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KR101713735B1 - 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기 - Google Patents

친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기 Download PDF

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KR101713735B1
KR101713735B1 KR1020150098313A KR20150098313A KR101713735B1 KR 101713735 B1 KR101713735 B1 KR 101713735B1 KR 1020150098313 A KR1020150098313 A KR 1020150098313A KR 20150098313 A KR20150098313 A KR 20150098313A KR 101713735 B1 KR101713735 B1 KR 101713735B1
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신동준
노성한
이호중
윤동필
류창렬
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현대자동차 주식회사
기아자동차 주식회사
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Abstract

친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법은, 친환경 차량의 주행을 위한 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하에 전력을 공급하는 보조 배터리를 충전 또는 방전시키는 저전압 직류 변환기에 포함된 이벤트 판단부가 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트(event)를 예측하는 단계와, 저전압 직류 변환기의 예측부가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC(State Of Charge)를 예측하는 단계와, 저전압 직류 변환기의 가변 전압 출력부가 보조 배터리의 현재 SOC와 보조 배터리의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 전장 부하 또는 보조 배터리로 출력하는 단계를 포함한다. 보조 배터리의 예측된 SOC는 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정된다.

Description

친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기{Method for controlling output of low voltage DC-DC converter in green car, and low voltage DC-DC converter of green car}
본 발명은 친환경 차량 관련 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 내연기관 자동차와는 다르게 친환경 차량인 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)와 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 배터리 전원에 의한 모터의 힘으로 운행된다.
이러한 친환경 차량은 모터의 힘으로도 움직이기 때문에, 친환경 차량에는 고전압의 대용량 배터리(또는 메인 배터리)와, 메인 배터리의 전압을 저전압으로 변환하여 알터네이터(alternator, 발전기)와 같이 보조 배터리를 충전하는 저전압 직류 변환장치(Low voltage DC-DC Converter, LDC)가 장착된다. 여기서, 보조 배터리는 통상 시동 및 차량의 각종 전기장치에 전원을 공급하는 차량 배터리를 의미한다.
또한, LDC는 메인 배터리의 전압을 차량의 전장부하에 사용되는 전압에 맞게 가변하여 전원을 공급하는 역할을 한다.
일반적으로, 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 전기 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 전기 차량(하이브리드 차량)은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 대부분의 차량은 병렬형이나 직렬형 중에서 하나를 채택하고 있다.
이 중에서 병렬형은 엔진이 배터리를 충전시키기도 하나 전기모터와 함께 차량을 직접 구동시키도록 되어 있는 것으로, 구조가 직렬형보다 상대적으로 복잡하고 제어로직이 복잡하다는 단점은 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있는 구조이다.
특히, 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하므로 구동 시스템 전체의 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다.
그리고, 하이브리드 차량에는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)가 탑재되어 있고, 또한 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.
예컨대, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU), 전기모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 배터리 상태를 감시하고 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS), 및 차량 내의 온도 제어를 담당하는 에어컨 제어기(Full Auto Temperature Controller, FATC) 등으로 구성되어 있다.
여기서, HCU는 각 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정, 그리고 차량 전반의 제어를 담당하는 최상위 제어기로서, 상기한 각 제어기들이 최상위 제어기인 HCU를 중심으로 고속 CAN(Controller Area Network) 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.
또한 하이브리드 차량에는 전기모터의 구동전력을 제공하는 고전압 배터리(메인 배터리)가 필수적으로 장착되는 데, 차량 운행 중에 고전압 배터리는 충전 또는 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하게 된다.
모터 보조(Motor Assist)시에는 고전압 배터리가 전기에너지를 공급(방전)하고, 회생 제동시나 엔진 구동시에 전기에너지를 저장(충전)하며, 이때 BMS는 배터리 충전 상태(State Of Charge, SOC), 가용 충전파워, 및 가용 방전파워 등을 HCU 및 MCU에 전송하여 배터리 안전 및 수명 관리 등을 수행한다.
하이브리드 차량에는 전기모터(구동모터)의 구동전력을 제공하는 메인 배터리(고전압 배터리)와 함께 차량 전장품(Electric/Electronic Subassembly)의 구동전력을 제공하는 보조배터리(저전압 배터리)가 탑재된다. 상기 보조배터리에는 고전압과 저전압 사이의 출력변환을 위한 저전압 DC/DC 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)가 연결된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 운전자 성향에 따른 감속 구간 이벤트(event)와 같은 주행 이벤트 전에 운전자가 브레이크 페달(brake pedal) 또는 악셀 페달(accelerator pedal)을 밟은 시점을 학습(learning)하여 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간을 정확하게 예측하는 것에 의해 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전압을 제어(조절)할 수 있는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법은, 친환경 차량의 주행을 위한 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하에 전력을 공급하는 보조 배터리를 충전 또는 방전시키는 저전압 직류 변환기에 포함된 이벤트 판단부가 주행경로 정보에 근거하여 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트(event)를 예측하는 단계; 상기 저전압 직류 변환기의 예측부가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC(State Of Charge)를 예측하는 단계; 및 상기 저전압 직류 변환기의 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리의 현재 SOC와 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 상기 전장 부하 또는 상기 보조 배터리로 출력하는 단계를 포함하며, 상기 보조 배터리의 예측된 SOC는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정될 수 있다.
