KR102417897B1 - 친환경 차량 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

친환경 차량 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 차량 충전 제어 장치는 주동력원인 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단하는 고전압 배터리 충전량 판단부; 상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 보조 배터리 충전량 판단부; 및 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 보조 배터리 충전 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

친환경 차량 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 차량 충전 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 구동 시 충전 토크를 유지한 상태에서 고전압 배터리의 SOC 수준을 적정 수준으로 유지할 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 친환경 차량(HEV; Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 친환경 차량(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등의 기술 개발에 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.
이러한 친환경 차량은 겨울철 난방이 요구되는 경우(별도의 전기 히터등이 없는 차량의 경우) 난방 성능 만족을 위해 엔진을 구동하여 난방에 필요한 열원을 확보하게 된다. 이때, 난방을 위한 엔진 구동시 엔진의 효율 증대 및 고전압 배터리의 SOC(State of charge) 충전을 위해 토크를 상향하게 된다.
하지만, 도 1과 같이 엔진 구동 중 고전압 배터리의 SOC 충전량이 과다해지면, 난방 제어 해제 후 주행 전략에 따라 SOC 소진을 위해(연비 상승을 위해) 전기 모터로만 주행하게 된다. 이 경우 엔진의 냉각수 온도가 다시 하락하게 되고, 난방 열원 확보를 위해 엔진 구동을 다시 해야 함에 따라 엔진의 구동 및 해제가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 난방을 위한 엔진 제어시 고전압 배터리 SOC(State of charge)가 일정 레벨 이상 상승하면 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조배터리를 충전함으로써 고전압 배터리 SOC의 과충전을 방지하고 충전된 보조배터리를 이용하여 전장 부하의 에너지로 이용함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 차량 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 차량 충전 제어 장치는 주동력원인 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단하는 고전압 배터리 충전량 판단부; 상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 보조 배터리 충전량 판단부; 및 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 보조 배터리 충전 제어부;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 고전압 배터리 충전량 판단부는, 배터리 관리부와의 연동을 통해 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리 충전량 판단부는, 상기 보조 배터리의 SOC를 센싱하는 보조 배터리 충전량 감지부와의 연동을 통해 상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리 충전 제어부는, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 미만이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리 충전 제어부는, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 이상이나, 차량의 기어단수가 P단에 위치하는 경우, R단에 위치하는 경우, N단에 위치하는 경우, 고속 주행인 경우, 고등판 주행인 경우, 고전장 부품이 동작되는 경우 중 적어도 하나 이상인 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리 충전 제어부는, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시 상기 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 고전압 배터리 SOC를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 고전압 배터리 SOC에 따라 주행 모드를 판단하는 주행 모드 판단부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 충전 제어 시스템은 차량의 주 동력원인 고전압 배터리; 상기 차량의 보조 동력원인 보조 배터리; 상기 보조 배터리 SOC(State Of Charge)를 감지하는 보조 배터리 충전량 감지부; 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 차량 충전 제어 장치;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리 충전량 감지부는, IBS(Intelligent Battery Sensor)를 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 차량 충전 제어장치는, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 차량 충전 제어장치는, HCU(Hybrid Control Unit)를 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 차량 충전 제어장치는, 주동력원인 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 고전압 배터리 충전량 판단부; 상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 보조 배터리 충전량 판단부; 및 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 보조 배터리 충전 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 충전 제어 방법은 주동력원인 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단하는 단계; 