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KR20210082457A - 충전 단자를 통해 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 방법 - Google Patents

충전 단자를 통해 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 방법 Download PDF

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KR20210082457A
KR20210082457A KR1020217012449A KR20217012449A KR20210082457A KR 20210082457 A KR20210082457 A KR 20210082457A KR 1020217012449 A KR1020217012449 A KR 1020217012449A KR 20217012449 A KR20217012449 A KR 20217012449A KR 20210082457 A KR20210082457 A KR 20210082457A
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마린 아스트롱
토마스 드레몽
티보 롤랑
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 충전 단자(20)에 전기적으로 연결된 자동차(10)에 장착된 어큐뮬레이터 배터리(12)를 충전하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다 : 충전 단자에서 이용 가능한 전력 및 전기의 요금의 시간에 따른 변화와 관련된 데이터를 수신하는 단계; 및 전기 요금이 최저인 시간 윈도우를 선택하는 단계. 본 발명에 따르면, 상기 충전 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다 : 어큐뮬레이터 배터리가 시간 윈도우 시기에 나타낼 온도 및 어큐뮬레이터 배터리가 시간 윈도우 전에 나타낼 충전 레벨을 추정하는 단계; 시간 윈도우(δti) 동안 충전 단자가 어큐뮬레이터 배터리(12)에 전송할 수 있는 전력을 결정하는 단계; 시간 윈도우의 끝에서 어큐뮬레이터 배터리가 가질 새로운 충전 레벨을 도출하는 단계; 새로운 충전 레벨을 목표 충전 레벨과 비교하는 단계; 및 이에 따라 상기 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 단계.

Description

충전 단자를 통해 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 방법
본 발명은 일반적으로 전기 차량의 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 것과 관련된다.
본 발명은 보다 구체적으로는 자동차에 장착된 어큐뮬레이터 배터리를 충전소에 의해 충전하는 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 이 충전 방법을 구현하도록 설계된 자동차에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 전기 자동차에 적용된다.
전기 자동차는 일반적으로 대용량 어큐뮬레이터 배터리를 포함하며, 이는 차량 추진을 위해 제공되는 전기 모터들에 전류가 공급될 수 있게 한다.
이런 종류의 어큐뮬레이터 배터리는 정기적으로 충전되어야한다. 이것을 위한 한 솔루션은 자동차를 공중 충전소에 전기적으로 연결하는 것으로 구성된다.
이에 따라, ISO 15118 표준은 충전소, 그리고 충전소에 연결될 수 있는 자동차 사이의 표준 통신 프로토콜을 정의하기 위해 개발되었다.
에너지 관리가 전기 그리드에서 최적화되도록 하려면, 차량은 세 가지 주요 제약 조건들을 준수하는 방식으로 이 표준에 의해 제공되는 가능성을 사용해야 한다. 첫 번째 제약 조건은 그들이 떠나려는 시점에 사용자의 배터리가 충분히 충전되는 것을 보장하는 것으록 구성된다. 두 번째 제약 조건은 충전소에서 사용할 수 있는 전력을 불필요하게 독점할 수 없도록 사용자의 요구를 과대 평가하지 않는 것으로 구성된다. 세 번째 제약 조건은, 충전소에 자동차를 연결한 후에, 자동차에 충전소와 통신해야 하는 다소 짧은 시간 프레임, 그리고 충전소가 자동차의 어큐뮬레이터 배터리를 충전해야 하는 전력을 부과하는 것으로 구성된다.
사용된 프로토콜은 자동차의 연결시, 충전소에서 이용 가능한 전력의 시간에 따른 변화에 관한 정보 및 전기의 가격 수준의 시간에 따른 변화에 관한 정보(일반적으로 오프-피크 시간/피크 시간 정보 항목)를 전송하는 충전소를 허용한다.
따라서, 충전소가 배터리를 충전해야 하는 시간 슬롯들을 선택하기 위한 공지된 방법은 가장 가까운 오프-피크 시간 슬롯들을 선택하는 것으로 구성된다.
불행히도 이 방법은 사용자의 차량이 원하는 시간에 떠날 준비가 되었는지 확인할 수 없다.
이러한 단점을 극복하기 위한 한 솔루션은 사용자에게 언제 떠나고 싶은지 물어보고 시간 슬롯들을 선택하는 것이며, 이로써 충전 요금이 가능한 한 낮고 출발 시간에 차량이 충분히 충전되게 한다.
그러나 이 솔루션에 따르면, 차량은 선택된 시간 슬롯들 및 각 시간 슬롯 동안 사용할 수 있는 전력에 기초하여 배터리의 충전 상태의 진행 상황을 예측할 수 있어야 한다.
이 목적을 위해, 배터리의 충전 상태의 진행 상황을 계산하는 방법은 문서 CN103020445로부터 알려져 있지만, 이 방법을 사용하려면, ISO 15118 표준에 의해 할당된 시간 동안, 확보할 시간 슬롯들과 예약할 전력을 결정할 수 있도록 컴퓨팅 성능이 높은 컴퓨터를 사용해야 한다. 따라서 이 솔루션은 구현하기가 매우 비싸다.
