KR100394632B1 - 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법은, 배터리 방전용량 시험시 고율방전을 수행하여 배터리 컷 오프 전압에 도달하면 고율방전에 따른 배터리 1차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와; 상기 고율 방전에 따른 1차 컷 오프 전압이 산출되면, 설정된 기준 방전 전류로 방전하여 배터리 컷 오프 전압에 도달하면 배터리 2차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와; 상기 계산된 1차 컷 오프 전압과 2차 컷 오프 전압을 합산하여 배터리 충전상태 계산시 적용되는 방전 전류에 따른 용량을 산출하여 단계를 포함하여 이루어져, 배터리 충전상태의 계산 오차가 개선되어 배터리 충전상태의 예측 및 계산 성능이 향상된다.

Description

전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법{METHOD FOR DETECTING CHARGE STATE OF BATTERY FOR AN ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 탑재되는 배터리의 충전상태를 예측하고 계산하여 배터리 충전상태를 개선시키기 위한 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착된다. 그래서 차량이 정차중일 때나 주행 부하가 낮을 때 상기 배터리를 충전하고, 차후 주행시 상기 배터리의 전력을 이용하여 모터를 구동시키게 된다.

도1에는 이러한 전기 자동차의 개략적인 블록이 도시되어 있다.

도1에 따르면, 충전 시스템(10)은 충전모드에 대한 정보를 저장하기 위한 저장매체(11)와, 상기 저장매체에 저장되어 있는 충전모드에 따라 배터리의 충전상황을 제어하기 위한 제어부(12)와, 상기 제어부(12)의 제어에 따라 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 DC 전류 공급부(13)로 이루어진다.

상기 충전 시스템(10)에서 출력되는 직류 전력은 배터리(14)를 충전시킨다.

그리고 충전된 배터리(14)는 모터 제어기(15)를 거쳐 모터(16)로 방전 전력을 공급하게 된다. 상기 방전 전력에 의해 모터(16)가 회전하게 되면, 상기 모터(17)의 회전력은 적절히 감속되어 구동륜으로 전달된다.

한편, 배터리를 순수 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차 용으로 사용하기 위해서는 배터리의 충전상태(State Of Charge)를 예측하고 계산하는 알고리즘이 요구된다.

배터리 충전상태(SOC ; State Of Charge)를 계산하는 일반적인 방법 중 하나는 단위 시간에 사용한 방전 전류량(Used_Ah ) 과 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah ) 을 검출하여 다음의 수학식 1과 같이 연산하는 것이다.

이때 배터리 충전상태(SOC) 계산의 정확도는 방전 전류에 따른 용량 의 데이터가 얼마나 정확한가에 대해서 좌우 된다.

도2에는 고율방전 용량 시험시 방전 전류에 따른 방전용량 변화선도가 되어 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 사용 전류에 따른 배터리 방전 용량 측정 시험 을 수행 한 후에는 방전 전류에 용량 효율을 맵 테이블 데이터(Map Table Data)로 확보하여 실시간 프로그램에서 전류량 의 평균 사용전류(Used_Ah)를 산출하여 이에 해대하는 방전 전류에 따른 용량 을 대입하여 계산하는 것이다.

예를 들어, 단위 시간 1초 동안 124A의 전류로 방전 하였다면 전류량(Used_Ah ) 은 0.0344Ah이고 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah ) 은 44Ah이다.

만일 SOC[n-1] 이 80.5% 이면 SOC[n]은,

가 된다.

그런데 이상 설명한 종래기술의 경우에 배터리 충전상태(SOC) 계산의 정확도는 방전 전류에 따른 용량(High_Rate_Discharge_Ah ) 을 산정시 다음과 같은 상황이 발생된다.

도3의 고율방전용량 시험시의 배터리 전압 변화선도에 도시된 바와 같이, 배터리 방전 용량 시험시 기준 방전 전류 (Capacity/3hour)로 배터리 컷 오프 전압(Cut Off Voltage)까지 방전하는 것은 배터리 충전상태(SOC) 0%까지 방전한 것이 된다.

