동되어 차량의 구동력을 제공할 뿐만 아니라, 차량 감속이 필요한 상황에서 차량의 주행 방향과 반대 방향으로 회전하여 차량을 감속키면서 역기전력을 발생시켜 배터리를 충전하기도 한다. 이와 같이, 구동 모터를 이용하여 차량을 감속시키면서 배터리를 충전하는 것을 회생 제동(regenrative braking)이라고 한다. The eco-friendly vehicle is equipped with a motor driven by electricity, a main battery for driving the motor, an auxiliary battery for electric load, and a converter for charging the auxiliary battery from the main battery. In an eco-friendly vehicle, the driving motor is driven by electric energy stored in the battery to provide the driving force of the vehicle. In addition, when the vehicle needs to be decelerated, it rotates in the opposite direction to the vehicle's driving direction to decelerate the vehicle while generating back EMF to generate the battery It can also be charged. As described above, charging the battery while decelerating the vehicle using the driving motor is referred to as regenerative braking.
친환경 차량에서 고전압인 메인 배터리와 저전압인 보조 배터리 사이에는 DC/DC 컨버터가 장착된다. 이러한 DC/DC 컨버터는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, 또는 Vehicle Control Unit)로부터 요구 출력 전압 지령을 수신하며, 이를 토대로 메인 배터리의 고전압 출력을 요구 전압으로 변환하여 보조 배터리를 충전한다. 통상적으로, 차량 제어기는 메인 배터리의 충전 모드에서는 보조 배터리에 최대한 많은 에너지를 저장시키기 위해 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 상승시키고, 메인 배터리의 방전 모드에서는 메인 배터리의 전력 소모를 최소화하기 위해 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 하강시킨다. 따라서, 차량이 회생 제동 모드로 구동 중에는 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 상승하고, 회생 제동의 종료 시에는 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 하강한다. In an eco-friendly vehicle, a DC / DC converter is mounted between a high voltage main battery and a low voltage auxiliary battery. The DC / DC converter receives a required output voltage command from a vehicle control unit (Hybrid Control Unit, or Vehicle Control Unit), and on the basis of this, converts the high voltage output of the main battery to a required voltage to charge the auxiliary battery. Typically, the vehicle controller increases the output voltage of the DC / DC converter to store as much energy as possible in the secondary battery in the charging mode of the main battery, and DC / in order to minimize power consumption of the main battery in the discharge mode of the main battery. The output voltage of the DC converter is dropped. Therefore, the output voltage of the DC / DC converter rises while the vehicle is driving in the regenerative braking mode, and the output voltage of the DC / DC converter decreases when the regenerative braking is finished.
긴 내리막 구간과 같이 타행 주행이나 브레이크 작동이 많은 상황에서 에너지 회생이 오래 유지되면, 메인 배터리가 완충되는 상황이 발생할 수 있다. 메인 베터리가 완충되면 회생 제동을 종료하고 브레이크 디스크 패드를 이용한 마찰 제동(friction brake)모드로 전환해야 하는데, 이와 같이 회생 제동에서 마찰 제동으로 전환하는 구간은 토크 블렌딩(torque blending) 구간이라 한다. 이러한 토크 블렌딩 구간에서는 회생 제동에 의한 토크와 마찰 제동에 의한 토크의 합이 운전자가 느끼는 제동 토크가 될 수 있다. 이 때, 약간의 토크 변동만 있어도 운전자는 울컥거림(jerk)을 느끼게 된다. 따라서, 토크 블렌딩 구간에서는 이종(異種)의 토크에 대한 제어가 최대한 정밀하고 부드럽게 수행되어야 한다. When the energy regeneration is maintained for a long time in a situation where there is a lot of driving or braking such as a long downhill section, a situation in which the main battery is fully charged may occur. When the main battery is fully charged, the regenerative braking should be terminated and the brake brake pads should be used to switch to the friction brake mode. The section for switching from regenerative braking to friction braking is called a torque blending section. In this torque blending section, the sum of torque due to regenerative braking and torque due to friction braking may be a braking torque felt by the driver. At this time, even with slight torque fluctuations, the driver feels jerked. Therefore, in the torque blending section, the control for the torque of the heterogeneous (異種) should be performed as precisely and smoothly as possible.