본 발명은 종래 기술의 전술한 단점을 극복하기 위해, 시간의 함수로서 충전 전력의 변화를 계산하는 더 간단한 방법을 제안한다.
더 구체적으로, 본 발명에 따라 충전 방법이 제안되며, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다 :
a) 충전소에서 이용 가능한 전력 및 전기의 요금의 시간에 따른 변화와 관련된 데이터를 수신하는 단계;
b) 사용 가능한 전력이 0이 아니고 전기 요금이 최저인 시간 슬롯을 선택하는 단계;
c) 어큐뮬레이터 배터리가 시간 슬롯 시기에 나타낼 온도 및 시간 슬롯의 시작시에 어큐뮬레이터 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계;
d) 단계 c)에서 추정된 온도 및 충전 상태에 기초하여 시간 슬롯 동안 충전소가 어큐뮬레이터 배터리에 전송할 수 있는 전력을 결정하는 단계;
e) 단계 d)에서 결정된 전력에 기초하여 시간 슬롯의 끝에서 어큐뮬레이터 배터리의 새로운 충전 상태를 도출하는 단계;
f) 새로운 충전 상태를 목표 충전 상태와 비교하는 단계; 그 다음, 새로운 충전 상태가 목표 충전 상태보다 높거나 동일하다면,
g) 상기 전력으로 상기 시간 슬롯 동안 상기 충전소에 의해 상기 어큐뮬레이터 배터리를 충전하는 단계.
따라서, 본 발명은 구현하기가 간단하고 컴퓨팅 전력이 거의 필요하지 않는 방법을 제안하며, 상기 방법을 사용하면, 차량의 예정된 출발 시간 및 충전소에서 사용할 수 있는 전자 전력을 고려할 때 충전이 가능한 한 저렴한 것을 보장하기 위해 충전소에 예약해야 하는 시간 슬롯들을, 필요한 정확도로 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 충전 방법의 다른 유리하고 비-제한적인 특징들은 다음과 같다 :
- 새로운 충전 상태가 목표 충전 상태보다 낮으면, 단계들 b) 내지 e)은 추가 시간 슬롯과 관련하여 반복되고, 단계 f)에서, 목표 충전 상태는 어큐뮬레이터 배터리가 2개의 시간 슬롯들 후에 나타낼 충전 상태와 비교된다;
- 단계 a)에서, 상기 자동차가 상기 충전소로부터 분리되도록 예정된 출발 시간이 획득되고, 그리고 단계 b)에서, 상기 선택된 시간 슬롯은 상기 출발 시간 이전에 있다;
- 단계 b) 내지 단계 e)의 반복 동안, 충전소가 각각의 시간 슬롯 동안 어큐뮬레이터 배터리로 전송할 수 있는 전력이 결정되며, 그 다음, 상기 전력으로부터, 출발 시간까지의 어큐뮬레이터 배터리의 충전 상태의 변화가 도출된다;
- 단계 b)에서, 전기 요금이 여러 시간 슬롯들에 대해 최소이면, 이러한 시간 슬롯들 중에서 선택된 시간 슬롯은 가장 빠른 시간 슬롯이다;
- 단계 a) 전에 : 어큐뮬레이터 배터리의 순간 충전 상태가 결정되며, 순간 충전 상태가 충전 상태 임계값과 비교되고, 상기 순간 충전 상태가 충전 상태 임계값보다 낮으면, 사용 가능한 전력이 0이 아닌 처음 시간 슬롯에서 어큐뮬레이터 배터리가 충전된다;
- 단계 c)에서, 상기 어큐뮬레이터 배터리의 온도는 미리 결정된 수학적 모델 또는 미리 결정된 지도에 기초하여 추정된다;
- 단계 d)에서, 전력을 결정하기 위해서, 선택된 시간 슬롯에서 충전소에서 이용 가능한 전력, 그리고 차량에 의해 허용되는 최대 전력으로서, 허용되는 최대 전력은 단계 c)에서 추정된 온도 및 충전 상태를 기초로 결정되는, 최대 전력 중에서 가장 낮은 전력이 선택된다;
- 단계 e)에서, 시간 슬롯의 끝에 어큐뮬레이터 배터리에 저장될 에너지가 계산되며, 계산된 에너지로부터, 새로운 충전 상태가 도출된다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 구동 모터, 각 전기 모터에 전류를 공급하도록 설계된 어큐뮬레이터 배터리 및 컴퓨터를 포함하는 자동차에 관한 것으로, 상기 컴퓨터는 전술한 충전 방법을 구현하도록 프로그래밍된다.
비-제한적인 예들로서 제공되는 첨부 도면들을 참조하여 이하의 설명은 본 발명의 내용 및 본 발명의 구현 가능한 방법에 대한 양호한 이해를 제공할 것이다.
