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KR101836577B1 - 차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템 - Google Patents

차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템 Download PDF

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KR101836577B1
KR101836577B1 KR1020150168826A KR20150168826A KR101836577B1 KR 101836577 B1 KR101836577 B1 KR 101836577B1 KR 1020150168826 A KR1020150168826 A KR 1020150168826A KR 20150168826 A KR20150168826 A KR 20150168826A KR 101836577 B1 KR101836577 B1 KR 101836577B1
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Abstract

차량제어부에서 저전압컨버터를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 단계; 차량제어부에서 고전압배터리의 충전진행 중 저전압컨버터의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터의 상태정보를 감지하는 단계; 및 감지한 저전압컨버터의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅(derating)하는 단계;를 포함하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법이 소개된다.

Description

차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템{CHARGING CONTROL METHOD AND SYSTEM OF HIGH VOLTAGE BATTERY FOR VEHICLE}
본 발명은 보조배터리를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 경우에 고전압배터리 충전으로 인하여 보조배터리와 저전압컨버터의 내구성이 하락하는 현상을 방지할 수 있는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법에 관한 것이다.
전기자동차는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전기자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로써, 크게 배터리용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하며, 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
이러한 하이브리드 차량의 배터리충전시스템은 차량은 일반적으로 차량의 고전압배터리를 충전하기 위해 탑재형충전기를 구비하고, 고전압배터리의 전력을 이용하여 저전압배터리를 충전하기 위해 저전압컨버터(Low Voltage DC/DC Converter, LDC)를 구비한다. 즉, 차량용 배터리충전시스템은 정차시 차량용 배터리충전시스템을 이용하여 고전압배터리를 충전하고, 저전압컨버터를 통해 저전압배터리 및 전장부하에 전력을 공급한다.
한편, 상기의 저전압컨버터를 적용함에 있어서 최근에는 양방향으로 동작이 가능한 양방향 컨버터를 주로 사용하게 되는데, 이는 양방향 컨버터가 컨버팅의 전력 손실측면에서 효율적이기 때문이다. 따라서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는바, 공개특허공보 KR 2013-0047963 "동기형 양방향 DC-DC 컨버터"에서도 컨버터의 전력손실을 최소화할 수 있는 컨버터를 제공하고 있다.
또한 이외에도 양방향 컨버터를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 방법도 연구가 이루어지고 있는데, 이 경우 보조배터리를 이용하여 고전압배터리를 충전하게 되는 것이므로 저전압컨버터의 내구성에 악영향을 미친다는 문제점은 여전히 존재하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 2013-0047963 A
본 발명은 보조배터리를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 경우 보조배터리와 저전압컨버터의 상태에 따라 고전압배터리 충전전류를 제한하는 방법을 통하여 차량 시동 성능을 확보할 수 있음과 동시에 보조배터리 및 저전압컨버터의 내구성을 향상시킬 수 있는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 충전 제어방법은 차량제어부에서 저전압컨버터를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 단계; 차량제어부에서 고전압배터리의 충전진행 중 저전압컨버터의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터의 상태정보를 감지하는 단계; 및 감지한 저전압컨버터의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅(derating)하는 단계;를 포함한다.
차량제어부에서 고전압배터리의 SOC를 감지하는 단계; 감지한 고전압배터리의 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인지 차량제어부에서 비교하는 단계; 및 감지한 고전압배터리 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인 경우, 차량제어부에서 보조배터리로 고전압배터리를 충전할 수 있도록 저전압컨버터를 설정하는 단계;를 상기 고전압배터리를 충전하는 단계 이전에 더 포함할 수 있다.
상기 저전압컨버터를 설정하는 단계는, 차량제어부에서 저전압컨버터의 출력전압지령을 보조배터리 전압보다 낮은 전압으로 설정하는 단계; 및 차량제어부에서 저전압컨버터의 2차측 스위치 듀티비를 변경시키는 단계;를 포함한다.
