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KR20210130009A - 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20210130009A
KR20210130009A KR1020200048246A KR20200048246A KR20210130009A KR 20210130009 A KR20210130009 A KR 20210130009A KR 1020200048246 A KR1020200048246 A KR 1020200048246A KR 20200048246 A KR20200048246 A KR 20200048246A KR 20210130009 A KR20210130009 A KR 20210130009A
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KR
South Korea
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battery
charging
generator
charging current
vehicle
Prior art date
Application number
KR1020200048246A
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English (en)
Inventor
김태훈
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Abstract

개시된 발명의 일 측면은 듀얼 배터리를 교번 충전함으로써 충전 효율을 높이고, 회생 에너지의 흡수량을 증가시켜 연비를 개선시킬 수 있는 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 차량은, 전기 에너지를 생성하는 발전기; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제1 배터리; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제2 배터리; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 상기 제2배터리에 전달하는 전압 변환기; 및 상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고, 상기 충전 대상의 결정 결과에 따라 상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기 중 적어도 하나를 제어하는 전력 관리 장치;를 포함한다.

Description

차량 및 그 제어 방법 {vehicle, and controlling method thereof}
차량 및 그 제어 방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 듀얼 배터리를 효율적으로 충전할 수 있는 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 화석 연료, 전기 등을 동력원으로 하여 도로 또는 선로를 주행하는 이동 수단 또는 운송 수단을 의미한다. 예를 들어, 차량은 엔진에서 발생된 동력을 이용하여 주행할 수 있다.
차량은 운전자를 보호하고 운전자에게 편의와 재미를 제공하기 위하여 다양한 전기 장치들을 포함하고, 이러한 전기 장치들에 전력을 공급하기 위하여 배터리를 포함한다. 차량은 또한 전기 장치들에 전력을 공급하고 배터리를 충전할 수 있는 발전기를 포함한다.
최근에는 듀얼 배터리가 적용된 차량이 개발되고 있다. 차량에 적용되는 듀얼 배터리는 자율 주행을 위한 리던던시 시스템 설계, 대전력 부하의 순간적인 전력 소모 대응 또는 차량 연비 개선을 위해 사용될 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 듀얼 배터리를 교번 충전함으로써 충전 효율을 높이고, 회생 에너지의 흡수량을 증가시켜 연비를 개선시킬 수 있는 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 차량은, 전기 에너지를 생성하는 발전기; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제1 배터리; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제2 배터리; 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 상기 제2배터리에 전달하는 전압 변환기; 및 상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고, 상기 충전 대상의 결정 결과에 따라 상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기 중 적어도 하나를 제어하는 전력 관리 장치;를 포함한다.
상기 발전기는, 상기 차량의 감속 시에 발생하는 운동 에너지를 이용하여 상기 전기 에너지를 생성할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1배터리의 충전 전류가 제1기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 방전시키고 상기 제2배터리는 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제2배터리의 충전 전류가 제2기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 충전시키고 상기 제2배터리는 방전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1배터리와 제2배터리 중 충전 전류가 낮은 배터리는 방전시키고 충전 전류가 높은 배터리는 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어할 수 있다.
상기 차량은, 상기 제1배터리의 충전률, 온도 및 충전 전류를 감지하는 제1배터리 센서; 및 상기 제2배터리의 충전률, 온도 및 충전 전류를 감지하는 제2배터리 센서;를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 발전기의 출력 전압을 설정하고, 상기 제2배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 전압 변환기의 출력 전압을 설정할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1배터리의 충전 중 감지된 충전 전류와 상기 제2배터리의 충전 중 감지된 충전 전류에 기초하여 상기 충전 대상을 결정할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1배터리를 방전시키고 상기 제2배터리를 충전시키도록 상기 발전기의 출력을 0 또는 상기 전압 변환기의 출력에 대응되는 값으로 설정할 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제2배터리를 방전시키고 상기 제1배터리를 충전시키도록 상기 전압 변환기의 출력을 0으로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따른 전기 에너지를 생성하는 발전기, 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제1 배터리 및 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제2 배터리를 포함하는 차량의 제어 방법은, 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 이용하여 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리를 충전하고; 상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류를 감지하고; 상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고; 상기 충전 대상의 결정 결과에 따라 상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것;을 포함한다.