그러나 고율방전 전류 시험 후 기준 방전 전류(C/3)로 방전하면, 실제의 배터리 충전상태(SOC)는 도4의 t1, t2와 같이 일정량의 배터리 충전상태(SOC)가 존재하게 된다.

이처럼 배터리 충전상태(SOC)가 0% 아닌데도 불구하고, 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah ) 에 맵 테이블은 배터리 충전상태(SOC) 0%로 계산되어 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 탑재되는 배터리의 충전상태를 예측하고 계산하여 배터리 충전상태를 개선시키기 위한 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법을 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 전기 자동차의 개략적인 블록도.

도2는 도1에서 배터리의 고율방전 용량 시험시 방전 전류에 따른 방전용량 변화선도.

도3은 종래의 고율방전용량 시험시 배터리 전압 변화선도.

도4는 종래의 고율방전용량 시험시 잔존 배터리 충전상태(SOC)가 나타나는 경우의 배터리 전압 변화선도.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법의 순서도.

도6은 본 발명이 적용된 고율방전 용량 시험시 방전 전류에 따른 방전용량 변화선도.

도7은 본 발명에 따른 방전용량 맵 테이블 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 충전 시스템 11 : 저장매체

12 : 제어부 13 : DC 전류 공급부

14 : 배터리 15 : 모터 제어기

16 : 모터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법은, 배터리 방전용량 시험시 고율방전을 수행하여 배터리 컷 오프 전압에 도달하면 고율방전에 따른 배터리 1차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와; 상기 고율방전에 따른 1차 컷 오프 전압이 산출되면, 설정된 기준 방전 전류로 방전하여 배터리 컷 오프 전압에 도달하면 배터리 2차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와; 상기 계산된 1차 컷 오프 전압과 2차 컷 오프 전압을 합산하여 배터리 충전상태 계산시 적용되는 방전 전류에 따른 용량을 산출하여 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법의 순서도이고, 도6은 본 발명이 적용된 고율방전 용량 시험시 방전 전류에 따른 방전용량 변화선도이며, 도7은 본 발명에 따른 방전용량 맵 테이블 예시도이다.

배터리 충전상태(SOC ; State Of Charge)를 계산하는 일반적인 방법은 단위 시간에 사용한 방전 전류량(Used_Ah) 과 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah) 을 검출하여 아래와 같이 연산하는 것이다.

그러므로, 배터리 충전상태(SOC) 계산의 정확도는 방전 전류에 따른 용량(High_Rate_Discharge_Ah) 의 데이터가 얼마나 정확한가에 따른다.

따라서, 방전 전류에 따른 용량을 정확히 산출하기 위하여 고율방전 시험 후 기준 방전 전류로 방전하는 경우에 배터리 충전상태(SOC)가 잔존하고 있는 것에 따른 보상을 적용하여 실시간 프로그램에 적용한다.

그래서 도5에 따르면, 배터리 방전용량 시험시 고율방전 전류 시험이 이루어진다(S21).

그러면 배터리가 방전되어 배터리 전압이 컷 오프 전압에 도달하게 된다(S22).

이때 고율방전이 아닌 기준 방전 전류에 따른 방전이 수행되는 경우에는 배터리 전압이 컷 오프 전압 도달시 배터리 충전상태(SOC)는 0%가 된다. 이와는 달리 고율방전 전류 시험이 수행되는 경우에는 컷 오프 전압에 도달하는 시점에서 배터리 충전상태(SOC)는 0%가 되지 않는다.

그러므로 전술한 (S22)에서 배터리의 방전으로 배터리 전압이 컷 오프 전압에 도달되면, 고율방전에 따른 컷 오프 용량을 계산한다. 이때 계산되는 컷 오프 용량을 1차 컷 오프 용량이라 칭한다(S23).

