KR20180076800A - 차량 및 그의 배터리 관리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간 진입 시에 상기 정차된 차량에 전원을 공급하는 배터리와; 상기 아이들 구간 진입 시에, 상기 차량의 엔진이 오프되도록 제어하고, 상기 오프된 엔진 대신에 상기 배터리가 상기 정차된 차량의 전장부하를 담당하도록 제어하며, 상기 아이들 구간 동안에 상기 배터리의 SOC(State of Charge)의 변동폭이 기 설정된 범위 이하가 되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 및 그의 배터리 관리 방법에 관한 것으로, 미주행 충방전 조건에 대한 배터리의 열화 영향을 제거하여 특이한 주행조건(Idle 과다)을 갖는 하이브리드 차량의 잠재적인 배터리 열화 문제를 해결하는 효과를 제공한다.

Description

차량 및 그의 배터리 관리 방법{A VEHICLE AND METHOD FOR MANAGEING A BATTERY OF THE SAME}

본 발명은 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 배터리를 관리하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 하이브리드 차량이 주행 중 아이들(Idle) 구간 진입 시의 배터리의 SOC 관리 과정을 나타낸 도면이다.

즉, 도 1을 참조하면, 하이브리드 차량에서 주행 중에 차량이 정차되는 아이들 구간 진입 시에 ① 엔진을 정지하고 고전압 배터리를 이용하여 전장부하를 담당한다.

그리고, ② 상기 고전압 배터리의 SOC(State of Charge)가 하한으로 도달 시에 엔진을 구동하여 상기 고전압 배터리를 강제 충전시킨다. 또한, 상기 고전압 배터리가 중간 SOC에 도달 시에는 다시 엔진을 정지하고, 상기 ① 및 ② 과정을 반복한다.

상기와 같은 종래의 배터리의 SOC 관리 과정은 정차 구간에서 엔진 구동을 멈출수 있어서 연비 향상에 도움이 된다.

그러나, 상기 하이브리드 차량에 적용되는 고전압의 리튬 배터리는 내구성능 확보가 기술적 과제로 남아있으며, 잦은 아이들 사용 조건 발생 시에 다음과 같은 문제점이 발생될 수 있다.

즉, 하이브리드 차량의 아이들 주행 시에 차량의 주행 거리 증가는 없으나, 고전압배터리는 계속 충방전 싸이클 상태를 유지한다.

또한, 고전압 배터리를 자동차 보증 또는 개발 목표에 따라 내구성능을 개발하나, 아이들 주행이 많은 사용조건(일 예로, 택시, 택배, 자동차극장 등등)에 대해서는 내구 보증을 하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 하이브리드 차량의 배터리의 충방전 열화 특성을 고려하여 하이브리드 차량이 아이들(Idle) 진입 시 배터리의 SOC 변동폭을 변경하여 상기 배터리의 열화 영향을 억제할 수 있는 차량 및 그의 배터리 관리 방법에 관한 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.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하이브리드 타입의 차량에 있어서, 상기 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간 진입 시에 상기 정차된 차량에 전원을 공급하는 배터리와; 상기 아이들 구간 진입 시에, 상기 차량의 엔진이 오프되도록 제어하고, 상기 오프된 엔진 대신에 상기 배터리가 상기 정차된 차량의 전장부하를 담당하도록 제어하며, 상기 아이들 구간 동안에 상기 배터리의 SOC(State of Charge)의 변동폭이 기 설정된 범위 이하가 되도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명은 하이브리드 타입의 차량의 배터리 관리 방법에 있어서, 상기 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간에 진입되는지 판단하는 단계와; 상기 판단 결과 상기 아이들 구간에 진입되면, 상기 차량의 엔진을 오프시키는 단계와; 상기 배터리로 상기 정차된 차량에 전원을 공급하여 상기 오프된 엔진 대신에 상기 차량의 전장부하를 담당시키는 단계와; 상기 아이들 구간 동안에 상기 배터리의 SOC(State of Charge)의 변동폭을 기 설정된 범위 이하로 변경하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 차량 및 그의 배터리 관리 방법은, 미주행 충방전 조건에 대한 배터리의 열화 영향을 제거하여 특이한 주행조건(Idle 과다)을 갖는 하이브리드 차량의 잠재적인 배터리 열화 문제를 해결하는 효과를 제공한다.

본 발명에서 얻을 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 종래의 하이브리드 차량이 주행 중 아이들(Idle) 구간 진입 시의 배터리의 SOC 관리 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 나타내는 블럭도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 관리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 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 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 차량의 배터리 관리 과정에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 나타내는 블럭도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 관리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예는 운전정보 검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit: 102), HCU(Hybrid Control Unit: 103), CCU(Clutch Control Unit: 104), PCU(Power Control Unit: 105), 배터리(106), BMS(Battery Management System: 107), 엔진(200), HSG(Hybrid Starter and Generater: 210), 엔진클러치(250), 모터(300), 변속기(400)를 포함한다.

운전정보 검출부(101)는 운전자가 작동시키는 가속페달의 변위, 브레이크 페달의 변위, 자동 정속 주행모드의 선택 등의 정보를 검출하여 HCU(103)에 제공한다.