본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량의 회생 제동 종료 시 부드러운 토크 블렌딩 제어를 지원할 수 있는 배터리 팩, 및 배터리 관리 시스템의 DC/DC 컨버터 제어 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved through the embodiments of the present invention is to provide a battery pack capable of supporting smooth torque blending control at the end of regenerative braking of a vehicle, and a DC / DC converter control method of a battery management system.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 모터 구동용 제1배터리, 전장 부하용 제2배터리 및 상기 제1 및 제2배터리 사이에 연결된 DC/DC 컨버터를 구비한 차량에 장착되는 배터리 관리 시스템의 DC/DC 컨버터 제어 방법은, 상기 차량이 회생 제동 모드로 진입함에 따라, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제1전압으로 제어하는 단계, 상기 회생 제동 모드의 종료가 요청되면, 상기 제1배터리의 완충 여부에 따라서 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 변화율을 변경하는 단계, 및 상기 출력 전압 변화율에 기초하여, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제2전압까지 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. A battery management system mounted on a vehicle having a first battery for driving a motor, a second battery for electric load, and a DC / DC converter connected between the first and second batteries according to an embodiment for solving the above problems In the DC / DC converter control method, as the vehicle enters the regenerative braking mode, controlling the output voltage of the DC / DC converter to a first voltage, when the termination of the regenerative braking mode is requested, the first The method may include changing an output voltage change rate of the DC / DC converter according to whether the battery is fully charged, and reducing the output voltage of the DC / DC converter to a second voltage based on the output voltage change rate. .
상기 변경하는 단계는, 상기 제1배터리가 완충 상태이면, 상기 출력 전압 변화율을 제1값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. The changing step may include setting the rate of change of the output voltage to a first value when the first battery is in a buffer state.
상기 변경하는 단계는, 상기 제1배터리가 완충 상태가 아니면, 상기 출력 전압 변화율을 상기 제1값보다 큰 제2값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The changing step may further include setting the rate of change of the output voltage to a second value that is greater than the first value when the first battery is not in a buffer state.
상기 DC/DC 컨버터 제어 방법은, 상기 제1배터리의 충전 상태(state of charge) 또는 상기 제1배터리의 전압에 따라서, 상기 제1배터리의 완충 여부를 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The DC / DC converter control method may further include determining whether the first battery is fully charged according to a state of charge of the first battery or a voltage of the first battery.
따라서 회생 제동 토크의 변화율을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. Therefore, the step of changing the rate of change of the regenerative braking torque may be further included.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동용 제1배터리, 전장 부하용 제2배터리 및 상기 제1 및 제2배터리 사이에 연결된 DC/DC 컨버터를 구비한 차량에 장착되는 배터리 팩은, 상기 차량이 회생 제동 모드로 진입하면, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제1전압으로 제어하고, 상기 회생 제동 모드의 종료가 요청되면, 상기 제1배터리의 완충 여부에 따라서 다르게 설정되는 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 변화율에 기초하여 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제2전압까지 감소시키는 제1제어기를 포함할 수 있다. In addition, a battery pack mounted in a vehicle having a first battery for driving a motor, a second battery for electric load, and a DC / DC converter connected between the first and second batteries according to an embodiment of the present invention is When entering the regenerative braking mode, the output voltage of the DC / DC converter is controlled to a first voltage, and when the termination of the regenerative braking mode is requested, the DC / DC set differently according to whether the first battery is fully charged or not. It may include a first controller for reducing the output voltage of the DC / DC converter to a second voltage based on the rate of change of the output voltage of the converter.
상기 제1제어기는, 상기 회생 제동 모드의 종료 요청 시 상기 제1배터리가 완충 상태이면 상기 출력 전압 변화율을 제1값으로 제어하고, 상기 회생 제동 모드의 종료 요청 시 상기 제1배터리가 완충 상태가 아니면, 상기 출력 전압 변화율을 상기 제1값보다 큰 제2값으로 제어할 수 있다. The first controller controls the rate of change of the output voltage to a first value when the first battery is in a buffer state when requesting the termination of the regenerative braking mode, and the first battery is in a buffer state when requesting the termination of the regenerative braking mode. Otherwise, the rate of change of the output voltage may be controlled to a second value greater than the first value.
상기 배터리 팩은, 상기 제1배터리의 충전 상태 또는 상기 제1배터리의 전압에 기초하여 상기 제1배터리의 완충 여부를 판정하는 배터리 관리 시스템을 더 포함할 수 있다. The battery pack may further include a battery management system that determines whether the first battery is fully charged based on a state of charge of the first battery or a voltage of the first battery.
상기 배터리 팩은, 상기 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. The battery pack may include the DC / DC converter.
상기 제1제어기는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어기일 수 있다. The first controller may be a converter controller that controls the output voltage of the DC / DC converter.
상기 제1제어기는, 배터리 관리 시스템일 수도 있다. The first controller may be a battery management system.
본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 회생 제동 종료 시 부드러운 토크 블렌딩 제어가 가능하며, 이 과정에서 배터리가 과충전되는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, smooth torque blending control is possible at the end of regenerative braking of the vehicle, and it is possible to prevent the battery from being overcharged in the process.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템에서 차량의 제동 토크를 제어하는 예들을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템에서 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하는 예들을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템에서의 DC/DC 컨버터 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a vehicle control system according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B illustrate examples of controlling a braking torque of a vehicle in a vehicle control system according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates examples of controlling an output voltage of a DC / DC converter in a vehicle control system according to an embodiment of the present invention.