첨부된 도면들에서 :
- 도 1은 본 발명에 따른 충전소 및 자동차의 개략도이다;
- 도 2a는 충전소에서 이용 가능한 전력의 시간에 따른 변화의 일례를 나타내는 그래프이다;
- 도 2b 및 도 2c는 도 2a에 도시된 그래프에 대응하는 그래프들이며, 충전소로 시간 슬롯이 선택되는 방법을 도시하는 도면이다;
- 도 3a는 충전소에서 이용 가능한 전기의 요금의 시간에 따른 변화의 일례를 나타내는 그래프이다;
- 도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 그래프에 대응하는 그래프들이며, 충전소로 시간 슬롯이 선택되는 방법을 도시하는 도면이다;
- 도 4a 내지 도 4d는 충전소와의 4개의 시간 슬롯들의 연속 예약을 도시하는 그래프들이다.
- 도 5는 도 1에 도시된 차량의 어큐뮬레이터 배터리가 그 충전 상태의 함수로서 수신할 수 있는 최대 전력의 변화를 나타내는 그래프이며, 이 그래프는 충전소가 전달할 수 있는 최대 전력, 그리고 자동차의 충전기가 수신할 수 있는 최대 전력을 도시한다.
- 도 6a, 도 6b 및 도 6c는 각각 충전소로부터 이용 가능한 전기의 요금의 시간에 따른 변화, 차량의 어큐뮬레이터 배터리의 충전 상태의 변화, 그리고 충전소로부터 소비되는 전력의 변화를 나타내는 그래프들이다.
- 도 7은 본 발명에 따른 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1은 전기 자동차를 도시한다.
본 경우에는, 승용차이지만 다른 유형의 자동차(오토바이, 트럭, 보트 등)일 수 있다.
이 승용차는 여기에서 내부 연소 엔진을 포함하지 않는다는 점에서 전기적인 것으로 설명된다. 변형예로는, 플러그인 하이브리드 차량일 수 있다.
전기 자동차(10)는 통상적으로 섀시 및 휠들을 포함한다. 보다 구체적으로, 본 경우에는 다음을 포함한다 :
- 전기 자동차(10)가 움직일 수 있게 하는 적어도 하나의 전기 모터(11),
- 각각의 전기 모터(11)에 연결되어 전기 모터에 전류를 공급하는, 어큐뮬레이터 배터리(이하, 트랙션 배터리(12)로 지칭),
- 전류를 소비하는 보조 장치들(13)(에어컨, 멀티미디어 콘솔 등),
- 충전기(14) 및
- 컴퓨터(15).
충전기(14)는 충전 스테이션(20)의 전원 플러그가 연결될 수 있는 전력 소켓을 포함한다.
충전기(14)는 트랙션 배터리(12)를 충전하기 위해 트랙션 배터리(12)에 연결된다. 또한, 본 경우에, 전기 자동차(10)가 충전소(20)에 연결될 때 보조 장치들(13)에 전류를 공급할 수 있도록 충전기(14)는 보조 장치(13)에도 연결된다.
그 다음, 컴퓨터(15)는 프로세서(CPU), 메모리 및 다양한 입력 및 출력 인터페이스들을 포함한다.
컴퓨터는, 컴퓨터의 입력 및 출력 인터페이스에 의해, 센서들 또는 다른 장치들로부터 입력 신호들을 수신하도록 설계된다. 특히, 컴퓨터는 트랙션 배터리(12)의 순간 충전 상태(SOC0)를 수신하도록 설계된다.
또한, 컴퓨터는 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20) 및 전기의 요금(C20)의 시간에 따른 변화에 관한 데이터를 수신하기 위해 충전기(14)를 통해 충전소(20)와 통신하도록 설계된다.
또한, 컴퓨터는 이 동일한 충전소(20)와 통신하여, 전기 충전 전력을 선택함으로써 차량 충전을 위한 시간 슬롯들을 예약하도록 설계된다.
컴퓨터의 메모리에 의해, 컴퓨터(15)는 이하에 설명되는 방법 동안 사용되는 데이터를 저장한다.
특히, 컴퓨터는 프로세서에 의한 실행이 도 7에 도시되고 아래에 설명된 충전 방법을 구현하도록 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨팅 애플리케이션을 저장한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이 충전 방법은 루프로 반복될 수 있는 11개의 메인 단계들을 포함한다.
이 방법은 사용자가 필요로 할 때 사용자의 전기 차량(10)의 트랙션 배터리(12)가 충분히 충전되는 것을 보장하고 이 충전 동작의 요금이 최소화될 수 있게 하는 시간 슬롯들에서 충전소(20)에 의해 트랙션 배터리(12)가 충전될 수 있도록 특별히 설계된다.
이 방법은 전기 자동차(10)가 충전소(20)에 연결될 때 자동으로 개시된다.
이 방법의 제1 단계(EA0)는 트랙션 배터리(12)가 과도하게 방전되지 않는 것을 확인하는 단계로 구성되는데, 이는 이 배터리가 조기에 마모되게 할 수 있다.
