KR100273535B1 - 전기 자동차의 통합 관리 장치 및 그 방법 - Google Patents

전기 자동차의 통합 관리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 운전자의 운전 동작에 따라 감지되는 해당 신호를 출력하는 감지부와, 상기 감지부에서 출력되는 신호를 받아 차량의 배터리 에너지관리와 회생 에너지 관리, 주행거리 예측 및 연장을 계산하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 회생 에너지를 관리하고, 배터리에서 인가되는 전원을 안정화 시켜 인버터에 공급하기 위한 모터 제어부와, 상기 모터 제어부에서 출력된 전원을 인가 받아 일정 전압으로 승압시켜 출력하는 인버터와(IGBT), 상기 인버터에서 일정 고압으로 승압된 전압을 인가 받아 구동되어 자동차를 구동 시키는 모터와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 에너지 소모 상태가 제어 되며, 차량의 실내등, 실외등, 히터, 에어콘등 여러가지 장치로 구성되어 있는 하위 장치와, 상기 제어부에 의해 계산된 주행 가능 거리와, 고장 코드 발생시 고장 코드등를 출력하는 화면 표시부로 이루어져 있어, 각각의 제어 장치를 필요에 따라 적절하게 제어함으로써, 차량의 안정화를 이루고, 제한된 배터리의 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 구동 모터 구속으로 인해 발생되는 회생 에너지를 배터리에 재충전 시키며, 주행 가능 거리를 예측하여 필요치 않은 하위 장치들의 에너지 소모를 관리하며, 운전자에게 좋은 운전 습관을 제안하여 주행거리를 연장할 수 있고, 하나의 마이컴을 사용하여 전반적인 전기 자동차의 동작 상태 및 에너지 관리와 하위 장치까지 통합 관리할 수 있는 효과를 가진 전기 자동차 통합 관리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

전기 자동차의 통합 관리 장치 및 방법
제1도는 종래의 전기 자동자 관리 장치의 구성 블럭도.
제2도는 이 발명에 이용되는 전기 자동차 통합 관리 장치의 구성 블럭도.
제3도는 이 발명 전기 자동차에서 감지 장치의 블럭도.
제4도는 이 발명 전기 자동차에서 모터 제어부의 상세 구성도.
제5(a)도, 제5(b)도는 모터 제어부의 상세 회로도.
제6도는 이 발명 전기 자동차의 주행거리 예측 및 연장 장치의 구성 블럭도.
제7도는 이 발명 전기 자동차의 통합 관리 방법의 순서도.
제8도는 제6도의 주행거리 예측 및 연장 루틴의 동작 순서도.
제9도는 이 발명 전기 자동차의 정지 모드 서브루틴 동작 순서도.
제10도는 이 발명의 전기 자동차의 비상 상태 제어 동작 순서도.
제11도는 이 발명 전기 자동차의 고장 코드 처리 동작 순서도.
제12도는 이 발명 전기 자동자의 회생 제동 에너지 제어 동작 순서도.
제13도는 이 발명 전기 자동차의 운전 습관 모드 동작 순서도.
제14도는 이 발명의 전기 자동차의 요구견인력 산출 동작 순서도.
제15도는 이 발명 전기 자동자의 배터리 에너지 소모 이력 산출 동작 순서도.
이 발명은 전기 자동차의 통합 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차를 구동하는데 있어서, 전기 자동차의 안정화를 통하여 치명적인 위험 사태로부터 자동차를 보호하기 위해 각각의 제어 장치의 원활한 제어를 수행하고, 제한된 배터리의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 관리함으로써, 에너지 관리에 극대화를 기하기 위만 전기 자동차의 통합 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 전기 자동차 관리 장치에 대하여 설명한다.
종래의 전기 자동차 관리는 제1도에 도시한 바와 같이, 운전자에 의해 동작되는 스위치들의 신호를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하면, 제어부에서 인버터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)에 공급하는 배터리 에너지를 제어하여, 인버터 안정화를 이루어 구동 모터에 공급하여 자동차를 구동시키며, 주행중 브레이크의 구동으로 모터가 구속되어 발생하는 회생 에너지는 열로서 소모하였다.