상기 듀티비 변경 단계는, 상기 출력전압지령과 상기 보조배터리 전압의 차이를 이용하여 2차측 스위치의 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 한다.
상기 고전압배터리를 충전하는 단계 이후에는, 차량제어부에서 고전압배터리의 충전진행 중 보조배터리의 상태정보를 감지하는 단계;를 더 포함한다.
상기 보조배터리의 상태정보는 보조배터리 방전전류, 보조배터리 온도와 보조배터리 SOC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조배터리 상태정보를 감지하는 단계 이후에는, 감지한 보조배터리의 상태정보가 기설정된 보조배터리디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계;를 더 포함한다.
상기 기설정된 보조배터리디레이팅 조건은 하기의 수식인 것을 특징으로 한다.
Ia < Ib or Ta < Tb or SOCa < SOCb
Ia: 보조배터리 방전전류, Ib: 보조배터리디레이팅 기준방전전류, Ta: 보조배터리 온도, Tb: 보조배터리디레이팅 기준온도, SOCa: 보조배터리 SOC, SOCb: 보조배터리디레이팅 기준SOC
상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계 이후에는, 차량제어부에서 고전압배터리의 SOC가 기설정된 SOC최대기준 이상인지 판단하는 단계; 및 고전압배터리 SOC가 상기 기설정된 SOC최대기준 이상인 경우, 차량제어부에서 고전압배터리의 충전을 종료하는 단계;를 더 포함한다.
상기 기설정된 컨버터디레이팅 조건은 하기의 수식인 것을 특징으로 한다.
Ic < Id or Tc < Td
Ic: 저전압컨버터 전류, Id: 컨버터디레이팅 기준전류, Tc: 저전압컨버터 온도, Td: 컨버터디레이팅 기준온도
상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계는, 상기 차량제어부에서 저전압컨버터의 스위치 듀티비를 제어함으로써 상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 충전 시스템은 고전압배터리; 보조배터리; 상기 고전압배터리와 상기 보조배터리 사이에 마련되어 고전압배터리의 전원을 보조배터리 충전을 위한 전원으로 변환시켜 주는 저전압컨버터; 및 상기 고전압배터리와 상기 보조배터리의 상태정보를 감지하여 고전압배터리의 충전이 필요한 경우 상기 저전압컨버터를 제어하여 보조배터리 전원으로 고전압배터리를 충전할 수 있도록 하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 저전압컨버터 또는 상기 보조배터리의 상태정보를 감지하여 고전압배터리의 충전전류 제한이 필요한 경우 고전압배터리의 충전전류를 디레이팅 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 고전압배터리의 SOC가 낮은 경우 고전압배터리를 충전함으로써 차량 시동 성능을 확보할 수 있고 고전압배터리의 교체비용을 절감할 수 있다.
둘째, 보조배터리 방전전류, 온도, SOC에 따라 전류디레이팅을 통해 보조배터리 내구성능을 확보하고 저전압컨버터도 전류, 온도에 따라 전류디레이팅을 실시해 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 고전압배터리 충전 제어방법의 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 고전압배터리 충전 시스템의 구성도
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명의 실시에 따른 차량의 고전압배터리(10) 충전 제어방법은 도1에서 도시한 바와 같이 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 SOC(State Of Charge)를 감지하는 단계(S10); 감지한 고전압배터리(10)의 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인지 차량제어부(40)에서 비교하는 단계(S20); 감지한 고전압배터리(10) SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인 경우, 차량제어부(40)에서 보조배터리(20)로 고전압배터리(10)를 충전할 수 있도록 저전압컨버터(30)를 설정하는 단계(S30); 차량제어부(40)에서 저전압컨버터(30)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 단계(S40); 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 충전진행 중 저전압컨버터(30)의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터(30)의 상태정보를 감지하는 단계(S50); 및 감지한 저전압컨버터(30)의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10) 충전전류를 디레이팅(derating)하는 단계(S60);를 포함한다.