이 목적을 위해, 이러한 제1 단계(EA0) 동안, 컴퓨터(15)는 트랙션 배터리(12)의 순간 충전 상태(SOC0)를 기록한다. 본 경우에, 이 순간 충전 상태(SOC0)는 이 충전 상태를 계산하는 것을 담당하는 제3자 프로세서에 의해 컴퓨터(15)로 전송된다. 변형예로서, 이는 트랙션 배터리(12)의 단자들에 걸린 전압에 기초하여 컴퓨터(15)에 의해 계산될 수 있다.
그런 다음, 컴퓨터(15)는 이 순간 충전 상태(SOC0)를 미리 결정된 충전 상태 임계값(SOCmin)과 비교하며, 상기 미리 결정된 충전 상태 임계값(SOCmin)은 고정되고 컴퓨터의 판독 전용 메모리에 기록된다. 이러한 충전 상태 임계값(SOCmin)은 바람직하게는 10 % 내지 30 %이다. 본 경우에는 20 %와 같다.
순간 충전 상태(SOC0)가 충전 상태 임계값(SOCmin)보다 높으면, 이는 조기에 마모되는 트랙션 배터리(12)의 위험이 없음을 의미하며, 이 방법은 아래에 설명된 단계(EA1)를 계속한다.
그렇지 않으면, 컴퓨터(15)는 충전소(20)에 요청을 전송하여, 순간 충전 상태(SOC0)가 충전 상태 임계값(SOCmi)에 도달할 때까지 제1 사용 가능한 시간 슬롯들에서 트랙션 배터리(12)를 충전한다. 이 임계값에 도달하면, 이 방법은 단계(EA1)로 계속된다.
제2 단계(EA1) 동안, 컴퓨터(15)는 전기 자동차(10)의 출발 시간, 즉 전기 자동차가 충전소(20)로부터 분리되어야 하는 시간을 취득한다.
본 경우에서, 컴퓨터(15)는 이 출발 시간뿐만 아니라 트랙션 배터리(12)가 해당 시간에 의해 도달해야 하는 목표 충전 상태(SOCN)도 취득한다.
이 목적을 위해, 컴퓨터(15)는 예를 들어 전용 인간-기계 인터페이스를 통해 몇시에 떠나길 원하는지 그리고 원하는 목적지 지점이 무엇인지를 사용자에게 물어볼 수 있다.
컴퓨터(15)는 사용자가 이 목적지 지점에 도달할 수 있도록 트랙션 배터리(12)가 도달해야 하는 목표 충전 상태(SOCN)를 결정할 수 있다.
변형예로서, 컴퓨터(15)는 예를 들어 사용자가 전기 자동차(10)를 항상 사용하여 평일에 매일 출근하는지를 검출함으로써, 차량이 떠날 시간과 목적지 지점을 자동으로 결정할 수 있다.
단계(EA1) 동안, 컴퓨터(15)는 또한, 충전소(20)로부터, 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20) 및 전기의 요금(C20)의 시간에 따른 변화에 관한 데이터를 수신한다.
예를 들어, 컴퓨터는 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20)의 시간에 따른 변화를 나타내는 표를 수신한다. 이러한 표는 도 3a에서 그래픽으로 도시되어 있다.
또한 충전소(20)로부터 이용 가능한 전기의 가격 수준의 시간에 따른 변화를 설명하는 표를 수신한다. 이러한 표는 도 2a에서 그래픽으로 도시되어 있다. 본 경우, 4 개의 서로 다른 값들 사이에서 가격 수준이 변하는 것을 관찰할 수 있다. 가격 수준의 개수가 전기 공급 업체마다 다를 수 있음은 말할 것도 없다.
본 경우에, 컴퓨터(15)에 의해 수신된 표들은 24 시간에 걸친 이러한 변화들을 나타낸다. 변형으로서, 상이한 기간에 걸친(예를 들어 차량의 출발 시간까지) 이러한 변경 사항들을 보여줄 수 있다.
컴퓨터(15)에 의해 수신되면, 이 표들은 여기에서 15-분 단계들로 구분된다. 이러한 목적을 위해, 각 15-분 단계 내의 전기의 요금(C20)의 가장 높은 값은 이 15-분 단계 동안의 전기의 요금(C20)의 유일한 값으로 사용된다. 각 15-분 단계 내에서 이용 가능한 전력(P20)의 가장 낮은 값은 이 15-분 단계 동안 이용 가능한 전력(P20)의 유일한 값으로서 사용된다.
그런 다음, 출발 시간이 24 시간 이상 뒤면, 이 방법은 아래에 설명된 단계(EB1)로 계속된다.
그렇지 않으면, 표들은 전기 자동차(10) 충전을 위해 선택될 수 있는 이 출발 시간 이후 시간 슬롯들을 피하기 위해 재정의된다.
이를 위해, 출발 시간 이후의 각 시간 슬롯에 대한 전기의 요금(C20)은 매우 높은 값으로, 예를 들어 1010 유로로 고정된다(도 2b 참조). 추가로 또는 변형예에서, 출발 시간 이후의 각 시간 슬롯에 대한 충전소(20)로부터 이용 가능한 전력(P20)은 0 값으로 고정된다(도 3b 참조).