그러나 상기 종래의 기술은 제한된 배터리의 에너지로 전기 자동차를 구동시키는데 효율적이지 못하여 에너지 낭비가 심하였고, 주행중인 자동차의 배터리가 에너지의 잔량으로 얼마만큼의 거리를 주행이 가능한지를 파악하지 못하여 주행중 자동차가 정지하는 사태가 발생되며, 브레이크 구동으로 인한 구동 모터의 구속으로 인해 발생되는 역기전력의 회생 에너지를 충전시키지 못하고 저항의 열로서 소모함으로써, 에너지의 낭비가 심하여 주행거리가 실제 주행 가능 거리보다 짧아지고, 자동자 주행에 극히 필요치 않은 하위 장치들의 에너지 소모 관리 미흡으로 주행거리가 극히 단축되는 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 전기 자동차의 운행상태 및 주행상태에 따라 적절하게 제어 관리함으로써, 전기 자동차의 안정화, 제한된 배터리의 에너지를 효율적이용, 주행중 브레이크 구동으로 발생되는 회생 에너지를 배터리로 재충전, 하위 장치들의 에너지 소모 관리, 운전자에게 좋은 운전 습관을 제안하여 주행거리를 연장시키는 전기 자동차 통합 관리 장치 및 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화시키는 단계와; 전기 자동자 운행시 안정된 동력 전달과 치명적인 사태 발생시 위험 사태로부터 차량을 보호하는 장치 제어 단계와; 상기 전기 자동차 운행시 주행하는 여러 운전자들의 운전 습관을 저장하여 모드화 하는 단계와; 상기 전기 자동차 운행시 자동차의 요구 견인력을 설정된 산술식에 의해 계산하여 산출하는 단계와; 상기 전기 자동차 운행시 주행거리에 따른 배터리 에너지 소모 이력을 설정된 산술식에 의해 계산하여 산출하고, 모드화 하는 단계와; 상기 단계에서 모드화 된 여러 운전자들의 운전 습관, 자동자의 요구 견인력, 배터리 에너지의 소모 테이블을 형성하고 저장하는 단계와; 상기 단계에서 에너지 소모 테이블을 형성한 상태에서 주행중인 자동차의 휠 파워(Pwh)를 시간 변화에 따라 계산하여 배터리의 에너지 소모를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 주행 중 시간 변화에 따라 가 속도를 계산하고, 출발서부터 현재 시간까지의 주행거리를 계산하여 남아있는 배터리의 에너지로 주행할 수 있는 거리를 예측하는 단계와; 자동차 주행 중 배터리 에너지가 가장 적게 되는 모드를 운전자에게 제안하고 하위장치를 제어하여 주행거리를 연장하는 단계로 이루어진다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.
제2도는 이 발명에 이용되는 전기 자동차 통합 관리 장치의 구성 블록도 이고, 제3도는 이 발명 전기 자동차에서 감지 장치의 블록도 이며, 제4도는 이 발명 전기 자동차에서 모터 제어부의 상세 구성도 이고, 제5도의 (가)(나)는 모터 제어부의 상세 회로도로서, 운전자의 운전 동작에 따라 각종의 스위치들이 동작을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 감지부(100)와; 상기 감지부(100)에 의해 출력되는 신호를 인가 받아 전기 자동차의 에너지 관리와 회생 에너지 관리와 주행 가능 거리를 예측하며, 주행거리 연장할 수 있도륵 설정된 산술식에 의해 계산하고 제어하는 제어부(200)와; 상기 제어부(200)의 제어 긴호에 따라 회생 에너지를 관리하고, 배터리에서 인가되는 전원을 안정화 시켜 출력하는 모터 제어부(300)와; 상기 모터 제어부(300)에서 안정화되어 출력된 배터리 전원을 인가 반아 일정 전압으로 승압시켜 출력하는 인버터(400)와; 상기 인버터(400)로부터 고압으로 승압된 전압을 인가 받아 구동되어 자동차를 주행하는 모터(500)와; 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따라 에너지 소모 상태가 제어되며, 차량의 실내등, 실외등, 히터, 에어콘등 여러 가지 장치로 구성되는 하위장치 구동부(600)와; 상기 제어부(200)에 의해 계산된 주행 가능 거리와, 고장 코드 발생시 고장 코드 출력 표시하는 화면표시부(700)로 이루어져 있다.