본 발명은 외부로부터 차량에 전원이 공급될 수 없는 상황에서 고전압배터리(10)의 충전이 필요한 경우, 보조배터리(20)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명에 따를 경우 고전압배터리(10)가 방전이 되기 이전에 차량제어부(40)에서 이를 확인하고 일시적으로 보조배터리(20)를 통해 고전압배터리(10)를 충전하여 차량의 비상주행이 가능하게 되는 것이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실시를 위한 첫 번째 단계는 고전압배터리(10)의 충전상태를 판단하는 것이다. 따라서 본 발명에서는 충전상태를 파악하기 위해 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10) SOC를 감지하는 단계(S10)를 두고 있다. SOC는 배터리의 충전상태를 판단할 수 있는 기준으로 SOC가 높을수록 배터리가 만충상태에 있다고 볼 수 있다.
고전압배터리(10) SOC를 감지한 이후에는, 차량제어부(40)에서 이를 기설정된 SOC 최소기준과 비교하는 단계(S20)를 수행하게 된다. 이는 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 충전의 필요유무를 판단하기 위한 단계로써 만약 고전압배터리(10) SOC가 SOC 최소기준 미만이라면 고전압배터리(10)가 방전상태에 있다고 판단하게 될 것이다. 일반적으로 고전압배터리(10) SOC가 20~30% 이하인 경우를 방전상태에 있다고 보나, 본 발명은 고전압배터리(10)의 SOC가 현저히 낮아 차량 주행이 불가능할 정도에 도달하였을 때, 비상운전을 위하여 고전압배터리(10)를 충전하는 기술이므로 본 단계에서는 SOC최소기준은 이보다 더 낮은 값으로 설정해야 하는바, 5%이내로 설정하는 것이 바람직할 것이다.
상기 비교단계에서 고전압배터리(10) SOC가 SOC최소기준 이상이라면, 고전압배터리(10)를 충전해야 할 정도의 비상상황이 아니므로 본 발명에 따른 충전 제어를 수행할 필요가 없으나, SOC최소기준 미만이라면 앞서 언급하였듯이 고전압배터리(10)를 충전하여야 한다. 따라서 이 경우 본 발명에서는 보조배터리(20)의 전원을 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 방법을 제시하고 있는데, 이를 위한 준비단계가 저전압컨버터(30)를 설정하는 단계(S30)이다.
저전압컨버터(30)는 본래 고전압배터리(10)의 전원을 보조배터리(20) 전원으로 변환시켜 고전압배터리(10)를 이용하여 보조배터리(20)를 충전할 수 있도록 마련된 장치이다. 그러나 이러한 컨버터를 구성하고 있는 소자(특히 컨버터를 구성하고 있는 스위치 소자)를 적절하게 조절하면 고전압배터리(10)로 보조배터리(20)를 충전할 수 있을 뿐만 아니라 보조배터리(20)의 전원을 고전압배터리(10) 전원으로 변환시켜 보조배터리(20)를 이용하여 고전압배터리(10)의 충전이 가능케 된다.
따라서 본 발명에서는 이를 위한 세부적인 제어방법으로 차량제어부(40)에서 저전압컨버터(30)의 출력전압지령을 보조배터리(20) 전압보다 낮은 전압으로 설정하는 단계; 및 차량제어부(40)에서 저전압컨버터(30)의 2차측 스위치 듀티비를 변경시키는 단계;를 제시하고 있다.
보조배터리(20)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하기 위해서는 우선 저전압컨버터(30)의 보조배터리(20)에서 고전압배터리(10) 측으로 전류가 흐르게 하여야 한다. 따라서 이를 위해서는 보조배터리(20)에서 저전압컨버터(30)측으로 전류가 인가되어야 하므로 보조배터리(20)의 전압 또는 저전압컨버터(30)의 전압을 조정하여야 할 필요가 있는데, 보조배터리(20)의 전압은 고정되어 있는 값이므로 제어가 가능한 저전압컨버터(30)의 전압을 조정하는 것이 용이할 것이다. 그러므로 본 발명에서는 저전압컨버터(30)의 보조배터리(20)측 전압 즉, 저전압컨버터(30)의 출력전압지령을 보조배터리(20) 전압보다 낮은 전압으로 설정하여 보조배터리(20)에서 저전압컨버터(30)로 전류가 인가되도록 하는 것이다.
상기 단계에 따라 보조배터리(20)에서 저전압컨버터(30)로 전류가 인가되고 있다면, 컨버터의 스위치 소자를 적절히 제어하여 보조배터리(20)에서 인가되는 전압을 고전압배터리(10) 충전을 위한 전압으로 변환시켜주면 된다. 즉, 보조배터리측에서 인가되는 전압을 조절해야 하는 것이므로 저전압컨버터(30)의 2차측(보조배터리측)의 스위치 듀티비를 변경함으로써 저전압컨버터(30)를 통하여 고전압배터리(10) 충전전압을 발생시킬 수 있을 것이다.
컨버터를 구성하고 있는 2차측 스위치 소자의 듀티비를 변경한다는 것은 2차측 스위치의 턴온/턴오프시간을 변경한다는 것과 동일한 의미이므로 결론적으로는 2차측에 흐르는 전류의 크기를 변경하게 되는 것이다. 그리고 변경된 2차측의 전류는 컨버터 내부에 존재하는 변압기를 통하여 변환되어 1차측에 전류를 인가시키고 이 전류는 고전압배터리(10)를 충전하는 충전전류가 될 것이다. 따라서, 저전압컨버터(30)를 이용하여 고전압배터리(10) 충전전압을 발생시키기 위해서는 컨버터 2차측 스위치 소자의 듀티비를 제어하는 것이 중요한데 본 발명에서는 상기 듀티비를 제어하는 방법으로 출력전압지령과 보조배터리(20) 전압의 차이를 이용하여 2차측 스위치의 듀티비를 변경시키는 방법을 제시하고 있다.
앞서 언급하였듯이, 저전압컨버터(30)로 인가되는 전류는 보조배터리(20)와 저전압컨버터(30)의 전압차이에 의해서 발생하게 되므로, 상기 전류의 크기를 결정하는 가장 큰 요인은 보조배터리(20)와 저전압컨버터(30) 출력간의 전압차이이다. 그러므로 상기 전류의 크기를 변경시키는 2차측 스위치 소자 듀티비를 저전압컨버터(30)의 출력전압지령과 보조배터리(20) 전압의 차이를 이용하여 구하는 것이 가장 적합할 것이다.
위와 같은 방식에 따라 저전압컨버터(30)가 보조배터리(20)의 전원을 고전압배터리(10) 충전전원으로 변환이 가능하다면 차량제어부(40)에서 저전압컨버터(30)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 단계(S40);를 수행하게 된다. 그러나 앞서 언급하였듯이 보조배터리(20)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 것은 예외적인 상황일 것이다. 왜냐하면 보조배터리(20)는 고전압배터리(10)보다 낮은 전원에 해당하므로 고전압배터리(10)를 충전하기 위해서는 컨버터에서 승압을 하여야 하는데, 승압은 강압보다 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 기본적으로 강압을 위하여 제작된 저전압컨버터(30)의 스위치 소자를 인위적으로 제어하여 승압을 하는 것은 컨버터의 내구성 측면에서도 악영향이 있기 때문이다.
따라서 보조배터리(20)를 통한 고전압배터리(10)의 충전은 어느 정도 제한이 필요한데, 본 발명에서는 이를 위하여 도1에서 도시한 바와 같이 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 충전진행 중 저전압컨버터(30)의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터(30)의 상태정보를 감지하는 단계(S50)를 구비하고 있다. 저전압컨버터(30)의 효율 및 내구성을 판단할 수 있는 가장 정확한 기준이 전류와 온도이므로 본 단계에서 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터(30)의 상태정보라고 기재하고 있는 것일 뿐, 이외에도 저전압컨버터(30)의 전압, 듀티비등 다양한 변수를 통하여도 저전압컨버터(30)의 상태정보를 감지할 수 있다.
