KR20200112212A

KR20200112212A - 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법

Info

Publication number: KR20200112212A
Application number: KR1020190032311A
Authority: KR
Inventors: 변영찬; 박칠성
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-10-05

Abstract

본 발명은 배터리 충전 전류를 전류지령에 맞게 조절하여 배터리 충전이 중단없이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 배터리 충전 초기에 충전기로부터 배터리로 공급되는 충전전류가 전류지령 대비 더 큰 고전류로 공급되는 경우, 기존과 같이 충전 과정을 중단하지 않고 배터리로 공급되는 일부 전류가 차량 내 고전압 부품 등을 통해 강제로 소비되도록 제어함으로써, 실제 배터리에 충전되는 전류를 전류지령과 동일한 수준으로 조절할 수 있고, 그에 따라 배터리 충전이 중단없이 지속적으로 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법{BATTERY CHARGING METHOD FOR ECO-FRIENDLY VEHICLE}

본 발명은 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 충전 전류를 전류지령에 맞게 조절하여 배터리 충전이 중단없이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법에 관한 것이다.

전기자동차 또는 하이브리드 차량 등과 같은 친환경 차량은 그 충전 형태에 따라 플러그-인(Plug-In) 차량이라고도 불리우며, 플러그-인 차량은 외부 전원과 차량 내 충전기 간을 플러그로 연결하여 차량 내의 고전압 배터리를 충전할 수 있도록 한 차량을 말한다.

이러한 친환경 차량에는 고전압 배터리를 충전하기 위한 온 보드 충전기 또는 급속 충전기 등과 같은 충전기가 탑재되어 있고, 이 충전기의 구성 부품 중 가장 큰 비용을 차지하는 부품은 외부 AC 전원으로부터의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 등의 전류 제어 기능을 하는 파워모듈에 있다.

그러나, 상기 충전기 제조사들은 충전기의 제조 원가 절감 등을 도모하고자 저가의 파워모듈을 갖는 충전기를 제조하여 보급하고 있지만, 저가의 파워모듈을 갖는 충전기는 정확한 전류 제어를 하지 못하는 등 품질이 크게 떨어지는 단점이 있다.

예를 들어, 차량의 충전 제어기에서 충전기의 파워모듈에 고전압 배터리 충전을 위한 전류지령을 송신하면, 상기 저가의 파워모듈을 갖는 충전기는 전류지령에 맞는 충전 전류를 고전압 배터리에 공급하지 못하고, 전류지령 대비 더 큰 고전류를 공급하는 등 정확한 전류 제어를 하지 못하는 문제점이 있다.

이로 인하여, 고전류로부터 고전압 배터리 보호를 위하여 충전 과정을 임의로 중단시키는 등의 제어가 이루어짐에 따라, 고전압 배터리의 충전이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 따르게 된다.

다시 말해서, 배터리 저온상태 과전류 충전 시 배터리 셀내의 리튬이 석출되는 현상을 방지하기 위하여, 그리고 배터리 고 SOC 상태에서의 과전류 충전 시 배터리 셀 과충전을 방지하기 위하여, 배터리 충전 과정을 임의로 중단시키는 등의 제어가 이루어짐에 따라, 고전압 배터리의 충전이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 따르게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 배터리 충전 초기에 충전기로부터 배터리로 공급되는 충전전류가 전류지령 대비 더 큰 고전류로 공급되는 경우, 기존과 같이 충전 과정을 중단하지 않고 배터리로 공급되는 일부 전류가 차량 내 고전압 부품 등을 통해 강제로 소비되도록 제어함으로써, 실제 배터리에 충전되는 전류를 전류지령과 동일한 수준으로 조절할 수 있고, 그에 따라 배터리 충전이 중단없이 지속적으로 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 상위 제어기에서 충전기의 파워모듈에 배터리 충전을 위한 전류지령을 전송하는 단계; 상기 충전기의 파워모듈을 통하여 배터리로 충전되는 실제 충전전류를 감지하는 단계; 상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 비교하는 단계; 및 상기 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면, 실제 충전전류가 전류지령에 맞게 조절되도록 상기 상위 제어기의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전되도록 한 단계; 를 통하여 상기 배터리에 전류지령에 맞는 전류가 충전되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 실제 충전전류를 감지하는 단계는: 배터리 충전회로에 장착된 전압센서에서 충전전압을 감지하여 상위제어기에 전송하는 단계와, 상위제어기에서 충전전압을 기반으로 충전전류를 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전되도록 한 단계는, 실제 충전전류의 일부가 상기 상위 제어기의 방전 제어에 의하여 배터리 충전회로에 연결된 인버터를 통해 강제 방전되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 인버터를 통해 실제 충전전류의 일부가 강제 방전된 후, 상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 다시 비교하는 단계와, 비교 결과 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면 차량 난방을 위한 PTC 소자 및 냉방을 위한 에어컨을 작동시켜 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 중, 상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 또 다시 비교하여 실제 충전전류가 전류지령에 맞는 수준으로 판단되면, 상기 PTC 소자 및 에어컨 작동을 중지시키는 제어를 하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 충전기로부터 배터리로 공급되는 실제 충전전류가 전류지령 대비 더 큰 고전류로 공급되더라도, 상위제어기의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부를 소비되도록 함으로써, 실제 배터리에 충전되는 전류를 전류지령과 동일한 수준으로 조절할 수 있고, 그에 따라 배터리 충전이 별도의 중단 제어없이 지속적으로 원활하게 이루어질 수 있다.