상기 감지부(100)는 제3도에 도시한 바와 같이 차량에 전원이 공급됨을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 온1(IG On1) 감지수단(101)과; 차량의 시동 온 준비 상태와 시동 온 완료후 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 스타트(IG St) 감지수단(102)과; 차량의 구동 모터를 구동시키는 시동 온 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 온2(IG On2) 감지수단(103)과; 차량의 고장으로 인한 비상사태 발생시와 운전자의 비상 스위치 조작에 따라 출력되는 신호를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 비상사태 감지수단(104)과; 가속 페달의 작동 상태 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 가속 페달 감지수단(105)과; 가속 페달의 가변 상태를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 가속 페달 가변 상태 감지수단(106)과; 브레이크 페달의 작동 상태 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 브레이크 페달 감지수단(107)과; 브레이크 페달의 가변 상태를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출럭하는 브레이크 페달 가변 상태 감지수단(108)과; 클러치 페달의 작동 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 클러치 페달 감지수단(109)과;변속단의 주행 상태와 중립 상태 및 변속단의 위치를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 변속단 감지수단(110)과, 차량 장치의 리셋과 펄스 신호 제거를 위해 운전자가 작동시키는 리셋 스위치의 동작 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 차량 장치 리셋 감지수단(111)과; 메인 배터리의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 배터리 온도 감지수단(112)과; 인버터의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 인버터 온도 감지수단(113)과; 모터의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 모터 온도 감지수단(114)과; 배터리의 충방전 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 MC1 스위치 감지수단(115)과; 브레이크의 구동에 따라 배터리의 충방전 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 MC2 스위치 수단(116)과; 주행중인 차량의 속도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 속도 감지수단(117)과; 구동 모터의 회전수를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 모터 회전수 감지수단(118)와; 메인 배터리에서 인가되는 전압과 구동 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 과전압과 저전압을 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 전압 감지수단(119)과; 메인 배터리에서 인가되는 전류와 구동 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 전류를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 전류 감지수단(12)과; 핸드 브레이크의 작동 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 핸드 브레이크 감지수단(121)과; 차량의 실내 온도를 감지하여 실내 온도를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실내 온도 감지수단(122)과; 차량의 실내의 밝기를 감지하여 실내등의 밝기를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실내 밝기 감지수단(123)과; 차량 실외의 밝기를 감지하여 라이트의 밝기를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실외 밝기 감지수단(124)으로 이루어져 있다.
상기 모터 제어부(300)는 제4도에 도시한 바와 같이, 이그니션 접점으로 이루어져 있어, 전원이 인가되면 배터리의 전원을 공급하기 위해 접점이 스위칭 되는 제2 스위칭 수단(320)과; 브레이크가 구동되면 모터가 구속되어 발생하는 회생 에너지를 배터리에 충전하기 위해 접점이 스위칭 되는 제1 스위칭 수단(330)과; 상기 공급되는 배터리 전원의 리플 전압을 제거하고 안정화된 전원을 인버터에 공급하기 위한 저역 RC필터(340)와, 배터리에서 인가되는 전압과 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 전압을 감지하여 출력하는 전압 감지수단(119)과; 상기 제1 스위칭수단(320)과 제2 스위칭 수단(330)을 제어하여 인버터(400)에 안정된 전원을 공급하고, 회생 에너지가 발생시 배터리에 재충전시키며, 치명적인 과전압 회생 에너지 발생시 제어부(200)에 과전압 발생 신호를 출력하는 제어 회로(310)로 구성되어 있다.
