KR100341754B1 - 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

전기 자동차의 배터리에 충전을 시작하면서, 현재의 충전상태를 파악하여 충전 종료시까지 입력이 예상되는 시간당 전류량을 계산 한 후, 현재의 배터리 노후화를 고려한 언더 챠지(Under Charge)된 정도를 판단 한 후, 언더 챠지된 만큼 배터리를 오버 챠지함으로써, 차량 성능의 조기 저하를 방지할 목적으로,

배터리 충전 시작전 배터리 충전상태를 입력받은 후, 충전시 충전 예상 전류량을 산출하고, 기 설정된 충전 제어 프로그램에 의해 배터리를 충전하기 위한 제어신호를 출력하는 단계와; 상기 단계에서 충전이 시작되면, 충전이 완료되었는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 충전이 완료되었다고 판단되면, 실제 충전된 전류량과 충전 예상 전류량을 비교하여 실제 충전된 전류량이 큰가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 실제 충전된 전류량이 충전 예상 전류량보다 크다고 판단되면, 충전을 종료하는 단계로 이루어져 있어서, 지속적인 언더 챠지에 의한 배터리 성능 저하를 막을 수 있고 배터리 사이클링이 고려된 배터리 노후화 상태를 판단함에 따라 배터리 충전상태 계산 정확도를 높일 수 있고, 차량 초기 상태를 유지하여 주행거리를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법{CONTROLLING METHOD FOR BATTERY CHARGE OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 배터리 충전시 충전 시작전 배터리의 충전 상태값을 판단하여 충전 종료시점까지 충전될 전류량을 예측하여 실제 입력 전류량과 비교하여 언더 챠지 (Under Charge)정도를 파악하고 오버 챠지(Over Charge)를 수행한 후, 배터리의 노후화(Aging) 진행 상태를 판단하기 위한 전기 자동차의 배터리 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.

전기 자동차의 구성은 크게 모터(전동기), 컨트롤러, 인버터, 충전기, DC/DC 컨버터, 배터리 등으로 나뉘어 구성되어 있다.

따라서, 상기 전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 모듈화되어 있는 배터리의 한정된 에너지를 이용하여 주행함에 따라 배터리의 한정된 에너지가 소모되면외부 전원에 의해 배터리를 충전하여야 한다.

일반적인 배터리 충전 방법은 최대 전력제어(Full Power) 모드, 정전류 제어(Constant Current)1 모드, 정전류 제어2 모드와 100% 충전 제어상태를 유지하기 위한 리플래쉬(Refresh) 충전제어모드와 배터리 온도 제어 모드로 구성되어진다.

배터리 방전 방법으로는 사용 가능 에너지를 고려한 충전 상태(SOC : STATE OF CHARGING) 계산과 배터리 고장체크(Fail Check) 및 프로텍션 모드(Protection Mode)와 배터리 온도 제어모드로 구분되어진다.

상기 각 제어별 제어 변수를 초기 설계된 값을 기본으로 배터리 사이클링이 진행됨에 따라 제어변수 즉, 배터리 노후화를 보상하여 제어를 해주고 있다.

상기한 제어 방법에 의해 주행을 하는 전기 자동차가 빠르게 운행할 때, 배터리의 충방전 1사이클을 정의하는 것이 힘든 문제점이 있었다.

따라서, 상기 배터리의 충방전 1사이클의 기준을 현재 배터리 충전상태가 85% 이상 충전과 충전시간 2시간 이상일 때 1사이클로 정의하고 있다.

그러므로, 전기 자동차의 배터리 사이클이 진행됨에 따라 초기용량 대비 충전상태가 소정의 값으로 용량 저하로 나타난다.

즉, 상기 사이클링은 배터리 노후화 펙터에 영향을 주는 한 요소로서 정의되고 이는 배터리 노후화 펙터로 표현이 가능하다.