상기 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법은, 상기 저전압 직류 변환기의 예측부가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC를 상기 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 배터리의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 상기 보조 배터리의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값일 수 있다.
상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 전장 부하 또는 보조 배터리로 출력하는 단계는, 상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작을 때, 상기 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리의 전압이 상기 전장 부하로 방전되도록 하는 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 전장 부하 또는 보조 배터리로 출력하는 단계는, 상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작지 않을 때, 상기 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법은, 상기 가변 전압 출력부가 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압 중 최대값을 출력하여 상기 보조 배터리를 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 주행 이벤트는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 상기 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 상기 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함할 수 있다.
상기 보조 배터리의 현재 SOC는 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor)에 의해 측정될 수 있다.
상기 주행경로 정보는 3차원 도로 맵(map) 정보를 포함하는 AVN(Audio Video Navigation) 장치에 의해 제공될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)는, 친환경 차량의 주행을 위한 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하에 전력을 공급하는 보조 배터리를 충전 또는 방전시키는 저전압 직류 변환기에 포함되고, 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 주행 이벤트(event)를 예측하는 이벤트 판단부; 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC를 예측하는 예측부; 및 상기 보조 배터리의 현재 SOC와 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 상기 전장 부하 또는 상기 보조 배터리로 출력하는 가변 전압 출력부;를 포함하며, 상기 보조 배터리의 예측된 SOC는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정될 수 있다.
상기 예측부는 상기 보조 배터리의 예측된 SOC를 상기 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산할 수 있다.
상기 보조 배터리의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 상기 보조 배터리의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값일 수 있다.
상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작을 때, 상기 가변 전압 출력부는 상기 보조 배터리의 전압이 상기 전장 부하로 방전되도록 하는 전압을 출력할 수 있다.
상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작지 않을 때, 상기 가변 전압 출력부는 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 전압을 출력할 수 있다.
상기 가변 전압 출력부는 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압 중 최대값을 출력하여 상기 보조 배터리를 충전시킬 수 있다.
상기 주행 이벤트는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 상기 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 상기 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함할 수 있다.
상기 보조 배터리의 현재 SOC는 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor)에 의해 측정될 수 있다.
상기 주행경로 정보는 3차원 도로 맵(map) 정보를 포함하는 AVN(Audio Video Navigation) 장치에 의해 제공될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법, 및 친환경 차량의 저전압 직류 변환기는 보조 배터리의 충전 효율 또는 방전 효율을 극대화하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 하이브리드 전기 차량(HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등과 같은 친환경 차량에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 운전자 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간을 이용하여 저전압 직류 변환기(LDC)의 평균 전력 사용량을 2.9(%) 감소시켜 차량의 연비를 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 차량의 전방 도로 구간을 예측하여 보조 배터리의 충전량 또는 방전량을 예측하는 것에 의해 LDC의 출력전압인 가변전압(variable voltage)을 최적화할 수 있으므로, 보조 배터리의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템의 동작의 실시예를 설명하는 도면(timing diagram)이다.
도 3은 도 1에 도시된 저전압 직류 변환기(LDC)의 예측부에서 사용되는 운전자의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간 예측 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
도 5는 도 4에 도시된 운전자 성향 거리를 생성하는 과정을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
도 6은 도 4에 도시된 맵 테이블을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전력의 실시예를 설명하는 도면(graph)이다.
도 8은 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전력량의 실시예를 설명하는 도면(graph)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템(100)은, 하이브리드 제어기(hybrid control unit, HCU)(105), AVN(Audio Video Navigation) 장치(115), 저전압 직류 변환기(low voltage DC-DC converter, LDC)(120), 전장부하(전기/전자 부하, Electric/Electronic load)(140), 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor, IBS)(150), 및 보조 배터리(155)를 포함한다. 상기 친환경 차량은 하이브리드 전기차 또는 전기 자동차를 포함할 수 있다. 하이브리드 전기차는 동력원으로 엔진과 모터를 사용할 수 있고, 모터와 엔진(예, 디젤엔진) 사이에 엔진 클러치(engine clutch)가 존재하여 엔진 클러치가 열린 상태에서는 모터에 의하여 주행하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 작동되고 엔진 클러치가 닫힌 상태에서는 모터와 엔진 모두에 의한 주행이 가능한 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시예는 정밀 맵(Precision Map)(또는 정밀한 도로 맵(road map) 정보)를 근거로 하여 LDC(120)의 출력 전압을 가변시키는 제어로서, 운전자 성향(propensity)에 따른 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 방전 시간을 예측할 수 있다. 본 발명의 실시예는 친환경 차량에 장착된 AVN 장치(115) 및 IBS(150)를 이용하여 친환경 차량의 전방의 가속 구간 정보 및 감속 구간 정보를 포함하는 도로 정보(도로 맵 정보)를 계산(추출)하고, 상기 계산된 도로 정보(도로 정보에 따른 주행 경로 정보)를 이용하여 보조 배터리(155)의 충전 변화량 또는 방전 변화량을 예측하는 것에 의해 LDC(120)의 출력전압을 가변시킬 수 있다. 상기 LDC 출력전압의 가변제어(variable control)를 통해 차량 연비가 향상될 수 있고, 보조 배터리(155)의 충전 또는 방전이 최적화될 수 있다.