이와 같이 감지된 저전압컨버터(30)의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 본 발명에서는 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10) 충전전류를 디레이팅(derating)하는 단계(S60);를 수행하게 된다. 본 단계에서 디레이팅이란 고전압배터리(10)의 충전전류 값을 하향시키는 것을 의미하는 것으로 저전압컨버터(30) 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건 즉, 저전압컨버터(30)의 효율 및 내구성이 악화될 가능성이 있는 조건이 되는 경우, 고저압배터리 충전전류의 값을 제한하는 것이다.
여기서의 컨버터디레이팅 조건은 차량제어부(40)가 감지한 저전압컨버터(30)의 상태정보에 따라 다양하게 설정이 가능한데, 앞서 저전압컨버터(30)의 전류 및 온도가 상태정보를 판단함에 있어 가장 정확한 기준이 된다고 하였으므로, 저전압컨버터(30)의 전류 및 온도에 대한 컨버터디레이팅 조건을 하기의 수식과 같이 정의할 수 있다.
Ic < Id or Tc < Td
Ic: 저전압컨버터(30) 전류, Id: 컨버터디레이팅 기준전류, Tc: 저전압컨버터(30) 온도, Td: 컨버터디레이팅 기준온도
컨버터디레이팅 기준전류 및 기준온도 모두 컨버터의 종류 및 고전압배터리(10)와 보조배터리(20) 전압에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
고전압배터리(10) 충전가능여부를 판단함에 있어, 앞서 살펴본 바와 같이 저전압컨버터(30)의 상태정보를 이용할 수 있으나, 고전압배터리(10)에 전원을 공급하는 전압원은 보조배터리(20)이므로 보조배터리(20)의 상태정보도 고려해야 할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 저전압컨버터(30) 뿐만이 아니라 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 충전진행 중 보조배터리(20)의 상태정보를 감지하는 단계;를 제시하고 있다.
본 단계에서의 보조배터리(20) 상태정보는 저전압컨버터(30)와 유사하게 보조배터리(20) 방전전류, 보조배터리(20) 온도를 포함할 것이며, 보조배터리(20)의 충전상태와 밀접한 관련이 있는 보조배터리(20) SOC도 포함하는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 위와 같은 정보를 포함한 보조배터리(20) 상태정보를 차량제어부(40)가 감지한 단계 이후에는, 저전압컨버터(30)의 경우와 동일하게 감지한 보조배터리(20)의 상태정보가 기설정된 보조배터리(20)디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10) 충전전류를 디레이팅하는 단계;를 수행하게 될 것이다.
본 단계에서의 기설정된 보조배터리(20)디레이팅 조건은 하기의 수식과 같이 정의할 수 있을 것이다.
Ia < Ib or Ta < Tb or SOCa < SOCb
Ia: 보조배터리(20) 방전전류, Ib: 보조배터리(20)디레이팅 기준방전전류, Ta: 보조배터리(20) 온도, Tb: 보조배터리(20)디레이팅 기준온도, SOCa: 보조배터리(20) SOC, SOCb: 보조배터리(20)디레이팅 기준SOC
저전압컨버터(30)디레이팅 조건을 만족하는 경우이든 보조배터리(20)디레이팅 조건을 만족하는 경우이든 어느 조건을 만족하든 간에 고전압배터리(10) 충전전류의 디레이팅이 실시되는데, 본 발명에 따를 경우 상기 디레이팅은 차량제어부(40)에서 저전압컨버터(30)의 스위치 듀티비를 제어하는 방법을 통하여 이루어 질 수 있다. 고전압배터리(10)의 충전전류도 결국 저전압컨버터(30)를 통하여 변환된 전류에 해당하므로 앞서 언급한 바와 같이 저전압컨버터(30)의 스위치 듀티비를 적절히 제어하면 본 발명에서 목표로 하고자 하는 값만큼의 디레이팅이 가능해 진다.