변형예로서, 표들은 예를 들어 예정된 출발 시간보다 1시간 전에 차량이 충전되도록 하기 위해, 1 시간의 안전 범위를 갖도록 재정의될 수 있다.
표들이 재정의되면, 상기 방법은 단계 EB1로 계속된다.
이 제3 단계(EB1)는 트랙션 배터리(12)를 충전하는 것이 바람직할 수 있는 가장 가까운 시간 슬롯(δti)를 선택하는 것으로 구성된다.
이를 위해, 컴퓨터(15)는 이용 가능한 전력(P20)이 0이 아니고 전기의 요금(C20)이 최소한인 가장 가까운 시간 슬롯(δti)을 선택한다.
제4 단계(EB2) 동안, 컴퓨터(15)는 이 동일한 시간 슬롯(δti)이 후속적으로 재선택되는 것을 피하기 위해 위해 표들을 업데이트한다.
이를 위해, 이 시간 슬롯(δti) 동안의 전기의 요금(C20)은 매우 높은 값으로, 예를 들어 1010 유로로 고정된다(도 2c 참조). 추가로 또는 변형예에서, 이 시간 슬롯(δti) 동안 충전소(20)로부터 이용 가능한 전력(P20)은 0 값으로 고정된다(도 3c 참조).
다음 단계들은 이 시간 슬롯(δti) 동안에만 트랙션 배터리(12)를 충전함으로써, 사용자가 원하는 목적지 지점에 도달할 수 있을지 여부를 검사하기 위해 트랙션 배터리(12)가 선택된 시간 슬롯(δti)의 끝에서 나타내야하는 충전 상태(SOCi+1)를 추정하는 것으로 구성될 것이다.
이를 위해, 제5 단계(EC1) 동안, 컴퓨터(15)는 트랙션 배터리(12)가 선택된 시간 슬롯(δti)의 시점에 나타낼 온도(Ti)를 추정한다(고려되는 시간은 시간 슬롯의 시작, 또는 시간 슬롯의 중간과 같이 이 슬롯 동안의 임의의 다른 시간일 수 있다).
이 온도(Ti)는 테스트 벤치에서 생성된 미리 결정된 수학적 모델 또는 미리 결정된 지도에 기초하여 추정될 수 있다.
본 경우에, 컴퓨터(15)는 다음과 같은 수학적 모델을 사용하여 온도(Ti)를 계산한다 :
Figure pct00001
여기서 :
- MCP, R, Rthext 및 Rth(Qm)는 트랙션 배터리(12)의 화학적 성질에 의존하는 열 상수들이며,
- Text는 주변 온도이며,
- Tair은 시스템이 활성화된 경우 트랙션 배터리(12)를 가열/냉각하기 위한 시스템의 온도이며, 그리고
- I는 트랙션 배터리(12)의 전류 세기이다.
그런 다음 컴퓨터(15)는 트랙션 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 시작시에 나타낼 충전 상태(SOCi)를 추정한다.
본 경우에, 이러한 충전 상태(SOCi)가 순간 충전 상태(SOC0)와 동일할 것이라는 사실에서 고려될 것이다. 변형예로서, 이는 트랙션 배터리(12)가 전류를 소비하는 보조 장치들(13)에 전력을 공급하기 위해 사용되도록 의도되었다면 상이할 수 있다.
제6 단계(ED1) 동안, 컴퓨터(15)는 시간 슬롯(δti) 동안 트랙션 배터리(12)에 의해 허용되는 전력(Pmax12)을 계산한다.
이러한 허용되는 전력(Pmax12)은 이전에 추정된 온도(Ti) 및 충전 상태(SOCi)에 기초하여 결정된다.
도 5의 곡선(C1)에 도시된 바와 같이, 이 전력은 실제로 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 함수로서 변하며, 충전 상태(SOC)가 높을수록 낮아진다.
허용되는 전력(Pmax12)은 또한 트랙션 배터리(12)의 온도의 함수로서 변하며, 이 전력은 온도(T)가 높을수록 낮아진다.
허용되는 전력(Pmax12)을 결정하기 위해, 컴퓨터(15)는, 그 메모리에, 허용되는 전력(Pmax12)이 이전에 추정된 충전 상태(SOCi) 및 온도(Ti)에 기초하여 결정되게 하는 값들의 표들을 저장한다.
제7 단계(ED2) 동안, 컴퓨터(15)는 도 5의 직선(C2)에 의해 표현된 미리 결정된 상수인, 충전기(14)에 의해 허용되는 최대 전력(Pmax14)을 그 메모리로부터 판독한다.
또한, 도 5의 직선(C3)으로 표현되는 선택된 시간 슬롯(δti)에서 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20)을 판독한다.
그런 다음, 3개의 전력들(Pmax12, Pmax14, P20) 중에서, 가장 낮고 이에 따라 트랙션 배터리(12)가 충전될 수 있는 전력을 제한하는 요소를 구성하는 전력을 선택한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이 제한 요소는 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)(및 배터리의 온도)에 따라 상이할 것이다.