상기 충전 대상을 결정하는 것은, 상기 제1배터리의 충전 전류가 제1기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 방전 대상으로 결정하고 상기 제2배터리는 상기 충전 대상으로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 충전 대상을 결정하는 것은, 상기 제2배터리의 충전 전류가 제2기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 상기 충전 대상으로 결정하고 상기 제2배터리는 방전 대상으로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 충전 대상을 결정하는 것은, 상기 제1배터리의 충전 전류와 상기 제2배터리의 충전 전류를 비교하교; 상기 제1배터리와 상기 제2배터리 중 상기 충전 전류가 더 높은 배터리를 충전 대상으로 결정하고 상기 충전 전류가 더 낮은 배터리를 방전 대상으로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1배터리 및 상기 제2배터리를 충전하는 것은, 상기 제1배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 발전기의 출력 전압을 설정하고, 상기 제2배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 전압 변환기의 출력 전압을 설정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것은, 상기 제1배터리를 방전시키고 상기 제2배터리를 충전시키도록 상기 발전기의 출력을 0 또는 상기 전압 변환기의 출력에 대응되는 값으로 설정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것은, 상기 제2배터리를 방전시키고 상기 제1배터리를 충전시키도록 상기 전압 변환기의 출력으로 0으로 설정하는 것;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 차량 및 그 제어 방법에 의하면, 듀얼 배터리를 교번 충전함으로써 충전 효율을 높이고, 회생 에너지의 흡수량을 증가시켜 연비를 개선시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 제어 블록도이다.
도 2 내지 도 5는 일 실시예에 따른 차량이 제1배터리와 제2배터리를 충전할 때 각 배터리의 충전 전류 변화를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 차량의 제어 방법에 대한 순서도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 차량 및 그 제어 방법의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량(1)은 엔진 관리 시스템(Engine Management System, EMS) (10)과, 시동 모터(13)와, 엔진(11)과, 발전기(12)와, 제1 배터리(20)와, 제1 배터리 센서(21)와, 제1 전기 부하(22)와, 전압 변환기(40)와, 제2 배터리(30)와, 제2 배터리 센서(31)와 제2 전기 부하(32)와, 전력 관리 장치(power management device) (100)를 포함할 수 있다.
이러한 구성요소들은 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 차량용 통신 네트워크는 이더넷(Ethernet), 모스트(MOST, Media Oriented Systems Transport), 플렉스레이(Flexray), 캔(CAN, Controller Area Network) 및 린(LIN, Local Interconnect Network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
엔진(11)은 연료의 폭발적 연소를 이용하여 동력을 생성할 수 있으며, 엔진(11)의 동력은 차량(1)의 휠에 전달될 수 있다. 이때, 엔진(11)에 의하여 생성된 동력 중 일부가 발전기(12)로 제공될 수 있으며, 발전기(12)는 엔진(11)으로부터 제공된 동력으로부터 전기 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 발전기(12)는 차량(1)의 감속 시에 버려지는 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 회생 발전을 수행할 수도 있다.
발전기(12)에 의하여 생산된 전기 에너지의 일부는 차량(1)의 전기 장치들에 공급되며, 다른 일부는 차량(1)의 배터리(20)에 저장될 수 있다.
발전기(12)는 전력 관리 장치(100)와 직접 또는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 연결되며, 전력 관리 장치(100)의 발전 제어 신호에 응답하여 전기 에너지, 즉 전력을 생산할 수 있다.
시동 모터(13)는 엔진(11)의 시동을 걸기 위하여 엔진(11)에 동력을 제공할 수 있다. 시동 모터(13)는 배터리(20)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 시동 모터(13)는 엔진(11)의 시동을 걸기 위하여 많은 전력을 소비하므로, 배터리(20)의 충전률은 시동 모터(13)의 동작을 위하여 일정 수준 이상의 충전률(예를 들어, 대략 30% 이상의 충전률)로 유지될 수 있다.
엔진 관리 시스템(10)은 가속 페달을 통한 운전자의 가속 명령에 응답하여 엔진(11)을 제어하고, 엔진(11)을 관리할 수 있다. 예를 들어, 엔진 관리 시스템(10)은 엔진 토크 제어, 연비 제어, 및/또는 엔진 고장 진단 등을 수행할 수 있다. 또한, 엔진 관리 시스템(10)은 엔진(11)의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기(12)를 제어할 수 있다.
제1 배터리(20)는 엔진(11)의 동력으로부터 생성된 전기 에너지를 저장하고, 제1 전기 부하(22)에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 차량(1)의 주행 중에 발전기(12)는 엔진의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하거나 차량(1)의 감속 시에 버려지는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 제1 배터리(20)는 발전기(12)로부터 이러한 전기 에너지를 제공받아 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1배터리(20)는 납산 배터리일 수 있다.
제1 전기 부하(22)가 소비하는 전력이 발전기(12)가 생산하는 전력보다 크면 제1 배터리(20)는 제1 전기 부하(22)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 엔진(11)이 정지된 주차 중에 제1 배터리(20)는 제1 전기 부하(22)에 전력을 공급할 수 있다.