4 schematically illustrates a DC / DC converter control method in a vehicle control system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement them. Embodiments may be implemented in many different forms and are not limited to the embodiments described herein.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.In order to clearly describe the embodiments, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification. Therefore, reference numbers of components used in the previous drawings can be used in the following drawings.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the embodiments are not necessarily limited to those illustrated. In the drawings, thicknesses and regions may be exaggerated to clearly represent various layers and regions.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.Electrically connecting two components includes not only connecting two components directly, but also connecting two components via other components. Other components may include switches, resistors, capacitors, and the like. In the description of the embodiments, the expression “connecting” means that it is electrically connected when there is no expression of directly connecting.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 차량 제어 시스템, 및 차량 제어 시스템의 DC/DC 컨버터 제어 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a vehicle control system including a battery management system and a DC / DC converter control method of the vehicle control system will be described in detail with reference to necessary drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 실시 예를 명확하기 설명하기 위해 설명과 관계 없는 부분은 생략하여 도시되었다. 또한, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템에서 차량의 제동 토크를 제어하는 예들을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템에서 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하는 예들을 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a vehicle control system according to an exemplary embodiment of the present invention, in order to clearly describe the exemplary embodiment, parts irrelevant to the description are omitted. In addition, FIGS. 2A and 2B illustrate examples of controlling a braking torque of a vehicle in a vehicle control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a DC / DC converter in a vehicle control system according to an embodiment of the present invention It shows examples of controlling the output voltage of.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(100)은 메인 배터리(110), 보조 배터리(120), DC/DC 컨버터(DC to DC converter)(130), 컨버터 제어기(140), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(150), 차량 제어기(Hybrid Control Unit, 또는 Vehicle Control Unit)(160), 회생 제동 시스템(170), 및 마찰 제동 시스템(180)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
메인 배터리(110)는 차량의 구동 모터(미도시)로 구동 에너지(전기 에너지)를 제공하기 위한 배터리로, 고전압 배터리이다. The
보조 배터리(120)는 차량의 전장 부하용 배터리로, 저전압 배터리이다. The
DC/DC 컨버터(130)는 메인 배터리(110)와 보조 배터리(120) 사이에 연결되며, 메인 배터리(110)의 출력 전압을 보조 배터리(120)의 충전 전압으로 변환할 수 있다. 즉, DC/DC 컨버터(130)는 메인 배터리(110)의 고전압 출력을 저전압으로 변환한 후, 보조 배터리(120)로 출력할 수 있다. The DC /
컨버터 제어기(140)는 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제어할 수 있다. 여기서, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압은 컨버터 제어기(140), BMS(150), 및 차량 제어기(160) 중 적어도 하나의 의해 결정되며, 차량의 주행 모드(회생 제동 모드, 마찰 제동 모드 등), 메인 배터리(110)의 충전 여부, 메인 배터리(110)의 충전 상태(State Of Charge, SOC), 메인 배터리(110)의 전압, 고전압 전장부하의 구동여부 등에 기초하여 결정될 수 있다. The
컨버터 제어기(140)는 메인 배터리(110)의 충전 모드에서는 보조 배터리(120)에 최대한 많은 전기 에너지를 저장하기 위해 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 증가시킬 수 있다. 반면에, 컨버터 제어기(140)는 메인 배터리(110)의 방전 모드에서는 메인 배터리(110)의 충전 모드일때보다 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 감소시킴으로써, 메인 배터리(110)의 전력 소모를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 컨버터 제어기(140)는 메인 배터리(110)의 충전 모드에서는 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 15V로 제어하고, 메인 배터리(110)의 방전 모드에서는 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 13V로 제어할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 메인 배터리(110)의 충전 모드에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 '제1전압'이라 명명하고, 메인 배터리(110)의 방전 모드에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 '제2전압'이라 명명하여 사용한다. In the charging mode of the