상기 제어회로(310)는 제5(a)도 와 (b)도에 도시한 바와 같이 , 상기 제어부(200)의 시작(Start)단자는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)과 제1 다이오드(D1)의 결합 단자에 연결되고 데이타 입력 단자(D)가 제3 저항(R3)과 연결되고, 프리셋(PRE) 단자가 입력 전원(Vcc) 단자에 연결되는 제1 플립플롭(U1)과 상기 제1 플립플롭(U1)의 출력(Q) 단자로부터 출력된 신호에 따라 제4 저항(R4), 제1 트랜지스터(Q1), 제6 저항(R4)를 통해서 온, 오프 구동하는 제1 릴레이(RLY1), 이그니션 접점으로 스위칭 되는 제2 스위치(MC2)와;
상기 제1 릴레이(RLYI)와 제2 스위치(MC2)로 출력되는 과전압과 저전압을 검출하는 전압 센서(S1)와; 상기 전압 센서(S1)에서 감지된 전압과 기준 전압을 비교하는 제1 비교기(1)와; 상기 제 1 비교기(1)에서 출력되어 클럭(CLK)단자에 입력되는 신호에 따른 데이타 입력 단자(D)의 신호를 출력하는 제2 플립플롭(U2)과;
상기 제2 플릴플롭(U2)을 리세트시키는 제 33 저항(R33) - 제 35 저항(R35), 캐패시터(C7), 트랜지스터(Q5)와; 상기 제 2 플립플롭(U2)으로부터 출력되는 신호에 따라 온.오프 구동하는 제 3 트랜지스터(Q3), 제 2 릴레이(RLY2), 이그니션 접점으로 스위칭 되는 제1 스위치 (MC1)와;
상기 제 2 릴레이(RLY2)로부터 출력되는 신호에 따라 온,오프 하는 트랜지스터(Q4)와, 상기 트랜지스터(Q4)로부터 출력되는 전압 센서로부터 감지된 전압 신호와 기준 전압을 비교하여 과전압을 비교 판단하는 제21 저항(R21) - 제 25 저항(R25), 제3 캐패시터(C3), 제4 캐패시터(C4), 제3 다이오드(D3)-제5 다이오드(D5), 가변저항(R26), 표시 램프(LED1), 비교기(3)로 구성된 과전압부와;
상기 제2 릴레이(RLY2)로부터 출력되는 신호에 따라 온,오프하는 상기 트랜지스터(Q4)에 의하여 전압 센서로부터 감지된 전압과 기준 전압을 비교하여 저전압을 비교 판단하는 제 27 저항(R27) - 제 31 저항(R31), 제 5 캐패시터(C5), 제 6 캐패시터(C6), 제 7 다이오드(D7)-제 9 다이오드(D9), 가변저항(R32), 표시 램프(LED2), 비교기(3)로 구성된 저전압부와;
상기 제 2 릴레이(RLY2)로부터 출력되는 신호에 따라 온, 오프하는 트랜지스터(Q4)로부터 신호를 받아 기준 전압과 비교하여 회생 에너지를 출력하는 제 36 저항(R36) - 제 42 저항(R42), 다이오드(D10)(D11), 가변저항(R4O), 캐패시터(C8)-캐패시터(C10), 표시 램프(LED3), 비교기(4)와; 상기 비교기(4)로부터 출력되는 신호와 제어부로부터 출력되는 신호를 논리곱 하는 제 43 저항(R43), 논리곱 연산 수단(AND Gate)과; 상기 논리곱 연산수단(AND Gate)으로 출력된 신호에 따라 온,오프 구동하는 제6 트랜지스터(Q6)와, 제44 저항(R44)과; 자동차 이그니션 온(IG on) 단자에 연결된 제3 릴레이(RLY3)와; 제45 저항(R45) - 제47 저항(R47)과; 레귤레이터스위치 단자(SW)에 연결된 제4 램프(LED4)로 구성하게 된다.
제6도는 이 발명 전기 자동차의 주행거리 예측 및 연장 장치의 구성 블록도로서, 제어부(200)는 감지부(100)의 출력 신호를 저장하기 위한 저장부(210)과; 상기 감지부(100)의 변속 감지수단(110)의 변속 레버 작동 시간을 계수하는 가운터(220)와;
상기 저장부(210)에서 저장된 데이터를 인가 받아 주행거리를 연산하기 위한 연산부(230)과; 여러 운전자의 운전 습관에 따라 달라지는 주행거리와 배터리 소모전력을 비교하여 연산수단으로 전송하는 비교부(240)로 이루어진다.
상기와 같이 구성되는 이 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 관리 방법을 설명하면 다음과 같다.
제7도에 도시한 바와 같이, 전기 자동차를 구동하기 위해 전원을 인가하면, 상기한 제어부(200)는 한정된 에너지를 이웅하기 위한 에너지 관리를 수행하기 위해 사용하는 모든 변수들을 초기화하고(S10), 자동차를 구동하여 주행하는데 있어서 안정된 동력 전달과 치명적인 위험 사태 발생시 위험 사태로부터 차량을 보호하기 위한 제어를 한다(S100).
상기 자동차에 안정된 동력 전달과 차량의 주행중 치명적인 위험 사태의 발생을 방지하고, 치명적인 위험 사태에서 차량 보호는 제8도에 도시한 바와 같이, 차량의 이그니션 스위치 단자를 확인하여 오프 상태인가를 판단하게 된다(S101).