제1 배터리 센서(21)는 제1 배터리(20)의 제1 배터리(20)의 충전 전압, 제1 배터리(20)의 충전 전류 및 제1 배터리(20)의 온도를 감지하여 배터리 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 배터리 센서(21)는 제1 배터리(20)의 충전 전압, 제1 배터리(20)의 충전 전류 및 제1 배터리(20)의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 제1 배터리(20)의 충전률(State of Charge, SoC)을 판단할 수 있다. 제1 배터리(20)의 충전률은 제1배터리(20)에 전기 에너지가 저장된 정도를 나타낼 수 있다.
충전률은 일반적으로 0~100%의 값을 가지며, 완전 방전 상태(0%)와 완전 충전률(100%) 사이에서 배터리(20)가 충전된 정도를 나타낼 수 있다. 제1 배터리(20)의 충전률은 제1 배터리(20)의 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV) 및 제1 배터리(20)의 입출력 전류에 기초하여 산출될 수 있다.
제1 배터리 센서(21)는 제1 배터리(20)의 충전 전압, 충전 전류, 온도 또는 충전률(SoC) 등의 제1 배터리 데이터를 전력 관리 장치(100)에 제공할 수 있다.
제1 전기 부하(22)는 제1 배터리(20) 또는 발전기(12)에서 공급받은 전력을 소비하여 차량(1)의 주행/제동/조향하도록 하거나 차량(1)의 운전자에게 편의를 제공하는 장치일 수 있다.
제1 전기 부하(22)는 예를 들어 엔진 관리 시스템(Engine Management System, EMS)과, 변속기 제어 유닛(Transmission Control Unit, TCU)과, 전자 제동 제어 모듈(Electronic Brake Control Module, EBCM))과, 전동 조향 장치(Motor-Driven Power Steering, MDPS)와, 차체 제어 모듈(body control module, BCM)과, 오디오 장치와, 공조 장치(heating/ventilation/air conditioning, HVAC)와, 내비게이션 장치와, 파워 시트와, 시트 히터와, 전조등 등을 포함할 수 있다.
전압 변환기(40)는 제1 배터리(20)로부터 제2 배터리(30)로 전기 에너지를 전달하거나 또는 제2 배터리(30)로부터 제1 배터리(20)로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 전압 변환기(40)는 제1 배터리(20)와 제2 배터리(30) 사이의 전기 에너지의 전달을 위하여 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 포함할 수 있다.
제1 배터리(20)의 출력 전압과 제2 배터리(30)의 출력 전압이 상이한 경우, 예를 들어, 제1 배터리(20)는 45V 내지 400V의 고전압을 출력하고, 제2 배터리(30)는 12V의 저전압을 출력하는 경우, 전압 변환기(40)는 제1 배터리(20)의 고전압을 제2 배터리(30)의 저전압으로 변환하여 제2 배터리(30)에 출력하거나 또는 제2 배터리(30)의 저전압을 제2 배터리(30)의 고전압으로 변환하여 제1 배터리(20)에 출력할 수 있다.
제1 배터리(20)의 출력 전압과 제2 배터리(30)의 출력 전압이 대략 동일한 경우, 예를 들어 제1 배터리(20)와 제2 배터리(30) 모두가 대략 12V 전압을 출력하는 경우, 전압 변환기(40)는 제1 배터리(20)의 출력 전압을 목표 전압(예를 들어, 14.5V)로 변환하여 제2 배터리(30)에 출력하거나 제2 배터리(30)의 출력 전압을 목표 전압(예를 들어, 14.5V)로 변환하여 제1 배터리(20)에 출력할 수 있다.
제2 배터리(30)는 전압 변환기(40)를 통하여 제1 배터리(20) 및/또는 발전기(12)로부터 제공받은 전기 에너지를 저장하고, 제2 전기 부하(32)에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2배터리(30)는 납산 배터리일 수 있다.
전압 변환기(40)는 제1 배터리(20)의 전기 에너지를 제2 배터리(30)로 전달할 수 있으며, 제2 배터리(30)는 전압 변환기(40)로부터 전기 에너지를 제공받아 저장할 수 있다. 제2 전기 부하(32)가 소비하는 전력이 전압 변환기(40)에 의하여 전달된 전력보다 크면 제2 배터리(30)는 제2 전기 부하(32)에 전력을 공급할 수 있다.
