KR100460876B1 - State of charge detection method of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
전기자동차가 주행중인 상태에서 주 동력원인 배터리의 잔존 용량인 SOC를 실질적인 값으로 검출하도록 한 것으로,It is to detect SOC, which is the remaining capacity of the battery which is the main power source, while the electric vehicle is running,
전기자전기자동차의 주행시 전류와 전류에 따른 전압을 설정된 시간 간격으로 추출하는 과정과, 추출된 전류 및 전압을 설정된 주기로 구분하는 과정과, 구분된 전류 및 전압에 대하여 1차 함수로 필터링하여 내부 저항값과 오픈 회로상의 전압을 추출하는 과정과, 추출된 내부 저항값과 오픈 회로상 전압 및 평균 전류를 일정 범위값 만으로 추출하는 과정과, 추출된 오픈 회로상 전압을 데이터 베이스에 설정되어 있는 오픈 회로 전압 대 SOC의 데이터로부터 현재의 SOC를 추출하는 과정과, 추출된 현재의 SOC를 해당 전기자동차에 설정되어 있는 SOC와 비교하여 일정 이하의 값만을 추출하는 과정과, 추출된 일정 이하의 SOC값을 오픈 회로 전압 대 SOC의 데이터로부터 현재의 실질적인 SOC를 추출하는 과정을 포함한다.The process of extracting the electric current and the voltage according to the current at the set time interval during driving of the electric vehicle, the process of dividing the extracted current and the voltage by the set period, and filtering the separated current and the voltage by the first-order function Extracting the voltage on the open circuit and the open circuit voltage; and extracting the extracted internal resistance, the open circuit voltage, and the average current with only a predetermined range value; and the open circuit voltage set in the database. Extracting the current SOC from the data of the large SOC, comparing the extracted current SOC with the SOC set in the electric vehicle, extracting only a predetermined value or less, and opening the extracted SOC value below the predetermined schedule. Extracting the current actual SOC from the data of the circuit voltage versus the SOC.
Description
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기자동차가 주행중인 상태에서 주 동력원인 배터리의 잔존 용량인 충전상태(State Of Charge ; 이하 'SOC' 라 한다.)를 실질적인 값으로 검출하도록 한 전기자동차의 충전상태 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly, to detect a state of charge (hereinafter, referred to as 'SOC'), which is a remaining capacity of a battery as a main power source, while the electric vehicle is driving. The present invention relates to a charging state detection method of an electric vehicle.
전기자동차는 배터리를 주 동력원으로 사용하는데, 이 주 동력원의 에너지 입출력 관리는 메인 배터리의 출력단에 설치되어 있는 전류검출수단에 의해 검출되는 전류값의 정보를 배터리 관리 시스템(Battery Management System: 이하,'BMS' 라 한다.)에서의 분석에 의해 총괄 관리된다.The electric vehicle uses a battery as a main power source. The energy input / output management of the main power source includes information on the current value detected by the current detecting means installed at the output of the main battery. BMS 'is collectively managed by analysis.
상기의 BMS는 주행시 배터리의 SOC를 검출하여 각종 전류 제한값의 설정과 구동력 발생원인 모터의 구동 토오크 및 속도 제어 및 제동시 회생 에너지 회수를 위한 제어 변수값으로 상위 프로세서측에 제공한다.The BMS detects the SOC of the battery while driving and provides it to the upper processor side as a control variable value for setting various current limit values, driving torque and speed control of a motor which is a driving force generation source, and recovering regenerative energy during braking.
상기와 같이 전기자동차에서 배터리의 SOC 검출은 전기자동차의 안정적인 제어를 위하여 가장 중요한 요소중의 하나로 정확성이 요구되는데, 전기자동차가 충전 및 주행을 반복적으로 수행하게 되면 배터리의 잔존 용량에 편차가 발생하게 되며, 이에 따라 SOC의 오차가 발생하게 된다.As described above, SOC detection of a battery in an electric vehicle is one of the most important factors for stable control of the electric vehicle, and accuracy is required. If the electric vehicle repeatedly performs charging and driving, a deviation in the remaining capacity of the battery may occur. As a result, an SOC error occurs.
따라서, 종래의 전기자동차에서는 SOC의 오차를 최소화하기 위하여 다음과 같은 방법을 적용하고 있다.Therefore, in the conventional electric vehicle, the following method is applied to minimize the error of the SOC.
먼저, 주동력원인 배터리 팩 각 모듈의 SOC별로 30A의 전류를 일정시간, 대략 3초간 방전시키게 되면 배터리의 내부 저항(IR)으로 인하여 전압이 감소하게 되며 각 배터리 모듈의 SOC별로 다른 값의 데이터들이 나타나게 된다.First, if the current of 30A is discharged for about 3 seconds for each period of time for each SOC of the battery pack as the main power source, the voltage decreases due to the internal resistance (IR) of the battery. Will appear.