차량이 회생 제동 모드로 주행 중인 상태에서, 차량의 구동 모터는 역기전력을 발생시켜 메인 배터리(110)를 충전한다. 따라서, 차랑이 회생 제동 모드로 주행 중에는 메인 배터리(110)가 충전 모드로 동작하고, 컨버터 제어기(140)는 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제1전압으로 제어할 수 있다. 컨버터 제어기(140)는 이후 메인 배터리(110)의 완충, 운전자 조작(브레이크 페달 또는 가속 페달 조작 등) 등으로 인해 회생 제동 모드가 종료되면, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제2전압으로 변경한다. While the vehicle is driving in the regenerative braking mode, the driving motor of the vehicle generates a back EMF to charge the
한편, 컨버터 제어기(140)는 회생 제동 종료 상황이 발생하면, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제1전압에서 제2전압으로 즉시 변경하는 대신, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제1전압에서 제2전압으로 점차적으로 감소시키는 구간을 가질 수 있다. 이 때, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압의 변화율(출력 전압 변화 기울기)은, 메인 배터리(110)의 충전 상태에 따라서 다르게 제어될 수 있다. 본 문서에서, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율은 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압이 시간에 따라 변화하는 비율을 나타낸다. 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우, 차량의 제동 토크는 회생 제동 시스템(170)에 의해 발생된 제동 토크(이하, '회생 제동 토크'라 칭함)에서 마찰 제동 시스템(180)에 의해 발상된 제동 토크(이하, '마찰 제동 토크'라 칭함)로 점차적으로 전환된다. 본 문서에서는, 차량의 제동 토크가 회생 제동 토크에서 마찰 제동 토크로 전환되는 과정에서, 회생 제동 토크와 마찰 제동 토크가 블렌딩되어 차량의 제동 토크를 형성하는 구간을 '토크 블렌딩 구간'이라 명명하여 사용한다. Meanwhile, when the regenerative braking termination situation occurs, the
차량의 제동 토크가 회생 제동 토크에서 마찰 제동 토크로 전환되는 토크 블렌딩 구간에서 운전자가 느끼는 차량의 제동 토크는, 회생 제동 토크와 마찰 제동 토크의 합에 대응한다. 따라서, 토크 블렌딩 구간동안 회생 제동 토크와 마찰 제동 토크 간의 평형이 깨질 경우 차량의 제동 토크에 변동이 발생하고, 약간의 제동 토크 변동만으로도 운전자는 울컥거리는 이질감을 느낄 수 있다. 이러한 이질감을 방지하기 위해서는, 이종(異種)의 제동 토크에 대한 제어가 최대한 정밀하고 부드럽게 수행되어야 한다. 그러나, 회생 제동 토크를 발생시키는 회생 제동 시스템(170)의 액츄에이터와 마찰 제동 토크를 발생시키는 마찰 제동 시스템(180)의 액츄에이터는 서로 반응성이 달라 정밀하게 하나의 제동 토크를 만들기 쉽지 않다. 특히, 토크 블렌딩 구간이 짧을수록 두 제동 토크의 평형을 유지하는 제어가 더욱 어렵다.The braking torque of the vehicle felt by the driver in the torque blending section in which the braking torque of the vehicle is converted from the regenerative braking torque to the friction braking torque corresponds to the sum of the regenerative braking torque and the friction braking torque. Accordingly, when the balance between the regenerative braking torque and the friction braking torque is broken during the torque blending section, a fluctuation occurs in the braking torque of the vehicle, and even with a slight braking torque fluctuation, the driver can feel a crying heterogeneity. In order to prevent such a feeling of heterogeneity, the control of the braking torque of the different species should be performed as precisely and smoothly as possible. However, the actuators of the
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(100)에서는, 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우 회생 제동 시스템(170)에 요구되는 요구 토크의 변화율(변화 기울기)을, 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우 회생 제동 시스템(170)에 요구되는 요구 토크 변화율보다 작게 제어하여, 메인 배터리(110)의 완충으로 차량의 제동 토크가 회생 제동 토크에서 마찰 제동 토크로 전환되는 경우의 토크 블렌딩 구간의 길이를 증가시킬 수 있다. 본 문서에서, 토크 변화율은 대응하는 토크가 시간에 따라 변화하는 비율을 나타낸다. Therefore, in the
도 2a는 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우의 제동 토크 변화를 예로 들어 도시한 것이고, 도 2b는 메인 배터리(110)의 완충이 아닌 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우의 제동 토크 변화를 예로 들어 도시한 것이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우의 회생 제동 토크의 변화율(TR1)은, 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우의 회생 제동 토크의 변화율(TR2)보다 작도록 제어되며, 이로 인해 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우의 토크 블랜딩 구간은, 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우의 토크 블랜딩 구간보다 길어질 수 있다. FIG. 2A shows an example of a change in braking torque when the regenerative braking is terminated by the buffering of the