본 발명은 앞서 언급한 바와 같이 고전압배터리(10)가 방전에 가까운 상태에 이르렀을 때 비상운전을 하기 위한 임시 제어방법이므로 본 발명에 따라 고전압배터리(10)를 지속적으로 충전하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 고전압배터리(10)의 상태가 완전방전을 면할 정도의 상태까지만 본 발명에서 제시하는 방법에 따라 고전압배터리(10) 충전을 하는 것이 필요할 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 도1에서 도시한 바와 같이 상기 고전압배터리(10) 충전전류를 디레이팅하는 단계 이후에, 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 SOC가 기설정된 SOC최대기준 이상인지 판단하는 단계(S70); 및 고전압배터리(10) SOC가 상기 기설정된 SOC최대기준 이상인 경우, 차량제어부(40)에서 고전압배터리(10)의 충전을 종료하는 단계(S80);를 포함한다.
여기서 기설정된 SOC최대기준은 고전압배터리(10), 저전압컨버터(30), 보조배터리(20)의 종류 및 상태에 따라 다양하게 설정이 가능할 것이나, 지나치게 높을 경우에는 저전압컨버터(30) 및 보조배터리(20)의 효율과 내구성에 약영향을 미칠 수 있으며, 너무 낮게 설정된 경우에는 고전압배터리(10)를 충전하는 본 발명의 목적과 어긋나므로 두 가지의 점을 모두 고려하여 적절한 SOC값으로 설정하는 것이 좋을 것인바, 대략 30%정도를 SOC최대기준으로 설정하는 것이 바람직할 것이다.
위와 같은 단계를 통하여 고전압배터리(10)의 SOC가 현저히 낮아 차량주행이 불가능하다고 판단된 경우라 하더라도 임시적으로 고전압배터리(10)를 충전함으로써 차량 시동 성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 무조건적으로 보조배터리(20)를 이용하여 고전압배터리(10)를 충전하는 것이 아니고, 보조배터리(20) 및 저전압컨버터(30)의 상태정보에 따라 전류디레이팅을 실시함으로써 충전효율 및 장치의 내구성저하를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 차량의 고전압배터리(10) 충전 시스템은 고전압배터리(10); 보조배터리(20); 고전압배터리(10)와 보조배터리(20) 사이에 마련되어 고전압배터리(10)의 전원을 보조배터리(20) 충전을 위한 전원으로 변환시켜 주는 저전압컨버터(30); 및 고전압배터리(10)와 보조배터리(20)의 상태정보를 감지하여 고전압배터리(10)의 충전이 필요한 경우 저전압컨버터(30)를 제어하여 보조배터리(20) 전원으로 고전압배터리(10)를 충전할 수 있도록 하는 제어부(40);를 포함할 수 있으며, 제어부(40)는 저전압컨버터(30) 또는 보조배터리(20)의 상태정보를 감지하여 고전압배터리(10)의 충전전류 제한이 필요한 경우 고전압배터리(10)의 충전전류를 디레이팅 할 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10: 고전압배터리 SOC 감지단계 S30: 저전압컨버터 설정 단계
S40: 고전압배터리 충전단계 S60: 고전압배터리 충전전류 디레이팅 단계
S80: 고전압배터리 충전종료단계 10: 고전압배터리
20: 보조배터리 30: 저전압컨버터
40: 차량제어부

Claims (13)

  1. 차량제어부에서 고전압배터리의 SOC를 감지하는 단계;
    감지한 고전압배터리의 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인지 차량제어부에서 비교하는 단계;
    감지한 고전압배터리 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인 경우, 차량제어부에서 보조배터리로 고전압배터리를 충전할 수 있도록 저전압컨버터를 설정하는 단계;
    차량제어부에서 저전압컨버터를 이용하여 고전압배터리를 충전하는 단계;
    차량제어부에서 고전압배터리의 충전진행 중 저전압컨버터의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터의 상태정보를 감지하는 단계; 및
    감지한 저전압컨버터의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅(derating)하는 단계;를 포함하고,
    상기 저전압컨버터를 설정하는 단계는,
    차량제어부에서 저전압컨버터의 출력전압지령을 보조배터리 전압보다 낮은 전압으로 설정하는 단계; 및