이때, 각 배터리 모듈의 SOC별로 다른 값의 데이터들에 대하여 내부 저항에 의한 전압 감소값 대 각 배터리 모듈의 SOC를 데이터 베이스화한다.At this time, the voltage reduction value due to the internal resistance versus the SOC of each battery module is databased for data having different values for each SOC of each battery module.
이후, 주행시 30A의 전류로 3초간의 주행이 검출되면 배터리의 내부 저항에의한 전압 감소를 측정하고, 측정된 이 값을 상기 데이터 베이스의 값과 비교하여 주동력원 배터리의 현재 SOC를 추출하고 있다.Then, when running for 3 seconds with a current of 30A while driving, the voltage decrease caused by the internal resistance of the battery is measured, and the measured value is compared with the value of the database to extract the current SOC of the main power source battery. .
상기와 같은 방법의 경우 내부 저항에 의한 전압 감소값을 측정하기 위한 방전시간이 데이터로 활용하기에 너무 짧은 시간으로 내부 저항에 의한 전압 감소값에 많은 오차를 발생하게 되고, 각 배터리 모듈별 SOC값이 실제의 값보다 높은 값으로 설정되어 있어 배터리의 심방전으로 인하여 배터리 모듈의 파손을 발생시키게 되는 문제점이 있다.In the case of the above method, the discharge time for measuring the voltage reduction value due to the internal resistance is too short to use as data, and a large error occurs in the voltage reduction value due to the internal resistance, and the SOC value for each battery module is determined. Since it is set to a higher value than the actual value, there is a problem that damage of the battery module occurs due to deep discharge of the battery.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 주행시 배터리 전압을 일정시간 추출한 다음 1차 함수로 필터링하고, 필터링을 통해 추출되는 값을 실험을 통해 데이터 베이스화한 오픈 회로 전압(Open Circuit Voltage ; OCV)과 SOC의 값으로부터 SOC를 추출하며, 이 값을 2차 필터링하여 배터리의 실질적인 SOC값을 추출하도록 함으로써 전기자동차의 주동력원인 배터리의 SOC 추출에 신뢰성을 제공하며 보다 안정된 제어가 이루어질 수 있도록 한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is to extract the battery voltage during driving for a certain time, then filtered by a first order function, and the open circuit voltage (data-based) extracted through the experiment through the experiment ( SOC is extracted from Open Circuit Voltage (OCV) and SOC values, and this value is filtered second to extract the actual SOC value of the battery, which provides reliability for SOC extraction of batteries, the main power source of electric vehicles, and more stable control. Would be done.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 충전상태 검출장치에 대한 일 실시예의 구성 블록도1 is a block diagram of an embodiment of an apparatus for detecting a state of charge of an electric vehicle according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차에서 충전상태 검출을 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flowchart of an embodiment of performing a state of charge detection in an electric vehicle according to the present invention.
도 3은 전기자동차의 주행중 검출되는 배터리 상태에 대한 그래프3 is a graph of a battery state detected while driving an electric vehicle
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전기자동차에서 충전상태 검출시 배터리 각 상태에 대한 1차 필터링 그래프.4a and 4b is a first filtering graph for each state of the battery when detecting the state of charge in the electric vehicle according to the present invention.