제2 배터리 센서(31)는 제2 배터리(30)의 충전 전압, 제2 배터리(30)의 충전 전류 및 제2 배터리(30)의 온도 등을 감지하여 제2배터리 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리 센서(31)는 제2 배터리(30)의 충전 전압, 제2배터리(30)의 충전 전류 및 제2 배터리(30)의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 제2배터리(30)의 충전률을 판단할 수 있다. 제2배터리(30)의 충전 전압, 제2배터리(30)의 충전 전류, 제2배터리(30)의 온도 및 제2배터리(30)의 충전률을 포함하는 제2배터리 데이터는 전력 관리 장치(100)에 전달될 수 있다.
제2 전기 부하(32)는 제2 배터리(30) 또는 전압 변환기(40)에서 공급받은 전력을 소비하여 차량(1)의 운전자에게 편의를 제공하는 장치일 수 있다. 제2 전기 부하(32)는 예를 들어, 오디오 장치와, 공조 장치(HVAC)와, 내비게이션 장치와, 파워 시트와, 시트 히터와, 전조등 등을 포함할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 제1 배터리 데이터 및 제2 배터리 데이터에 기초하여 차량(1)의 전력 상태를 모니터링하고, 차량(1)의 전력 상태에 기초하여 발전기(12)의 발전과 전압 변환기(40)의 전력 전달을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1배터리(20)와 제2배터리(30)는 납산 배터리일 수 있다. 납산 배터리의 경우, 충전이 진행될수록 배터리가 받아들일 수 있는 전류의 양, 즉 충전 수입성이 감소한다. 다만, 충전과 방전을 단기적으로 반복하면 충전 수입성이 일시적으로 상승하는 특성이 있는바, 일 실시예에 따른 차량(1)은 납산 배터리의 이러한 특성을 이용하여 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전과 방전을 교대로 반복함으로써 충전 수입성을 향상시키고 전체 충전량을 증가시켜 충전 효율성 증대의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 발전기(12)의 발전량이 줄어들면서 차량(1)의 연비를 개선할 수 있다.
이를 위해, 전력 관리 장치(100)가 제1배터리(20) 및 제2배터리(30)의 충전을 제어함에 있어서, 제1배터리(20)의 충전 전류 및 제2배터리(20)의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고, 충전 대상의 결정 결과에 따라 제1배터리(20)와 제2배터리(30)를 교번 충전시키도록 발전기(12) 및 전압 변환기(40) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 통신부(130)와, 저장부(120)와, 제어부(110)를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 차량(1)의 다른 전기 장치들로부터 통신 신호를 수신하고 차량(1)의 다른 전기 장치들로 통신 신호를 전송하는 캔 트랜시버(CAN transceiver)와, 캔 트랜시버의 동작을 제어하는 통신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
캔 트랜시버는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 제1 배터리 센서(21) 및 제2 배터리 센서(31)로부터 제1 배터리 데이터 및 제2 배터리 데이터를 수신하고, 제1 배터리 데이터 및 제2 배터리 데이터를 제어부(110)에 제공할 수 있다. 또한, 캔 트랜시버는 제어부(110)로부터 발전 제어 신호를 수신하고 발전 제어 신호를 차량용 통신 네트워크(CNT)를 통하여 발전기(12)로 전송할 수 있으며, 또한 제어부(110)로부터 전달 제어 신호를 수신하고 전달 제어 신호를 차량용 통신 네트워크(CNT)를 통하여 전압 변환기(40)로 전송할 수 있다.
이처럼, 전력 관리 장치(100)는 통신부(130)을 통하여 발전기(12), 제1 배터리 센서(21), 제2 배터리 센서(31), 전압 변환기(40) 등의 전기 장치들과 통신하여 필요한 데이터를 주고 받을 수 있다.
저장부(120)는 전력 관리 장치(100)를 제어하기 위한 제어 데이터를 저장하는 저장 매체(storage media)와, 저장 매체에 저장된 데이터의 저장/삭제/로딩 등을 제어하는 저장 컨트롤러를 포함할 수 있다.
저장 매체는 반도체 소자 드라이브(Solid Stat Drive, SSD), 자기 디스크 드라이브(Hard Disc Drive, HDD) 등을 포함할 수 있으며, 배터리(20)의 충전률을 관리하기 위한 각종 데이터를 저장할 수 있다.
저장 컨트롤러는 제어부(110)의 저장 신호에 응답하여 저장 매체에 데이터를 저장 매체에 저장하고, 제어부(110)의 로딩 신호에 응답하여 저장 매체에 저장된 데이터를 제어부(110)로 출력할 수 있다.
제어부(110)는 전력 관리 장치(100)를 제어하기 위한 제어 프로그램 및/또는 제어 데이터를 기억하는 메모리와, 메모리에 저장된 제어 프로그램 및 제어 데이터에 따라 제어 신호를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
메모리는 프로세서의 메모리 제어 신호에 따라 프로그램 및/또는 데이터를 프로세서에 제공할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 통신부(130)를 통하여 수신된 통신 데이터 및/또는 저장부(120)에 저장된 저장 데이터를 임시로 기억할 수 있다.