본 발명은 AVN 장치(115)로부터 출력되는 내비게이션 정보에 대응하는 실시간 차량주행 상태를 예측하여 도로의 가속 구간 및 도로의 감속 구간 등을 포함하는 차량 전방의 이벤트 발생 시 보조 배터리(155)의 충전 효율 또는 방전 효율을 극대화시킬 수 있도록 LDC 출력전압을 가변시킬 수 있다.
HCU(105)는 LDC(120)가 동작하도록 지령을 내리는 제어기로서, 친환경 차량에 포함된 고전압 배터리(메인(main) 배터리)의 전력을 LDC(120)에 제공하도록 제어하는 고전압 배터리 방전 제어부(108)를 포함할 수 있다. HCU(105)는 LDC(120) 등과 같은 저전압 직류 변환 시스템(100)의 구성요소들 및 친환경 차량의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 고전압 배터리는 예를 들어 144(V) 이상의 고전압을 출력(방전)할 수 있으며, 친환경 차량의 모터(구동모터) 및 LDC(120)를 구동하는 에너지원일 수 있다.
AVN 장치(115)는 운행자(운전자) 보조 시스템(driver assistance system)으로서, HCU(105) 및 LDC(120)에 목적지까지의 거리, 친환경 차량의 속도, 및 3차원 도로 맵(map) 정보 등을 포함하는 주행경로 정보(내비게이션 정보)를 제공하는 정밀맵 정보부(110)를 포함할 수 있고, 멀티미디어 장치 및 내비게이션 장치 등을 통합한 시스템일 수 있다. 상기 3차원 도로 맵 정보는 도로의 구배(gradient, road slope, 또는 road inclination) 및 도로의 고도(altitude) 등을 포함할 수 있다. AVN 장치(115)는, 오디오, 비디오, 내비게이션, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 및 텔레매틱스(Telematics) 중 적어도 하나의 기능을 포함하는 차량 단말기로 AV 시스템(Audio Visual System)으로도 언급될 수 있다.
AVN 시스템(115)은 텔레매틱스를 통해 교통정보센터(미도시)와 통신하여 차량의 위치와 주행방향에 따른 교통정보를 수집할 수 있으며, 운행중인 차량 속도를 측정할 수 있다.
LDC(120)는 LDC 출력 전압을 전장 부하(140) 및 보조 배터리(155)에 제공할 수 있으며 트랜스포머(transformer)를 포함할 수 있다. LDC(120)는 고전압의 메인 배터리의 전압을 저전압(예, 12.5(V)~15.1V)으로 변환(출력)하여 전장 부하(140) 및 보조 배터리(155)에서 사용되는 전압에 맞게 전기(전력)를 공급할 수 있다. LDC(120)는 친환경 차량의 고전압 배터리(미도시)로부터 나오는 고전압 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하여 보조 배터리(155)를 충전하고 차량의 전장부하량을 모니터링(monitering)할 수 있다.
LDC(120)는, 이벤트 판단부(121), 예측부(122), 및 가변 전압 출력부(123)를 포함하고, 친환경 차량의 주행(또는 구동(driving))을 위해 사용되는 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하(140)에 전력을 공급하는 보조 배터리(155)를 충전 또는 방전시킬 수 있다.
이벤트 판단부(121)는 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 주행 이벤트(event)(또는 주행 이벤트 정보)를 예측(추출)할 수 있다. 상기 주행 이벤트 정보는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함할 수 있다.
예측부(122)는 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트(친환경 차량의 전방 주행 이벤트) 전 주행 이벤트에서의 보조 배터리(155)의 SOC(state of charge, 충전 상태값)를 예측할 수 있다.
상기 보조 배터리(155)의 예측된 SOC는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나, 또는 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달(accelerator pedal, 가속 페달)을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리(155)의 방전 시간에 의해 결정될 수 있다. 현재 이벤트가 과거의 전방 구간의 주행 이벤트와 동일한 경우에 보조 배터리의 SOC가 예측될 수 있다.
보조 배터리(155)의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름(pressing)을 지시(indication)하는 브레이크 신호의 누적 시간을 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 보조 배터리(155)의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호의 누적 시간을 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값일 수 있다. 브레이크 신호 및 악셀 신호는 HCU(105) 또는 LDC(120)에 제공될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 저전압 직류 변환기(LDC)의 예측부에서 사용되는 운전자의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간 예측 방법을 설명하는 도면이다.