ECU(102)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)와 연동하여 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어하며, 엔진(200)의 동작 상태정보를 HCU(103)에 제공한다

HCU(103)는 최상위 제어기로, 하이브리드 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간 진입 시에 하이브리드 차량의 엔진(200)이 오프되도록 제어하고, 상기 오프된 엔진(200) 대신에 배터리(106)가 상기 정차된 차량의 전장부하를 담당하도록 제어하며, 상기 아이들 구간 동안에 배터리(106)의 SOC(State of Charge)의 변동폭이 기 설정된 범위 이하가 되도록 제어하여, 배터리(106)의 열화 영향을 억제하여 배터리(106)의 내구도가 향상되도록 할 수 있다.

이때, HCU(103)는 충방전에 따른 상기 배터리의 열화 특성을 고려하여 상기 SOC의 변동폭을 변경할 수 있다.

즉, HCU(103)는 상기 배터리(106)의 열화가 발생되지 않는 열화 억제 영역 내로 상기 SOC의 폭을 변동할 수 있다.

이때, HCU(103)는 상기 아이들 구간 진입 시에 기 저장된 SOC 변동 맵을 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경할 수 있다.

즉, 상기 SOC 변동 맵은 상기 아이들 구간 진입 시의 SOC값과, SOC 변동폭에 따른 상기 배터리(106)의 열화 특성 곡선과, 상기 배터리(106)의 SOH(State of Health) 및 상기 배터리(106)의 강제 충전을 위해 상기 엔진(200)이 구동된 횟수 중 적어도 하나를 포함하고, HCU(103)는 상기 SOC값과, 상기 열화 특선 곡선과, 상기 SOH 및 상기 엔진 구동 횟수 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경할 수 있다.

CCU(104)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)의 제어에 따라 변속기(400)에 구비되는 액추에이터를 제어하여 목표 변속단의 결합을 제어하고, 엔진클러치(250)에 공급되는 유량을 제어하여 엔진클러치(250)의 결합 및 해제를 실행함으로써, 엔진(200)의 동력 전달을 단속한다.

PCU(105)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터 및 보호회로를 포함하며, HCU(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동을 제어한다.

PCU(105)에 포함되는 전력 스위칭소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

그리고, PCU(105)에 포함되는 보호회로는 구동전원의 흐름을 감시하고, 차량의 추돌이나 충돌, 낙뢰 등 다양한 원인에 의해 구동전원에 과전압, 과전류가 유입되는 경우 구동전원을 분산 혹은 차단시켜 하이브리드 차량에 구비되는 제반 시스템을 보호하고, 탑승자를 고압으로부터 안정되게 보호한다.

배터리(106)는 HEV모드에서 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어로 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전한다.

BMS(107)는 배터리(106)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태를 관리 제어한다.

BMS(107)는 HCU(103)의 제어에 따라 배터리(106)의 출력을 단속하는 메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어하며, 자동 정속주행에서 결정되는 충방전 지향운전 영역을 적용하여 배터리(106)의 충방전 동작을 제어한다.

엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동 제어된다.

HSG(210)는 차량의 운전상황에 따라 엔진(200)의 아이들 정지 및 재시동을 실행시킨다.

엔진클러치(250)는 엔진(200)과 모터(300)의 사이에 배치되고, CCU(104)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력 전달을 단속한다.

모터(300)는 PCU(105)를 통해 공급되는 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동 시 발전기로 동작된다.

변속기(400)는 상기 CCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(250)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 변속비로 분배하여 구동륜에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

상기 변속기(400)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 3은 배터리(106)의 SOC 변동폭을 각각 다르게 선정하여 배터리(106)의 충방전 싸이클 별로 배터리(106)의 열화 정도를 측정한 그래프이다.

즉, △SOC 폭이 증가할수록 동일 싸이클 기준 열화 정도 증가하며, SOC의 특정 폭 이하로 싸이클이 진행 시에 열화 경향이 없음을 나타내고 있다.

즉, 도 3을 토대로 SOC 변동폭이 저항 열화에 영향을 미치며 배터리(106)의 충방전 시에 저항이 열화되지 않는 범위의 SOC 변동폭이 있음을 알 수 있다.

도 4는 SOC 변동폭 대비 한계 싸이클 수에 따른 배터리(106)의 열화 특성 곡선을 나타내고 있다.

즉, 배터리(106)의 SOC 변동폭 별로 열화 정도를 열화 한계점(EOL)까지 반복하여 싸이클 수와의 관계를 나타내고 있고, x축이 log 스케일로 표시되며 SOC 폭이 감소할수록 수명이 증가하며 무한에 가까운 수명을 갖는 SOC 변화 폭을 선정 가능하다.

즉, 본 발명에서는 HCU(103)가 아이들 구간 동안에 배터리(106)의 SOC의 변동폭을 도 4의 SOC 미열화 영역으로 변경함으로써, 배터리(106)의 열화 영향을 억제하여 배터리(106)의 내구도가 향상되도록 할 수 있다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, HCU(103)는 차량의 메모리에 기 저장된 SOC 변동 맵을 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경할 수 있다.