그러나, 상기한 방식의 사이클링 정의는 전기 자동차 배터리의 내부저항 변화를 적극적으로 모니터링 하지 못하므로 실제 사용 가능한 에너지양을 충전하지 못함에 따라 전기 자동차 주행시 주행거리가 조기 단축되어 차량 성능이 저하되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기 자동차의 배터리에 충전을 시작하면서, 현재의 충전상태를 파악하여 충전 종료시까지 입력이 예상되는 시간당 전류량을 계산 한 후, 현재의 배터리 노후화를 고려한 언더 챠지(Under Charge)된 정도를 판단 한 후, 언더 챠지된 만큼 배터리를 오버 챠지함으로써, 차량 성능의 조기 저하를 방지할 수 있는 전기 자동차의 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 충전장치 구성 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 충전방법 동작 순서도이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은,

배터리 충전 시작전 배터리 충전상태를 입력받은 후, 충전시 충전 예상 전류량을 산출하고, 기 설정된 충전 제어 프로그램에 의해 배터리를 충전하기 위한 제어신호를 출력하는 단계와;

상기 단계에서 충전이 시작되면, 충전이 완료되었는가를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 충전이 완료되었다고 판단되면, 실제 충전된 전류량과 충전 예상 전류량을 비교하여 실제 충전된 전류량이 큰가를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 실제 충전된 전류량이 충전 예상 전류량보다 크다고 판단되면, 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 실제 충전된 전류량이 충전 예상 전류량보다 작다고 판단되면, 오버충전 제어신호를 출력하고, 배터리 모듈 전압이 최대 셀 전압보다 큰가를 비교하여 그렇다고 판단되면, 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 배터리 모듈 전압이 최대 셀 전압보다 작다고 판단되면, 배터리 모듈 전압 드롭 현상을 체크하여 모듈 전압 드롭 현상이 발생되었다고 판단되면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 모듈 전압 드롭 현상이 발생되지 않았다고 판단되면, 충전 배터리의 온도 상승율이 임의의 설정 최대 온도 상승 기준값 보다 큰가를 비교 판단하여 그렇다고 판단되면, 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 충전 배터리의 온도 상승율이 임의의 최대 온도 상승 기준값 보다 작은 경우, 충전 배터리의 실제 온도가 임의의 설정 최대 온도보다 큰가를 비교 판단하여 그렇다고 판단되면, 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 충전 배터리의 실제 온도가 임의의 설정 최대 온도보다 작다고 판단되면, 시간당 충전된 전류량이 임의의 시간당 최대 충전 설정 기준 전류량 보다 큰가를 판단하여 그렇다고 판단되면, 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하는 단계와;

상기 단계에서 시간당 충전된 전류량이 임의의 시간당 최대 충전 설정 기준전류량 보다 오버 충전 제어신호를 출력하는 단계로 리턴하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 구성도로서, 전기자동차의 배터리 충전 장치는 배터리 충전 제어부(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM:BMS)(10)와 충전부(20), 배터리(30)으로 이루어진다.

상기 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)의 상태를 파악하며, 그에 따라 배터리(30) 충전을 위한 제어신호를 출력한다. 배터리 충전부(20)는 외부에서 인가되는 전원을 직류 전원으로 변환하여 스위치(S)가 온 되었을 때 배터리(30) 충전을 위한 전기적인 신호를 출력한다.

상기한 구성으로 이루어진 전기 자동차의 배터리 충전장치의 충전 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.

전기 자동차의 배터리에 충전을 시작하면, 배터리 충전 제어부(10)는 충전 시작 전 현재의 배터리 충전상태를 입력받는다(S100).

이어서, 배터리 충전 제어부(10)는 상기 입력받은 배터리 충전 상태와 임의의 설정 초기값 및 기 검출되어 저장되어 있는 배터리 노후화 상태에 의해 충전할 배터리의 예상 충전 전류(EL_Ah)를 산출한다(S110).

이 후, 배터리 충전 제어부(10)는 기 설정된 배터리 충전 제어 프로그램에 의해 배터리를 충전시키기 위한 충전 제어신호를 출력 충전부(20)로 출력한다(S120).

충전부(20)는 상기 배터리 충전 제어부(10)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 배터리(30)로 충전전류를 공급한다.

따라서, 상기에서 배터리 충전이 시작됨에 따라 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)의 충전이 완료되었는가를 판단한다(S130).