친환경 차량의 전방에 도 3에 도시된 바와 같이 감속 이벤트(event), 또는 가속 이벤트가 있을 경우, 운전자 성향에 따라서 운전자가 브레이크 페달 또는 악셀 페달을 밟은(depress) 시점이 상이할 수 있다. 브레이크 페달 또는 악셀 페달을 밟은 시점이 상이함에 따라 차량의 연비가 달라질 수 있는 것이 차량 시험(test)을 통해 확인될 수 있다.
도 3을 참조하면, 보조 배터리(155)의 충전 시간이 예측될 때, 예측부(122)는 운전자가 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 페달 입력 신호(브레이크 신호)를 사용하고, 보조 배터리(155)의 방전 시간이 예측될 때, 예측부(122)는 운전자가 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 페달 입력 신호(악셀 신호)를 사용할 수 있다.
친환경 차량의 전방에 있는 감속 이벤트 또는 가속 이벤트 같은 주행 이벤트까지 남은 거리는 동일한 시간을 각각 가지는 DC들(Driving Cycles, 주행 사이클들(또는 단위 주행 시간들))로 분할될 수 있다. 예측부(122)는 상기 각각의 DC들에서의 브레이크 신호의 누적 시간(예, 13(second))을 저장하여 총 50DC 에 대한 평균 시간을 계산할 수 있다. 예측부(122)는 상기 각각의 DC들에서의 악셀 신호의 누적 시간을 저장하여 총 50DC 에 대한 평균 시간을 계산할 수 있다. 상기 계산된 값은 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 방전 시간의 계산에 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 정밀맵 기반 LDC 가변전압 제어에 반영(포함)되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 운전자의 성향에 따른 보조 배터리(155)의 충전 SOC변화량 또는 방전 SOC 변화량을 예측 시, 운전자 성향에 따른 운전자가 실제 브레이크 페달 또는 악셀 페달을 밟은 시점의 편차(deviation 또는 Offset)를 반영하여 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 보조 배터리(155)의 방전 시간을 예측할 수 있다. 즉, 본 발명은 운전자 성향에 따른 브레이크 페달 또는 악셀 페달을 밟은 시점을 학습(learning)하여 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 보조 배터리(155)의 방전 시간을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 예측부(122)는 보조 배터리(155)의 예측된 SOC를 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리(155)의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산할 수 있다.
가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)의 현재 SOC와 보조 배터리(155)의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 LDC(120)의 출력 전압을 변환하여 전장 부하(140) 또는 보조 배터리(155)로 출력할 수 있다. 보조 배터리(155)의 SOC(또는 보조 배터리(155)의 전압)은 IBS(150)에 의해 측정(검출)될 수 있다.
보조 배터리(155)의 현재 SOC가 보조 배터리(155)의 예측된 SOC 보다 작을 때(낮을 때), 가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)의 전압이 전장 부하(140)로 방전되도록 하는 전압을 출력할 수 있다. 보조 배터리(155)의 현재 SOC가 보조 배터리(155)의 예측된 SOC 보다 작지 않을 때, 가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)가 충전되도록 하는 전압을 출력할 수 있다.
가변 전압 출력부(123)는 고전압 방전 제어부(108)로부터 출력되는 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 LDC(120)의 출력 전압 중 최대값(예, 15.1(V))을 출력하여 보조 배터리(155)를 충전시킬 수 있다. 고전압 배터리 방전 제어 신호는 고전압 배터리의 SOC가 하이 레벨(high level)일 때 발생(출력)되는 신호일 수 있다.
LDC(120)는, 이벤트 판단부(121), 예측부(122), 및 가변 전압 출력부(123)의 전체적인 동작을 제어하는 제어기(controller 또는 control unit)를 더 포함할 수 있다. 제어기는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량에 포함된 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다. 제어기는 HCU(105)로부터 LDC(120)에 관한 동작 지령(command)을 수신할 수 있다.
전장부하(140)는, 에어컨(air conditioner), 통풍 시트(ventilating seat), 헤드 램프(head lamp), 오디오 장치, 히터, 또는 와이퍼(wiper)를 포함할 수 있다.
IBS(150)는 보조 배터리(155)의 SOC를 감지(sensing)할 수 있다. IBS(150)는 차량 내 안정적인 전류공급을 위해 보조 배터리의 충전상태(SOC) 또는 건강상태(State Of Health, SOH)를 포함하는 상태정보를 체크(check)할 수 있다. IBS(150)는 보조 배터리(155)의 전압, 전류 및 온도를 측정하고 이를 토대로 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)를 계산하여 보조 배터리(155)의 상태정보를 체크할 수 있으며, 이러한 상태정보를 차량 내 각종 제어 유닛(control unit)이 참조할 수 있도록 제공할 수 있다.