회생 제동 종료 시, 회생 제동 시스템(170)과 마찰 제동 시스템(180)에 요구되는 요구 토크는, 차량 제어기(160)에 의해 설정될 수 있다. 차량 제어기(160)는 회생 제동 시스템(170)과 마찰 제동 시스템(180)의 요구 토크(또는 요구 토크 변화율)가 결정되면, 이에 대응하여 회생 제동 시스템(170)과 마찰 제동 시스템(180)의 액츄에이터를 제어하기 위한 제어 신호를 회생 제동 시스템(170)과 마찰 제동 시스템(180)으로 각각 출력할 수 있다. At the end of the regenerative braking, the required torque required for the
한편, 회생 제동 토크의 변화율(기울기)을 조정하여 토크 블렌딩 구간을 증가시키는 것은, 회생 제동 시간을 증가시켜 메인 배터리(110)의 과충전이 발생시킬 수도 있으며, 이는 차량의 안전성 문제로 이어질 수 있다. On the other hand, increasing the torque blending section by adjusting the rate of change (tilt) of the regenerative braking torque may increase the regenerative braking time to cause overcharging of the
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템(100)은 회생 제동 종료 상황이 메인 배터리(110)의 완충에 의한 것이면, 회생 제동 시스템(170)에 요구되는 요구 토크의 변화율 제어를 통해 토크 블렌딩 구간을 증가시킬뿐만 아니라, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율(하강 기울기)을 완만하게 조정하여, 메인 배터리(110)의 과충전을 방지할 수 있다. 도 3을 참조하면, 회생 제동 종료 상황이 메인 배터리(110)의 완충에 의한 경우의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율(VR1)은, 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율(VR2)보다 작게 설정될 수 있다. 이에 따라, 메인 배터리(110)의 완충으로 회생 제동이 종료되는 경우, 회생 제동을 종료하는 과정에서 보조 배터리(120)의 충전에 사용되는 에너지가 증가하게 되고, 이로 인해 토크 블렌딩 구간 증가시키더라도 메인 배터리(110)의 과충전이 방지될 수 있다. 따라서, 메인 배터리(110)의 완충으로 회생 제동이 종료되는 경우, 토크 블렌딩 구간의 증가로 부드러운 토크 블렌딩 제어가 가능할뿐만 아니라, 토크 블렌딩 구간의 증가로 인해 메인 배터리(110)가 과충전되는 것 또한 방지할 수 있다. Therefore, the
메인 배터리(110)의 완충 여부는, BMS(150)에 의해 판정될 수 있다. BMS(150)는 메인 배터리(110)의 SOC가 임계치 이상이거나, 메인 배터리(110)의 전압이 임계치 이상이면, 메인 배터리(110)가 완충 상태인 것으로 판정할 수 있다. 반면에, BMS(150)는 메인 배터리(110)의 SOC가 임계치 미만이고, 메인 배터리(110)의 전압 또한 임계치 미만이면, 메인 배터리(110)가 완충 상태가 아닌 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 메인 배터리(110)의 완충 여부를 판정하기 위해 사용되는 임계치는, 메인 배터리(110)의 완충 상태에 대응하여 설정된 SOC 값 및 전압값일 수 있다. Whether or not the
회생 제동 종료 시의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압은, 컨버터 제어기(140)에 의해 결정될 수 있다. 즉, 회생 제동 종료 시, 컨버터 제어기(140)는 BMS(150)로부터 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과를 수신하고, 이를 토대로 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율을 결정할 수 있다.The output voltage of the DC /
회생 제동 종료 시의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압은, BMS(150)에 의해 결정될 수도 있다. 즉, BMS(150)는 회생 제동 종료 시 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과에 따라서 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정할 수 있다. 이 경우, BMS(150)는 결정된 전압 변화율 목표치에 대응하는 제어 신호를 컨버터 제어기(140)로 전달하고, 컨버터 제어기(140)는 BMS(150)에 의해 결정된 전압 변화율 목표치에 기초하여 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제어할 수 있다.The output voltage of the DC /
회생 제동 종료 시의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압은, 차량 제어기(140)에 의해 결정될 수도 있다. 즉, 차량 제어기(140)는 회생 제동 종료 시의 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과를 BMS(150)로부터 수신하고, 이를 토대로 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정할 수 있다. 이 경우, 차량 제어기(160)는 결정된 전압 변화율 목표치에 대응하는 제어 신호를 컨버터 제어기(140)로 전달하고, 컨버터 제어기(140)는 차량 제어기(160)에 의해 결정된 전압 변화율 목표치에 기초하여 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 설정하고, 이를 토대로 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제어할 수 있다.The output voltage of the DC /
