KR20220119235A - 마일드 하이브리드 차량의 12v 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 12v 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마일드 하이브리드 차량에 있어서 12V 배터리의 실제 전압을 인식해야 하는 배터리 센서가 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압을 인식함으로써 발생되는 12V 배터리의 인식 오류 문제를 개선하여 보다 실효성 있는 12V 배터리의 충전 진단을 수행할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법은, 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; 상기 예비 조건을 만족하면, EMS로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하고, LDC가 뉴트럴 모드로 천이되었는지 여부를 확인하는 단계와; LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 것으로 확인되면, 천이된 이후부터 설정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계와; LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 설정 시간이 경과되어 전압이 하강된 시점의 실제 12V 배터리 전압을 측정하고, LDC 포워드 모드로 전환하여 12V 배터리를 충전시킴으로써 12V 배터리의 본격적인 성능 진단을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법{12V battery performance abnormality diagnosis system and method of mild hybrid vehicle}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량에서 12V 배터리의 성능 이상 유무를 진단할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 12V 배터리의 실제 전압을 인식해야 하는 배터리 센서가 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압을 인식함으로써 발생하는 12V 배터리의 인식 오류 문제를 개선하여 실효성 있는 12V 배터리의 충전 진단을 수행할 수 있도록 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량(Hybrid Vehicle)은 내연기관인 엔진과 전기 자동차의 배터리 모터를 동시에 장착한 차량을 의미하며, 기존 일반 차량과 달리 유해가스 배출량을 획기적으로 줄이면서도 연비를 상승시킬 수 있어 주목 받고 있는 차세대 자동차이다.
종래의 대부분의 하이브리드 차량은 두 개의 모터를 구비하여 일정 영역에서는 모터가 엔진을 대신하여 동력을 전달하는 풀 하이브리드(Full Hybrid) 방식을 취했으나, 최근에는 하나의 모터를 구비하여 엔진을 보조하는 역할만 하는 마일드 하이브리드(Mild Hybrid) 방식을 취하는 하이브리드 차량이 점차 증가하고 있는 추세이다.
마일드 하이브리드 차량은 48V 전압 시스템을 주로 사용하기 때문에 '48V 마일드 하이브리드 차량'이라고 불리기도 하는데, 이와 같은 마일드 하이브리드 차량의 모터는 엔진의 동력을 거들 뿐, 홀로 작동하지는 않으므로 종래의 풀 하이브리드 차량과 비교하였을 때 연비 절감 효과는 떨어진다.
다만, 마일드 하이브리드 차량은 풀 하이브리드 차량과 달리 기존의 내연기관 차량에서 큰 구조 변경 없이 구현 가능하여, 저렴한 가격으로 간편하게 설계할 수 있으며, 무엇보다 전기 소모량이 점차 증가하고 있는 에어컨이나 히터와 같은 공조시설 및 기타 편의시설에 필요한 전기를 48V 전압 시스템을 통해 공급할 수 있기 때문에 48V 전압 시스템이 활용될 수 있는 영역이 다양하다는 장점이 있다.
이와 같은 48V 전압 시스템은 기존의 전통적인 엔진에 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator), LDC(Low Voltage DC-DC Converter), BMS(Battery Management System), 및 H/W 컴포넌트(Component)를 추가 구성한 시스템이며, 여기서 48V 시스템에 구비되는 LDC는 고전압의 48V 배터리와 저전압의 12V 배터리 사이에 위치되어 전압을 승압 또는 감압하는 역할을 수행하는 컨버터이다. 즉, 48V 시스템에서 LDC는 48V 배터리와 12V 배터리 사이에 물리적으로 연결되어 48V 배터리에서 12V 배터리로의 전력전달뿐 아니라 12V의 배터리에서 48V의 배터리로의 전력전달이 가능한 양방향 DC-DC 컨버터를 의미하며, 이때, LDC가 Forward 모드로 작동되는 경우에는 48V -> 12V로 감압시켜 12V 배터리로 상시 충전 전압을 공급하게 된다.