보조 배터리(155)는 예를 들어 12(V) 배터리로서, 친환경 차량의 시동 또는 전장 부하(140)에 전원을 공급하는 차량 배터리일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템의 동작(작동)의 실시예를 설명하는 도면(timing diagram)이다.
도 2를 참조하면, 본 발명과 비교되는 관련 기술(related art)에서는 LDC의 출력 전압이 다음과 같이 가변될 수 있다. 강판(降坂)(내리막길(downhill road)) 또는 커브 길과 같은 감속 구간에서는 LDC 출력 전압이 높게 제어(조절)되어 보조 배터리가 충전되고, 등판(오르막길(uphill road)) 또는 직선 코스(straight-line course 또는 straight track)과 같은 가속 구간에서는 LDC 출력 전압이 낮게 제어되어 보조 배터리 파워가 사용된다. 그리고 정속 구간에서는 LDC 출력 전압이 중간 전압으로 제어되어 보조 배터리의 SOC가 유지된다.
상기 관련 기술인, 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전압에 대한 제어 로직(control logic)의 예에 있어서, 정차 모드(mode), 엔진을 이용하여 고전압 배터리(메인 배터리)를 충전하는 엔진 충전(charge) 모드, 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 및 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 고전압 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode)를 포함하는 실시간 주행 모드(주행 상태)와, 보조 배터리의 상태를 고려하여 LDC에 대한 지령 전압이 결정된다. 상기 제어 로직(control logic)의 예에서, LDC 출력전압이 주행상태에 따라 즉각적으로 변하기 때문에, 보조 배터리의 충전 효율 또는 방전 효율이 낮으며 에너지 손실도 발생할 수 있다. 에너지 손실은 차량 연비에 크게 영향을 미치며 보조 배터리 전압의 급변으로 보조 배터리의 내구성이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LDC(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 고전압 배터리의 SOC 충전 또는 방전 전략에 따라 2가지 모드(mode)(동작 모드)로 동작(작동)할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 모드(mode)(210)에서는, 고전압 배터리의 방전 제어 시점 판단 시(즉, 하이 레벨(high level)로 활성화되는 고전압 배터리 방전 제어신호가 LDC(120)에 수신될 때), 친환경 차량의 주행상태와 무관하게 LDC 출력 전압(15.1(V))에 의해 보조 배터리(155)의 충전이 수행될 수 있다. 제1 모드(210)에서, 가변 전압 출력부(123)는 LDC 출력전압을 최대값(최대치)로 변경하여 보조 배터리(155)를 충전시킬 수 있다.
고전압 배터리의 특성상 정속 모드(cruise mode), 감속 모드, 또는 가속 모드와 같은 차량의 운전모드가 동일한(유지된) 상태에서 전술한 관련 기술은 원하는 시간대에 원하는 SOC 변화량만큼 전력을 소비시키기 어려울 수 있으므로, 제1 모드(210)에서 LDC 출력전압이 최대치로 변경되는 것에 의해 보조 배터리(155)가 충전되고 전장부하(140)의 전력 소모량이 증가될 수 있다.
제2 모드(205)에서는, LDC(120)가 HCU(105)로부터 고전압 배터리 방전제어 신호를 미 수신 시 친환경 차량 전방의 주행 이벤트(event)(도 2에 도시된 감속 이벤트) 전에 운전자 성향에 따른 보조 배터리(155)의 충전 시간을 예측하여 LDC 출력 전압이 낮은 전압(예, 12.5(V))으로 제어되는 것에 의해 정속 이벤트에서 보조 배터리(155)의 전압이 전장 부하(140)에 방전될 수 있다. 친환경 차량 전방의 주행 이벤트(event)가 가속 이벤트일 때 운전자 성향에 따른 보조 배터리(155)의 방전 시간을 예측하여 LDC 출력 전압이 높은 전압(예, 14.7(V))으로 제어될 수 있다.
제2 모드(205)에서 LDC(120)가 HCU(105)로부터 고전압 배터리 방전제어 신호를 미 수신 시, LDC(120)는 주행경로 정보를 이용하여 차량 전방의 가속 구간 및 감속 구간을 포함하는 주행 이벤트 정보를 예측(추출)하고, 상기 예측된 이벤트 정보 및 운전자 성향에 따른 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 방전 시간에 근거하여 차량 전방의 주행 이벤트 전 주행 이벤트에서 보조 배터리(155)의 SOC 충전량 또는 방전량을 예측(계산)할 수 있다. 친환경 차량 전방의 이벤트 전 주행 구간에서의 보조 배터리(155)의 SOC가 상기 보조 배터리(155)의 예측 SOC 보다 낮을 경우, LDC(120)의 출력 전압은 보조 배터리(155)의 전압을 방전시키기 위한 전압으로 변경되어 LDC(120)의 전력 소모량이 감소되고 보조 배터리(155)의 내구성이 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예는 차량의 전방 도로 구간을 예측하여 보조 배터리의 충전 변화량 또는 방전 변화량을 예측하는 것에 의해 LDC의 출력전압인 가변전압을 미리 변경할 수 있으므로, 보조 배터리(155)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
상기 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법은 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환 시스템(100)에 적용될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 운전자(사용자)는 AVN 장치(115)를 통해 출발지 및 목적지를 설정하고 출발지에서 목적지까지의 주행 경로 또는 주행 경로에 포함된 구간 정보를 변경할 수 있다(305 및 310 단계).