    차량제어부에서 저전압컨버터의 2차측 스위치 듀티비를 변경시키는 단계;를 포함하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 듀티비 변경 단계는,
    상기 출력전압지령과 상기 보조배터리 전압의 차이를 이용하여 2차측 스위치의 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압배터리를 충전하는 단계 이후에는,
    차량제어부에서 고전압배터리의 충전진행 중 보조배터리의 상태정보를 감지하는 단계;를 더 포함하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조배터리의 상태정보는 보조배터리 방전전류, 보조배터리 온도와 보조배터리 SOC를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조배터리 상태정보를 감지하는 단계 이후에는,
    감지한 보조배터리의 상태정보가 기설정된 보조배터리디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계;를 더 포함하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기설정된 보조배터리디레이팅 조건은 하기의 수식인 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
    Ia < Ib or Ta < Tb or SOCa < SOCb
    Ia: 보조배터리 방전전류, Ib: 보조배터리디레이팅 기준방전전류, Ta: 보조배터리 온도, Tb: 보조배터리디레이팅 기준온도, SOCa: 보조배터리 SOC, SOCb: 보조배터리디레이팅 기준SOC
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계 이후에는,
    차량제어부에서 고전압배터리의 SOC가 기설정된 SOC최대기준 이상인지 판단하는 단계; 및
    고전압배터리 SOC가 상기 기설정된 SOC최대기준 이상인 경우, 차량제어부에서 고전압배터리의 충전을 종료하는 단계;를 더 포함하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 기설정된 컨버터디레이팅 조건은 하기의 수식인 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
    Ic < Id or Tc < Td
    Ic: 저전압컨버터 전류, Id: 컨버터디레이팅 기준전류, Tc: 저전압컨버터 온도, Td: 컨버터디레이팅 기준온도
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 단계는,
    상기 차량제어부에서 저전압컨버터의 스위치 듀티비를 제어함으로써 상기 고전압배터리 충전전류를 디레이팅하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 제어방법.
  12. 고전압배터리;
    보조배터리;
    고전압배터리와 보조배터리 사이에 마련되어 고전압배터리의 전원을 보조배터리 충전을 위한 전원으로 변환시켜 주는 저전압컨버터; 및
    고전압배터리의 SOC를 감지하고, 감지한 고전압배터리의 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인지 비교하며, 비교결과 감지한 고전압배터리 SOC가 기설정된 SOC최소기준 미만인 경우 보조배터리로 고전압배터리를 충전할 수 있도록 저전압컨버터를 설정하며, 저전압컨버터를 이용하여 고전압배터리를 충전하며, 고전압배터리의 충전진행 중 저전압컨버터의 전류 및 온도를 포함하는 저전압컨버터의 상태정보를 감지하며, 감지한 저전압컨버터의 상태정보가 기설정된 컨버터디레이팅 조건을 만족하는 경우 차량제어부에서 고전압배터리 충전전류를 디레이팅(derating)하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 저전압컨버터 설정시 저전압컨버터의 출력전압지령을 보조배터리 전압보다 낮은 전압으로 설정하고, 저전압컨버터의 2차측 스위치 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저전압컨버터 또는 상기 보조배터리의 상태정보를 감지하여 고전압배터리의 충전전류 제한이 필요한 경우 고전압배터리의 충전전류를 디레이팅 하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전 시스템.
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