둘째, 친환경 차량의 배터리에 충전되는 충전전류를 항상 전류지령에 맞는 수준으로 충전할 수 있도록 함으로써, 기존에 과전류로부터 배터리를 보호하기 위하여 배터리 충전 중 중단 제어 로직을 배제할 수 있으므로, 배터리 충전 로직의 단순화를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 위한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 도시한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등과 같은 친환경 차량은 그 충전 형태에 따라 플러그-인(Plug-In) 차량이라고도 불리우며, 이러한 플러그-인 차량에는 고전압 배터리의 충전을 위하여 외부 AC 전원과 플러그로 연결되는 온 보드 충전기가 탑재되어 있다.

상기 충전기는 외부 AC 전원으로부터의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 고전압 배터리에 전류를 완속 충전하는 역할을 하며, 이를 위해 상기 충전기에는 외부 AC 전원으로부터의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 등의 전류 제어 기능을 하는 파워모듈이 포함되어 있다.

기존의 배터리 충전 방법으로서, 충전을 위한 목표 전류지령을 충전기에서 송신하는 단계와, 충전 초기 정확한 전류제어 불가로 인해 목표 전류지령 대비 실제 충전전류가 과전류로 공급되면 배터리 보호 목적으로 충전을 중단 제어하는 단계 등을 포함하는 로직이 적용되고 있으며, 이렇게 배터리 충전 과정을 임의로 중단시키는 등의 제어가 이루어짐에 따라 고전압 배터리의 충전이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

이와 달리, 본 발명은 충전기로부터 배터리로 공급되는 실제 충전전류가 전류지령 대비 더 큰 고전류로 공급되더라도, 상위제어기의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부를 소비되도록 함으로써, 실제 배터리에 충전되는 전류를 전류지령과 동일한 수준으로 조절할 수 있고, 그에 따라 배터리 충전이 별도의 중단 제어없이 지속적으로 원활하게 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 위한 구성도로서, 도면부호 10은 충전기를 지시한다.

상기 충전기(10)는 차량 내 소정 위치에 탑재되는 것으로서, AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 등의 전류 제어 기능을 하는 파워모듈(12)이 포함되어 있다.

상기 파워모듈(12)의 입력단 및 출력단에는 소정의 배터리 충전회로가 연결되는 바, 배터리 충전회로에는 충전포트(20)를 비롯하여 급속 충전용 릴레이(21), 배터리(30)의 충방전을 위한 메인 릴레이(22), 배터리 충전전류를 감지하기 위한 전압센서(26) 등이 포함되어 있다.

아울러, 상기 배터리 충전회로에는 전류 소모를 위한 고전압 부품으로서, 주행용 모터(미도시됨)를 제어하는 인버터(23), 차량 난방을 위한 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(24) 및 냉방을 위한 에어컨(25, A/C) 등이 연결되어 있다.

특히, 상기 충전기(10)의 파워모듈(12)에는 배터리 충전을 위한 전류 지령을 명령하는 상위제어기(100)가 전기적 신호 교환 가능하게 연결되고, 또한 상기 전압센서(26)의 출력단에도 상위제어기(100)가 연결되어 배터리 충전전압을 감지한 신호를 상위제어기(100)에서 수신하게 된다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 배터리 충전 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법을 도시한 순서도이다.

먼저, 친환경 차량의 배터리 충전을 위한 사전 세팅이 선행된다(S101).

예를 들어, 플러그-인(Plug-In) 차량의 경우에는 외부 AC 전원으로부터 연장된 플러그를 차량 내에 탑재된 충전기에 통전 가능하게 연결한다.

연이어, 상기 상위 제어기(100)에서 충전기(10)의 파워모듈(12)에 배터리 충전을 위한 전류지령을 전송한다(S102).

또한, 상기 충전기(10)의 파워모듈(12)을 통하여 배터리(30)로 충전되는 실제 충전전류를 감지한다(S103).

예를 들어, 상기 전압센서(26)에서 배터리 충전전압을 감지하여 상위제어기(100)로 전송하면, 상위제어기(100)에서 배터리 충전전압을 기반으로 실제 충전전류를 계산하게 된다.