주행 경로가 변경되지 않으면, HCU(105)의 고전압 배터리 방전 제어부(108)는 고전압 배터리인 메인 배터리의 방전 제어 여부를 판단할 수 있다(315 단계).
메인 배터리의 방전 제어가 수행되면, LDC(120)는 LDC 출력 전압을 상승시키는 충전 지향(Charge Sustaining) 제어를 수행할 수 있다(320). 부연하여 설명하면, LDC(120)의 가변 전압 출력부(120)가 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 LDC(120)의 출력 전압 중 최대값을 출력하여 보조 배터리(155)를 충전시킬 수 있다.
메인 배터리의 방전 제어가 수행되지 않으면, LDC(120)에 포함된 제어기는 보조 배터리(155)의 SOC가 ECO DAS(Driver Assistance System) 모드(또는 에코 모드)의 동작 가능한 SOC를 초과하는 지 여부를 판단한다(325 단계). 에코 모드(eco mode, economy mode)는 운전자(차량)의 주행가능 거리를 증대시키고 파워 소모를 감소시킬 수 있는 모드를 의미하며, 전술한 제2 모드를 수행하기 위한 모드일 수 있다. 에코 모드의 동작 가능한 SOC는, 예를 들어, 80(%)일 수 있다.
이벤트 판단부(121)는 보조 배터리(155)의 SOC가 ECO DAS 모드의 동작 가능한 SOC를 초과하면, 경로 전방 이벤트 신호(차량 전방의 주행 이벤트 신호)인 주행경로 정보를 AVN 장치(115)로부터 수신할 수 있다(328). 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 325 단계는 제거(생략)될 수 있다.
이벤트 판단부(121)는 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 전방의 주행 이벤트(event)를 예측할 수 있다(330). 부연하여 설명하면, 이벤트 판단부(121)는 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 전방에 주행 이벤트(event)가 있는 지 여부를 판단(확인)할 수 있다. 상기 주행경로 정보는 3차원 도로 맵(map) 정보를 포함하는 AVN 장치(115)에 의해 제공될 수 있다. 상기 주행 이벤트는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 상기 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 상기 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함할 수 있다.
예측부(122)는 차량 전방 이벤트 전 운전자 성향 거리가 브레이크 신호에 따른 거리일 때, 상기 운전자 성향 거리를 회생제동 예측 거리로 설정할 수 있다(340). 회생제동 예측 거리는 전방 이벤트 전의 주행 이벤트에서 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 생성되는 거리일 수 있다. 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 친환경 차량의 고전압 배터리는 회생 제동에 의해 충전될 수 있다. 예측부(122)는 전방 이벤트 전 운전자 성향 거리가 악셀 신호에 따른 거리일 때, 상기 운전자 성향 거리를 방전 예측 거리로 설정할 수 있다. 방전 예측 거리는 전방 이벤트 전의 주행 이벤트에서 운전자가 악셀 페달을 밟을 때 생성되는 거리일 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 운전자 성향 거리를 생성(계산)하는 과정(방법)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
도 5를 참조하면, 예측부(122)는 전방 이벤트 전 주행 이벤트에서 브레이크 신호 또는 악셀 신호가 발생되는 지 여부를 판단할 수 있다(405).
예측부(122)는 전방 이벤트까지 남아 있는 잔여 이벤트 거리가 0이 될 때까지 상기 발생된 페달 신호인 브레이크 신호 또는 악셀 신호를 1초 단위로 누적할 수 있다(410 및 415).
예측부(122)는 주행 사이클(Driving Cycle)(또는 단위(unit) 주행 시간) 마다의 브레이크 신호 또는 악셀 신호의 누적 시간 및 상기 주행 사이클의 횟수(저장 횟수)를 예측부(122)에 포함될 수 있는 저장부(storage unit)인 EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory) 또는 RAM(random-access memory)에 저장할 수 있다(420).
예측부(122)는 상기 누적시간을 상기 저장 횟수로 나눈 값을 운전자 성향 반영 거리(운전자 성향 거리)로 설정할 수 있다(425). 저장 횟수의 최대값는 50개의 주행 사이클들일 수 있다.