상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 단계; 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 단계는, 배터리 관리부와의 연동을 통해 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 단계는, 상기 보조 배터리의 SOC를 센싱하는 보조 배터리 충전량 감지부와의 연동을 통해 상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 미만이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 이상이나, 차량의 기어단수가 P단에 위치하는 경우, R단에 위치하는 경우, N단에 위치하는 경우, 고속 주행인 경우, 고등판 주행인 경우, 고전장 부품이 동작되는 경우 중 적어도 하나 이상인 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 단계는, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시 상기 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 고전압 배터리 SOC를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시 상기 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치 미만이고, 상기 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상이면 상기 보조 배터리 방전 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 기술은 난방을 위한 엔진 제어시 고전압 배터리 SOC(State of charge)가 일정 레벨 이상 상승하면 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조배터리를 충전함으로써 고전압 배터리 SOC의 과충전을 방지하고 충전된 보조배터리를 이용하여 전장 부하의 에너지로 이용함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 난방 제어 시 차량 충전 제어 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 충전 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 하이브리드 제어기의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 차량 충전 제어 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 차량 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 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 배터리 및 보조배터리를 이용하여 전기 모터를 구동시켜 주행하는 친환경 차량으로서, 친환경 차량 (HEV;Hybrid Electric Vehicle), 전기 자동차(EV ;Electric Vehicle), 플러그인 친환경 차량 (PHEV ;Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 수소연료 전지자동차(FCEV ;Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서 친환경 차량의 차량 충전 제어 시스템은 난방을 위한 엔진 제어시 고전압 배터리 SOC(State of charge)가 일정 레벨 이상 증가하면 보조 배터리 SOC의 레벨과 상관없이 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조배터리를 충전함으로써 고전압 배터리 SOC의 과충전을 방지하고 충전된 보조배터리를 이용하여 전장 부하의 에너지로 이용함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 친환경 차량의 차량 충전 제어 시스템은 보조 배터리 충전량(SOC)을 감지하는 센서를 통해 보조 배터리의 충전량을 감지함으로써, 고전압 배터리 SOC와 상관없이 보조 배터리 SOC를 충전할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 차량 충전 제어 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2의 하이브리드 제어기의 세부 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 차량 충전 제어 시스템은, 상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU:Hybrid Control Unit)(100)와, 고전압 배터리(111)와, 메인 릴레이(112)와, 배터리 관리부(BMS; Battery Management Systems)(113)와, 하위 제어기인 모터 제어기(MCU : Motor Control Unit)(114)와, 엔진 제어기(ECU: Engine Control Unit)(115)와, 모터(116)와, 엔진(117)과, 저전압직류변환기(LDC : Low DC/DCConverter)(118)와, 보조배터리(119), 보조 배터리 충전량 감지부(120), 냉난방기(121), 냉난방 조절부(FATC : Full Automatic Temperature Control)(122)를 포함한다.
고전압 배터리(111)는 전기 에너지를 저장하고, 차량 시스템에 전기를 공급하기 위한 장치이고 보조 배터리(119)는 고전압 배터리(111)의 SOC를 이용하여 충전된다. 이때, 보조 배터리(119)는 기어가 P단 정차, R단 후진, N 단에 위치하는 경우, 고속 또는 고부하 주행시(충전 에너지가 전체 주행 에너지 대비 비중이 매우 낮은 경우), 헤드램프, 열선 등 고전장 부하의 작동 시 고전압 배터리의 SOC를 이용하여 충전하게 된다.
메인 릴레이(112)는 고전압 배터리(111)의 전기 에너지를 모터 제어기(114)로 전달한다.
모터 제어기(114)는 메인 릴레이(112)를 통해 전달받은 고전압 배터리 SOC(State Of Charge) 또는 저전압 직류 변환기(118)를 통해 전달받은 보조 배터리 SOC를 이용하여 모터(116)를 구동한다.
모터(116)는 전력을 공급하기 위한 주 동력원으로 고전압 배터리(111)와 연결된다.
엔진(117)은 친환경 차량에 동력을 공급하는 내연기관이다.
냉난방기(121)는 히터 또는 에어컨디셔너를 포함한다.
냉난방 조절부(FACT;122)는 냉난방기(121)를 조절하고 난방 제어를 위해 하이브리드 제어기(100)로 엔진 가동을 요청한다.
배터리 관리부(BMS;113)는 주동력원인 고전압 배터리(111)의 제반적인 상태를 관리하며, 고전압 배터리(111)의 온도, 전압 및 전류를 바탕으로 고전압 배터리의 SOC를 연산하고 그 결과를 하이브리드 제어기(100)로 전달한다.