메모리는 S램(Static Random Access Memory, S-RAM), D랩(Dynamic Random Access Memory, D-RAM) 등의 휘발성 메모리와, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서는 메모리로부터 제공된 프로그램에 따라 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 통신부(130)를 통하여 수신된 통신 데이터 및/또는 저장부(120)에 저장된 저장 데이터를 처리하고, 발전기(12)의 발전 동작을 제어하기 위한 발전 제어 신호를 출력할 수 있다.
프로세서는 각종 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있다. 프로세서와 메모리는 일체로 단일 칩으로 구현되거나, 각각 별도의 칩으로 구현될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 일 실시예에 따른 차량이 제1배터리와 제2배터리를 충전할 때 각 배터리의 충전 전류 변화를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 발전기(12)는 차량(1)의 감속 시에 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 발전을 수행할 수 있다. 후술하는 실시예에서는 제1배터리(20)와 제2배터리(30)가 회생 발전에 의해 생성된 회생 에너지에 의해 충전되는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 운전자가 브레이크 페달을 밟거나 엑셀에서 발을 떼어 차량(1)의 속도가 줄어들 때에도 관성력에 의해 휠은 계속 회전하고, 발전기(12)는 휠의 회전에 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
차량(1)이 감속되는 시점(t1)에서 발전기(12)의 회생 발전이 시작될 수 있고, 엔진 관리 시스템(10)은 전력 관리 시스템(100)에 회생 발전의 시작을 알리는 회생 발전 시작 신호를 전송할 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 회생 발전에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하여 제1배터리(20) 및 제2배터리(30)를 충전하기 위한 초기 설정을 수행할 수 있다. 충전 초기에는 제1배터리(20)와 제2배터리(30)를 동시에 최대로 충전시킬 수 있다.
배터리는 충전률과 온도에 따라 충전 받을 수 있는 양에 한계가 있다. 따라서, 전력 관리 시스템(100)은 제1배터리 센서(21)가 감지한 제1배터리(20)의 충전률과 온도에 기초하여 제1배터리(20)의 충전 전압을 결정하고, 제2배터리 센서(31)가 감지한 제2배터리(30)의 충전률과 온도에 기초하여 제2배터리(30)의 충전 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 충전률과 온도 별로 적절한 충전 전압이 매칭되어 룩업 테이블 형태로 저장될 수도 있고, 충전률과 온도를 변수로 하는 수학식 또는 알고리즘에 의해 충전 전압이 연산될 수도 있다.
전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)의 충전률과 온도에 기초하여 결정된 제1배터리(20)의 충전 전압을 발전기(12)의 출력 전압으로 설정하고, 제2배터리(30)의 충전률과 온도에 기초하여 결정된 제2배터리(30)의 충전 전압을 전압 변환기(40)의 출력 전압으로 설정할 수 있다.
회생 발전에 의해 발전기(12)에서 생성된 전기 에너지는 설정된 출력 전압에 따라 제1배터리(20)에 공급될 수 있고, 전압 변환기(40)는 발전기(12)에서 생성된 전기 에너지 또는 제1배터리(20)에 저장된 전기 에너지를 설정된 출력 전압으로 변환하여 제2배터리(30)에 공급할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 충전이 진행될수록 제1배터리(20)의 충전 전류와 제2배터리(30)의 충전 전류가 감소한다. 제1배터리(10)와 제2배터리(20)의 충전이 시작되면 제1배터리 센서(21)는 제1배터리(20)의 충전 전류를 감지하여 전력 관리 시스템(100)에 전송하고, 제2배터리 센서(31)는 제2배터리(30)의 충전 전류를 감지하여 전력 관리 시스템(100)에 전송할 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 전류를 모니터링하여 각 배터리의 충전 수입성을 판단할 수 있다. 충전 전류가 낮을수록 배터리가 받아들일 수 있는 전류의 양이 작다는 것을 의미하므로, 충전 전류가 낮은 배터리의 충전 수입성이 낮은 것으로 볼 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 이후 정해진 시간이 경과하면, 제1배터리(20)와 제2배터리(30) 중 충전 수입성이 더 높은 배터리를 충전시키고 충전 수입성이 더 낮은 배터리는 방전시킴으로써 충전 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3의 예시에서는 제2배터리(30)의 충전 전류 저하가 더 빠르게 일어나 충전 수입성이 낮아지는 경우를 나타내고 있다. 전력 관리 시스템(100)은 충전 시작 이후 정해진 시간이 경과한 시점(t2)에 충전 전류가 더 높은 제1배터리(20)는 계속 충전시키고 충전 전류가 더 낮은 제2배터리(30)는 방전시킬 수 있다. 이를 위해, 전력 관리 시스템(100)은 발전기(12)의 출력은 이전과 같이 계속 유지하고, 제2배터리(30)에 전기 에너지를 전달하는 전압 변환기(40)의 출력은 0으로 설정할 수 있다.