도 5a 및 도5b는 본 발명에 따른 전기자동차에서 충전상태 검출시 배터리 각 상태에 대한 2차 필터링 그래프.5a and 5b is a secondary filtering graph for each state of the battery when detecting the state of charge in the electric vehicle according to the present invention.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전기자동차의 주행시 전류와 전류에 따른 전압을 설정된 시간 간격으로 추출하는 과정과; 상기 추출된 전류 및 전압을 설정된 주기로 구분하는 과정과; 상기 구분된 전류 및 전압에 대하여 1차 함수로 필터링하여 내부 저항값과 오픈 회로상의 전압을 추출하는 과정과; 상기 추출된 내부 저항값과 오픈 회로상 전압 및 평균 전류를 일정 범위값 만으로 추출하는 과정과; 상기 추출된 오픈 회로상 전압을 데이터 베이스에 설정되어 있는 오픈 회로 전압 대 SOC의 데이터로부터 현재의 SOC를 추출하는 과정과; 상기 추출된 현재의 SOC를 해당 전기자동차에 설정되어 있는 SOC와 비교하여 일정 이하의 값만을 추출하는 과정과; 상기 추출된 일정 이하의 SOC값을 오픈 회로 전압 대 SOC의 데이터로부터 현재의 실질적인 SOC를 추출하는 과정을 포함한다.The present invention for realizing the above object comprises the steps of extracting the current and the voltage according to the current during the driving of the electric vehicle at a set time interval; Dividing the extracted current and voltage into a set period; Extracting an internal resistance value and a voltage on an open circuit by filtering the separated currents and voltages by a first order function; Extracting the extracted internal resistance value, the open circuit voltage and the average current with only a predetermined range value; Extracting the current SOC from the data of the open circuit voltage vs. the SOC set in the database of the extracted open circuit voltage; Comparing only the extracted current SOC with the SOC set in the electric vehicle, and extracting only a predetermined value or less; Extracting the current SOC from the data of the open circuit voltage vs. the SOC.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차는 주동력원인 메인 배터리(10)와, 구동력을 발생하는 모터(70)의 토오크, 구동 속도 등의 거동을 제어하는 모터 제어기(20)와, 운전자의 시온 온 또는 주행 요구시 상위 프로세서의 제어에 따라 스위칭 되어 메인 배터리(10)의 전압 및 전류를 모터 제어기(20)측에 공급하는 컨텍터(30)와, 상기 컨텍터(30)와 메인 배터리(10)의 파워 라인에 접속되어 메인 배터리(10)의 전류를 검출하는 전류검출부(40) 및 상기 전류검출부(40)에서 측정되는 전류값을 설정된 알고리즘을 통해 연산하여 메인 배터리(10)의 각 모듈별 전압값을 검출하여 각종 한계값의 설정과 모터 제어, SOC 산출, 배터리 용량 (Ah) 산출 등을 수행하는 BMS(50)로 구성된다.As can be seen in FIG. 1, the electric vehicle according to the present invention includes a main battery 10 as a main power source, a motor controller 20 for controlling the behavior of torque, driving speed, and the like, of a motor 70 generating a driving force; In response to the driver's Zion on or driving request, the contactor 30 is switched under the control of the upper processor to supply the voltage and current of the main battery 10 to the motor controller 20, and the contactor 30 and the contactor 30. The main battery 10 may be connected to a power line of the main battery 10 to calculate a current detector 40 detecting a current of the main battery 10 and a current value measured by the current detector 40 through a set algorithm. The BMS 50 is configured to detect voltage values of respective modules, and to set various threshold values, perform motor control, SOC calculation, battery capacity (Ah), and the like.
전술한 바와 같은 기능을 갖는 구성의 본 발명에 따른 전기자동차에서 SOC 검출을 수행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of performing SOC detection in the electric vehicle according to the present invention having the configuration as described above is as follows.
전기자동차가 도시되지 않은 상위 프로세서의 제어에 의해 컨텍터(30)가 스위칭 온되어 메인 배터리(10)의 전압 및 전류가 모터 제어기(20)측에 공급됨으로써모터(60) 구동 토오크 및 구동 속도가 제어되어 소정의 목적지로 주행하는 상태에서 주동력원인 배터리의 각 상태가 일 예를들어 도 3과 같이 유지하고 있다고 가정한다.The contactor 30 is switched on by the control of an upper processor (not shown) so that the voltage and current of the main battery 10 are supplied to the motor controller 20 side, so that the driving torque and driving speed of the motor 60 are increased. It is assumed that each state of the battery which is the main power source in the state of being controlled and traveling to a predetermined destination is maintained as shown in FIG. 3, for example.
상기와 같이 전기자동차가 주행하고 있는 상태에서 BMS(50)는 설정된 시간 간격, 바람직하게는 반복적인 실험을 통해 추출한 1초 간격으로 전류검출부(40)로부터 메인 배터리(10)의 각 모듈에 대한 전류를 측정한 다음 측정된 전류에 따른 전압값을 추출하여 도 4a의 ①과 같은 그래프를 추출하며, 메인 배터리(10)의 SOC 변화량을 도 4a의 ②와 같이 추출한다(S100).In the state where the electric vehicle is running as described above, the BMS 50 is a current for each module of the main battery 10 from the current detector 40 at a set time interval, preferably at a 1 second interval extracted through repeated experiments. After extracting the voltage value according to the measured current to extract a graph as shown in ① of Figure 4a, and extracts the SOC change amount of the main battery 10 as shown in ② of Figure 4a (S100).
이후, 상기와 같이 설정된 시간 간격(1초)으로 검출되는 메인 배터리(10)의 각 모듈에 대한 전류 및 전압값을 설정된 주기, 바람직하게는 반복적인 실험을 통해 추출한 30초의 간격으로 분할하여 구분한다(S110).Subsequently, the current and voltage values for each module of the main battery 10 detected at the set time interval (1 second) as described above are divided and divided into set intervals, preferably 30 second intervals extracted through repeated experiments. (S110).