상기 이그니션이 오프인 경우 차량의 주행 상태가 아닌, 정지 상태이므로 정지 모드 루틴을 수행한다(S110). 이때 정지 모드 동작은 제9도에 도시한 바와 같이, 차량의 미끄러짐 등을 방지하기 위해 모든 브레이크를 작동시킨다(S111).
상기 브레이크가 동작되고 있음을 화면 표시부(700)를 통하여 운전자에게 출력하고(S112) 리턴한다.
상기 이그니션이 온 인 경우 주행중인 차량의 비상 스위치의 작동 상태를 판단한다(S102). 이때 상기 주행중인 차량에 비상 스위치가 작동되었으면, 제10도에 도시한 바와 같이 비상사태 처리 루틴을 수행한다(S120).
즉 상기 비상 스위치가 작동되면, 운전자에 의한 스위치 작동인가를 판단한다(S121). 운전자에 의한 스위치 작동인 경우, 비상 사태 동작을 해제시키고(S122) 리턴한다.
한편 상기 비상 스위치가 자동적으로 작동된 경우, 치명적인 비상 사태인가를 판단한다(S123). 상기 치명적인 비상 사태인 경우 정지 모드 루틴을 수행하고(S124), 치명적인 사태가 아닌 경우에는 비상 사태를 해제하고 리턴한다.
그러나 상기 제어부(200)에서 주행중인 차량이 비상 상태가 발생하지 않았으면 고장 코드의 발생 유,무를 검색한다(S103).
상기 고장 코드가 발생되면, 제11도에 도시된 바와 같이, 고장 코드 루틴을 수행하여 고장 코드를 화면 표시부(700)에 출력한다(S131). 상기 검색된 고장 코드가 치명적인 고장에 의한 고장 코드 발생인가를 판단하여(S132), 치명적인 고장에 의한 코드 발생인 경우 차량 정지 모드 루틴을 수행한다(S133). 반면에 상기 치명적 고장이 아닌 경우 주행 상태를 계속하고, 고장 코드를 해제하고(S134) 리턴한다.
이후 제어부(200)에서 상기 차량에 고장이 발생되지 않고 주행중인 상태에서 차속 변경을 위한 클러치의 동작을 판단하여(S104), 클러치 변속 테이블 모드를 형성하고(S140), 가속 페달의 동작 상태를 판단하여(S105), 가속 페달의 변화량을 입력하여(S150) 에너지 관리의 기초 데이터를 형성한다.
그리고, 브레이크 페달의 동작 상태를 판단하여(S106) 브레이크가 동작된 경우 제5도에 도시되어 있는 제어 회로를 제12도에 도시되어 있는 회생 제동 제어순서에 의해 수행한다(S160).
상기 회생 제동은 인버터(IGBT)의 동작을 점검하고(S161), 상기 점검한 인버터가 정상인가를 판단하여(S162), 정상이 아닌 고장인 경우 고장 제어 루틴을 수행한다(S166).
상기 인버터가 정상 동작하는 경우, 회생 에너지 발생 전압을 제4도에 도시되어 있는 전압 센서에 의해 검출하여, 치명적인 과전압 발생을 판단한다(S164). 이때 상기 치명적인 과전압이 발생되면 차량 정지 모드 루틴을 수행한다(S165). 그러나, 상기 검출된 전압이 정상 전압인 경우, 상기 발생한 회생 에너지 전압을 메인 배터리(1)에 충전하고(S167) 리턴한다.
이어서 상기 전기 자동차의 장치를 제어함에 따라 에너지 소모가 발생되고, 상기 에너지 소모는 제13도에 도시한 바와 같이, 전기 자동차를 구동하여 주행하는 여러 운전자들의 운전 습관을 모드와 하는 단계(S200)를 수행하게 된다.
즉 제6도에 도시한 바와 같이, 감지부(100)의 변속단 감지수단(110)에서 변속 레버의 동작 상태를 감지하여 판독하며(S210), 브레이크 페달 감지수단(107)에서 브레이크 페달의 동작 상태를 감지하여 판독하고(S220), 가속 페달 감지수단(105)에서 가속 페달의 동작 상태를 감지하여 판독한다(S230).
상기 판독된(S210∼230) 데이타를 운전자의 운전 습관에 따른 모드를 아래의 표 1과 같이 구성한다.
[표 1]
상기에서 구성된 시간 변화에 따른 운전자의 운전 습관 모드는 저장수단(210)에 저장하고 리턴한다.