한편, BMS(150)와 차량 제어기(160)는 상황에 따라 DC/DC 컨버터(150)의 출력 전압 또는 전압 변화율 목표치를 각각 결정하고, 이에 대응하는 제어 신호들을 컨버터 제어기(140)로 각각 전달할 수도 있다. 이에 따라, BMS(150)와 차량 제어기(160)로부터 전압 변화율에 대한 제어 신호를 모두 수신한 컨버터 제어기(140)는, 이들 중 하나를 선택하고, 선택된 제어 신호에 기반하여 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제어할 수 있다. 이 경우, BMS(150)는 메인 배터리(110)의 충전 여부, 메인 배터리(110)의 충전 상태(SOC), 메인 배터리(110)의 전압 등을 토대로 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정하고, 이에 대응하여 컨버터 제어기(140)로 전압 변화율에 대한 제어 신호를 전달할 수 있다. 또한, 차량 제어기(160)는 차량의 주행 상태, 고전압 전장 부하의 구동 여부 등을 토대로 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정하고, 이에 대응하여 컨버터 제어기(140)로 전압 변화율에 대한 제어 신호를 전달할 수 있다. BMS(150)와 차량 제어기(160)로부터 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 또는 전압 변화율 목표치에 모두 수신한 컨버터 제어기(140)는 기 설정된 선택 조건에 따라서 둘 중 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우, BMS(150)는 전압 변화율 목표치를 토크 블렌딩 구간에서 디폴트로 설정된 값에 비해 낮추어 설정하고, 이에 대응하는 제어 신호를 컨버터 제어기(140)로 출력할 수 있다. 또한, 차량 제어기(160)는 회생 제동 종료 시 배터리(110)의 완충 여부와 상관 없이 토크 블렌딩 구간에서 디폴트로 설정된 값을 전압 변화율 목표치로 설정하고, 이에 대응하는 제어 신호를 컨버터 제어기(140)로 출력할 수 있다. 이 경우, 컨버터 제어기(140)는 기 설정된 선택 조건에 따라 BMS(150)로부터 수신된 제어 신호에 우선순위를 두어, BMS(150)로부터 수신되는 전압 변화율에 대한 제어 신호를 토대로, 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제어할 수 있다. Meanwhile, the
회생 제동 시스템(170)은 차량을 감속시키면서 메인 배터리(110)를 충전하는 회생 제동을 제어하는 시스템이다. 회생 제동 시스템(170)은 차량의 구동 모터(미도시)를 이용하여 회생 제동 토크를 발생시키기 위한 액츄에이터(미도시)를 포함하며, 차량 제어기(160)로부터 수신되는 제어 신호에 기반하여 이를 제어함으로써 회생 제동 토크의 출력을 제어할 수 있다. The
마찰 제동 시스템(180)은 마찰력에 위해 차량을 감속시키기 위한 시스템이다. 마찰 제동 시스템(180)은 브레이크 디스크 패드 등을 제어하여 마찰 제동 토크를 발생시키기 위한 액츄에이터(미도시)를 포함하며, 차량 제어기(160)로부터 수신되는 제어 신호에 기반하여 이를 제어함으로써 마찰 제동 토크의 출력을 제어할 수 있다.The
전술한 차량 제어 시스템(100)에서 BMS(150)는, 메인 배터리(110) 및 보조 배터리(120) 중 적어도 하나와 패키징되어 배터리 팩을 구성할 수 있다. 또한, BMS(150)는 컨버터 제어기(140)와 하나의 배터리 팩 내에 패키징 될 수도 있다. In the
한편, 도 1에서는 컨버터 제어기(140)가 차량 내 BMS(150) 및 차량 제어기(160)와 별도로 존재하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 컨버터 제어기(140)의 기능은, BMS(150) 또는 차량 제어기(160) 내에 구현될 수도 있다. Meanwhile, in FIG. 1, a case where the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 시스템의 DC/DC 컨버터 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically illustrates a DC / DC converter control method of a vehicle control system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 차량 제어 시스템(100)은 차량이 회생 제동 모드로 진입함에 따라(S100), DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제1전압(도 4의 V1 참조)으로 제어한다(S110).Referring to FIG. 4, according to an embodiment of the present invention, the
상기 S110 단계에서, 차량 제어 시스템(100)은 차량이 회생 제동 모드로 동작을 시작하면, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압을 제2전압(도 4의 V2 참조)에서 제1전압까지 점차적으로 증가시킬 수 있다. In step S110, when the vehicle starts operating in the regenerative braking mode, the
이후, 회생 제동 종료가 요청되고(S120), 이 때의 메인 배터리(110)가 완충 상태이면(S130), 차량의 차량 제어 시스템(100)은 토크 블렌딩 구간을 증가시키고, 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율을 제1값으로 제어한다(S140).Then, when the regenerative braking end is requested (S120), and the
한편, 상기 S130 단계에서, 메인 배터리(110)의 완충 여부는, 메인 배터리(110)의 SOC 또는 전압을 임계치와 비교하여 판정될 수 있다. 예를 들어, 메인 배터리(110)의 SOC가 임계치 이상이거나, 메인 배터리(110)의 전압이 임계치 이상이면, 메인 배터리(110)가 완충 상태인 것으로 판정될 수 있다. 또한, 예를 들어, 메인 배터리(110)의 SOC가 임계치 미만이고, 메인 배터리(110)의 전압이 임계치 미만이면, 메인 배터리(110)는 완충 상태가 아닌 것으로 판정할 수 있다. Meanwhile, in step S130, whether the
상기 S140 단계에서, 차량 제어 시스템(100)은 차량 제어기(160)를 통해 회생 제동 시스템(170)의 요구 토크 변화율(도 2a의 TR1 참조)을 감소시킴으로써, 회생 제동 종료 과정에서의 토크 블렌딩 구간을 증가시킬 수 있다. In step S140, the
한편, 차량의 차량 제어 시스템(100)은 회생 제동 종료가 요청되고(S120), 이 때의 메인 배터리(110)가 완충 상태가 아니면(S130), 회생 제동 종료 과정에서의 토크 블렌딩 구간을 노멀 상태로 제어하고, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율을 제1값보다 큰 제2값으로 제어한다(S150). Meanwhile, the
상기 S150 단계에서, 노멀 상태의 토크 블렌딩 구간은 상기 S140 단계에서의 토크 블렌딩 구간보다 그 길이가 짧게 설정된다. 즉, 상기 S150 단계에서, 차량 제어 시스템(100)은 차량 제어기(160)를 통해 회생 제동 시스템(170)의 요구 토크 변화율을 상기 S140 단계에서보다 증가된 값(도 2b의 TR2 참조)으로 설정함으로써, 토크 블렌딩 구간을 상기 S140 단계에서보다 짧게 제어한다. In step S150, the normal length of the torque blending period is set to be shorter than the torque blending period in step S140. That is, in step S150, the
상기 S150 단계에서, 제2값은 제1값에 큰 작은 값일 수 있다. 즉, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압은, 변화율이 제1값으로 변화할 때가 변화율이 제2값으로 변화할 때보다 완만하게 하강할 수 있다. In step S150, the second value may be a small value that is large to the first value. That is, the output voltage of the DC /