선택된 전력(Pi)은 트랙션 배터리(12)를 충전하기 위해(그리고 또한 보조 장치들(13)에 전력을 공급하기 위해) 충전소(20)로부터 요구될 전력으로서 시간 슬롯(δti)과 연관된다.
그런 다음, 컴퓨터(15)는 어큐뮬레이터 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 끝에서 나타낼 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 결정한다.
이러한 충전 상태(SOCi+1)의 값은 시간 슬롯(δti) 동안 충전소(20)에 의해 전달될 전력(Pi)으로부터 유도된다. 또한 이는 보조 장치들(13)에 의해 소비되는 전력(이 전력은 단순화를 위해 이후에 0으로 간주될 것이다)으로부터 유도된다.
보다 정확하게, 본 경우에, 제8 단계(EE1) 동안, 컴퓨터(15)는 선택된 시간 슬롯(δti) 이전에 트랙션 배터리(12)에 저장된 전기 에너지(Ei)를 결정함으로써 시작된다.
전기 에너지(Ei)의 값은 본 경우에 다음과 같은 수식을 통해 순간 충전 상태(SOC0)에서부터 유도될 것이다.
Ei = SOC0·Emax·SOH/100
여기서 :
- Emax는 컴퓨터(15)의 메모리에 기록되어 있고 트랙션 배터리(12)가 저장할 수 있는 최대 전기 에너지에 대응하는, 미리 결정된 상수이며, 그리고
- SOH는 제3자 컴퓨터에 의해 컴퓨터(15)로 전송되는 트랙션 배터리(12)의 건강 상태이다.
그 다음, 컴퓨터(15)는 다음의 수학 공식을 통해 선택된 시간 슬롯(δti)의 끝에 트랙션 배터리(12)에 저장될 전기 에너지(Ei+1)를 결정한다 :
Ei+1=Ei+Pi·△t,
여기서, △t는 15분이다.
제9 단계(EE2) 동안, 컴퓨터(15)는 다음의 수학 공식을 통해 선택된 시간 슬롯(δti)의 끝에서 트랙션 배터리(12)가 나타낼 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 도출한다 :
SOCi+1=100·Ei+1/(Emax·SOH)
컴퓨터(15)는 제10 단계(EF1) 동안, 이 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 목표 충전 상태(SOCN)와 비교한다.
새로운 충전 상태(SOCi+1)가 타겟 충전 상태(SOCN)보다 높으면, 상기 방법은 제11 단계(EG1)를 계속하며, 제11 단계(EG1) 동안, 컴퓨터(15)는 선택된 시간 슬롯(δti) 동안 전력(Pi)을 예약하는 요청을 충전소에 전송한다.
그렇지 않으면, 즉, 이 시간 슬롯(δti)만으로는 타겟 충전 상태(SOCN)에 도달할 수 없는 경우, 상기 제3 단계(EB1)부터 방법을 반복하여, 하나의 시간 슬롯뿐만 아니라 2 개의 시간 슬롯들을 선택하여 트랙션 배터리(12)를 충분히 충전할 수 있는지 확인할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 이 방법은 필요한 만큼 반복될 수 있으며, 목표 충전 상태(SOCN)에 도달하는데 필요한 만큼의 많은 추가 시간 슬롯들이 선택될 수 있다.
따라서, 상기 방법을 반복하는 방식은 간단히 설명될 수 있다.
제3 단계(EB1)를 처음으로 반복하면, 컴퓨터(15)는 이용 가능한 전력(P20)이 0이 아니고 전기의 요금(C20)이 최소한이 되는 가장 가까운 시간 슬롯(δtj)을 선택한다. 표들이 업데이트되었으므로, 시간 슬롯(δti)은 여기에서 재선택되지 않을 것이다.
그 다음, 제4 단계(EB2) 동안, 컴퓨터(15)는 이 새로운 시간 슬롯(δtj)이 후속적으로 재선택되는 것을 피하기 위해 표들을 업데이트한다.
다음 단계들은 트랙션 배터리(12)가 2개의 선택된 시간 슬롯들(δti, δtj)의 끝에서 나타내야 하는 충전 상태를 추정하는 것으로 구성될 것이다.
이를 위해, 컴퓨터는 두 개의 선택된 시간 슬롯들(δti, δtj) 중에서 현재 순간과 가장 가까운 하나를 먼저 고려한다.
예를 들어, 이것이 시간 슬롯(δtj)이라고 간주한다(j<i라 하는 것이 가능하다).
그 다음, 제5 단계(EC1) 동안, 컴퓨터(15)는 상기 수학적 모델을 사용하여 트랙션 배터리(12)가 시간 슬롯(δtj)의 시점에서 나타낼 온도(Tj)를 추정한다.
컴퓨터(15)는 또한 트랙션 배터리(12)가 시간 슬롯(δtj)의 시작시에 나타낼 충전 상태(SOCi)를 추정한다. 이 충전 상태(SOCj)는 현재의 경우 순간 충전 상태(SOC0)와 동일한 것으로 간주될 것이다.
제6 단계(ED1) 동안, 컴퓨터(15)는 이전에 설명한 것과 동일한 방식으로 이 시간 슬롯(δtj) 동안 트랙션 배터리(12)에 의해 허용되는 전력(PMAX12)을 계산한다.