상기와 같이 설정된 주기(30초 간격)로 구분한 전류 및 전압을 최소 자승법(Least Square)을 적용하여 x축 전류, y축 전압으로 하는 1차 함수로 필터링하여 도4a의 ③과 같이 추출한다(S120).The current and voltage divided by the set periods (30 second intervals) as described above are filtered using a least-squares method (Least Square) and filtered as a first-order function of x-axis current and y-axis voltage, and extracted as in ③ of FIG. 4A ( S120).
상기와 같이 1차 함수로 필터링을 하게 되면 도 4a의 ③과 같이 수많은 1차 함수를 얻게 되며, 필터링되어 추출되는 1차 함수의 y축(전압) 절편이 전류가 '0'의 값을 갖을 때 오픈 회로의 전압(OCV)을 의미하며, 1차 함수의 기울기는 메인 배터리의 내부 저항(IR)을 의미하므로, 내부 저항값과 오픈 회로상의 전압을 도4a의 ④와 같이 추출한다(S130).If the filtering by the first-order function as described above, a number of first-order functions are obtained as shown in ③ of FIG. 4A, and when the y-axis (voltage) intercept of the filtered first-order function has a value of '0'. Since the voltage of the open circuit (OCV) and the slope of the primary function means the internal resistance (IR) of the main battery, the internal resistance value and the voltage on the open circuit are extracted as ④ of FIG. 4A (S130).
이후, 상기의 필터링을 통해 추출한 값들 중에서 설정된 기준값 보다 낮은 값, 즉 필터링 오차가 낮은 값만을 선택하고(S140), 내부 저항값(IR)과 오픈 회로상의 전압값(OCV) 및 상기와 같이 분할된 30개 단위의 전류 합을 30으로 나누어 산출한 평균전류가 설정된 기준값의 범위에 포함되는 값만을 추출한다(S150).After that, only a value lower than the set reference value, that is, a filtering error is low, is selected among the values extracted through the filtering (S140), and the internal resistance value IR and the voltage value OOCV on the open circuit and the divided values are divided. Only the value of the average current calculated by dividing the sum of the currents of 30 units by 30 is included in the range of the set reference value (S150).
상기와 같이 내부저항값(IR)과 오픈 회로상의 전압값(OCV) 및 평균전류가 추출되면 BMS(50)내의 메모리 영역에 설정되어 있는 도 4b의 ①과 같은 오픈 회로 전압(OCV)대 SOC의 데이터 베이스로부터 현재 추출되는 오픈 회로상의 전압값(OCV)을 통해 현재 차량에서의 실질적인 SOC를 도 4b의 ②와 같이 추출한다(S160).As described above, when the internal resistance value IR, the voltage value OVC on the open circuit, and the average current are extracted, the open circuit voltage (OCV) vs. SOC as shown in 1 of FIG. 4B set in the memory area in the BMS 50 is extracted. The actual SOC in the current vehicle is extracted as shown by ② of FIG. 4B through the voltage value OVC on the open circuit currently extracted from the database (S160).
이후, 상기 S160에서 추출한 실질적인 SOC와 해당 전기자동차에 대하여 설정되어 있는 SOC 변동량을 비교하여(S170), 그 결과가 일정값 이하, 바람직하게는 반복적인 실험을 통해 추출한 이상적인 결과값인 10 ~ 15% 이하를 갖는 값만을 추출한다(S180).Subsequently, comparing the actual SOC extracted in step S160 with the SOC variation set for the electric vehicle (S170), the result is less than a predetermined value, preferably 10-15%, which is an ideal result extracted through repeated experiments. Only values having the following values are extracted (S180).
상기와 같이 해당 전기자동차에 설정되어 있는 SOC 변동량과의 비교를 통해 추출한 SOC값을 도 5의 ①과 같은 오픈 회로 전압(OCV)대 SOC의 데이터 베이스로부터 현재 차량에서의 실질적인 SOC를 도 5의 ②와 같이 추출한다(S160).The SOC value extracted through comparison with the SOC fluctuation amount set in the electric vehicle as described above is represented by the open circuit voltage (OCV) versus the SOC database as shown in ① of FIG. Extract as follows (S160).
도 5에서 ③은 시간대 필터링값의 범위이고, ④는 내부 저항값(IR)을 도시한 그래프이다.In FIG. 5, ③ is a range of time zone filtering values, and ④ is a graph showing the internal resistance value IR.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차의 주동력원인 배터리의 SOC를 현재의 실질적인 값으로 검출하여 각종 한계 설정값과 모터 제어 및 회생 에너지 재생 제어를 수행함으로써 전기자동차의 제어에 신뢰성이 제공되고 운행에 안정성이 제공된다.As described above, the present invention detects the SOC of the battery, which is the main power source of the electric vehicle, as a current actual value, and performs various limit set values, motor control, and regenerative energy regeneration control to provide reliability and control of the electric vehicle. Stability is provided.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |