KR20240014897A - 전동화 차량 및 그를 위한 전원 관리 방법 - Google Patents

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권기영
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Abstract

본 발명은 전동화 차량 및 그를 위한 전원 관리 방법에 관한 것으로, 모터 및 인버터를 구비하는 전력 구동부, 전력 구동부와 전기적으로 연결되는 메인 배터리와 교체식 배터리를 포함하는 전동화 차량의 전원 관리 방법에 있어서, 운전자 요구 파워를 판단하는 단계; 및 메인 배터리와 교체식 배터리 각각의 충방전 상한을 기반으로, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워를 교체식 배터리의 출력으로 먼저 만족시키고, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워에 대응하여 메인 배터리를 먼저 충전시키는 단계를 포함하는, 전동화 차량의 전원 관리 방법이 소개된다.

Description

전동화 차량 및 그를 위한 전원 관리 방법{ELECTRIFIED VEHICLE AND METHOD OF POWER SOURCE CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 메인 배터리에 교체식 배터리를 추가로 장착된 구조에서 메인 배터리와 교체식 배터리 간의 충방전을 보상할 수 있는 전동화 차량 및 그를 위한 전원 관리 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아짐과 함께, 전기 모터를 동력원으로 구비한 전동화 차량이 증가하는 추세이다.
전동화 차량 이용자의 상당수가 단거리 도심 위주의 주행 패턴을 갖고 있음에도, 전동화 차량에서는 내연기관 차량의 주유 시간 대비 배터리의 충전 시간이 상대적으로 긴 편이기 때문에 일 회의 완충을 통해 주행 가능한 최대 EV(Electric Vehicle) 주행 거리가 중요하다.
그러나, EV 주행 거리를 증대시키기 위해 배터리 용량을 증대시킬 경우 차량의 중량 증가는 물론, 전동화 차량에서는 배터리 가격이 큰 비중을 차지하므로 차량 가격까지 크게 상승한다. 이에, 배터리 열화로 인한 주행 거리 감소와 충전 시간의 문제를 해소하기 위하여 배터리를 탈착 가능하게 하는 방안이 고려될 수 있다.
이러한 경우, 회생 제동에 의한 배터리의 충전 또는 배터리의 방전 요구가 있을 경우 두 배터리 간의 충방전 제어 전략을 필요로 한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0031611 A
본 발명은, 본 발명은 메인 배터리에 교체식 배터리를 추가로 장착된 구조에서 메인 배터리와 교체식 배터리 간의 충방전을 보상할 수 있도록 하여 단일 배터리만 구비된 차량과 대비하여 다양한 환경에서 출력을 만족시킬 수 있는 전동화 차량 및 그를 위한 전원 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 전원 관리 방법은, 모터 및 인버터를 구비하는 전력 구동부, 전력 구동부와 전기적으로 연결되는 메인 배터리와 교체식 배터리를 포함하는 전동화 차량의 전원 관리 방법에 있어서, 운전자 요구 파워를 판단하는 단계; 및 메인 배터리와 교체식 배터리 각각의 충방전 상한을 기반으로, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워를 교체식 배터리의 출력으로 먼저 만족시키고, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워에 대응하여 메인 배터리를 먼저 충전시키는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한을 초과 시, 교체식 배터리는 방전 상한만큼 방전시키고, 운전자 요구 파워에서 교체식 배터리의 방전 상한을 차감한 값만큼 메인 배터리를 방전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한 미만인 경우, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태인지 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 메인 배터리가 충방전이 불가한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 방전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 방전 상한으로 방전시키고, 교체식 배터리의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값만큼 메인 배터리를 충전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한을 초과 시, 메인 배터리는 충전 상한만큼 충전시키고, 운전자 요구 파워에서 메인 배터리의 충전 상한을 차감한 값만큼 교체식 배터리를 충전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한 미만인 경우, 메인 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 충전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량은, 모터 및 인버터를 구비하는 전력 구동부; 전력 구동부와 전기적으로 연결되는 메인 배터리 및 교체식 배터리; 및 운전자 요구 파워를 판단하고, 메인 배터리와 교체식 배터리 각각의 충방전 상한을 기반으로, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워를 교체식 배터리의 출력으로 먼저 만족시키고, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워에 대응하여 메인 배터리를 먼저 충전시키는 제어기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한을 초과 시, 교체식 배터리는 방전 상한만큼 방전시키고, 운전자 요구 파워에서 교체식 배터리의 방전 상한을 차감한 값만큼 메인 배터리를 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한 미만인 경우, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태인지 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 메인 배터리가 충방전이 불가한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 방전 상한으로 방전시키고, 교체식 배터리의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값만큼 메인 배터리를 충전시킬 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한을 초과 시, 메인 배터리는 충전 상한만큼 충전시키고, 운전자 요구 파워에서 메인 배터리의 충전 상한을 차감한 값만큼 교체식 배터리를 충전시킬 수 있다.
예를 들어, 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한 미만인 경우, 메인 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 충전시킬 수 있다.
예를 들어, 제어기는, 운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는지 판단하고, 전력 구동부는, 운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는 경우, 모터의 출력 상한을 출력할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 메인 배터리에 교체식 배터리를 추가로 장착된 구조에서 메인 배터리와 교체식 배터리 간의 충방전을 보상할 수 있도록 하여 단일 배터리만 구비된 차량과 대비하여 다양한 환경에서 출력을 만족시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체식 배터리를 장착한 전동화 차량의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 전원 관리 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit), 차량 통합 제어기(VCU: Vehicle Control Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전동화 차량에 구동 모터와 전기적으로 연결된 메인 배터리와 함께, 교체식(swappable) 배터리를 추가로 연결 가능하도록 하여 운전자의 요구에 따른 출력을 메인 배터리와 교체식 배터리를 통해 구현할 것을 제안한다.
먼저, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 전동화 차량의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체식 배터리를 장착한 전동화 차량의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전동화 차량(100)은 교체식 배터리(110), 직류 변환기(120), 메인 배터리(130), 전력 구동부(PE: Power Electric, 140), 차량 통합 제어기(VCU, 150), 커넥터(160), 스위치(170) 및 메인 릴레이(180)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 실시예와 관련된 구성 요소를 위주로 나타낸 것으로, 실제 차량의 구현에 있어서는 이보다 더 적거나 많은 구성 요소를 포함할 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소를 설명한다.
교체식 배터리(110)는 제2 배터리(111)와 제2 배터리 제어기(BMS: Battery Management System, 112)를 포함할 수 있다. 제2 배터리 제어기(112)는 제2 배터리(111)의 전압, 전류, 온도, 충전 상태(SOC: State Of Charge), 내구 상태(SOH: State Of Health) 등을 관리하며, 제2 배터리(111)의 충/방전을 제어할 수 있다. 또한, 제2 배터리 제어기(112)는 제2 배터리(111)의 SOC에 대한 상한과 하한을 설정 및 관리할 수 있으며, 제2 배터리(111)의 셀타입 정보, 정격 용량 정보 등을 저장해둘 수 있다. 아울러, 제2 배터리 제어기(112)는 소정의 차량 통신 프로토콜(예컨대, CAN: Controller Area Network)을 통해 제2 배터리(111)에 대한 정보를 외부(즉, 직류 변환기(120))로 전송하고, 제2 배터리(111)의 충/방전에 대한 지령을 수신할 수도 있다. 편의상, 이하의 기재에서 차량 통신 프로토콜은 CAN 통신인 것으로 가정하나, CAN-FD(Flexible Data-rate), 이더넷 등 다른 프로토콜로 대체될 수도 있음은 당업자에 자명하다.
비록 도 1에 도시되지는 않았으나, 교체식 배터리(110)에 제2 배터리(111)의 냉각을 위한 냉각 장치, 예컨대, 공랭식 팬이 구비될 수도 있으며, 이러한 경우 제2 배터리 제어기(112)는 제2 배터리(111)의 상태나 차속 등에 따라 팬의 동작 상태를 제어할 수 있다. 물론, 교체식 배터리(110)는 자연 냉각 방식으로 구현될 수도 있고, 차량에서 교체식 배터리(110)가 거치되는 부분에 냉각수가 순환되는 냉각 패드를 배치하여 수냉식으로 냉각될 수도 있다.
한편, 교체식 배터리(110)는 전동화 차량의 루프 상에 거치되거나, 트렁크 내 공간이나 차량 하부 공간에 수용될 수도 있으며, 별도의 휠을 구비하여 트레일러 형태로 차량에 연결될 수도 있으나 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
교체식 배터리(110)는 커넥터(160)를 통해 직류 변환기(120)와 연결될 수 있다. 여기서 연결된다고 함은, 고전압 파워 케이블과 CAN 통신 라인이 각각 연결됨을 의미할 수 있다. 또한, 커넥터(160)는 직류 변환기(120)의 입력단에 연결되며, 직류 변환기(120)의 출력단은 메인 배터리(130)와 직렬로 연결될 수 있다.
직류 변환기(120)는 제2 배터리(111)의 전압에 따라서 제2 배터리(111)의 전압을 승압하는 HDC(High DC-DC Converter) 타입일 수도 있고, 제2 배터리(111)의 전압을 강합하는 LDC(Low DC-DC Converter) 타입일 수도 있다. 예컨대, 교체식 배터리(110)의 제2 배터리(111)가 메인 배터리(130)의 제1 배터리(131) 대비 소형, 즉, 저전압/저용량임을 상정할 경우, HDC 타입으로 구비되어 제2 배터리(111)의 전압을 승압할 수 있다.
또한, 직류 변환기(120)는 교체식 배터리(110)의 제2 배터리 제어기(112)와 메인 배터리(130)의 제1 배터리 제어기(132) 사이의 통신을 중계할 수 있으며, VCU(150)의 목표 전압 지령에 따라 제2 배터리(111)의 전압을 승압 또는 강압하여 출력 전압을 가변할 수 있다.
다른 실시예로, 전동화 차량의 구현에 따라서는 제2 배터리 제어기(112)가 직류 변환기(120)를 통하지 않고 바로 VCU(150)와 연결될 수 있다.
아울러, 직류 변환기(120)의 출력단은 메인 배터리(130)와 직렬로 연결되어, 직류 변환기(120)의 출력 전압이 메인 배터리(130)의 제1 배터리(131)의 출력 전압과 합산되어 전력 구동부(140)에 공급되도록 할 수 있다.
메인 배터리(130)는 도시된 바와 같이 제1 배터리(131)와 제1 배터리 제어기(132)를 포함할 수 있으며, 차량에 고정형으로 상시 장착된 상태인 것이 바람직하다.
메인 배터리(130)는 전력 구동부(140)와 연결될 수 있으며, 전력 구동부(140)는 모터와 인버터를 포함(미도시)할 수 있다.
차량 통합 제어기(150)는 가속 페달 센서(APS: Accelerator pedal Position Sensor)의 APS 값에 따라 요구 구동력을 판단할 수 있으며, 요구 구동력이나 요구 회생 제동력에 따라 전력 구동부(140)의 모터가 출력할 구동 토크나 회생 제동 토크를 결정하고 그에 따른 토크 지령을 모터 제어기(미도시)나 인버터(미도시)에 전달할 수 있다. 또한, 차량 통합 제어기(150)는 제1 배터리 제어기(132)와 제2 배터리 제어기(112)로부터 제1 배터리(131)와 제2 배터리(111) 각각의 상태 정보를 획득할 수 있으며, 직류 변환기(120)로부터는 직류 변환기(120)의 출력 전압 정보, 제2 배터리(111)의 전압 대비 출력 전압별 효율 정보 등을 획득할 수 있다. 여기서 제2 배터리(111)의 전압 대비 출력 전압별 효율 정보는 테이블 형태로 준비될 수 있으며, 직류 변환기(120)가 차량 통합 제어기(150)에 전달하는 대신 차량 통합 제어기(150)에 미리 준비될 수도 있다.
아울러, 차량 통합 제어기(150)는 PE 시스템, 즉, 전력 구동부(140)의 최적 효율 가동이 가능한 최적 효율 전압을 판단하고, 그에 대응되는 목표 전압 지령을 직류 변환기(120)에 전달할 수 있다. 예컨대, 차량 통합 제어기(150)는 최적 효율 전압에서 제1 배터리(131)의 전압을 차감하여 목표 전압을 획득하거나, 최적 효율 전압에서 제1 배터리(131)의 전압을 차감한 값에서 소정 마진을 더하여 목표 전압을 획득할 수 있으나 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 직류 변환기(120)와 메인 배터리(130) 사이의 고전압 파워 케이블에는 스위치(170)가 배치될 수 있으며, 메인 배터리(130)와 전력 구동부(140) 사이의 고전압 파워 케이블에는 메인 릴레이(180)가 구비될 수 있다.
또한, 메인 배터리(130)와 교체식 배터리(110)는 각각 충방전 상한을 가지며, 각각의 충방전 상한은 고정된 값이 아니라 배터리 충전 상태(SOC, State Of Charge) 및 주변 온도에 따라 가변될 수 있다.
상술한 차량 구성을 바탕으로 실시예에 따른 전동화 차량의 전원 관리 방법(S200)을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에서 메인 배터리의 충방전량은 B, 교체식 배터리의 충방전량은 A로 표시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 전원 관리 방법(S200)의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 교체식 배터리(110)가 연결된 후 시동이 켜진 후(EV READY), 제어기(150)는 운전자의 페달 조작에 대응하여 운전자 요구 충방전 값을 판단할 수 있다(S201). 보다 상세히, 운전자가 악셀 페달을 세게 밟을수록 APS(Accelerator Position Sensor)의 값이 증가한다. 또한, 운전자가 브레이크 페달을 세게 밟을수록 BPS(Brake Position Sensor)의 값이 증가하게 된다. 따라서 APS 값 및 BPS 값에 따라 운전자가 요구하는 충방전 값이 달라지게 된다. 이하에서는 운전자 요구 충방전 값은 모두 운전자 요구 파워로 칭하기로 한다. 운전자 요구 파워가 0을 초과하는 경우 전력 구동부(140)가 구동력을 출력하며, 0 미만인 경우 전력 구동부(140)가 발전하게 된다.
한편, 제어기(150)의 메인 배터리(130) 및 교체식 배터리(110)의 충방전 제어 방법을 설명하기에 앞서, 제어기(150)의 메인 배터리(130) 및 교체식 배터리(110)의 충방전 우선순위에 대해 간략히 설명하기로 한다.
전력 구동부(140)가 구동력을 출력하는 경우 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 먼저 방전시킬 수 있다. 교체식 배터리(110)는 차량의 두번째 배터리로서 탈착이 자유로워 언제든지 다른 배터리로 교체가 가능하나, 메인 배터리(130)는 차량에 내장되어 있어 교체가 불가능하다. 이로 인해 제어기(150)는 항상 교체 가능한 교체식 배터리(110)를 먼저 방전시키고, 교체가 불가능한 메인 배터리(130)를 이후에 방전시키도록 하여 운전자 요구 파워를 만족시키는 것이 배터리 관리 측면에서 바람직하기 때문이다. 또한, 전력 구동부(140)가 발전하는 경우 제어기(150)는 메인 배터리(130)를 먼저 충전시킬 수 있다. 제어기(150)는 교체가 불가능한 메인 배터리(130)를 먼저 충전시키고 항상 교체 가능한 교체식 배터리(110)를 늦게 충전시키는 것이 배터리 관리 측면에서 바람직하기 때문이다.