그러나, 이와 같이 48V 배터리에서 LDC를 거쳐 12V 배터리를 충/방전하는 기존의 48V 전압 시스템의 경우, LDC가 48V 배터리에서 12V 배터리로 상시 전압을 공급하게 되는 Foward 모드 상황에서는 12V 배터리 전압을 검출하는 배터리 센서가 48V 배터리와 12V 배터리 사이에 연결된 LDC의 물리적 연결구조의 한계로 인해 실제 12V 배터리 전압을 나타내지 못하고 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압을 인식하여 발전 목표 전압을 표출하게 됨으로써 배터리 센서를 통해 검출된 12V 배터리의 전압값이 실제 12V 배터리 전압값과 일치하지 않아 실효성 있는 12V 배터리 충전 상태 진단을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개 제2018-0006187호(2018.01.17)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 48V 배터리에서 LDC를 거쳐 12V 배터리를 충/방전하는 48V 시스템에서, 12V 배터리 센서가 실제 12V 배터리 전압이 아닌 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압을 인식함으로써 발생되는 12V 배터리의 인식 오류 문제를 개선하여 보다 실효성 있는 12V 배터리 충전 상태 진단을 수행할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 기존의 배터리 센서를 이용한 12V 배터리 충전 진단 방식에서 벗어나, 차량 운전 조건, 48V 시스템 조건, LDC의 12V 배터리 측의 전류 적산값 등을 이용하여 LDC 및 BMS 제어기와의 협조 제어 방식을 통해 12V 배터리의 정확한 성능 이상 진단을 수행할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 기존 12V 배터리 센서 및 관련 하드웨어의 레이아웃 변경 없이 단순한 제어 로직을 통해 12V 배터리 단품의 고장 유무를 진단하여 12V 배터리 충전 불가 상황을 쉽게 파악할 수 있고, 이를 통해 12V 배터리 방전에 의해 발생될 수 있는 차량 내 전기 계통의 작동불가 상황을 사전에 파악 및 조치하도록 함으로써 차량 운행의 안전성을 높일 수 있고, 48V 시스템의 미작동으로 인한 차량의 연비, 출력 저하 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법은, (a) 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; (b) 상기 예비 조건을 만족하면, EMS로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하고, LDC가 뉴트럴 모드로 천이되었는지 여부를 확인하는 단계와; (c) LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 것으로 확인되면, 천이된 이후부터 설정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계와; (d) LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 설정 시간이 경과되어 전압이 하강된 시점의 실제 12V 배터리 전압을 측정하고, LDC 포워드 모드로 전환하여 12V 배터리를 충전시킴으로써 12V 배터리의 본격적인 성능 진단을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (d) 단계 이후에 수행되는 단계로서, 12V 배터리에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단하는 (e) 단계를 더 포함하고, 상기 (e) 단계에서 12V 배터리의 전압값이 설정 전압값 이상이면 12 배터리의 성능을 정상으로 판정할 수 있다.
그리고, 상기 (e) 단계 이후에 수행되는 단계로서, 12V 배터리의 전압값이 설정 전압값보다 작은 것으로 판단될 경우, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인지 여부를 판단하는 (f) 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계 이후에 수행되는 단계로서, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인 경우, 12V 배터리 전압값의 평균치를 계산하여 12V 배터리의 평균 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단하는 (g) 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 (f) 단계에서 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 (a) 단계로 다시 복귀할 수 있다.
그리고, 상기 (g) 단계에서 12V 배터리의 평균 전압값이 설정 전압값 이상이면 정상으로 판정하고, 설정 전압값 이하이면 고장으로 판정하며, LDC는 뉴트럴 모드에서 포워드 모드로 복귀될 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계는, 12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 선행 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-1)와; 12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 차량 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-2)와; 상기 (a-1) 단계의 선행 조건 및 (a-2) 단계의 차량 조건을 모두 만족하는 경우, 12V 배터리의 누적 전류값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-3);를 포함하고, 상기 (a-3) 단계로부터 12V 배터리 누적 전류값을 만족하는 경우에 상기 (a) 단계의 예비 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 (a-1) 단계에서는 12V 배터리 센서의 LIN 통신 정합성 유무와, 48V 시스템의 정상 유무, 및 48V 배터리 SOC가 설정값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 상기 (a-2) 단계에서는 엔진 시동 ON 유무와, 차속이 설정값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 (a-1) 단계의 선행 조건을 만족할 경우에, LDC에서 발생하는 12V 배터리의 누적 전류를 적산하고, 적산값이 설정값 이상이면 상기 (a-3) 단계로 진입할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템은, 엔진을 제어하는 EMS(Engine Management System)와; 상기 EMS와 연결되며, 상기 엔진을 보조하는 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator) 모터를 제어하는 MHSG 제어기와; 상기 EMS와 연결되며, 상기 MHSG 모터에 전원을 공급하는 48V 배터리로부터 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 통해 12V 배터리로 공급되는 전압을 제어하는 BMS 제어기;를 포함하며, 상기 BMS 제어기는 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는 경우 상기 EMS로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하고, 상기 LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후부터 설정 시간 경과 후 전압이 하강된 시점에서 배터리 센서를 통해 측정된 실제 12V 배터리 전압을 입력받아, 12V 배터리의 성능 진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 BMS 제어기는 LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 12V 배터리에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상이면 12V 배터리의 성능을 정상으로 판정할 수 있다.