제7 단계(ED2) 동안, 컴퓨터(15)는 이 시간 슬롯(δtj) 동안 트랙션 배터리(12)를 충전할 수 있을 전력(Pj)을 도출한다.
제8 및 제9 단계들(EE1, EE2) 동안, 컴퓨터(15)는 어큐뮬레이터 배터리(12)가 시간 슬롯(δtj)의 끝에서 나타낼 새로운 충전 상태(SOCj+1)를 결정한다.
그 다음, 컴퓨터는 이번에 다른 시간 슬롯(δti)에 대해서도 단계들(EC1 내지 EE2)을 반복한다.
이를 위해, 제5 단계(EC1) 동안, 컴퓨터(15)는 상기 수학적 모델을 사용하여 트랙션 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 시점에서 나타낼 온도(Ti)를 추정한다.
그런 다음, 컴퓨터(15)는 트랙션 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 시작시에 나타낼 충전 상태(SOCi)를 추정할 것이다. 이 충전 상태(SOCi)는 현재의 경우 충전 상태(SOCj+1)와 동일한 것으로 간주될 것이다.
제6 단계(ED1) 동안, 컴퓨터(15)는 이전에 설명한 것과 동일한 방식으로 이 시간 슬롯(δti) 동안 트랙션 배터리(12)에 의해 허용되는 전력(Pmax12)을 계산한다.
제7 단계(ED2) 동안, 컴퓨터(15)는 이 시간 슬롯(δti) 동안 트랙션 배터리(12)를 충전할 수 있을 전력(Pi)을 도출한다.
제8 및 제9 단계들(EE1, EE2) 동안, 컴퓨터(15)는 어큐뮬레이터 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 끝에서 나타낼 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 결정한다.
마지막으로, 컴퓨터(15)는 제10 단계(EF1) 동안, 이 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 목표 충전 상태(SOCN)와 비교한다.
새로운 충전 상태(SOCi+1)가 목표 충전 상태(SOCN)보다 높거나 동일한 경우, 컴퓨터(15)는 2 개의 선택된 시간 슬롯들(δti, δtj)의 시점에서 선택된 전력(Pi, Pj)을 예약하는 요청을 충전 스테이션에 전송한다.
그렇지 않으면, 상기 방법은 다시 제3 단계(EB1)부터 반복되며, 이번에는 3개의 시간 슬롯들(2개의 시간 슬롯들(δti, δtj)을 포함)이 선택된다.
도 6a는 충전소(20)로부터 이용 가능한 전기의 요금(C20)의 시간에 따른 변화의 예를 도시한다.
도 6b는 출발 시간까지의 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 예측된 변화를 (부수적으로) 도시한다.
도 6c는 충전소(20)와 각 시간 슬롯에 예약된 전력(P)의 시간에 따른 변화를 (부수적으로) 도시한다.
도 6b에서, 상기 방법을 시작할 때, 조기에 마모되는 트랙션 배터리(12)의 위험이 더 이상 없는 충전 상태 임계값에 도달할 때까지 트랙션 배터리(12)를 충전한다.
그런 다음 전기 요금이 낮은 시간 슬롯들 동안 배터리를 충전한다. 마지막으로, 출발 시간에, 트랙션 배터리(12)의 충전 상태가 목표 충전 상태(현재의 경우 60 %)에 도달하는 것을 관찰할 수 있다.
전술된 방법에 의하면, 컴퓨터(15)는 예약된 시간 슬롯들 및 각각의 시간 슬롯에 필요한 전력을 포함하는 요청을 충전소(20)에 신속하게 전송할 수 있다.
이 방법은 상기 방법을 구현하는데 필요한 컴퓨팅 전력을 감소시키기 위해 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 변화의 단순화된 추정치를 기반으로 한다.
따라서 추정치는 약간 잘못될 수 있다.
충전 문제를 피하기 위해, 충전이 시작되면, 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 변화를 모니터링하는 동작을 구현하는 것이 바람직하다.
이러한 목적을 위해, 컴퓨터는 모든 순간에 트랙션 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 순간 값을 기록하고, 이 값을 예상 값과 비교한다.
이들 2 개의 값들의 차이가 미리 결정된 임계값 이하로 유지되는 한, 수정되지 않는다.
그러나, 이 차이가 임계값을 초과하면, 컴퓨터는 특히 전기 요금 및 충전소에서 이용할 수 있는 전력에 대한 새로운 표들을 알아내기 위해 충전소에 요청을 보냄으로써, 위에서 설명된 방법을 다시 초기화한다.
그러나, 이 방법의 구현 동안, 보정 계수는, 이 경우에, 트랙션 배터리(12)에 의해 허용되는 전력(Pmax12)의 계산에 적용된다.
이 보정 계수의 값은 바람직하게는 충전 상태의 예상값으로부터 충전 상태의 순간 값이 벗어나는 속도의 함수로서 조정된다.