이하에서는 제어기(150)의 메인 배터리(130) 및 교체식 배터리(110)의 충방전 제어 방법을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 운전자 요구 파워가 교체식 배터리(110)의 방전 상한을 초과하는지 판단할 수 있다(S202). 운전자 요구 파워가 교체식 배터리(110)의 방전 상한을 초과한다면(S202의 YES), 교체식 배터리(110)의 출력만으로 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 없게 된다. 따라서 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 방전 상한만큼 방전시키고(S204), 교체식 배터리(110)에서 방전되지 않은 출력에 대하여는 메인 배터리(130)를 방전시키도록 하여 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있는 것이다.
여기서, 교체식 배터리(110)의 방전량과 메인 배터리(130)의 방전량을 합산한 값이 운전자 요구 파워가 될 것이므로, 메인 배터리(130)의 방전량은 운전자 요구 파워에서 교체식 배터리(110)의 방전 상한을 차감한 값이 된다(S205).
예를 들어, 메인 배터리(130)와 교체식 배터리(110) 각각의 방전 상한이 100KW라고 가정하고, WOT(Wide Open Throttle) 상태에서 운전자 요구 파워가 200KW가 발생하였다고 가정한다. 이때, 운전자 요구 파워인 200KW가 교체식 배터리(110)의 방전 상한인 100KW을 초과하므로 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 방전 상한만큼 방전시킬 수 있다. 또한, 제어기(150)는 운전자 요구 파워인 200KW에서 교체식 배터리(110)의 방전 상한인 100KW을 차감한 값인 100KW만큼 메인 배터리(130)를 방전시킬 수 있다. 이를 통해 운전자 요구 파워를 만족할 수 있게 된다.
전술한 제어기(150)의 메인 배터리(130) 및 교체식 배터리(110)의 방전 제어는 운전자 요구 파워가 0을 초과하는 경우로서 전력 구동부(140)가 구동력을 출력하는 경우(S203의 YES)이다. 그러나, 운전자 요구 파워가 0 미만인 경우로 전력 구동부(140)가 발전하는 경우(S203의 NO)는 후술할 바와 같이 제어기(150)가 메인 제어기(150)를 충전시키게 된다.
한편, 제어기(150)는 운전자 요구 파워가 교체식 배터리(110)의 방전 상한 미만인 경우(S202의 NO)에는 교체식 배터리(110) 혼자 방전시켜 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있다. 이때, 메인 배터리(130)가 충방전이 가능한 상태인지 판단할 수 있다(S206). 여기서, 메인 배터리(130)가 충방전이 불가한 상태란 배터리의 과온 상태를 포함할 수 있다. 메인 배터리(130)가 충방전이 불가한 상태라고 판단된 경우(S206의 YES), 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 운전자 요구 파워에 대응하여 방전시키고, 메인 배터리(130)는 충방전시키지 않은 상태로 있게 된다(S211). 또한, 운전자 요구 파워와 교체식 배터리(110)의 방전 상한이 동일한 경우에도 제어기(150)는 교체식 배터리(110)만 방전 상한만큼 방전시켜 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있게 된다.
그러나, 메인 배터리(130)가 충방전이 가능한 상태라고 판단된 경우(S206의 NO), 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 방전 상한으로 방전시키고, 교체식 배터리(110)에서 추가로 방전된 출력에 대하여는 메인 배터리(130)를 충전시키도록 하여 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있는 것이다.
여기서, 메인 배터리(130)의 충전량과 운전자 요구 파워를 합산한 값이 교체식 배터리(110)의 방전량이 될 것이므로, 메인 배터리(130)의 충전량은 교체식 배터리(110)의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값이 된다(S212). 이는 운전자 요구 파워가 교체식 배터리(110)의 방전 상한 미만인 경우에도 교체식 배터리(110)를 방전 상한만큼 방전시키고, 교체식 배터리(110)의 추가 방전량만큼 교체가 불가능한 메인 배터리(130)를 충전하는 것이 바람직하기 때문이다.