이처럼 고율방전 전류 시험이 종료된 후, 기준 방전 전류에 따른 방전 용량 시험이 수행된다(S24).

상기 기준방전 전류는 C/3이고, 이에 비해 고율방전 전류는 2C 또는 1C와 같다.

기준 방전 전류에 따른 용량 시험으로 배터리의 방전이 지속되면, 배터리의전압이 컷 오프 전압에 도달하게 된다(S25).

단계 (S25)에서 배터리의 전압이 컷 오프 전압에 도달되는 시점에서 배터리의 컷 오프 용량이 산출된다. 이때 산출되는 컷 오프 용량을 2차 컷 오프 용량이라 칭한다(S26).

그러면 단계 (S23)과 단계 (S26)에서 각각 산출되는 1차 컷 오프 용량과 2차 컷 오프 용량을 합산하여 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah) 을 계산한다(S27).

상기 계산되는 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah) 을 적용하여 배터리의 충전상태를 계산할 수 있다.

즉, 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah) 데이터를 구하는데 있어서 기본이 되는 데이터인 고율방전에 따른 1차 컷 오프 용량을 산출하고, 고율방전 시험 후 기준 방전 전류(C/3)로 2차 컷 오프지점(도3의 t1, t2)까지 방전하여 방전용량을 측정하게 되는 것이다.

도6에는 고율방전에 따른 1차 컷 오프 용량(①)과 고율방전 후 기준전류(C/2) 방전에 따른 2차 컷 오프 용량(②)이 각각 도시되어 있다.

그리고 단위 시간에 사용한 방전 전류의 방전 용량을 계산하기 위해 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah ) 은 고율방전에 따른 1차 컷 오프 용량(①)과 그 이후의 기준 방전 전류(C/3) 방전에 따른 2차 컷 오프 용량(②)의 합으로 산출된다.

이처럼 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah)이 계산되면, 도7에 도시된 바와 같이 맵 테이블을 확보하여 실시간 프로그램에 적용한다.

배터리 충전상태 계산을 예시하면 다음과 같다.

단위 시간 1초 동안 124A의 전류로 방전하였다면 전류량(Used_Ah) 은 0.0344Ah이고, 방전 전류에 따른 용량 (High_Rate_Discharge_Ah) 은 52.8Ah이다. 만일 SOC[n-1] 이 80.5% 이면, SOC[n] = 80.435%가 된다

이와 같이 방전 전류에 따른 용량 데이터가 정확한 값을 지시하게 되어, 배터리 충전상태가 정확하게 계산되고 예측될 수 있게 된다.

본 발명의 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법에 따르면, 배터리 충전상태의 계산 오차가 종래에 대비하여 1초당 0.013% 개선되어 동일 조건으로 1시간 동작시 4.68%의 배터리 충전상태(SOC) 계산오차를 저감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

따라서 배터리 충전상태(SOC)의 정확한 예측 및 계산이 가능하게 되어 차량의 배터리를 안정적으로 운용할 수 있게 되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (1)

1. 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법에 있어서,

   상기 전기 자동차용 배터리 방전용량 시험시 고율방전 전류 시험을 하는 단계와;

   배터리 전압이 컷 오프 전압에 도달하는가를 검출하는 단계와;

   배터리 전압이 컷 오프 전압에 도달하면 고율방전에 따른 배터리 1차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와;

   고율방전 전류 시험이 종료된 후, 설정된 기준 방전 전류에 따른 방전 용량 시험을 수행하는 단계와;

   배터리의 전압이 컷 오프 전압에 도달하는가를 검출하는 단계와;

   설정된 기준 방전 전류로 방전하여 배터리 컷 오프 전압에 도달하면 배터리 2차 컷 오프 용량을 계산하는 단계와;

   각각 계산된 1차 컷 오프 용량과 2차 컷 오프 용량을 합산하여 배터리 충전상태 계산시 적용되는 방전 전류에 따른 용량을 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 충전상태 판정방법.