제2배터리(30)에 저장된 전기 에너지가 제2전기 부하(32)에 공급되면서 제2배터리(30)는 방전될 수 있다.
전술한 예시에서는 판단 시점에서의 충전 전류가 더 높은 배터리를 충전시키고 더 낮은 배터리를 방전시키는 것을 설명하였으나, 충전과 방전을 결정하기 위한 기준값을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1배터리(20)와 제2배터리(30) 각각에 대해 충전 수입성의 판단 기준이 되는 기준값을 설정하고, 충전 전류가 기준값 미만인 배터리는 충전 수입성이 저하된 것으로 판단되어 방전시키고 충전 전류가 기준값 이상인 배터리는 충전을 유지하는 것도 가능하다.
또한, 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 교번 충전을 정해진 시간이 경과한 시점에 시작하지 않고, 두 배터리 중 하나의 충전 전류가 기준값 미만이 되는 시점에 시작하는 것도 가능하다.
구체적으로, 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 시작 이후에 전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)의 충전 전류는 제1배터리에 대한 기준 전류인 제1기준값과 비교하고, 제2배터리(30)의 충전 전류는 제2배터리에 대한 기준 전류인 제2기준값과 비교할 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 두 배터리 중 충전 전류가 기준값 미만으로 먼저 떨어지는 배터리를 방전시키고 다른 배터리는 충전을 지속할 수 있다. 도 3의 예시에서는, 제2배터리(30)의 충전 전류가 제2기준값 미만으로 먼저 떨어지는바, 제2배터리(30)의 충전 전류가 제2기준값 미만으로 떨어지면 제2배터리(30)는 방전시키고 제1배터리(20)의 충전은 유지할 수 있다.
제1배터리(20)는 충전이 지속되면서 충전 수입성이 저하되고 제2배터리(30)는 방전되면서 충전 수입성이 향상된다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 관리 시스템(100)은 충전 수입성이 향상된 제2배터리(30)는 다시 충전시키고, 충전 수입성이 저하된 제1배터리(20)는 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 제2배터리(30)의 방전이 시작된 이후 정해진 시간이 경과한 시점(t3)에 제2배터리(30)의 충전과 제1배터리(20)의 방전을 시작할 수도 있고, 제1배터리(20)의 충전 전류가 제1기준값 미만이 될 때(t3) 제2배터리(30)의 충전과 제1배터리(20)의 방전을 시작할 수도 있다.
제1배터리(20)의 방전과 제2배터리(30)의 충전을 위해, 전력 관리 시스템(100)은 전압 변환기(40)의 출력을 초기 설정으로 원상 복귀시키고, 발전기(12)의 출력은 0으로 설정할 수도 있고 전압 변환기(40)의 출력에 따라 조절할 수도 있다. 예를 들어, 발전기(12)의 출력, 즉 발전기(12)의 발전량을 0으로 설정하면, 제1배터리(20)에 저장된 전기 에너지가 제1전기 부하(22) 및 전압 변환기(40)에 공급되면서 제1배터리(20)는 방전되고 제2배터리(30)는 충전될 수 있다.
또는, 발전기(12)의 출력을 전압 변환기(40)의 출력에 대응되게 설정하면,발전기(12)에서 생성된 전기 에너지와 제1배터리(20)에 저장된 전기 에너지가 제1전기 부하(22)와 전압 변환기(40)에 공급되면서 제1배터리(20)는 방전되고 제2배터리(30)는 충전될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전력 관리 시스템(100)은 전술한 내용에 따른 제1배터리(20)와 제2배터리(3)의 교번 충전을 회생 발전이 종료될 때까지 수행할 수 있다. 단일 배터리에 대해서는 충전과 방전을 반복함으로써 충전 성능을 향상시키고 듀얼 배터리 전체에 대해서는 충전 수입성이 떨어진 배터리는 방전시키고 다른 배터리는 충전을 유지함으로써 전체 충전 효율을 극대화할 수 있다.