그리고 상기 주행중인 전기 자동차가 움직이기 위해서 요구되는 요구 견인력을 계산하여 에너지의 소모를 산출하는 단계(S300)는 제14도에 도시한 바와 같이, 자동차가 경사각을 오를 때 받는 공기 저항력 (Fd)를 계산하고(S130),
자동차의 바퀴가 구동할 때 받는 구름 저항력 (Fr)를 계산하고(S320),
Fr = Wt COSθ Cr + K Ft
자동차가 경사각을 오를 때 받는 등판력 (Fg)를 계산하고(S330),
Fg = Wt SINθ
자동차가 구동할 때의 가속도 (Fa)를 계산하여(S340),
자동차가 언덕을 오르는데 필요한 요구 견인력(Ft)를 구하면(S350),
Ft=Fd+Fr+Fg+Fa
여기서 Wt는 차량의 중량,
g는 중량 가속도,
θ 는 경사각이고,
Af는 자량의 전면적,
p 는 공기 밀도,
Cd는 항력 계수이고,
Cr는 구름 저항력,
I는 관성 모우멘트,
r는 TIRE 반경이고,
K는 저항 보정 계수이다. )
또한, 여기에 자동차가 언덕을 오르는데 구동하는 바퀴의 휠 파워(Pwh)를 계산하고(S360),
Pwh = V + Ft
리턴한다.
상기 자동차의 휠 파워(Pwh)는 배터리의 에너지 소모(Pb)에 비례하므로 휠 파워값이 산출되면, 자동차가 구동될 때 요구되는 에너지 소모값이 산출된다.
상기 전기 자동차 주행거리에 따른 배터리 에너지 소모 이력 산출 단계(S400)는 제 15 도에 도시한 바와 같이 메인 배터리는 여러개의 셀(CELL)들이 모여서 형성되어 있으며, 그에 따라 배터리 셀의 전압이 나타내는 기본식은
Vd= V0- IdRc ------------- (1)
(여기서 Vd는 방전된 셀의 전압,
V0는 부하가 없는 전압,
Id는 방전 전류,
Rc는 셀의 유효 저항이다.)
그러므로 배터리의 에너지 소모 이력을 구하기 위해 배터리의 방전 전류(Id)을 인가받아 판독하고(S410), 배터리의 방전된 셀의 전압 (Vd)을 인가받아 판독한다(S420).
부하가 걸리지 않은 배터리의 전압(V0)을 계산하여 산출하면(S430),
V0= (Id×Rc)+Vd
이므로, 배터리의 파워 Pb를 구하면(S440),
Pb = VdId되고, 식(1) Vd= V0-IdRc을 대입하면,
Id2Rc-IdV0+Pb=0 를 얻을 수 있다.
따라서, 배터리 에너지 소모 이력을 계산하면 (S450),
Pb=IdV0-Id이 된다.
또한, 배터리 터미널(인버터)에서 소모되는 배터리 에너지 소모 이력을 계산하면(S460),
를 얻을 수 있다.
(여기서 Pwh는 휠 파워, ηd 는 인버터의 효율, ηm 는 모터의 효율,
η p 는 파워 트레인의 효율이다.)
상기 방전된 전압은 식(1)에 따라 시간 증분을 포함하여 최신의 것으로 바뀌어지고 계산은 배터리 전압이 컷 아웃 포인트 이하로 내려가거나 사용자에 의해 리미트 설정값에 이를 때까지 계속 상피의 순서를 수행하고 리미트 설정값에 이르면 리턴한다.
상기와 같이 모드화 된 여러 운전자들의 운전 습관과, 그에 따라 소모되는 배터리 에너지의 소모 이력과, 자동차의 요구 견인력을 계산하여 에너지 소모 테이블을 제6도에 도시되어 있는 저장 수단(210)에 저장한다(S500).
이어서 상기 현재 주행하고 있는 차량의 남아 있는 배터리 에너지로 주행 가능한 주행거리를 예측 및 연장을 위하여 상기 주행중인 차량의 휠 파워(Pwh)을 시간 변차에 따라 계산하여 배터리의 에너지 소모량을 산출하고(S600).
Pwh = V × Ft
주행중인 차량의 가속도 a 를 계산하여, 시간 변화에 따라 차량의 현재 가속도를 산출하고(S610),
(여기에서 T2-T1 = 100μ sec 이다.)