상기 S140 단계 및 S150 단계에서, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율은 컨버터 제어기(140), BMS(150), 및 차량 제어기(160) 중 어느 하나에 의해 결정될 수 있다. In steps S140 and S150, the rate of change of the output voltage of the DC /
예를 들어, 회생 제동 종료 시, 컨버터 제어기(140)가 BMS(150)로부터 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과를 수신하고, 이를 토대로 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율을 결정할 수 있다.For example, at the end of regenerative braking, the
또한, 예를 들어, 회생 제동 종료 시, BMS(150)가 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과에 따라서 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정할 수도 있다.Further, for example, at the end of regenerative braking, the
또한, 예를 들어, 회생 제동 종료 시, 차량 제어기(140)가 메인 배터리(110)의 완충 판정 결과를 BMS(150)로부터 수신하고, 이를 토대로 토크 블렌딩 구간에서의 DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율 목표치를 결정할 수도 있다.Further, for example, at the end of regenerative braking, the
또한, 예를 들어, 회생 제동 종료 시, BMS(150)와 차량 제어기(160)가 DC/DC 컨버터(150)의 출력 전압 또는 출력 전압 변화율 목표치를 각각 결정하여 이에 대응하는 제어 신호들을 컨버터 제어기(140)로 출력하면, 컨버터 제어기(140)가 기 설정된 선택 조건에 따라서 이들 중 하나를 선택할 수도 있다. 메인 배터리(110)의 완충에 의해 회생 제동이 종료되는 경우, 컨버터 제어기(140)는 기 설정된 선택 조건에 따라 BMS(150)로부터 수신된 제어 신호를 선택할 수 있다. 이 때, BMS(150)로부터 수신된 제어 신호는, 토크 블렌딩 구간에서 디폴트로 설정된 값에 비해 낮게 설정된 출력 전압 변화율(제1값)에 대응할 수 있다. 한편, 메인 배터리(110)의 완충이 아닌 다른 이유로 회생 제동이 종료되는 경우, 컨버터 제어기(140)는 차량 제어기(160)로부터 수신된 제어 신호를 선택할 수 있다. 이 때, 차량 제어기(160)로부터 수신된 제어 신호는, 토크 블렌딩 구간에서 디폴트로 출력 전압 변화율(제2값)에 대응할 수 있다. In addition, for example, at the end of regenerative braking, the
전술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량 제어 시스템(100)은 회생 제동 종료 상황이 메인 배터리(110)의 완충에 의한 것이면, 회생 제동 시스템(170)에 요구되는 요구 토크의 변화율 제어를 통해 토크 블렌딩 구간을 증가시킬뿐만 아니라, DC/DC 컨버터(130)의 출력 전압 변화율(하강 기울기)을 완만하게 조정한다. 이에 따라, 메인 배터리(110)의 완충으로 회생 제동이 종료되는 경우, 토크 블렌딩 구간의 증가로 부드러운 토크 블렌딩 제어가 가능할뿐만 아니라, 토크 블렌딩 구간의 증가로 인해 메인 배터리(110)가 과충전되는 것 또한 방지할 수 있다. According to the above-described exemplary embodiment of the present invention, the
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 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 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings referenced so far and the detailed description of the described invention are merely illustrative of the present invention, which are used only for the purpose of illustrating the present invention and are used to limit the scope of the present invention as defined in the claims or the claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 차량 제어 시스템
110: 메인 배터리
120: 보조 배터리
130: DC/DC 컨버터
140: 컨버터 제어기
150: BMS
160: 차량 제어기
170: 회생 제동 시스템
180: 마찰 제동 시스템100: vehicle control system
110: main battery
120: auxiliary battery
130: DC / DC converter
140: converter controller
150: BMS
160: vehicle controller
170: regenerative braking system
180: friction braking system
Claims (9)
상기 차량이 회생 제동 모드로 진입함에 따라, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제1전압으로 제어하는 단계,
상기 회생 제동 모드의 종료가 요청되면, 상기 제1배터리의 완충 여부에 따라서 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 변화율을 변경하는 단계, 및
상기 출력 전압 변화율에 기초하여, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제2전압까지 감소시키는 단계를 포함하는 DC/DC 컨버터 제어 방법. In the DC / DC converter control method of a battery management system mounted on a vehicle having a first battery for driving a motor, a second battery for electric load, and a DC / DC converter connected between the first and second batteries,
Controlling the output voltage of the DC / DC converter to a first voltage as the vehicle enters the regenerative braking mode,
When the termination of the regenerative braking mode is requested, changing an output voltage change rate of the DC / DC converter according to whether the first battery is fully charged, and
And reducing the output voltage of the DC / DC converter to a second voltage based on the rate of change of the output voltage.