저전압 직류 변환기(LDC;118)는 고전압의 고전압 배터리(111)의 전력을 정류하여 직류로 만들어 출력한다. 즉, 저전압 직류변환기(LDC)(118)는 일반 직류를 스위칭시켜 교류로 만들고 이 교류를 코일, 트랜스, 커패시턴스 등을 이용해 강압시킨 다음, 다시 정류시켜 직류로 만들어, 각 전장 부하에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.
보조 배터리 충전량 감지부(120)는 보조 배터리(119)의 SOC를 센싱하여 저전압 직류 변환기(LDC;118)로 제공한다. 이를 위해 보조 배터리 충전량 감지부(120)는 배터리 센서(IBS ;Intelligent Battery Sensor) 등을 구비할 수 있다.
하이브리드 제어기(HCU;100)는 친환경 차량 에서 전반적인 동작을 총괄 제어하는 상위 제어기로서, 본 발명에서 차량 충전 제어 장치에 해당한다.
하이브리드 제어기(HCU;100)는 하위 제어기인 모터 제어기(MCU)(114)와 소정의 방식으로 통신하여 구동원인 모터(116)의 토크와 속도 및 발전 토크량을 제어하고, 보조 동력원으로 전압 발전을 위한 동력을 발생하는 엔진(117)을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(115)와 통신한다.
또한, 하이브리드 제어기(HCU;100)는 주동력원인 고전압 배터리(111)의 제반적인 상태를 관리하는 배터리 관리부 (BMS;113)와 통신하여 고전압 배터리 SOC의 상태에 따라 주행모드를 결정하고 모터 토크 및 속도를 제어하고, 차속과 운전자의 주행요구에 따라 변속비를 결정 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)(미도시)와 통신하여 운전자가 요구하는 차속이 유지되도록 제어한다.
이때, 하이브리드 제어기(HCU;100)와 하위 제어기인 모터 제어기(MCU)(114) 및 엔진 제어기(ECU)(117) 사이의 통신은 CAN 통신을 통해 수행되어 상호간 정보의 교환과 제어신호를 송수신한다.
하이브리드 제어기(HCU;100)는 저전압 직류 변환기(LDC;118)를 통해 보조 배터리 SOC(충전량)을 체크하고, 배터리 관리부(BMS;113)를 통해 고전압 배터리 SOC를 체크한다. 하이브리드 제어기(HCU;100)는 보조 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 작거나, 헤드램프, 와이퍼, 시트열선 등의 고전장 부하, 고속 또는 고등판 주행 등 충전 에너지가 전체 주행 에너지 대비 비중이 매우 낮은 경우인지를 판단하여(S102), 헤드램프, 와이퍼, 시트열선 등의 고전장 부하가 온되거나 고속 또는 고등판 주행인 경우, 기어가 P단, R단, N단에 위치하는 경우, 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다.
또한, 하이브리드 제어기(100)는 냉난방 조절부(122)로부터 난방 제어를 위한 엔진 온 요청을 받으면, 고전압 배터리 SOC를 체크하여, 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(Y)보다 큰 경우, 저전압 직류 변환기(118)로 고전압 배터리를 이용한 보조 배터리 충전 제어를 요청한다.
또한, 하이브리드 제어기(100)는 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치 미만이고, 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상이면 보조 배터리 방전 제어를 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 난방을 위한 엔진 구동 시 고전압 배터리 SOC가 충전되더라도 고전압 배터리 SOC를 보조 배터리로 충전시켜 고전압 배터리의 SOC의 수준을 일정 레벨로 유지할 수 있도록 함으로써 고전압 배터리가 과충전되지 않도록 하고, 고전장 부하의 동작, 고속주행, 고등판 주행 등, P단, R단, N단에 기어가 위치할 때 충전된 보조 배터리를 사용하도록 함으로써 연비 효율을 증대시킬 수 있다.
다만, 보조 배터리 충전량 감지부(120)에 의해 감지된 보조 배터리 SOC가 미리 정한 기준치보다 낮은 경우, 고전압 배터리 SOC와 상관없이 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조 배터리 SOC를 충전하도록 한다.