자동차가 출발서부터 현재 주행 시간까지의 주행거리 S를 계산하여 산출하면(S620),
이다.
(여기서 S1는 T1 시간가지의 주맹거리, S는 현재 시간까지의 주행거리이다.)
따라서, 상기에서 계산된 휠 파워(Pwh)값과 면재의 가속도(a)와 현재 시간까지지의 주행거리(S)를 설정된 프로그램에 의해 계산하여, 현재 남아있는 제한된 배터리의 에너지로 주행할 수 있는 거리를 예측하여 화면 표시부(700)에 출력한다(S630).
또한, 주행중인 자동차에서 현재 남아있는 배터리의 에너지를 사용하여 주행거리를 연장하고자 할 때, 상기 저장부(210)에 저장되어 여러 운전자의 운전 습관테이블 중 배터리의 에너지가 가장 적게 소모되었던 모드를 선택하여 운전자에게 제안한다.
또한 하위장치(600)의 에너지를 관리하여 필요치 않은 하위장치의 에너지를 차단하고, 에너지 소모를 최소한으로 줄여 줌으로써, 전기 자동차의 주행거리를 실제 계산된 주행거리보다 연장할 수 있다(S700).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 통합 관리 장치를 통하여 각각의 제어장치를 필요에 따라 적절하게 제어함으로써, 전기 자동차의 안정화를 이루고, 그로 인해 제한된 배터리의 에너지를 효율적으로 이용이 가능하도록 주행중 브레이크 구동으로 발생되는 회생 에너지를 배터리에 재충전시키며, 주행 가능 거리를 예측하여 에너지가 소모되는 필요치 않은 하위 장치들의 에너지 소모를 관리하며, 운전자에게 좋은 운전 습관을 제안하여 주행거리를 연장할 수 있고, 하나의 마이컴을 사용하여 전반적인 전기 자동차의 동작 상태 및 에너지 관리와 하위 장치까지 통합 관리할 수 있는 효과를 가진 전기 자동차 통합 관리장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 운전자의 운전 동작에 따라 각종의 스위치들이 동작을 감지하는 감지수단과; 상기 감지수단에서 감지된 신호를 받아 기설정된 프로그램에 의하여 전기 자동차를 제어하고 제어된 신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단의 제어 신호에 의하여 배터리에서 인가되는 전원을 안정화 시켜 인버터에 공급하기 위한 모터 제어수단과; 상기 모터 제어수단에서 안정화되어 출력된 배터리 전원을 인가받아 전압으로 승압시켜 출력하는 인버터와; 상기 인버터에서 일정 고압으로 승압된 전압을 인가받아 구동되어 자동차를 구동시키는 모터와; 상기 제어수단의 제어 신호에 의하여 구동하는 차량의 실내등, 실외등, 히터, 에어콘등 여러가지 장치로 구성되어 있는 하위 장치와; 상기 제어수단에 의하여 고장 코드를 출력하는 화면 표시수단으로 구성된 전기 자동차의 관리장치에 있어서, 상기 감지수단은 차량에 전원이 공급됨을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 온1(IG On1) 감지수단과; 차량의 시동 온 준비 상태와 시동 온 완료후 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 스타트(IG St) 감지수단과; 차량의 구동 모터를 구동시키는 시동 온 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 이그니션 온2(IG On2) 감지수단과; 차량의 고장으로 인한 비상사태 발생시와 운전자의 비상 스위치 조작에 따라 출력되는 신호를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 비상사태 감지수단과; 가속 페달의 작동 상태 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 가속 페달 감지수단과; 가속 페달의 가변 상태를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 가속 페달 가변 상태 감지수단과; 브레이크 페달의 작동 상태 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 브레이크 페달 감지수단과; 브레이크 페달의 가변 상태를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 브레이크 페달 감지수단과; 브레이크 페달의 가변 상태를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 브레이크 페달 가변 상태 감지수단과; 클러치 페달의 작동 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 클러치 페달 감지수단과; 변속단의 주행 상태와 중립 상태 및 변속단의 위치를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 변속단 감지수단과; 차량 장치의 리셋과 펄트 신호 제거를 위해 운전자가 작동시키는 리셋 스위치의 동작 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 차량 장치 리셋 감지수단과; 메인 배터리의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 배터리 온도 감지수단과; 인버터의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 인버터 온도 감지수단과; 모터의 온도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 