예를 들어, 메인 배터리(130)와 교체식 배터리(110) 각각의 방전 상한이 100KW라고 가정하고, 운전자 요구 파워가 50KW가 발생하였다고 가정한다. 이때, 운전자 요구 파워인 50KW가 교체식 배터리(110)의 방전 상한인 100KW 미만이므로 제어기(150)는 교체식 배터리(110)를 방전 상한만큼 방전시키게 된다. 또한, 제어기(150)는 교체식 배터리(110)의 방전 상한인 100KW에서 운전자 요구 파워인 50KW을 차감한 값인 50KW만큼 메인 배터리(130)를 방전시킬 수 있다. 이를 통해 운전자 요구 파워를 만족하면서 메인 배터리(130) 충전 또한할 수 있다. 그러나 이때에도, 교체식 배터리(110)의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값만큼 메인 배터리(130)가 충전될 수 없는 상황이라면 제어기(150)는 교체식 배터리(110)가 방전 상한만큼 방전시킬 수는 없다.
전술한 제어기(150)의 메인 배터리(130)의 충전 제어 및 교체식 배터리(110)의 방전 제어는 운전자 요구 파워가 0을 초과하는 경우로서 전력 구동부(140)가 구동력을 출력하는 경우(S207의 NO)라고 할 수 있다.
반대로, 운전자 요구 파워가 0 미만인 경우 전력 구동부(140)가 발전하는 경우(S207의 YES)는 후술할 바와 같이 전력 구동부(140)의 발전을 요구하는 것이므로 제어기(150)는 운전자 요구 파워가 메인 배터리(130)의 충전 상한을 초과하는지 판단할 수 있다(S208). 운전자 요구 파워가 메인 배터리(130)의 충전 상한을 초과한다면(S208의 YES), 메인 배터리(130) 충전만으로 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 없게 된다. 따라서 제어기(150)는 메인 배터리(130)를 충전 상한만큼 충전시키고(S209), 메인 배터리(130)에서 충전되지 않은 출력에 대하여는 교체식 배터리(110)를 충전시키도록 하여 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있는 것이다.
여기서, 메인 배터리(130)의 충전량과 교체식 배터리(110)의 충전량을 합산한 값이 운전자 요구 파워가 될 것이므로, 교체식 배터리(110)의 충전량은 운전자 요구 파워에서 메인 배터리(130)의 충전 상한을 차감한 값이 된다(S210).
예를 들어, 메인 배터리(130)와 교체식 배터리(110) 각각의 충전 상한이 -100KW라고 가정하고, 운전자 요구 파워가 -200KW가 발생하였다고 가정한다. 이때, 운전자 요구 파워인 -200KW가 메인 배터리(130)의 충전 상한인 -100KW을 초과하므로 제어기(150)는 메인 배터리(130)를 충전 상한만큼 충전시킬 수 있다. 또한, 제어기(150)는 운전자 요구 파워인 -200KW에서 메인 배터리(130)의 충전 상한인 -100KW을 차감한 값인 -100KW만큼 교체식 배터리(110)를 충전시킬 수 있다. 이를 통해 운전자 요구 파워를 만족할 수 있게 된다.
또한, 운전자 요구 파워가 메인 배터리(130)의 충전 상한 미만인 경우(S208의 NO), 제어기(150)는 메인 배터리(130)의 충전을 통해 운전자 요구 파워를 만족시킬 수 있기 때문에 메인 배터리(130)를 운전자 요구 파워에 대응하여 충전시킬 수 있다(S213).
이후, 제어기(150)는 운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는지 판단할 수 있다(S214). 이를 통해 전력 구동부(140)가 실제로 운전자의 요구 파워를 출력할 수 있는지 판단할 수 있다. 운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는 경우(S214의 NO) 전력 구동부(140)가 요구 파워의 만족이 불가하므로 모터의 출력 상한으로 배터리 출력이 제한된다(S215). 그러나, 운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하지 않는 경우(S214의 YES) 전력 구동부(140)가 모터를 통해 운전자 요구 파워를 전부 만족시킬 수 있다(S216).
지금까지 설명한 실시예들에 의하면, 메인 배터리에 교체식 배터리를 추가로 장착된 구조에서 메인 배터리와 교체식 배터리 간의 충방전을 보상할 수 있도록 하여 단일 배터리만 구비된 차량과 대비하여 다양한 환경에서 출력을 만족시킬 수 있게 된다.