일 예로, 도 5에 도시된 SOC 변동맵은 차량이 아이들 구간 진입 시의 SOC값과, SOC 변동폭에 따른 상기 배터리의 열화 특성 곡선과, 상기 배터리의 SOH(State of Health) 및 상기 배터리의 강제 충전을 위해 상기 엔진이 구동된 횟수 중 적어도 하나를 포함한다.

이 경우, HCU(103)는 차량 주행 중 아이들 구간 진입 시에 도 4의 배터리 열화 특성 곡선을 토대로 배터리(106)의 열화에 영향을 주지 않고 변동 가능한 SOC 변동폭을 계산한다.

그리고, HCU(103)는 배터리(106)의 강제 충전을 위해 엔진(200)을 구동시키는 횟수를 카운팅하고, 배터리(106)의 SOH를 파악한다.

그리고, HCU(103)는 상기 SOC 변동맵 내에서 상기 계산된 SOC 변동폭과, 엔진 구동 횟수 및 배터리 SOH에 해당하는 SOC 변동의 하한값 및 상한값을 검색하고, 상기 검색된 SOC 변동폭의 하한값까지 엔진을 오프(전장부하 방전)시키고, 상기 검색된 SOC 변동폭의 상한값까지 엔진(200)을 온(on)(배터리 강제 충전)시킨다.

일 예로, 도 6의 (a)는 종래의 아이들 구간에서 고정값을 사용하여 하한 SOC와 중심 SOC를 반복 운용하는 것을 나타내고 있고, 도 6의 (b)에서는 본 발명에 따라 아이들 구간에서 상기 SOC 변동맵을 통해 SOC를 반복 운용함에 따라 배터리(106)의 충방전과 상관없이 열화 영향에 미미함을 알 수 있다.

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 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

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.

101: 운전 정보 검출부 102: ECU
103: HCU 104: CCU
105: PCU 106: 배터리
200: 엔진 210: HSG
300: 모터 400: 변속기

Claims (10)

1. 하이브리드 타입의 차량에 있어서,
   상기 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간 진입 시에 상기 정차된 차량에 전원을 공급하는 배터리; 및
   상기 아이들 구간 진입 시에, 상기 차량의 엔진이 오프되도록 제어하고, 상기 오프된 엔진 대신에 상기 배터리가 상기 정차된 차량의 전장부하를 담당하도록 제어하며, 상기 아이들 구간 동안에 상기 배터리의 SOC(State of Charge)의 변동폭이 기 설정된 범위 이하가 되도록 제어하는 제어부;를 포함하는, 차량.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 충방전에 따른 상기 배터리의 열화 특성을 고려하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 배터리의 열화가 발생되지 않는 열화 억제 영역 내로 상기 SOC의 폭을 변동하는, 차량.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 아이들 구간 진입 시에 기 저장된 SOC 변동 맵을 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 SOC 변동 맵은, 상기 아이들 구간 진입 시의 SOC값과, SOC 변동폭에 따른 상기 배터리의 열화 특성 곡선과, 상기 배터리의 SOH(State of Health) 및 상기 배터리의 강제 충전을 위해 상기 엔진이 구동된 횟수 중 적어도 하나를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 SOC값과, 상기 열화 특선 곡선과, 상기 SOH 및 상기 엔진 구동 횟수 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량.
6. 하이브리드 타입의 차량의 배터리 관리 방법에 있어서,
   상기 차량이 주행 중 정차되는 아이들(Idle) 구간에 진입되는지 판단하는 단계; 및
   상기 판단 결과 상기 아이들 구간에 진입되면, 상기 차량의 엔진을 오프시키는 단계;
   상기 배터리로 상기 정차된 차량에 전원을 공급하여 상기 오프된 엔진 대신에 상기 차량의 전장부하를 담당시키는 단계; 및
   상기 아이들 구간 동안에 상기 배터리의 SOC(State of Charge)의 변동폭을 기 설정된 범위 이하로 변경하는 단계;를 포함하는, 차량의 배터리 관리 방법.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 변경 단계는, 충방전에 따른 상기 배터리의 열화 특성을 고려하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량의 배터리 관리 방법.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 변경 단계는, 상기 배터리의 열화가 발생되지 않는 열화 억제 영역 내로 상기 SOC의 폭을 변동하는, 차량의 배터리 관리 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 변경 단계는, 상기 아이들 구간 진입 시에 기 저장된 SOC 변동 맵을 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량의 배터리 관리 방법.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 SOC 변동 맵은, 상기 아이들 구간 진입 시의 SOC값과, SOC 변동폭에 따른 상기 배터리의 열화 특성 곡선과, 상기 배터리의 SOH(State of Health) 및 상기 배터리의 강제 충전을 위해 상기 엔진이 구동된 횟수 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 변경 단계는, 상기 SOC값과, 상기 열화 특선 곡선과, 상기 SOH 및 상기 엔진 구동 횟수 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 SOC의 변동폭을 변경하는, 차량의 배터리 관리 방법.

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