전술한 방식에 따라 제1배터리(20)와 제2배터리(30)를 교번 충전하는 경우,도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 두 배터리(20, 30)를 동시에 충전하는 경우와 달리 시간이 경과하더라도 전체 충전 전류가 더 높은 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
이하, 차량의 제어 방법에 대한 실시예를 설명한다. 일 실시예에 따른 차량의 제어 방법을 실시함에 있어서 전술한 차량(1)이 사용될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용은 별도의 언급이 없더라도 차량의 제어 방법에 대한 실시예에도 동일하게 적용 가능하다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 차량의 제어 방법에 대한 순서도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 차량(1)이 감속되어 회생 발전을 시작하면(1010의 예), 제1배터리 및 제2배터리의 충전률과 온도를 감지한다(1020). 엔진 관리 시스템(10)이 회생 발전의 시작을 알리는 회생 발전 시작 신호를 전력 관리 시스템(100)에 전송할 수 있고, 제1배터리 센서(21)가 제1배터리(20)의 충전률과 온도를, 제2배터리 센서(31)가 제2배터리(30)의 충전률과 온도를 감지할 수 있다.
제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 동시 충전에 대한 초기 설정을 위해, 제1배터리 및 제2배터리의 충전 전압을 결정한다(1030).
전력 관리 시스템(100)은 제1배터리 센서(21) 및 제2배터리 센서(31)로부터 제공된 충전률과 온도에 기초하여 제1배터리(20)의 충전 전압과 제2배터리(30)의 충전 전압을 설정할 수 있다. 예를 들어, 충전률과 온도 별로 적절한 충전 전압이 매칭되어 룩업 테이블 형태로 저장될 수도 있고, 충전률과 온도를 변수로 하는 수학식 또는 알고리즘에 의해 충전 전압이 연산될 수도 있다.
제1배터리의 충전 전압은 발전기의 출력 전압으로 설정하고(1040), 제2배터리의 충전 전압은 전압 변환기의 출력 전압으로 설정한다(1050).
전술한 과정에 따라 차량(1)의 감속에 의해 생성되는 회생 에너지가 제1배터리(20) 및 제2배터리(30)를 동시에 충전할 수 있다.
제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전이 시작되면 제1배터리 센서(21)와 제2배터리 센서(31)는 각각 제1배터리(20)의 충전 전류와 제2배터리(30)의 충전 전류를 감지하고(1060), 감지 결과를 전력 관리 시스템(100)에 전송할 수 있다.
제1배터리의 충전 전류 및 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고(1070), 충전 대상 결정 결과에 따라 제1배터리와 제2배터리를 교번하여 충전한다(1080). 회생 발전이 종료될 때까지 교번 충전을 반복할 수 있다.
전술한 도 2에 도시된 바와 같이, 충전이 진행될수록 제1배터리(20)의 충전 전류와 제2배터리(30)의 충전 전류가 감소하는바, 전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 전류를 모니터링하여 각 배터리의 충전 수입성을 판단할 수 있다.
예를 들어, 전력 관리 시스템(100)은 충전 시작 이후 정해진 시간이 경과한 시점(t2)에 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 전류를 비교하고, 충전 전류가 더 높은 배터리를 충전 대상으로, 충전 전류가 더 낮은 배터리를 방전 대상으로 결정할 수 있다. 전술한 도 2의 예시에서는 충전 전류가 더 높은 제1배터리(20)는 계속 충전시키고 충전 전류가 더 낮은 제2배터리(30)는 방전시킬 수 있다.
또는, 제1배터리(20)와 제2배터리(30) 각각에 대해 충전 수입성의 판단 기준이 되는 기준값을 설정하고, 충전 전류가 기준값 미만인 배터리는 충전 수입성이 저하된 것으로 판단되어 방전 대상으로 결정하여 방전시키고, 충전 전류가 기준값 이상인 배터리는 충전 대상으로 결정하여 충전을 유지하는 것도 가능하다.
또한, 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 교번 충전을 정해진 시간이 경과한 시점에 시작하지 않고, 두 배터리 중 하나의 충전 전류가 기준값 미만이 되는 시점에 시작하는 것도 가능하다.
구체적으로, 제1배터리(20)와 제2배터리(30)의 충전 시작 이후에 전력 관리 시스템(100)은 제1배터리(20)의 충전 전류는 제1배터리에 대한 기준 전류인 제1기준값과 비교하고, 제2배터리(30)의 충전 전류는 제2배터리에 대한 기준 전류인 제2기준값과 비교할 수 있다.
전력 관리 시스템(100)은 두 배터리 중 충전 전류가 기준값 미만으로 먼저 떨어지는 배터리를 방전시키고 다른 배터리는 충전을 지속할 수 있다. 배터리의 방전 이후 정해진 시간이 경과하거나, 충전 중인 배터리의 충전 전류가 정해진 기준값 미만이 되면, 충전 중인 배터리를 방전시키고 방전 중인 배터리를 충전시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 회생 발전이 종료될 때까지 반복할 수 있다.