한편, 전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 전동화 차량 110 : 교체식 배터리
111 : 제2 배터리 112 : 제2 배터리 제어기
120 : 직류 변환기 130 : 메인 배터리
131 : 제1 제어기 132 : 제1 배터리 제어기
140 : 전력 구동부 150 : 차량 통합 제어기(VCU)
160 : 커넥터 170 : 스위치
180 : 메인 릴레이

Claims (16)

  1. 모터 및 인버터를 구비하는 전력 구동부, 전력 구동부와 전기적으로 연결되는 메인 배터리와 교체식 배터리를 포함하는 전동화 차량의 전원 관리 방법에 있어서,
    운전자 요구 파워를 판단하는 단계; 및
    메인 배터리와 교체식 배터리 각각의 충방전 상한을 기반으로, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워를 교체식 배터리의 출력으로 먼저 만족시키고, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워에 대응하여 메인 배터리를 먼저 충전시키는 단계를 포함하는, 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한을 초과 시, 교체식 배터리는 방전 상한만큼 방전시키고, 운전자 요구 파워에서 교체식 배터리의 방전 상한을 차감한 값만큼 메인 배터리를 방전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한 미만인 경우, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태인지 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    메인 배터리가 충방전이 불가한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 방전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    메인 배터리가 충방전이 가능한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 방전 상한으로 방전시키고, 교체식 배터리의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값만큼 메인 배터리를 충전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한을 초과 시, 메인 배터리는 충전 상한만큼 충전시키고, 운전자 요구 파워에서 메인 배터리의 충전 상한을 차감한 값만큼 교체식 배터리를 충전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한 미만인 경우, 메인 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 충전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 전원 관리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나에 따른 전동화 차량의 전원 관리 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  9. 모터 및 인버터를 구비하는 전력 구동부;
    전력 구동부와 전기적으로 연결되는 메인 배터리 및 교체식 배터리; 및
    운전자 요구 파워를 판단하고, 메인 배터리와 교체식 배터리 각각의 충방전 상한을 기반으로, 전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워를 교체식 배터리의 출력으로 먼저 만족시키고, 전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워에 대응하여 메인 배터리를 먼저 충전시키는 제어기;를 포함하는 전동화 차량.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어기는,
    전력 구동부가 구동력을 출력하는 경우 운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한을 초과 시, 교체식 배터리는 방전 상한만큼 방전시키고, 운전자 요구 파워에서 교체식 배터리의 방전 상한을 차감한 값만큼 메인 배터리를 방전시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  11. 청구항 10에 있어서,
    제어기는,
    운전자 요구 파워가 교체식 배터리의 방전 상한 미만인 경우, 메인 배터리가 충방전이 가능한 상태인지 판단하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  12. 청구항 11에 있어서,
    제어기는,
    메인 배터리가 충방전이 불가한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 방전시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  13. 청구항 11에 있어서,
    제어기는,
    메인 배터리가 충방전이 가능한 상태라고 판단된 경우, 교체식 배터리를 방전 상한으로 방전시키고, 교체식 배터리의 방전 상한에서 운전자 요구 파워를 차감한 값만큼 메인 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  14. 청구항 9에 있어서,
    제어기는,
    전력 구동부가 발전하는 경우 운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한을 초과 시, 메인 배터리는 충전 상한만큼 충전시키고, 운전자 요구 파워에서 메인 배터리의 충전 상한을 차감한 값만큼 교체식 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  15. 청구항 14에 있어서,
    운전자 요구 파워가 메인 배터리의 충전 상한 미만인 경우, 메인 배터리를 운전자 요구 파워에 대응하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  16. 청구항 9에 있어서,
    제어기는,
    운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는지 판단하고,
    전력 구동부는,
    운전자 요구 파워가 모터의 출력 상한을 초과하는 경우, 모터의 출력 상한을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.







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