좀 더 상세하게는, 상기 실제 충전전류를 감지하는 단계는 배터리 충전회로에 장착된 전압센서(26)에서 배터리 충전전압을 감지하여 상위제어기(100)에 전송하는 단계와, 상위제어기(100)에서 충전전압을 기반으로 충전전류를 계산하는 단계로 이루어진다.

다음으로, 상기 상위 제어기(100)에서 전류지령과 실제 충전전류를 비교한다(S104).

비교 결과, 상기 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면, 배터리를 과전류로부터 보호하기 위하여 상기 상위 제어기에 의하여 실제 충전전류에 대한 방전 제어가 이루어진다(S105).

즉, 상기 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면, 실제 충전전류가 전류지령에 맞게 조절되도록 상기 상위 제어기(100)의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전된다.

예를 들어, 상기 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전되도록 한 단계는 상기 상위 제어기(100)에서 인버터(23)를 강제 구동시키는 방전 제어를 하는 단계와, 실제 충전전류의 일부가 배터리 충전회로에 연결된 인버터(23)를 통해 강제 방전되는 단계로 이루어지게 된다.

이어서, 상기 인버터(23)를 통해 실제 충전전류의 일부가 강제 방전된 후, 상기 상위 제어기(100)에서 전류지령과 실제 충전전류를 다시 비교한다(S106).

상기 S106 단계의 비교 결과, 실제 충전전류가 인버터를 통한 강제 방전으로 인하여 전류지령과 동등 수준으로 판정되면 배터리에 전류지령에 맞는 전류가 정상적으로 충전될 수 있으므로, 인버터를 강제 구동시키는 방전 제어를 중단시킨다(S109).

반면, 상기 S106 단계의 비교 결과, 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 계속 더 크면 상기 상위 제어기(100)의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 더 강제 방전된다.

예를 들어, 상기 상위 제어기(100)에서 차량 난방을 위한 PTC 소자 및 냉방을 위한 에어컨을 작동시켜 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 단계가 더 진행된다(S107).

이어서, 상기 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 중, 상기 상위 제어기(100)에서 전류지령과 실제 충전전류를 또 다시 비교하여 실제 충전전류가 전류지령에 맞는 수준으로 판단되면(S108), 상기 PTC 소자 및 에어컨 등을 작동시키는 방전 제어를 중단시킨다(S109).

이와 같이, 배터리로 공급되는 실제 충전전류가 전류지령 대비 더 큰 고전류로 공급되는 경우, 기존과 같이 충전 과정을 중단하지 않고 배터리로 공급되는 실제 충전전류의 일부를 차량 내 고전압 부품 등을 통해 강제로 소비되도록 제어함으로써, 실제 배터리에 충전되는 전류를 전류지령과 동일한 수준으로 조절할 수 있고, 그에 따라 배터리 충전이 항상 중단없이 원활하게 이루어질 수 있다.

10 : 충전기
12 : 파워모듈
20 : 충전포트,
21 : 급속 충전용 릴레이
22 : 메인 릴레이
23 : 인버터
24 : PTC 소자
25 : 에어컨
26 : 전압센서
30 : 배터리
100 : 상위제어기

Claims

상위 제어기에서 충전기의 파워모듈에 배터리 충전을 위한 전류지령을 전송하는 단계;
상기 충전기의 파워모듈을 통하여 배터리로 충전되는 실제 충전전류를 감지하는 단계;
상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 비교하는 단계;
상기 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면, 실제 충전전류가 전류지령에 맞게 조절되도록 상기 상위 제어기의 방전 제어에 의하여 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전되도록 한 단계;
를 통하여 상기 배터리에 전류지령에 맞는 전류가 충전되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 실제 충전전류를 감지하는 단계는:
배터리 충전회로에 장착된 전압센서에서 충전전압을 감지하여 상위제어기에 전송하는 단계와, 상위제어기에서 충전전압을 기반으로 충전전류를 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 실제 충전전류의 일부가 일정 시간 동안 강제 방전되도록 한 단계는:
실제 충전전류의 일부가 상기 상위 제어기의 방전 제어에 의하여 배터리 충전회로에 연결된 인버터를 통해 강제 방전되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 인버터를 통해 실제 충전전류의 일부가 강제 방전된 후,
상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 다시 비교하는 단계와, 비교 결과 전류지령에 비하여 실제 충전전류가 더 크면 차량 난방을 위한 PTC 소자 및 냉방을 위한 에어컨을 작동시켜 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 실제 충전전류의 일부를 2차로 강제 방전시키는 중, 상기 상위 제어기에서 전류지령과 실제 충전전류를 또 다시 비교하여 실제 충전전류가 전류지령에 맞는 수준으로 판단되면, 상기 PTC 소자 및 에어컨 작동을 중지시키는 제어를 하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 배터리 충전 제어 방법.