상기 변경하는 단계는,
상기 제1배터리가 완충 상태이면, 상기 출력 전압 변화율을 제1값으로 설정하는 단계를 포함하는 DC/DC 컨버터 제어 방법. According to claim 1,
The step of changing,
And when the first battery is fully charged, setting the rate of change of the output voltage to a first value.
상기 변경하는 단계는,
상기 제1배터리가 완충 상태가 아니면, 상기 출력 전압 변화율을 상기 제1값보다 큰 제2값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 DC/DC 컨버터 제어 방법. According to claim 2,
The step of changing,
And if the first battery is not fully charged, setting the rate of change of the output voltage to a second value that is greater than the first value.
상기 제1배터리의 충전 상태(state of charge) 또는 상기 제1배터리의 전압에 따라서, 상기 제1배터리의 완충 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 DC/DC 컨버터 제어 방법. According to claim 1,
And determining whether the first battery is fully charged according to a state of charge of the first battery or a voltage of the first battery.
상기 차량이 회생 제동 모드로 진입하면, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제1전압으로 제어하고, 상기 회생 제동 모드의 종료가 요청되면, 상기 제1배터리의 완충 여부에 따라서 다르게 설정되는 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 변화율에 기초하여 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제2전압까지 감소시키는 제1제어기를 포함하는 배터리 팩. A battery pack mounted in a vehicle having a first battery for driving a motor, a second battery for electric load, and a DC / DC converter connected between the first and second batteries,
When the vehicle enters the regenerative braking mode, the output voltage of the DC / DC converter is controlled to a first voltage, and when the termination of the regenerative braking mode is requested, the DC set differently depending on whether the first battery is fully charged or not. A battery pack including a first controller that reduces the output voltage of the DC / DC converter to a second voltage based on the rate of change of the output voltage of the / DC converter.
상기 제1제어기는, 상기 회생 제동 모드의 종료 요청 시 상기 제1배터리가 완충 상태이면 상기 출력 전압 변화율을 제1값으로 제어하고, 상기 회생 제동 모드의 종료 요청 시 상기 제1배터리가 완충 상태가 아니면, 상기 출력 전압 변화율을 상기 제1값보다 큰 제2값으로 제어하는 배터리 팩.The method of claim 5,
The first controller controls the rate of change of the output voltage to a first value when the first battery is in a buffer state when requesting the termination of the regenerative braking mode, and the first battery is in a buffer state when requesting to end the regenerative braking mode. Otherwise, the battery pack for controlling the rate of change of the output voltage to a second value greater than the first value.
상기 제1배터리의 충전 상태 또는 상기 제1배터리의 전압에 기초하여 상기 제1배터리의 완충 여부를 판정하는 배터리 관리 시스템을 더 포함하는 배터리 팩.The method of claim 5,
The battery pack further includes a battery management system that determines whether the first battery is fully charged based on a state of charge of the first battery or a voltage of the first battery.
상기 제1제어기는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어기인 배터리 팩.The method of claim 7,
The first controller is a battery pack that is a converter controller that controls the output voltage of the DC / DC converter.
상기 제1제어기는, 배터리 관리 시스템인 배터리 팩. The method of claim 5,
The first controller is a battery pack that is a battery management system.
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KR20230084724A (en) | 2021-12-06 | 2023-06-13 | (주)에너캠프 | Scale up and down modular battery system |
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2018
- 2018-10-22 KR KR1020180126129A patent/KR102619724B1/en active IP Right Grant
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