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KR101028018B1 - 고전압 배터리의 제어방법 - Google Patents

고전압 배터리의 제어방법 Download PDF

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KR101028018B1 KR1020080116393A KR20080116393A KR101028018B1 KR 101028018 B1 KR101028018 B1 KR 101028018B1 KR 1020080116393 A KR1020080116393 A KR 1020080116393A KR 20080116393 A KR20080116393 A KR 20080116393A KR 101028018 B1 KR101028018 B1 KR 101028018B1
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Abstract

본 발명은 고전압 배터리의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 전압 영역에서 배터리제어기의 충방전 가용파워를 변화없이 유지시킴으로써, 배터리제어기 가용파워의 채터링을 방지하고, 채터링으로 인한 차량의 쇼크를 방지할 수 있는 고전압 배터리의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 충전 가용파워의 경우, 배터리전압이 제한전압을 초과하면 배터리제어기 충전 가용파워를 정해진 슬루율로 하강시키고, 회복전압 미만이면 배터리제어기 충전 가용파워를 정해진 슬루율로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 충전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하는 한편, 방전 가용파워의 경우, 배터리전압이 제한전압 미만이면 배터리제어기 방전 가용파워를 정해진 슬루율로 하강시키고, 회복전압을 초과하면 배터리제어기 방전 가용파워를 정해진 슬루율로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 방전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 제어방법을 제공한다.
Figure R1020080116393
배터리제어기, 제한전압, 회복전압, 충방전, 파워제한값