그리고, 상기 BMS 제어기는 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건 판단시, 12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 선행 조건 및 차량 조건 만족 여부를 판단하고, 이를 모두 만족하는 경우 12V 배터리의 누적 전류값을 만족하는지 여부를 판단하여, 상기 12V 배터리 누적 전류값을 만족하는 경우에 상기 예비 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 BMS 제어기에서 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하는 선행 조건으로는, 12V 배터리 센서의 LIN 통신 정합성 유무와, 48V 시스템의 정상 유무, 및 48V 배터리의 SOC 값일 수 있다.
또한, 상기 BMS 제어기에서 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하는 차량 조건으로는, 엔진 시동 ON 유무와, 현재 차속 값일 수 있다.
아울러, 상기 BMS 제어기는 위의 선행 조건을 모두 만족하는 경우에, LDC에서 발생하는 12V 배터리의 누적 전류를 적산하고, 적산값이 설정값 이상이면 EMS로 LDC 포워드 모드에서 뉴트럴 모드로 천이시키는 요청을 송신할 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법에 의하면, 48V 배터리에서 LDC를 거쳐 12V 배터리를 충·방전하는 48V 시스템에서, 12V 배터리의 실제 전압을 나타내야 하는 배터리 센서가 48V 배터리와 12V 배터리 사이에 연결된 LDC의 물리적 연결구조의 한계로 인해 실제 12V 배터리 전압이 아닌 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압(발전 목표 전압)을 인식하게 됨으로써 발생하는 12V 배터리 SOC(State Of Charge) 인식 오류 문제를 개선할 수 있고, 이를 통해 보다 실효성 있는 12V 배터리의 충전 상태 진단을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존의 12V 배터리 센서를 통한 12V 배터리의 충전 상태 진단 방식에서 벗어나 LDC 및 BMS 제어기의 협조 제어 방식을 통해 12V 배터리의 정확한 성능 이상 유무 진단을 수행할 수 있고, 특히, 차량 운전 조건, 48V 마일드 시스템 조건, LDC의 12V 배터리 측 전류 적산값 등을 활용하여 12V 배터리의 진단 수행 조건에 부합하는 경우 LDC를 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 변경하여 12V 배터리로의 송출 전압이 아닌 실제 12V 배터리 전압을 측정하고, 이 측정된 값을 12V 배터리 상태 진단에 활용하게 됨으로써 12V 배터리의 보다 정확한 성능 이상 진단이 가능해지는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 기존의 12V 배터리 센서 및 관련 하드웨어의 레이아웃 변경 없이 단순한 제어 로직을 통해 12V 배터리 단품의 고장 유무를 진단하여 12V 배터리의 충전 불가 상황을 손쉽게 파악할 수 있고, 이를 통해 12V 배터리의 방전으로 발생할 수 있는 차량 내부 각종 전기 계통의 작동불가 상황을 사전에 파악하여 바로 조치하도록 함으로써 차량 운행의 안전성을 높일 수 있고, 48V 시스템의 미작동 및 그로 인한 차량의 연비, 출력 저하 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 12V 배터리의 단품 고장으로 인한 충전 불가 상황으로 판단된 경우, 충전 불가 상황을 별도의 알림 수단을 통해 운전자이게 즉시 알리도록 함으로써, 차량 내 전기 계통의 작동 불가 원인 파악을 위해 관련 전기 계통 전부를 일일이 점검할 필요 없이 이상이 발생된 12V 배터리 단품만을 교체하면 되므로 정비의 용이성이 있고, 정비로 인한 시간 및 비용 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템의 주요부 구성을 보여주는 블록도 및 회로 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법을 설명하는 플로우 차트.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템의 주요부 구성을 보여주는 블록도 및 회로 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 한편, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템은, 엔진을 제어하는 EMS(Engine Management System; 102)와, EMS(102)와 연결되어 엔진 구동력을 보조하는 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator; 110)와, EMS(102)와 연결되며 MHSG(110)에 전원을 공급하는 48V 배터리(122)로부터 LDC(Low Voltage DC-DC Converter; 126)를 통해 12V 배터리(132)로 공급되는 전압을 제어하는 BMS(120)를 포함하여 구성된다.