도 3을 참조하여 차량 충전 제어 장치인 하이브리드 제어기(100)의 세부 구성을 설명하기로 한다.
하이브리드 제어기(100)는 고전압 배터리 충전량 판단부(101), 보조 배터리 충전량 판단부(102), 주행 모드 판단부(103), 보조 배터리 충전 제어부(104)를 포함한다.
고전압 배터리 충전량 판단부(101)는 배터리 관리부(113)로부터 고전압 배터리의 충전량(SOC)에 대한 정보를 수신하여 고전압 배터리의 SOC를 판단한다.
보조 배터리 충전량 판단부(102)는 보조 배터리 충전량 감지부(120)로부터 수신한 보조 배터리 SOC 정보를 이용하여 보조 배터리 SOC를 판단한다.
주행 모드 판단부(103)는 고전압 배터리 SOC의 레벨에 따라 주행모드를 판단한다. 이때 주행모드는 전기 에너지로만 구동되는 EV 모드, 전기 에너지와 엔진 구동에 의해 주행되는 HEV 모드를 포함할 수 있다. 즉, 고전압 배터리의 SOC가 일정 기준치 이상이면 EV 모드로 주행하도록 하고 고전압 배터리의 SOC가 일정 기준치 미만이면 HEV 모드로 주행하도록 한다.
보조 배터리 충전 제어부(104)는 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 보조 배터리 SOC의 레벨과 상관없이, 고전압 배터리의 SOC가 일정 레벨 이상이면 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어한다.
또한, 보조 배터리 충전 제어부(104)는 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 이상이나, 차량의 기어단수가 P단에 위치하는 경우, R단에 위치하는 경우, N단에 위치하는 경우, 고속 주행인 경우, 고등판 주행인 경우, 고전장 부품이 동작되는 경우 중 적어도 하나 이상인 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어한다.
이와 같이, 본 발명은 난방 중 엔진 구동 시 엔진의 토크를 상향한 상태에서 고전압 SOC의 수준을 적정 수준으로 유지하기 위해, 고전압 배터리의 SOC를 보조 배터리로 충전시켜줌으로써 고전압 배터리의 SOC가 과충전 되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 차량 충전 제어 장치는 기어가 P단 정차, R단 후진, N 단에 위치하는 경우, 고속 또는 고부하 주행시(충전 에너지가 전체 주행 에너지 대비 비중이 매우 낮은 경우), 헤드램프, 열선 등 고전장 부하의 작동 시 고전압 배터리의 SOC를 이용하여 보조 배터리(119)를 충전하게 되는데, 본 발명에서는 보조 배터리 충전량 감지부(120)를 통해 보조배터리의 SOC를 판단하여 보조 배터리의 SOC가 낮은 경우에 대해 고전압 배터리의 SOC를 이용하여 보조 배터리를 충전하게 된다. 이때, 고전압 배터리의 SOC 수준을 고려하지 않는다(보조배터리 가변 전압 제어).
또한, 본 발명에 따른 차량 충전 제어 장치는 난방을 위한 엔진 구동 조건시 고전압 배터리의 SOC 레벨을 모니터링하여, 미리 정한 기준치 이상으로 레벨이 상승하게 되면 고전압 배터리의 에너지를 이용하여 보조배터리를 충전할 수 있다. 이러한 제어를 통해 고전압 배터리의 SOC 수준을 적정 수준으로 유지함과 동시에, 충전된 보조배터리의 에너지를 향후 전장 부하를 감당하는 데 사용할 수 있어, 실제도로 주행 시 연비가 향상될 수 있다.
도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 차량 충전 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 이후, 차량 충전 제어 장치는 도 1의 하이브리드 제어기(HCU;100)를 의미한다.
먼저, 차량 충전 제어 장치는 보조 배터리 SOC(충전량)을 체크하여(S101), 보조 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 작은 경우 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106). 이에 저전압 직류 변환기(118)는 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조 배터리를 충전한다.