Description

고전압 배터리의 제어방법{Control method for high voltage battery}
본 발명은 고전압 배터리의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압배터리의 전압변화에 따른 파워제한치의 급격한 변동에 의한 운전성 저하를 방지하고, 종래기술 대비 고전압배터리의 더 큰 가용파워를 확보할 수 있는 고전압 배터리의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 배터리제어기에서 송신하는 파워제한값 안에서 차량의 충방전파워(모터의 assist/regen)를 결정한다.
고전압 배터리의 가용파워의 경우, 배터리 셀전압에 의존하므로 셀전압이 높으면 충전파워가 제한되며, 셀전압이 낮으면 방전파워가 제한된다. 이를 위해 배터리제어기의 파워제한제어는 제한을 위한 제한전압치와 파워가 회복되는 회복전압치를 설정하여 수행된다. 물론 채터링 방지를 위해 제한전압과 회복전압은 히스테리시스를 갖고 제어하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 전압변동에 따른 파워제한값의 거동을 나타 내는 그래프로서, 배터리 전압이 제한전압에 도달하면 배터리제어기(BMS)의 파워제한값을 감소시킨다.
그리고, 배터리제어기의 파워제한값은 배터리전압이 회복전압에 도달할 때까지 계속 감소하게 되고, 회복전압에 도달한 후에는 다시 배터리제어기의 파워제한값을 증가시킨다.
그러나, 상기와 같이 순간적인 전압 상승 및 하강에 의해 배터리제어기의 파워제한값이 급격히 하강함에 따라, 하이브리드 차량의 충·방전량을 급격히 변화시켜 차량의 쇼크를 유발시키는 문제점이 있다.
즉, 순간적인 전압상승 및 하강에 의해 배터리제어기의 파워제한값이 급격히 하강하다가 다시 회복전압에 도달하면 파워제한값이 상승하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 특정 전압 영역에서 배터리제어기의 충방전 가용파워를 변화없이 유지시킴으로써, 배터리제어기 가용파워의 채터링을 방지하고, 채터링으로 인한 차량의 쇼크를 방지할 수 있는 고전압 배터리의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적은 고전압 배터리의 제어방법에 있어서,
배터리 전압이 파워제한 홀딩 영역에 있을 경우 배터리제어기의 충방전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하도록 제어하되, 충전 가용파워의 경우, 상기 배터리전압이 제한전압을 초과하면 배터리제어기 충전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 하강되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 단계적으로 하강시키고, 회복전압 미만이면 배터리제어기 충전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 상승되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 단계적으로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 충전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 제어방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 파워제한 홀딩 영역은 배터리의 셀전압에 따라 충방전 파워를 제한하는 제한전압과 파워가 회복되는 회복전압 사이의 영역인 것을 특징으로 한다.
삭제
한편, 방전 가용파워의 경우, 상기 배터리전압이 제한전압 미만이면 배터리제어기 방전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 하강되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 단계적으로 하강시키고, 회복전압을 초과하면 배터리제어기 방전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 상승되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 단계적으로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 방전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지한다.
이에 따라 본 발명에 따른 고전압 배터리의 제어방법에 의하면, 제한전압과 회복전압 사이의 파워제한 홀딩영역에서 배터리제어기 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지함으로써, 배터리제어기 가용파워의 급격한 변화를 방지하고 차량에서 발생가능한 충격을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 2는 배터리의 순간적인 전압 하강후 회복되는 모습을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 전압변동에 따른 파워제한값의 거동을 나타내는 그래프이다.
배터리는 도 2에 도시한 바와 같이 저온동작 시 또는 순간적인 대전류로 인해 순간적인 전압 하강이 발생할 수 있다. 그러나 전류량이 감소하게 되면 전압은 바로 제한전압 이상 회복되게 된다. 이러한 경우 종래 기술의 경우 제한전압을 벗어났음에도 회복전압에 도달할 때까지 배터리제어기의 가용파워를 계속적으로 하강시키고, 회복전압에 한번이라도 도달하면 전압이 회복전압 이상이 아니더라도 배터리제어기의 가용파워를 계속적으로 상승시켜 가용파워의 채터링 및 차량의 쇼크를 유발할 수 있다.
여기서, 배터리전압은 제한전압 이하로 순간적으로 하강하는 것이어서 배터리제어기의 가용파워를 지속적으로 하강시키는 것은 불합리하다. 또한, 배터리전압이 회복전압 이상일 경우에만 배터리제어기의 가용파워를 지속적으로 상승시키는 것이 합당하다.
본 발명에서는 제한전압과 회복전압 사이의 영역을 배터리제어기 파워제한 홀딩영역으로 정의하고, 이 구간에서의 배터리제어기 가용파워는 직전 파워제한값을 유지하도록 제어한다.
이를 통해 배터리제어기의 가용파워의 급격한 변화를 방지하고 차량에서 발생 가능한 충격을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 배터리 전압변동에 따른 파워제한값의 거동을 나타내는 그래프이고, 배터리 전압에 의한 배터리제어기의 파워제한영역을 나타내면 표 1과 같다.
Figure 112008080503244-pat00001
본 발명의 일실시예에 따라, 배터리 전압에 의한 배터리제어기의 파워제한제어방법을 설명하면 다음과 같다.
이하, 본 명세서에서 '슬루율(slew rate)'은 도 3에서 명확히 알 수 있듯이 미리 정해진 일정 시간 간격마다 하강 또는 상승시키는 가용파워의 최대변화량을 일정한 값으로 정의한 것이다. 도 3을 참조하면, 정해진 슬루율로 가용파워를 하강 또는 상승시키는 영역에서, 도면에 예시된 바와 같이, 정해진 일정 시간 간격마다 이전 단계, 즉 직전의 배터리제어기 방전 또는 충전 가용파워에서 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 단계적으로 하강 또는 상승시킴을 볼 수 있다.
이와 같이 정해진 슬루율로 하강 또는 상승시킴은, 방전 가용파워 또는 충전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 하강 또는 상승되도록, 일정 시간 간격마다 직전의 가용파워, 즉 이전 단계의 배터리제어기의 방전 가용파워 또는 충전 가용파워값에서 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 단계적으로 하강 또는 상승시키는 것을 의미한다.