도 5에 도시된 운전자 성향 거리는 상기 운전자 성향 거리 계산 방법에 따른 실험(시험(test)) 또는 본 발명의 실시예에 따른 저전압 변환 시스템을 포함하는 친환경 차량이 실제 주행될 때의 상기 운전자 성향 거리 계산 방법에 의해 학습(learning)(또는 계산)될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 예측부(122)는 상기 회생제동 예측거리를 차속(차량의 속도)으로 나눈 값을 회생제동 총 시간(회생제동 시간 또는 충전 시간)으로 설정할 수 있다(345). 예측부(122)는 상기 방전 예측 거리를 차속(차량의 속도)으로 나눈 값을 방전 시간으로 설정할 수 있다. 보조 배터리(155)의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 보조 배터리(155)의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값일 수 있다.
예측부(122)는 SOC 및 온도(보조 배터리의 온도)에 따른 보조 배터리의 SOC 충전 및 방전 맵 테이블(map table)을 참조(lookup 또는 reference)할 수 있다(350).
도 6은 도 4에 도시된 맵 테이블을 설명하는 도면이다.
상기 맵 테이블은 브레이크 신호에 대응하는 회생제동 시간 또는 악셀 신호에 대응하는 방전 시간에 따른 보조 배터리의 SOC를 포함할 수 있다. 회생제동 시 LDC(120)는 충전된 고전압 배터리를 이용하여 보조 배터리(155)를 충전시킬 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 예측부(122)는 상기 맵 테이블을 참조하여 상기 회생제동 시간 또는 상기 방전 시간에 따른 보조 배터리(155)의 SOC를 예측할 수 있다(355).
정리하면(요약하면), 예측부(122)는 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC를 예측할 수 있다. 보조 배터리(155)의 예측된 SOC는 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 친환경 차량의 운전자가 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정될 수 있다. 현재 이벤트가 과거의 전방 구간의 주행 이벤트와 동일한 경우에 보조 배터리의 SOC가 예측될 수 있다. 예측부(122)는 보조 배터리(155)의 예측된 SOC를 보조 배터리(155)의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리(155)의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산할 수 있다.
가변 전압 출력부(123)는 현재 보조 배터리(155)의 SOC에서 상기 예측된 SOC를 뺀 값을 전방 이벤트 구간 통과 시 보조 배터리(155)의 SOC값으로 설정할 수 있다(360). 보조 배터리(155)의 현재 SOC는 지능형 배터리 센서(150)에 의해 측정될 수 있다.
가변 전압 출력부(123)는 전방 이벤트 구간 통과 시 SOC값이 0보다 작은 지(낮은 지) 여부를 판단할 수 있다(365).
전방 이벤트 구간 통과 시 SOC값이 0보다 작으면, 가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)의 전압이 전장 부하(140)으로 방전되도록 하는 전압을 출력하는 방전 지향 제어를 수행할 수 있다(370).
전방 이벤트 구간 통과 시 SOC값이 0보다 작지 않으면, 가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)가 충전되도록 하는 전압을 출력하는 충전 지향 제어를 수행할 수 있다(375).
부연하여 설명하면, 가변 전압 출력부(123)는 보조 배터리(155)의 현재 SOC와 보조 배터리(155)의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 LDC(120)의 출력 전압을 변환하여 전장 부하(140) 또는 보조 배터리(155)로 출력할 수 있다.
보조 배터리(155)의 SOC 상태(state)에 따라 LDC(120)에 의한 방전 지향 제어, 충전 지향 제어, 또는 정전압 제어가 결정될 수 있다.
보조 배터리(155)의 상태(state)가 하이 레벨(high level)일 때 LDC(120)는 방전 지향 제어로 설정될 수 있다. LDC 방전 지향 제어에서 LDC 출력전압 범위는 예를 들어 12.5(Volt)~12.8(V)(12.5(V) 이상이고 12.8(V) 이하)로 설정될 수 있다.
보조 배터리(155)의 상태(state)가 로우 레벨(low level)일 때 LDC(120)는 충전 지향 제어로 설정될 수 있다. LDC 충전 지향 제어에서 LDC 출력전압 범위는 예를 들어 14.5(Volt)~15.1(V)로 설정될 수 있다.
보조 배터리(155)의 상태(state)가 하이 레벨(high level)과 로우 레벨(low레벨) 사이의 중간 상태일 때 LDC(120)는 정전압 제어로 설정될 수 있다. LDC 정전압 제어에서 LDC 출력전압 범위는 예를 들어 12.8(Volt)~14.5(V)로 설정될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전력의 실시예를 설명하는 그래프(graph)이다. 도 8은 도 1에 도시된 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 전력량의 실시예를 설명하는 그래프(graph)이다.