한편, 보조 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 크거나 같은 경우, 차량 충전 제어 장치는 헤드램프, 와이퍼, 시트열선 등의 고전장부하, 고속 또는 고등판 주행 등 전체 주행 에너지 대비 충전 에너지 비중이 매우 낮은 지를 판단하여(S102), 온 된 경우 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106). 이에 저전압 직류 변환기(118)는 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조 배터리를 충전한다.
반면, 헤드램프, 와이퍼, 시트열선 등의 고전장 부하, 고속 또는 고등판 주행 등 충전 에너지가 전체 주행 에너지 대비 비중이 매우 낮은 경우 차량 충전 제어 장치는 기어가 P단, R단, N단에 위치하는지를 체크한다(S103).
기어가 P단, R단, N단에 위치하면, 차량 충전 제어 장치는 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106). 반면에, 기어가 P단, R단, N단에 위치하지 않으면 차량 충전 제어 시스템은 냉난방 조절부(FACT;121)로부터 난방 제어를 위해 엔진 온 요청이 있는지를 체크하고(S104), 엔진 온 요청이 없으면 보조 배터리 SOC를 체크한다(S107). 이에, 차량 충전 제어 시스템은 보조배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 크면 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 방전 제어를 요청하고(S108), 보조배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 크지 않으면 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106).
한편 상기 과정 S104에서 엔진 온 요청이 발생한 경우, 고전압 배터리 SOC를 체크하여, 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(Y)보다 큰 지를 판단하고(S105), 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(Y)보다 큰 경우 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106). 이에 저전압 직류 변환기(118)는 고전압 배터리 SOC를 이용하여 보조 배터리를 충전한다.
반면에 고전압 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(Y)보다 작거나 같은 경우 차량 충전 제어 시스템은 보조 배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 큰 지를 다시 체크하여(S107), 보조배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 크면 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 방전 제어를 요청하고(S108), 보조배터리 SOC가 미리 정한 기준치(X)보다 크지 않으면 저전압 직류 변환기(118)로 보조 배터리 충전 제어를 요청한다(S106).
이때, 보조 배터리 SOC를 판단하는 기준치(X)는 정상(Normal) 조건에서 고전압 배터리의 에너지를 활용하여 보조 배터리 충전 제어 시작 시점으로, 인증 모드 및 실제 도로를 고려하여 미리 설정할 수 있으며, 차속별로 차별화하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 고차속 주행시 차량의 주행 에너지 대비 보조배터리를 충전하는 에너지의 비율이 상대적으로 낮아 실제 도로 연비에 미치는 영향이 낮으므로 이런 경우에는 기준치(X)를 상향한다. 반면 저차속 주행시 보조배터리 충전 에너지가 실제 도로 연비에 미치는 영향이 높으므로 기준치(X)를 하향한다. 예컨데, 차속이 60KPH 이하인 경우 기준치(X)를 80%로 설정하고, 차속이 60~100KPH이면 기준치(X)를 85%로 설정하고, 차속이 100KPH 이상이면 기준치(X)를 90%로 설정할 수 있다.
고전압 배터리 SOC를 판단하는 기준치(Y)는 난방 구동 조건에서 보조배터리 충전을 시작하는 고전압 배터리의 SOC 임계점으로서, 정상(NORMAL) 주행 조건에서 정해진 차량의 평균 SOC(각 인증 모드 별 결정)를 고려하여 설정할 수 있다. 예컨데, FTP(도심 모드) 모드 평균 SOC 60%, 난방 구동 조건 중 60% + α (α : 실제 도로 시험을 통해 결정)로 설정할 수 있다.