1. 배터리 전압이 파워제한영역(표 1의 예 참조)에 있을 경우
1) 충전 가용파워의 경우 : 셀 최대 전압이 제한전압을 초과하면 배터리제어기의 충전 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 슬루율(slew rate)로 규정된 일정 값만큼 일정 시간 간격마다 단계적으로 하강시킨다.
2) 방전 가용파워의 경우 : 셀 최소 전압이 제한전압 미만이면 배터리제어기의 방전 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 슬루율로 규정된 일정 값만큼을 일정 시간 간격마다 단계적으로 하강시킨다.
2. 배터리 전압이 파워회복영역(표 1의 예 참조)에 있을 경우
1) 충전 가용파워의 경우 : 셀 최대 전압이 회복전압 미만이면 배터리제어기의 충전 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 슬루율로 규정된 일정 값만큼을 일정 시간 간격마다 단계적으로 상승시킨다.
2) 방전 가용파워의 경우 : 셀 최소 전압이 회복전압을 초과하면 배터리제어기의 방전 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 슬루율로 규정된 일정 값만큼을 일정 시간 간격마다 단계적으로 상승시킨다.
3. 배터리 전압이 홀딩영역(표 1의 예 참조)에 있을 경우
1) 충전 가용파워의 경우 : 배터리제어기의 충전 가용파워를 직전값으로 유지시킨다.
2) 방전 가용파워의 경우 : 배터리제어기의 방전 가용파워를 직전값으로 유지시킨다.
이때, 상기 슬루율은 차종에 따라 그리고 상승 및 하강에 따라 다르게 적용될 수 있다.
본 발명에서 변수(기호)는 다음과 같이 정의한다.
1. Vmax/Vmin : 배터리 셀 최대/최소 전압
2. Pin/Pout : 현재 배터리제어기 충/방전 가용 파워
3. Pin_max/ Pout_max : 배터리제어기 최대 충/방전 가용파워
4. R slew rate/ D slew rate[kW/ms] : 배터리제어기 가용파워 상승/하강 슬루율
5. Pin_prev/ Pout_prev : 이전 배터리제어기 충/방전 가용파워
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
입력 변수는 배터리 셀 최대/최소 전압(Vmax/Vmin), 이전 배터리제어기 충/방전 가용파워(Pin_prev/ Pout_prev)이다.
먼저, 배터리 셀 최소 전압이 2.5V보다 작은 경우(파워제한영역)에 Pout=Pout_prev-D slew rate와 같이 현재 배터리제어기 방전 가용파워는 이전 배터리제어기 방전 가용파워에서 정해진 슬루율로 하강시키고, 배터리 셀 최소 전압이 3.12V보다 큰 경우(파워회복영역)에 Pout=Pout_prev+D slew rate와 같이 현재 배터리제어기 방전 가용파워는 이전 배터리제어기 방전 가용파워에서 정해진 슬루율로 상승시키며, 배터리 셀 최소 전압이 2.5V 이상이고 3.12V 이하 인 경우(파워제한 홀딩영역)에 현재 배터리제어기 방전 가용파워는 이전 배터리제어기 방전 가용파워를 유지한다. 이때, 현재 배터리제어기 방전 가용파워가 배터리제어기 최대 방전 가용파워 이상인 경우에는 현재 배터리제어기 방전 가용파워가 배터리제어기 최대 방전 가용파워에 의해 제한된다.
한편, 배터리 셀 최대 전압이 4.2V보다 큰 경우(파워제한영역)에 Pin=Pin_prev-D slew rate와 같이 현재 배터리제어기 충전 가용파워는 이전 배터리제어기 충전 가용파워에서 정해진 슬루율로 하강시키고, 배터리 셀 최대 전압이 3.96V보다 작은 경우(파워회복영역)에 Pin=Pin_prev+D slew rate와 같이 현재 배터리제어기 충전 가용파워는 이전 배터리제어기 충전 가용파워에서 정해진 슬루율로 상승시키며, 배터리 셀 최대 전압이 3.96V 이상이고 4.2V 이하 인 경우(파워제한 홀딩영역)에 현재 배터리제어기 충전 가용파워는 이전 배터리제어기 충전 가용파워를 유지한다. 이때, 현재 배터리제어기 충전 가용파워가 배터리제어기 최대 충전 가용파워 이상인 경우에는 현재 배터리제어기 충전 가용파워가 배터리제어기 최대 충전 가용파워에 의해 제한된다.
이와 같은 방법에 의해 제한전압과 회복전압 사이의 파워제한 홀딩영역에서 배터리제어기 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지함으로써, 배터리제어기 가용파워의 급격한 변화를 방지하고 차량에서 발생가능한 충격을 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 전압변동에 따른 파워제한값의 거동을 나타내는 그래프,
도 2는 배터리의 순간적인 전압 하강후 회복되는 모습을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 전압변동에 따른 파워제한값의 거동을 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 고전압 배터리의 제어방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (4)

  1. 고전압 배터리의 제어방법에 있어서,
    배터리 전압이 파워제한 홀딩 영역에 있을 경우 배터리제어기의 충방전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하도록 제어하되,
    충전 가용파워의 경우, 상기 배터리전압이 제한전압을 초과하면 배터리제어기 충전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 하강되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 단계적으로 하강시키고, 회복전압 미만이면 배터리제어기 충전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 상승되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 충전 가용파워에서 단계적으로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 충전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파워제한 홀딩 영역은 배터리의 셀전압에 따라 충방전 파워를 제한하는 제한전압과 파워가 회복되는 회복전압 사이의 영역인 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 제어방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    방전 가용파워의 경우, 상기 배터리전압이 제한전압 미만이면 배터리제어기 방전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 하강되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 단계적으로 하강시키고, 회복전압을 초과하면 배터리제어기 방전 가용파워가 정해진 슬루율로 단계적으로 상승되도록 일정 시간 간격마다 슬루율로 규정된 일정 값만큼의 가용파워를 직전의 방전 가용파워에서 단계적으로 상승시키며, 상기 제한전압과 회복전압 사이에 있는 경우 배터리제어기 방전 가용파워를 직전 파워제한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 제어방법.
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