상기에서 배터리(30)의 충전이 완료되었음이 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)에 충전된 실제 충전 전류량이 예상 충전 전류량보다 큰가를 비교 판단한다(S140).

( 실제 충전 전류량_Ah > 예상 충전 전류량(EL_Ah) * 0.97(오차))

상기에서 배터리(30)에 충전된 실제 충전 전류량이 예상 충전 전류량 보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리 충전이 완료된 것으로 판단하고, 배터리 충전을 종료한다.

하지만, 상기에서 배터리(30)에 충전된 실제 충전 전류량이 예상 충전 전류량 보다 작은 경우, 배터리 충전 제어부(10)는 상기 배터리(30)에 충전이 완료되지 않은 것으로 판단하여, 배터리 충전을 위한 오버 충전 제어신호를 충전부(20)에 출력한다(S200).

이어서, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리 모듈 전압 최대 상태를 판단하기 위해 배터리 충전 제어부(10)는 배터리 모듈 전압(n)이 배터리 최대 셀 전압에 배터리 셀 수를 연산한 값 보다 큰가를 비교 판단한다(S210).

상기에서 배터리 모듈 전압(n)이 배터리 최대 셀 전압에 배터리 셀 수를 연산한 값 보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)에 충전된 총충전 전류량을 산출하고(S211), 배터리 노후화 상태를 산출한 다음 충전을 종료한다(S212).

상기에서 배터리(30)에 충전된 총 충전 전류량을 산출하는 방법은, 실제 충전된 전류량에 단계별 입력된 충전 전류를 가산하여 산출할 수 있다.

또한, 상기 배터리 노후화 상태를 산출하는 방법은, 상기 산출된 총 충전 전류량을 임의의 설정된 초기값으로 나누어서 산출할 수 있다.

하지만, 상기에서 배터리 모듈 전압(n)이 배터리 최대 셀 전압에 배터리 셀 수를 연산한 값 보다 작다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리 모듈 전압 급강하 현상을 검출하기 위해 현재의 배터리 모듈 전압(n)이 전회의 배터리 모듈 전압값 보다 작은가를 판단한다(S220).

상기에서 현재의 배터리 모듈 전압(n)이 전회의 배터리 모듈 전압값보다 작다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리 모듈 전압 급강하 현상이 발생한 것으로 판단하여 배터리(30)에 충전된 총 충전 전류량을 산출하고(S211), 배터리 노후화 상태를 산출한 다음 충전을 종료한다(S212).

그러나, 상기에서 현재의 배터리 모듈 전압(n)이 전회의 배터리 모듈 전압값보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 과충전으로 인한 배터리 폭발을 방지하기 위하여 충전중인 배터리(30)의 온도 상승율이 임의의 설정된 최대 온도 상승 기준값 보다 큰가를 비교 판단한다(S230).

상기에서 충전중인 배터리(30)의 온도 상승율이 임의의 설정된 최대 온도 상승 기준값 보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)에 충전된총 충전 전류량을 산출하고(S211), 배터리 노후화 상태를 산출한 다음 충전을 종료한다(S212).

하지만, 상기에서 충전중인 배터리(30)의 온도 상승율이 임의의 설정된 최대 온도 상승 기준값 보다 작다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 현재 충전중인 배터리(30)의 실제 온도가 임의의 설정된 최대 온도 기준값 보다 큰가를 판단한다(S240).

상기에서 현재 충전중인 배터리(30)의 실제 온도가 임의의 설정된 최대 온도 기준값 보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)에 충전된 총 충전 전류량을 산출하고(S211), 배터리 노후화 상태를 산출한 다음 충전을 종료한다(S212).

그러나, 상기에서 현재 충전중인 배터리(30)의 실제 온도가 임의의 설정된 최대 온도 기준값 보다 작다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 단계별 충전된 전류량이 임의의 설정된 단계별 최대 충전 전류 기준값 보다 큰가를 비교 판단한다(S250).