도 7에서 최대로 표시된 선(실선)은 본 발명의 실시예가 적용되지 않았을 때인 관련 기술의 LDC의 출력 전력을 지시(indication)하고 최소로 표시된 선(점선)은 본 발명의 실시예가 적용될 때의 LDC의 출력 전력을 지시(indication)할 수 있다. 도 8에서 최대로 표시된 선(실선)은 본 발명이 적용되지 않았을 때인 관련 기술의 LDC의 출력 전력량을 나타내고 최소로 표시된 선(점선)은 본 발명이 적용될 때의 LDC의 출력 전력량을 나타낼 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명이 적용될 때 최대 LDC 평균 전력 사용량이 2.9% 감소됨이 확인될 수 있다. 또한 본 발명이 적용될 때 보조배터리 SOC의 변화가 적었다. 보조배터리 SOC의 큰 변화가 없다는 것은 보조 배터리의 내구성 열화가 없음을 의미할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 "~부(unit)" 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
105: 하이브리드 제어기(HCU)
115: AVN(Audio Video Navigation) 장치
120: 저전압 직류 변환기(LDC)
140: 전장 부하
150: 지능형 배터리 센서(IBS)
155: 보조 배터리

Claims (18)

  1. 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)의 출력 제어 방법에 있어서,
    친환경 차량의 주행을 위한 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하에 전력을 공급하는 보조 배터리를 충전 또는 방전시키는 저전압 직류 변환기에 포함된 이벤트 판단부가 주행경로 정보에 근거하여 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트(event)를 예측하는 단계;
    상기 저전압 직류 변환기의 예측부가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 발생되는 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC(State Of Charge)를 예측하는 단계; 및
    상기 저전압 직류 변환기의 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리의 현재 SOC와 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 상기 전장 부하 또는 상기 보조 배터리로 출력하는 단계
    를 포함하며,
    상기 보조 배터리의 예측된 SOC는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정되고,
    상기 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법은,
    상기 저전압 직류 변환기의 예측부가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC를 상기 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산하는 단계를 더 포함하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 상기 보조 배터리의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 전장 부하 또는 보조 배터리로 출력하는 단계는,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작을 때, 상기 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리의 전압이 상기 전장 부하로 방전되도록 하는 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 전장 부하 또는 보조 배터리로 출력하는 단계는,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작지 않을 때, 상기 가변 전압 출력부가 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법은,
    상기 가변 전압 출력부가 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압 중 최대값을 출력하여 상기 보조 배터리를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주행 이벤트는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 상기 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 상기 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함하는 것을 특징으로 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC는 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor)에 의해 측정되는 것을 특징으로 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  9. 제1항에서 있어서,
    상기 주행경로 정보는 3차원 도로 맵(map) 정보를 포함하는 AVN(Audio Video Navigation) 장치에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기의 출력 제어 방법.
  10. 친환경 차량의 저전압 직류 변환기(LDC)에 있어서,
    친환경 차량의 주행을 위한 고전압 배터리를 이용하여 전장 부하에 전력을 공급하는 보조 배터리를 충전 또는 방전시키는 저전압 직류 변환기에 포함되고, 주행경로 정보에 근거하여 친환경 차량의 주행 이벤트(event)를 예측하는 이벤트 판단부;
    상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 발생되는 주행 이벤트에서의 보조 배터리의 SOC를 예측하는 예측부; 및
    상기 보조 배터리의 현재 SOC와 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 사이의 비교 결과에 근거하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압을 변환하여 상기 전장 부하 또는 상기 보조 배터리로 출력하는 가변 전압 출력부;
    를 포함하며,
    상기 보조 배터리의 예측된 SOC는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 브레이크 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 충전 시간에 의해 결정되거나 또는 상기 친환경 차량의 운전자가 상기 친환경 차량의 전방 구간의 주행 이벤트 전에 악셀 페달을 밟은 시점의 성향에 따른 보조 배터리의 방전 시간에 의해 결정되고,
    상기 예측부는 상기 보조 배터리의 예측된 SOC를 상기 보조 배터리의 충전 시간 또는 방전 시간에 대응하는 보조 배터리의 SOC를 포함하는 맵 테이블(map table)에 근거하여 계산하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 충전 시간은 상기 브레이크 페달의 누름을 지시(indication)하는 브레이크 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값이고, 상기 보조 배터리의 방전 시간은 상기 악셀 페달의 누름을 지시(indication)하는 악셀 신호를 이용하는 것에 의해 계산되는 거리에 대응하는 값인 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작을 때, 상기 가변 전압 출력부는 상기 보조 배터리의 전압이 상기 전장 부하로 방전되도록 하는 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC가 상기 보조 배터리의 예측된 SOC 보다 작지 않을 때, 상기 가변 전압 출력부는 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 가변 전압 출력부는 고전압 배터리 방전 제어신호에 응답하여 상기 저전압 직류 변환기의 출력 전압 중 최대값을 출력하여 상기 보조 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 주행 이벤트는, 상기 친환경 차량의 가속 구간 정보, 상기 친환경 차량의 감속 구간 정보, 및 상기 친환경 차량의 정속 구간 정보를 포함하는 것을 특징으로 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 현재 SOC는 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor)에 의해 측정되는 것을 특징으로 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
  18. 제10항에서 있어서,
    상기 주행경로 정보는 3차원 도로 맵(map) 정보를 포함하는 AVN(Audio Video Navigation) 장치에 의해 제공되는 친환경 차량의 저전압 직류 변환기.
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