일단 상기 방법이 완료되면, 컴퓨터(15)는 새로운 시간 슬롯들을 예약하기 위해 충전소(20)에 새로운 요청을 전송한다 : 이는 "재협상"이라고 한다.

Claims (10)

  1. 충전소(20)에 전기적으로 연결된 자동차(10)에 장착된 어큐뮬레이터 배터리(12)를 충전하는 방법으로서,
    상기 방법은 :
    a) 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20) 및 전기의 요금(C20)의 시간에 따른 변화와 관련된 데이터를 수신하는 단계; 및
    b) 사용 가능한 전력(P20)이 0이 아니고 전기 요금이 최저인 시간 슬롯(δti)을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 :
    c) 어큐뮬레이터 배터리(12)가 시간 슬롯(δti) 시기에 나타낼 온도(Ti) 및 어큐뮬레이터 배터리(12)가 시간 슬롯(δti)의 시작시에 나타낼 충전 상태(SOCi)를 추정하는 단계;
    d) 단계 c)에서 추정된 온도(Ti) 및 충전 상태(SOCi)에 기초하여 시간 슬롯(δti) 동안 충전소(20)가 어큐뮬레이터 배터리(12)에 전송할 수 있는 전력(Pi)을 결정하는 단계;
    e) 단계 d)에서 결정된 전력(Pi)에 기초하여 시간 슬롯(δti)의 끝에서 어큐뮬레이터 배터리(12)의 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 도출하는 단계;
    f) 새로운 충전 상태(SOCi+1)를 목표 충전 상태(SOCN)와 비교하는 단계; 그리고
    g) 새로운 충전 상태(SOCi+1)가 목표 충전 상태(SOCN)보다 높거나 같다면, 상기 전력(Pi)으로 상기 시간 슬롯(δti) 동안 상기 충전소(20)에 의해 상기 어큐뮬레이터 배터리(12)를 충전하는 단계를 포함하는, 충전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 새로운 충전 상태(SOCi+1)가 목표 충전 상태(SOCN)보다 낮다면 :
    - 단계들 b) 내지 e)는 추가 시간 슬롯(δtj)과 관련하여 반복되고;
    - 단계 f)에서, 상기 목표 충전 상태(SOCN)는 어큐뮬레이터 배터리(12)가 2개의 시간 슬롯들(δti, δtj) 후에 나타낼 충전 상태(SOC)와 비교되는, 충전 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    단계 a)에서, 상기 자동차(10)가 상기 충전소(20)로부터 분리되도록 예정된 출발 시간이 획득되고,
    단계 b)에서, 상기 선택된 시간 슬롯은 상기 출발 시간 이전에 있는, 충전 방법.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    단계 b) 내지 단계 e)의 반복 동안, 충전소(20)가 각각의 시간 슬롯(δti, δtj) 동안 어큐뮬레이터 배터리(12)로 전송할 수 있는 전력(P)이 결정되며, 그 다음,
    상기 전력(P)으로부터, 출발 시간까지의 어큐뮬레이터 배터리(12)의 충전 상태(SOC)의 변화가 도출되는, 충전 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)에서, 전기 요금이 여러 시간 슬롯들에 대해 최소이면, 이러한 시간 슬롯들 중에서 선택된 시간 슬롯(δti)은 가장 빠른 시간 슬롯인, 충전 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a) 전에 :
    - 어큐뮬레이터 배터리(12)의 순간 충전 상태(SOC0)가 결정되며;
    - 순간 충전 상태(SOC0)가 충전 상태 임계값(SOCmin)과 비교되고;
    - 상기 순간 충전 상태(SOC0)가 충전 상태 임계값(SOCmin)보다 낮으면, 사용 가능한 전력(P20)이 0이 아닌 처음 시간 슬롯에서 어큐뮬레이터 배터리(12)가 충전되는, 충전 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 c)에서, 상기 어큐뮬레이터 배터리(12)의 온도(Ti)는 미리 결정된 수학적 모델 또는 미리 결정된 지도에 기초하여 추정되는, 충전 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 d)에서, 전력(Pi)을 결정하기 위해서 :
    - 선택된 시간 슬롯(δti)에서 충전소(20)에서 이용 가능한 전력(P20), 그리고
    - 차량(10)에 의해 허용되는 최대 전력으로서, 허용되는 최대 전력은 단계 c)에서 추정된 온도(Ti) 및 충전 상태(SOCi)를 기초로 결정되는, 최대 전력
    중에서 가장 낮은 전력이 선택되는, 충전 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 e)에서, 시간 슬롯(δti)의 끝에 어큐뮬레이터 배터리(12)에 저장될 에너지(Ei+1)가 계산되며, 계산된 에너지(Ei+1)로부터, 새로운 충전 상태(SOCi+1)가 도출되는, 충전 방법.
  10. 적어도 하나의 전기 구동 모터(11) 및 각 전기 모터(11)에 전류를 공급하도록 설계된 어큐뮬레이터 배터리(12)를 포함하는 자동차(10)로서,
    상기 자동차(10)는 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 충전 방법을 구현하도록 프로그래밍된 컴퓨터(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차(10).
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