전술한 실시예에 따른 차량 및 그 제어 방법에 의하면, 단일 배터리에 대해서는 충전과 방전을 반복함으로써 충전 성능을 향상시키고 듀얼 배터리 전체에 대해서는 충전 수입성이 떨어진 배터리는 방전시키고 다른 배터리는 충전을 유지함으로써 전체 충전 효율을 극대화하면서 차량의 연비를 개선할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1: 차량 10: 엔진 관리 시스템
11: 엔진 12: 발전기
13: 시동 모터 20: 제1 배터리
21: 제1 배터리 센서 22: 제1 전기 부하
30: 제2 배터리 31: 제2 배터리 센서
32: 제2 전기 부하 40: 전압 변환기
100: 전력 관리 장치 110: 제어부
120: 저장부 130: 통신부

Claims (17)

  1. 전기 에너지를 생성하는 발전기;
    상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제1 배터리;
    상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제2 배터리;
    상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 상기 제2배터리에 전달하는 전압 변환기; 및
    상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고, 상기 충전 대상의 결정 결과에 따라 상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기 중 적어도 하나를 제어하는 전력 관리 장치;를 포함하는 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전기는,
    상기 차량의 감속 시에 발생하는 운동 에너지를 이용하여 상기 전기 에너지를 생성하는 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1배터리의 충전 전류가 제1기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 방전시키고 상기 제2배터리는 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어하는 차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제2배터리의 충전 전류가 제2기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 충전시키고 상기 제2배터리는 방전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어하는 차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1배터리와 제2배터리 중 충전 전류가 낮은 배터리는 방전시키고 충전 전류가 높은 배터리는 충전시키도록 상기 발전기 및 상기 전압 변환기를 제어하는 차량.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1배터리의 충전률, 온도 및 충전 전류를 감지하는 제1배터리 센서; 및
    상기 제2배터리의 충전률, 온도 및 충전 전류를 감지하는 제2배터리 센서;를 더 포함하는 차량.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 발전기의 출력 전압을 설정하고, 상기 제2배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 전압 변환기의 출력 전압을 설정하는 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1배터리의 충전 중 감지된 충전 전류와 상기 제2배터리의 충전 중 감지된 충전 전류에 기초하여 상기 충전 대상을 결정하는 차량.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1배터리를 방전시키고 상기 제2배터리를 충전시키도록 상기 발전기의 출력을 0 또는 상기 전압 변환기의 출력에 대응되는 값으로 설정하는 차량.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제2배터리를 방전시키고 상기 제1배터리를 충전시키도록 상기 전압 변환기의 출력을 0으로 설정하는 차량.
  11. 전기 에너지를 생성하는 발전기, 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제1 배터리 및 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지에 의해 충전되는 제2 배터리를 포함하는 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 이용하여 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리를 충전하고;
    상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류를 감지하고;
    상기 제1배터리의 충전 전류 및 상기 제2배터리의 충전 전류에 기초하여 충전 대상을 결정하고;
    상기 충전 대상의 결정 결과에 따라 상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 충전 대상을 결정하는 것은,
    상기 제1배터리의 충전 전류가 제1기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 방전 대상으로 결정하고 상기 제2배터리는 상기 충전 대상으로 결정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충전 대상을 결정하는 것은,
    상기 제2배터리의 충전 전류가 제2기준값 미만이면, 상기 제1배터리는 상기 충전 대상으로 결정하고 상기 제2배터리는 방전 대상으로 결정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 충전 대상을 결정하는 것은,
    상기 제1배터리의 충전 전류와 상기 제2배터리의 충전 전류를 비교하교;
    상기 제1배터리와 상기 제2배터리 중 상기 충전 전류가 더 높은 배터리를 충전 대상으로 결정하고 상기 충전 전류가 더 낮은 배터리를 방전 대상으로 결정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1배터리 및 상기 제2배터리를 충전하는 것은,
    상기 제1배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 발전기의 출력 전압을 설정하고, 상기 제2배터리의 충전률 및 온도에 기초하여 상기 전압 변환기의 출력 전압을 설정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것은,
    상기 제1배터리를 방전시키고 상기 제2배터리를 충전시키도록 상기 발전기의 출력을 0 또는 상기 전압 변환기의 출력에 대응되는 값으로 설정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1배터리와 상기 제2배터리를 교번하여 충전시키는 것은,
    상기 제2배터리를 방전시키고 상기 제1배터리를 충전시키도록 상기 전압 변환기의 출력으로 0으로 설정하는 것;을 포함하는 차량의 제어 방법.
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