상기에서 단계별 충전된 전류량이 임의의 설정된 단계별 최대 충전 전류 기준값 보다 크다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30)에 충전된 총 충전 전류량을 산출하고(S211), 배터리 노후화 상태를 산출한 다음 충전을 종료한다(S212).

하지만, 상기에서 단계별 충전된 전류량이 임의의 설정된 단계별 최대 충전 전류 기준값 보다 작다고 판단되면, 배터리 충전 제어부(10)는 배터리(30) 충전이 완료되지 않은 것으로 판단하여 충전을 계속 수행하기 위한 오버 충전 제어신호를 출력하는 단계(S200)로 리턴한다(S250).

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 방법은, 충전을 시작하면서, 현재의 충전상태를 파악하여 충전 종료시까지 입력이 예상되는 시간당 전류량을 계산 한 후, 현재의 배터리 노후화를 고려한 언더 챠지(Under Charge)된 정도를 판단 한 후, 언더 챠지된 만큼 배터리를 오버 챠지함으로써, 지속적인 언더 챠지에 의한 배터리 성능 저하를 막을 수 있고 배터리 사이클링이 고려된 배터리 노후화 상태를 판단함에 따라 배터리 충전상태 계산 정확도를 높일 수 있고, 차량 초기 상태를 유지하여 주행거리를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 배터리 충전 시작전 배터리 충전상태를 입력받은 후, 충전시 충전 예상 전류량을 산출하고, 기 설정된 충전 제어 프로그램에 따라 배터리의 충전을 제어하는 단계와;

   배터리의 충전이 완료되었는가를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 충전이 완료되지 않은 상태이면 연속적인 충전을 유지하고, 충전이 완료되었다고 판단되면, 실제 충전된 전류량과 충전 예상 전류량을 비교하여 실제 충전된 전류량이 큰가를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 실제 충전된 전류량이 충전 예상 전류량보다 크면 충전을 종료하고, 실제 충전된 전류량이 충전 예상 전류량 보다 작으면 오버 충전 제어하여 모듈전압과 전압 급강하 여부, 배터리의 온도 상승율, 설정된 단계별 충전 전류 기준값 등의 조건에 따라 충전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오버충전 제어에서 배터리 모듈 전압이 최대 셀 전압보다 큰가를 비교하여 큰 상태이면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하며, 배터리 모듈 전압이 최대 셀 전압보다 작은 상태이면 현재의 배터리 모듈 전압과 전회의 배터리 모듈 전압값 비교를 통해 전압 급강하 여부를 검출하여 충전 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기에서 배터리 모듈 전압의 급강하 현상이 발생되었으면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하며, 배터리 모듈 전압의 급강하 현상이 발생되지 않은 상태이면 배터리의 온도 상승율이 임의의 설정 최대 온도 상승 기준값보다 큰가를 비교하여 충전 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기에서 배터리의 온도 상승율이 기준값 보다 큰 상태이면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하며, 배터리의 온도 상승율이 기준값 보다 작은 상태이면 배터리의 실제 온도가 설정된 최대 온도 보다 큰 상태인지를 판단하여 충전 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기에서 배터리의 실제 온도가 설정된 최대 온도 이상이면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하며, 배터리의 실제 온도가 설정된 최대 온도 이하인 상태이면 단계별 충전된 전류량과 설정된 단계별 최대 충전 기준 전류량을 비교하여 큰 상태이면 총 충전된 전류량을 산출하고, 배터리 노후화 진행상태를 산출한 다음 충전을 종료하고, 작은 상태이면 오버 충전 제어를 통해 연속적 충전을 유지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 배터리 모듈의 전압 급강하 현상 검출은 배터리 모듈 전압(n)이 최대 셀 전압에 셀수를 연산하여 산출된 값보다 크면, 배터리 모듈 전압 급강하 현상이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어 방법.
7. 제 2 내지 5항에 있어서,

   상기 총 충전 전류량은 실제 충전된 전류량과 단계별 입력된 충전 전류의 연산으로 산출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법.
8. 제 2 내지 5항에 있어서,

   상기 배터리 노후화 상태는 산출된 총 충전 전류량과 임의의 설정된 초기값의 연산으로 산출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 제어방법.
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