MHSG(110)는 차량의 주행 시 엔진 구동력을 보조하는 한편 차량의 속도 감속시 회생제동을 통해 48V 배터리(122)를 충전한다. 상기 MHSG(110)는 엔진을 보조하는 MHSG 모터(112)와 인버터(114)를 구비하며, 상기 MHSG 모터(112)와 인버터(114)는 MHSG 제어기(110)를 통해 동작이 제어된다.
BMS(Battery Management System; 120)에는 충방전을 위한 고전압의 48V 배터리(122)가 구비되고, MHSG 모터(112)와 48V 배터리(122)는 인버터(114) 및 48V 릴레이(124)에 의해 전기적으로 연결된다. 48V 배터리(122)는 MHSG(110)에 전기를 공급하거나, 회생제동 모드에서 MHSG(110)를 통해 회수되는 전기를 통해 충전될 수 있다.
LDC(126)는 고전압의 48V 배터리(122)와 저전압의 12V 배터리(132) 사이에 위치되어 전압을 승압 또는 감압하는 역할을 수행한다. 즉, LDC(126)는 48V 배터리(122)와 12V 배터리(132) 사이에 연결되어 48V 배터리(122)에서 전압을 감압하여 12V 배터리(132)로 공급하거나, 12V 배터리(132)에서 전압을 승압하여 48V 배터리(122)로 공급하는 양방향 DC-DC 컨버터의 기능을 수행한다. 여기서, LDC(126)가 포워드 모드(Forward Mode)로 작동되는 경우에는 48V -> 12V로 감압시켜 12V 배터리로 상시 충전 전압을 공급하게 된다.
12V 배터리(132)는 LDC(126)를 통해 변환된 12V의 전압을 차량의 전장부품(140)에 공급한다. 이 경우 12V 배터리(132)는 차량의 시동이 온(ON)되면 차량의 전장부품(140)에 12V 전원을 인가한다.
12V 배터리(132)와 48V 배터리(122)에는 각각 전류를 검출하는 배터리 센서가 설치되어 각 배터리에 흐르는 전류값을 검출하고, BMS(120)에서는 상기 배터리 센서를 통해 검출된 각각의 전류값을 읽어 각 배터리의 SOC(State Of Charge)를 산출한다.
EMS(102)는 BMS(120)에서 검출된 48V 배터리(122)의 SOC를 참조하여 운전자 요구조건에 따라 동력보조량을 결정하며, 48V 배터리(122)의 SOC가 높으면 동력보조량을 증가시키고, SOC가 낮으면 동력보조량을 감소시킨다.
BMS(120)는 48V 배터리(122)와 LDC(126)가 하나의 구성으로 통합된 형태로 마련되며, MHSG 모터(112)와 48V 배터리(122)는 MHSG 제어기(MCU)(110) 및 BMS 제어기(120), 그리고 EMS(102)의 협조 제어방식에 의해 상호 연계적으로 작동하게 됨으로써 48V 배터리(122)의 충전 및 방전이 이루어질 수 있다.
한편, 48V 배터리(122)에서 LDC(126)를 거쳐 12V 배터리(132)를 충/방전하도록 구성되는 기존 48V 전압 시스템의 경우, LDC(126)가 48V 배터리(122)에서 12V 배터리(132)로 상시 전압을 공급하게 되는 포워드(Foward) 모드 상황에서 12V 배터리(132)의 전압을 검출하는 배터리 센서가 48V 배터리(122)와 12V 배터리(132) 사이에 연결되는 LDC(126)의 물리적인 연결구조로 인해 실제의 12V 배터리(132) 전압을 나타내지 못하고 LDC(126)에서 12V 배터리(132)로 송출해주는 전압을 인식하게 됨으로써 배터리 센서를 통해 검출된 12V 배터리(132)의 전압값이 실제 12V 배터리 전압값과 일치하지 않아 12V 배터리 충전 상태를 정확하게 진단할 수 없는 문제가 있다.
본 발명에서는 이와 같이 48V 배터리(122)와 12V 배터리(132) 사이에 연결되는 LDC(126)의 물리적인 연결구조의 한계로 인해 배터리 센서가 실제 12V 배터리(132) 전압을 나타내지 못하고 LDC(126)에서 12V 배터리(132)로 송출해주는 전압을 인식하게 됨으로써 발생되는 12V 배터리(132)의 부정확한 충전 진단 문제를 해결하고자, 차량 운전 조건, 48V 시스템 조건, LDC(126)의 12V 배터리(132) 측 전류 적산값 등을 활용하여 LDC(126) 및 BMS 제어기(120)와의 협조 제어 방식을 통해 12V 배터리(132)의 정확한 성능 이상 진단 작업을 수행하는 시스템 및 방법을 제공한다.
구체적으로, BMS 제어기(120)에서는 12V 배터리(132)의 본격적인 성능 진단 수행에 앞서, 먼저 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하지 여부를 판단하고, 상기 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는 경우, EMS(102)로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하여 48V 배터리(122)에서 12V 배터리(132)로 충전 전압이 인가되는 것을 차단하고, LDC(126)가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 설정 시간 경과되어 전압이 실제 12V 배터리(132) 전압 레벨까지 하강되면, 하강된 실제 12V 배터리(132) 전압을 진단에 필요한 실효성 있는 전압값으로 사용하여 본격적인 12V 배터리의 성능 진단을 수행한다.
이 경우, BMS 제어기(120)는 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건 판단시, 12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 선행 조건 및 차량 조건을 만족 여부를 판단할 수 있고, 이를 모두 만족하는 경우에는 12V 배터리(132)에 누적된 전류값이 설정값 이상이 되는지 여부를 판단하여, 상기 12V 배터리(132)의 누적 전류값이 설정값 이상으로 유지될 경우에 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건를 만족하는 것으로 판단하여 12V 배터리(132)에 정상적인 충전이 가능한 상황으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하게 되는 선행 조건으로서, 12V 배터리 센서의 LIN 통신 정합성 유무, 48V 시스템의 정상 유무, 및 48V 배터리의 SOC 값이 설정된 특정값 이상인지 여부를 만족하는지 판단할 수 있다.
또한, 상기 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하게 되는 차량 조건으로서, 현재 엔진 시동이 ON 상태인지 유무와, 현재의 차속이 특정 범위의 차속값 이상인지 여부를 만족하는지 판단할 수 있다. 이때, 현재의 차속이 설정된 범위 내의 차속에 해당되는지 여부를 판단하는 경우, 예를 들어, 설정된 차속 범위가 20km/h 이상 100km/h 이하의 설정 조건에 해당될 경우에 저속 주행(30~40km/h) 중의 진단 실시가 가능하다.
아울러, 상기의 선행 조건을 모두 만족하는 경우에는, LDC(126)에서 발생하는 12V 배터리(132)의 누적 전류를 적산하고, 적산값이 설정값 이상이 될 경우에 EMS(102)로 LDC 포워드 모드에서 뉴트럴 모드로 천이시키는 요청 신호를 송신하고, BMS 제어기(120)에서는 LDC(126)가 뉴트럴 모드로 천이된 것으로 확인되면, 12V 배터리(132)에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상에 도달되는지를 판단하여 설정 전압값 이상에 도달될 경우에 12V 배터리(132)의 성능이 정상인 것으로 판정할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단을 위한 제어 로직을 보여주는 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법은, 먼저, 12V 배터리(132)에 대한 성능 진단을 본격적으로 수행함에 앞서 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건 충족 여부를 판단하는 사전 작업을 수행한다.
구체적으로, 가장 먼저 12V 배터리(132)가 현재 충전 불가 상황인지 진단하기 위해 정해진 선행 조건을 만족하는지 여부를 판단한다.(S210)
이 경우, 12V 배터리(132)의 충전 불가 상황 파악을 위한 선행 조건으로서, 12V 배터리 센서의 LIN(Local Interconnect Network) 통신 정합성 유무, 48V 시스템의 정상 작동 유무를 판단하고, 아울러 48V 배터리(122)의 현재 SOC(State Of Charge)가 충전 가능한 특정 전압값 이상이 되는지 여부를 판단하게 된다.
여기서, 48V 배터리(122)의 SOC가 충분치 않은 저전압 상태일 경우에는 12V 배터리(132) 충전이 용이하지 않아 12V 배터리(132)의 전압이 낮은 상태로 유지될 수 있기 때문에 48V 배터리(122) 전압이 기설정된 특정 전압값 이상인지의 여부를 판단하여 현재 48V 배터리(122)의 SOC가 12V 배터리(132) 충전에 필요한 적정 수준 이상인지 여부를 판단하게 된다.
상기 S210 단계에서 12V 배터리(132)의 충전 불가 상황 파악을 위한 선행 조건을 모두 만족하면, 다음으로, 12V 배터리(132)의 충전 불가 상황을 파악하기 위하여 설정된 차량 조건을 만족하는지 여부를 판단한다.(S220)
이 경우, 12V 배터리(132) 충전 불가 상황 진단을 위한 차량 조건으로는, 엔진 시동의 온(ON) 상태 유무, 차속이 특정 설정값 이상인지 여부를 판단하게 된다. 예를 들어, 차속이 20km/h 이상 100km/h 이하 범위 조건으로 설정된 경우에는 현재 차속이 상기 차속 설정 범위 내에 들어오는 저속 주행(30-40km/h) 상태에 해당되면 저속 주행 중 배터리 성능 진단 실시가 가능하다.
상기 S210 단계의 선행 조건과, S220 단계의 차량 조건을 모두 만족하는 경우, 다음으로 12V 배터리(132)의 누적 전류값이 설정된 특정 전류값을 만족하는지 여부를 판단한다.(S230)
한편, 12V 배터리(132)가 정상적으로 충전되는지 여부를 판단하기 위해서는 12V 배터리(132) 측으로 인가되는 누적 전류를 계산할 필요가 있으며, 12V 배터리(132)가 정상적으로 충전되는 상황이어야 12V 배터리(132)의 정상 상태 여부를 판단 할 수 있다.
따라서, 상기 S210 단계의 선행 조건을 만족하는 경우, LDC(126)는 포워드 모드(Foward Mode)로 작동되어 12V 배터리(132)로 전류가 인가되어 배터리의 충전이 이루어지게 되고, 이렇게 충전 중인 상황에서 LDC(126)에서 12V 배터리(132)로 인가되는 실제 전류값을 적산한다(S212). 그리고, 12V 배터리(132)로 누적된 적산값이 특정 설정값 이상인지 여부를 판단하여(S214), 12V 배터리(132)의 누적 적산값이 특정 설정값 이상일 경우에 S230 단계로 진입한다.
이어서, 상기 S230 단계에서는 12V 배터리(132) 누적 전류 적산값이 설정된 특정 전류값을 만족하는 경우에 12V 배터리(132)의 본격적 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 모두 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 상기의 과정을 통해 12V 배터리(132)의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 모두 만족하는 것으로 판단될 경우, EMS(102)로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이(전환)시키는 요청 신호를 송신하고, LDC(126)가 실제 뉴트럴 모드로 천이되었는지 여부를 확인한다.(S240)
이때, LDC(126)가 뉴트럴 모드로 제어되는 경우, 48V 배터리(122)에서 12V 배터리(132)로 충전 전압을 인가하는 것이 불가한 상황이 되어, 그로 인해 12V 배터리(132)의 전압이 하강이 이루어지게 되며, 이 경우 실제 12V 배터리(132) 전압 레벨까지 배터리 전압이 하강된다.
이어서, 상기 S240 단계로부터 LDC(126)가 뉴트럴 모드로 천이된 것으로 확인되면, 천이된 이후 시점부터 타이머(Timer)가 작동되어 뉴트럴 모드로 천이된 이후부터 설정 시간이 경과되었는지 여부를 판단한다.(S250)
이때, LDC(126)가 뉴트럴 모드로 전환되어 12V 배터리(132)로의 전류 공급이 차단되면 시간이 경과됨에 따라 12V 배터리(132)의 전압이 하강되는데, 이 경우 설정된 시간까지 하강된 12V 배터리(132) 전압값을 성능 진단에 필요한 실효성 있는 전압값으로 사용할 수 있다.
이와 같이, LDC(126)가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 설정 시간 경과 후 전압이 하강된 시점에서의 실제 12V 배터리(132) 전압을 측정하고, 이어서 LDC(126)를 포워드 모드로 전환하여 12V 배터리(132)를 충전 가능한 상태로 유지함으로써 12V 배터리(132)의 본격적인 성능 진단을 수행한다.(S260)
이때, LDC(126)가 포워드 모드로 전환되면, 12V 배터리(132)로 충전이 개시되고, 이 경우 12V 배터리(132) 측에 인가되는 실제 전류 값을 적산하게 된다.
그런 다음, 12V 배터리(132)에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단하고(S270), 12V 배터리(132)의 전압값이 설정 전압값 이상일 경우에는 정상적으로 충전이 이루어지는 것으로 판단하여 12V 배터리(132)의 성능을 정상으로 판정할 수 있다.(S280)
이때, 상기 S270 단계에서는 실제 12V 배터리 전압값 > 설정 전압값 + Offset 전압 값(예를 들어, 10V)인지 여부를 판단하게 되며, 이를 만족하는 경우 12V 배터리의 성능을 정상인 것으로 판정할 수 있다.
그리고, 상기 S270 단계의 진단 완료시 해당 진단 카운트는 1번 수행한 것으로 카운팅(Counting)되고, 12V 배터리(132)의 성능이 정상인 것으로 판정된 경우 LDC(126)는 Neutral 모드 -> Forward 모드로 복귀된다.
이때, 만일 상기 S270 단계로부터 12V 배터리(132)의 전압값이 설정 전압값보다 작은 것으로 확인된 경우에는, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인지 여부를 판단하는 한다.(S272)
즉, 실제 12V 배터리 전압값 < 설정 전압값 + Offset 전압값인 경우, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인지 여부를 판단하여, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수를 넘지 않을 경우 상기 S210 단계로 다시 복귀하여 전술한 S210~S270 과정을 반복하게 됨으로써, 설정 카운트 횟수에 도달할 때까지 진단 작업을 반복하여 재수행하게 된다.
그리고, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상이면, 배터리 성능 진단에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 진단 수행 횟수 동안 측정된 12V 배터리 전압값의 평균치를 산출하고, 산출된 12V 배터리의 평균 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단한다.(S274)
이때, 상기 S274 단계로부터 12V 배터리(132)의 평균 전압값이 설정 전압값 이상이면 12V 배터리(132)가 정상 작동되는 것으로 판정하고, 반대로 설정 전압값 이하이면 12V 배터리(132) 단품의 고장으로 판정할 수 있다. 이 경우, LDC(126)는 뉴트럴 모드에서 포워드 모드로 복귀되어 12V 배터리의 정상적인 충전 작업을 실시하게 되고, 12V 배터리의 고장으로 판정된 경우에는 해당 배터리 경고등을 표시하여 운전자에게 배터리 고장을 알릴 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 48V 배터리에서 LDC를 거쳐 12V 배터리를 충·방전을 하는 48V 시스템에 있어서, 12V 배터리의 실제 전압을 나타내야 하는 배터리 센서가 48V 배터리와 12V 배터리 사이에 연결된 LDC의 물리적 연결구조의 한계로 인해 실제 12V 배터리 전압이 아닌 LDC에서 12V 배터리로 송출해주는 전압(발전 목표 전압)을 인식하게 됨으로써 발생하는 12V 배터리 SOC 인식 오류 문제를 개선할 수 있고, 이를 통해 보다 실효성 있는 12V 배터리의 충전 상태 진단을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존의 12V 배터리 센서를 통한 12V 배터리의 충전 상태 진단 방식에서 벗어나 LDC 및 BMS 제어기의 협조 제어 방식을 통해 12V 배터리의 정확한 성능 이상 유무 진단을 수행할 수 있고, 특히, 차량 운전 조건, 48V 마일드 시스템 조건, LDC의 12V 배터리 측 전류 적산값 등을 활용하여 12V 배터리의 진단 수행 조건에 부합하는 경우 LDC를 포워드 모드에서 뉴트럴 모드로 전환하여 12V 배터리로의 송출 전압이 아닌 실제 12V 배터리 전압을 측정하고, 이 측정된 값을 12V 배터리 상태 진단에 활용하게 됨으로써 12V 배터리의 보다 정확한 성능 이상 진단이 가능해질 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 기존의 12V 배터리 센서 및 관련 하드웨어의 레이아웃 변경 없이 단순한 제어 로직을 통해 12V 배터리 단품의 고장 유무를 진단하여 12V 배터리의 충전 불가 상황을 손쉽게 파악할 수 있고, 이를 통해 12V 배터리의 방전으로 발생할 수 있는 차량 내부 각종 전기 계통의 작동불가 상황을 사전에 파악하여 바로 조치하도록 함으로써 차량 운행의 안전성을 높일 수 있고, 48V 시스템의 미작동 및 그로 인한 차량의 연비, 출력 저하 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 12V 배터리의 단품 고장으로 인한 충전 불가 상황으로 판단된 경우, 충전 불가 상황을 별도의 알림 수단을 통해 운전자이게 즉시 알리도록 함으로써, 차량 내 전기 계통의 작동 불가 원인 파악을 위해 관련 전기 계통 전부를 일일이 점검할 필요 없이 이상이 발생된 12V 배터리 단품만을 교체하면 되므로 정비의 용이성이 있고, 정비로 인한 시간 및 비용 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다
102 : EMS 110 : MHSG
120 : BMS 122 : 48V 배터리
126 : LDC 132 : 12V 배터리

Claims (16)

  1. (a) 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계;
    (b) 상기 예비 조건을 만족하면, EMS로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하고, LDC가 뉴트럴 모드로 천이되었는지 여부를 확인하는 단계;
    (c) LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 것으로 확인되면, 천이된 이후부터 설정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계;
    (d) LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 설정 시간이 경과되어 전압이 하강된 시점의 실제 12V 배터리 전압을 측정하고, LDC 포워드 모드로 전환하여 12V 배터리를 충전시킴으로써 12V 배터리의 본격적인 성능 진단을 수행하는 단계;
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계 이후에 12V 배터리에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단하는 (e) 단계를 더 포함하고,
    상기 (e) 단계에서 12V 배터리의 전압값이 설정 전압값 이상이면 12 배터리의 성능을 정상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (e) 단계에서 12V 배터리의 전압값이 설정 전압값보다 작은 것으로 판단될 경우, 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인지 여부를 판단하는 (f) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (f) 단계에서 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 이상인 경우, 12V 배터리 전압값의 평균치를 계산하여 12V 배터리의 평균 전압값이 설정 전압값 이상인지 여부를 판단하는 (g) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 (f) 단계에서 해당 진단 카운트 횟수가 설정 카운트 횟수 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 (a) 단계로 다시 복귀하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 (g) 단계에서 12V 배터리의 평균 전압값이 설정 전압값 이상이면 정상으로 판정하고, 설정 전압값 이하이면 고장으로 판정하며, LDC는 뉴트럴 모드에서 포워드 모드로 복귀되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 선행 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-1)와;
    12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 차량 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-2)와;
    상기 (a-1) 단계의 선행 조건 및 (a-2) 단계의 차량 조건을 모두 만족하는 경우, 12V 배터리의 누적 전류값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(a-3);를 포함하고,
    상기 (a-3) 단계로부터 12V 배터리 누적 전류값을 만족하는 경우에 상기 (a) 단계의 예비 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (a-1) 단계에서는 12V 배터리 센서의 LIN 통신 정합성 유무와, 48V 시스템의 정상 유무, 및 48V 배터리 SOC가 설정값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 (a-2) 단계에서는 엔진 시동 ON 유무와, 차속이 설정값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 (a-1) 단계의 선행 조건을 만족할 경우에, LDC에서 발생하는 12V 배터리의 누적 전류를 적산하고, 적산값이 설정값 이상이면 상기 (a-3) 단계로 진입하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  11. 엔진을 제어하는 EMS(Engine Management System);
    상기 EMS와 연결되며, 상기 엔진을 보조하는 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator) 모터를 제어하는 MHSG 제어기;
    상기 EMS와 연결되며, 상기 MHSG 모터에 전원을 공급하는 48V 배터리로부터 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 통해 12V 배터리로 공급되는 전압을 제어하는 BMS 제어기;를 포함하며,
    상기 BMS 제어기는 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건을 만족하는 경우 상기 EMS로 LDC 포워드 모드(Forward Mode)에서 뉴트럴 모드(Neutral Mode)로 천이시키는 요청을 송신하고, 상기 LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후부터 설정 시간 경과 후 전압이 하강된 시점에서 배터리 센서를 통해 측정된 실제 12V 배터리 전압을 입력받아, 12V 배터리의 성능 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 BMS 제어기는 상기 LDC가 뉴트럴 모드로 천이된 이후 상기 12V 배터리에 충전된 전압값이 설정 전압값 이상이면 12V 배터리의 성능을 정상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 BMS 제어기는 12V 배터리의 성능 진단 수행을 위한 예비 조건 판단시,
    상기 12V 배터리 충전 불가 상황 진단을 위한 선행 조건 및 차량 조건 만족 여부를 판단하고, 이를 모두 만족하는 경우, 상기 12V 배터리의 누적 전류값을 만족하는지 여부를 판단하여,
    상기 12V 배터리 누적 전류값을 만족하는 경우에 상기 예비 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 BMS 제어기에서 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하는 선행 조건으로는,
    상기 12V 배터리 센서의 LIN 통신 정합성 유무, 48V 시스템의 정상 유무, 및 48V 배터리 SOC인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 BMS 제어기에서 12V 배터리 충전 불가 상황 진단시 판단하는 차량 조건으로는,
    엔진 시동 ON 유무와, 현재 차속인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 BMS 제어기는 상기 선행 조건을 모두 만족하는 경우, LDC에서 발생하는 12V 배터리의 누적 전류를 적산하고, 적산값이 설정값 이상이면 상기 EMS로 LDC 포워드 모드에서 뉴트럴 모드로 천이시키는 요청을 송신하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 12V 배터리 성능 이상 진단 시스템.
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