도 1은 일반적인 난방 제어 시 차량 충전 제어 기술을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 차량 충전 제어 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5을 비교하여 설명하면, 종래에는 차량 충전 제어 장치가 난방 열원 확보를 위해 냉난방 조절부(122)로부터 엔진 구동 요청을 받으면 주행 부하 또는 주행 조건과 무관하게 엔진을 구동시켜 난방 열원을 확보한다. 즉, 고전압 배터리 SOC가 충분한 경우에도 무조건 엔진을 구동시켜 난방 열원을 확보하도록 되어 있어, 도 1을 참조하면 냉각수온이 떨어지면 엔진이 구동되고 고전압 배터리 충전이 시작되어 고전압 배터리 SOC가 일정 레벨 이상 증가하면(A) 엔진 구동이 중지되어 전기에너지를 이용한 EV 모드 주행이 진행되다가 냉각수온이 다시 떨어지면(B) 엔진이 다시 구동된다. 이처럼 종래에는 난방을 위한 엔진 구동 및 해제가 빈번하게 반복하여 엔진 효율성이 낮아질 수 있다.
그에 반하여, 도 5를 참조하면 본 발명에서는 차량 충전 제어 장치가 난방 열원 확보를 위해 냉난방 조절부(122)로부터 엔진 구동 요청을 받으면 고전압 배터리 SOC를 모니터링하여, 고전압 배터리 SOC가 일정 레벨 이상 증가하면(C) 고전압 SOC를 이용하여 보조 배터리를 충전시킨다(1). 이에 엔진 가동중에도 고전압 배터리 SOC가 일정 레벨을 유지하게 되고(2) 보조 배터리 SOC는 증가하게 된다. 이 후, 헤드램프, 열선, 와이퍼 작동, 기어가 P단, R단, N단에 위치하는 경우 고속주행, 고등판 주행 시 충전된 보조 배터리를 사용하면(D) 보조배터리 SOC가 감소한다(3). 이 후 적절한 SOC 수준 유지를 통해 난방 엔진 아이들 구동을 방지할 수 있다(4).
이와 같이 본 발명은 과도한 고전압 배터리 충전을 방지하여 2, 3차 엔진 아이들 구동을 방지함과 동시에, 충전된 보조배터리를 이용하여 전장부하를 감당함으로써 실제 도로 연비 상승을 꾀할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 난방 제어 시 차량 충전 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(11000)은 버스(11200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(11100), 메모리(11300), 사용자 인터페이스 입력 장치(11400), 사용자 인터페이스 출력 장치(11500), 스토리지(11600), 및 네트워크 인터페이스(11700)를 포함할 수 있다.
프로세서(11100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(11300) 및/또는 스토리지(11600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(11300) 및 스토리지(11600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(11300)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(11100)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(11300) 및/또는 스토리지(11600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(11100)에 커플링되며, 그 프로세서(11100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(11100)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(HCU)
111 : 고전압 배터리
112 : 메인 릴레이
113 : 배터리 관리부(BMS)
114 : 모터 제어기(MCU)
115 : 엔진 제어기(ECU)
116 : 모터
117 : 엔진
118 : 저전압 직류 변환기(LDC)
119 : 보조 배터리
120 : 보조배터리 충전량 감지부
121 : 냉난방기
122 : 냉난방 조절부

Claims (19)

  1. 주동력원인 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단하는 고전압 배터리 충전량 판단부;
    상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 보조 배터리 충전량 판단부; 및
    난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 보조 배터리 충전 제어부;를 포함하고,
    상기 보조 배터리 충전 제어부는,
    상기 고전압 배터리의 SOC와 상관없이, 상기 보조 배터리의 SOC에 따라 상기 보조 배터리의 충전 여부를 수행하며,
    상기 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 보조 배터리의 SOC 가 상기 기준치 이상이면,
    고전장 부품의 온 상태인지를 판단하여 온 상태이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 고전장 부품이 온 상태가 아닌 경우, 기어의 위치를 판단하여 상기 기어의 위치가 P단, R단, 및 N단 중 적어도 하나에 위치하는 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 기어의 위치가 상기 P단, 상기 R단, 및 상기 N단 중 적어도 하나에 위치하지 않는 경우, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있는 지를 판단하고, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있으면 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 배터리 충전량 판단부는,
    배터리 관리부와의 연동을 통해 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 배터리 충전량 판단부는,
    상기 보조 배터리의 SOC를 센싱하는 보조 배터리 충전량 감지부와의 연동을 통해 상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 배터리 충전 제어부는,
    상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 이상이나, 고속 주행인 경우, 고등판 주행인 경우, 고전장 부품이 동작되는 경우 중 적어도 하나 이상인 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 배터리 충전 제어부는,
    상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시 상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 고전압 배터리의 SOC를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하고,
    상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이면 상기 보조 배터리의 방전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC에 따라 주행 모드를 판단하는 주행 모드 판단부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 장치.
  8. 차량의 주 동력원인 고전압 배터리;
    상기 차량의 보조 동력원인 보조 배터리;
    상기 보조 배터리의 SOC(State Of Charge)를 감지하는 보조 배터리 충전량 감지부;
    난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 차량 충전 제어장치;를 포함하고,
    상기 차량 충전 제어장치는,
    상기 고전압 배터리의 SOC와 상관없이, 상기 보조 배터리의 SOC에 따라 상기 보조 배터리의 충전 여부를 수행하며,
    상기 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 보조 배터리의 SOC 가 상기 기준치 이상이면,
    고전장 부품의 온 상태인지를 판단하여 온 상태이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 고전장 부품이 온 상태가 아닌 경우, 기어의 위치를 판단하여 상기 기어의 위치가 P단, R단, 및 N단 중 적어도 하나에 위치하는 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하고,
    상기 기어의 위치가 상기 P단, 상기 R단, 및 상기 N단 중 적어도 하나에 위치하지 않는 경우, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있는 지를 판단하고, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있으면 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 보조 배터리 충전량 감지부는,
    IBS(Intelligent Battery Sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 충전 제어장치는,
    상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하고,
    상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이면 상기 보조 배터리의 방전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 충전 제어장치는,
    HCU(Hybrid Control Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 충전 제어장치는,
    주동력원인 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 고전압 배터리 충전량 판단부;
    상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 보조 배터리 충전량 판단부; 및
    난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 상기 고전압 배터리의 SOC 를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 보조 배터리 충전 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 시스템.
  13. 주동력원인 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단하는 단계;
    상기 고전압 배터리의 동력을 보조하는 보조 배터리의 SOC를 판단하는 단계;
    난방 제어를 위한 엔진 가동 요청 수신 시, 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 단계는,
    상기 고전압 배터리의 SOC와 상관없이, 상기 보조 배터리의 SOC에 따라 상기 보조 배터리의 충전 여부를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 고전압 배터리의 SOC와 상관없이, 상기 보조 배터리의 SOC에 따라 상기 보조 배터리의 충전 여부를 수행하는 단계는,
    상기 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계;
    상기 보조 배터리의 SOC 가 상기 기준치 이상이면 고전장 부품의 온 상태인지를 판단하여 온 상태이면 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계;
    상기 고전장 부품이 온 상태가 아닌 경우, 기어의 위치를 판단하여 상기 기어의 위치가 P단, R단, 및 N단 중 적어도 하나에 위치하는 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계; 및
    상기 기어의 위치가 상기 P단, 상기 R단, 및 상기 N단 중 적어도 하나에 위치하지 않는 경우, 상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있는 지를 판단하는 단계;
    상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있으면 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 단계는,
    배터리 관리부와의 연동을 통해 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 단계는,
    상기 보조 배터리의 SOC를 센싱하는 보조 배터리 충전량 감지부와의 연동을 통해 상기 보조 배터리의 SOC를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
  16. 삭제
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 보조 배터리의 충전량이 미리 정한 기준치 이상이나, 고속 주행인 경우, 고등판 주행인 경우, 고전장 부품이 동작되는 경우 중 적어도 하나 이상인 경우에 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있으면, 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 고전압 배터리의 SOC를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 난방 제어를 위한 엔진 가동 요청이 있으면, 상기 고전압 배터리의 SOC를 판단하여 상기 고전압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 고전압 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 미만이고, 상기 보조 배터리의 SOC가 미리 정한 기준치 이상이면 상기 보조 배터리의 방전 제어를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 충전 제어 방법.
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