모터 온도 감지수단과; MC1 스위칭 수단을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 MC1 스위치 감지수단과; MC2 스위칭 수단을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 MC2 스위치 수단과; 주행중인 차량의 속도를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 속도 감지수단과; 구동 모터의 회전수를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 모터 회전수 감지 수단과; 메인 배터리에서 인가되는 전압과 구동 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 과전압과 저전압을 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 전압 감지수단과; 메인 배터리에서 인가되는 전류와 구동 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 전류를 감지하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 전류 감지수단과; 핸드 브레이크의 작동 상태를 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 핸드 브레이크 감지수단과; 차량의 실내 온도를 감지하여 실내 온도를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실내 온도 감지수단과; 차량의 실내의 밝기를 감지하여 실내등의 밝기를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실내 밝기 감지수단과; 차량 실외의 밝기를 감지하여 라이트의 밝기를 조절하기 위해 해당하는 신호를 출력하는 실외 밝기 감지수단을 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어부는 이그니션 접점과; 배터리에 전원 공급을 위한 접점이 스위칭 되는 제2 스위칭 수단과; 브레이크 구동시 모터가 구속되어 발생하는 회생 에너지를 배터리에 충전하기 위해 접점이 스위칭 되는 제1 스위칭 수단과; 상기 배터리 전원의 리플 전압을 제거하는 저역 RC필터와; 상기 배터리에서 인가되는 전압과 모터의 구속으로 발생되는 회생 에너지의 전압을 감지하여 출력하는 전압 감지수단과; 상기 제1 스위칭 수단과 제2 스위칭 수단을 제어하여 인버터에 안정된 전윈을 공급하고, 회생 에너지가 발생시 배터리에 재충전시키며, 치명적인 과전압 회생 에너지 발생시 제어부에 과전압 발생 신호를 출력하는 제어 회로로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 감지수단의 출력 신호를 저장하기위한 저장 수단과; 상기 감지수단에서 변속 감지수단의 변속 레버 작동 시간을 계수하는 카운터와; 상기 저장 수단에서 저장된 데이터를 인가받아 주행거리를 연산하기 위한 연산수단과; 여러 운전자의 운전 습관에 따라 달라지는 주행거리와 배터리 소모 전력을 비교하여 연산수단으로 전송하는 비교 수단을 포함하여 이루어진 전기 자동차 통합 관리 장치.
  4. 자동차에 안정된 동력 전달과 치명적인 위험 사태 발생시 위험 사태로부터 차량을 보호하기 위한 차량 장치 제어 단계와, 상기 자동차 주행에 따른 여러 운전자들의 운전 습관을 저장하여 모드화 하는 단계와; 상기 자동차의 요구 견인력을 설정된 산술식에 의해 계산하여 산출하는 단계와; 상기 자동차 주행거리에 따른 배터리 에너지 소모 이력을 설정된 산술식에 의해 계산하여 산출하고, 모드화 하는 단계와; 상기 모드화 된 여러 운전자들의 운전 습관과 그에 따라 소모되는 배터리 에너지의 소모 이력과 자동차의 요구 견인력을 계산하여 에너지 소모 테이블을 형성하고, 저장하는 단계와; 상기 자동차의 현재 휠 파워를 계산하고, 현재의 가속도를 계산하며, 출발서부터 현재 시간까지의 주행거리를 계산하여 남아있는 배터리의 에너지로 주행할 수 있는 거리를 예측하는 단계와; 상기 자동차의 출발전과 주행 중 상기 저장된 여러 운전자의 운전 습관 중 최적의 운전 습관을 선택하여 주행거리 연장을 제안하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 통합 관리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차량 장치 제어 단계는 자동차의 감지부로 부터 입력되는 이그니션 스위치 단자를 확인하여 오프 상태인가를 판단하여 오프 상태인 경우 정지 모드 루틴을 수행하는 단계와; 비상 스위치의 작동 상태를 판단하여 비상 사태 처리 루틴을 수행하는 단계와; 고장 코드의 발생 여부를 판단하여 고장 코드 처리 루틴을 수행하는 단계와; 클러치 페달의 작동 상태를 판단하여 클러치 변속 테이블 모드를 형성하는 단계와; 가속 페달의 동작 상태를 판단하는 가속 페달의 변화량을 입력하는 단계와; 브레이크 페달의 동작 상태를 판단하여 회생 제동 제어 루틴을 수행하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 전기 자동차 통합 관리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정지 모드 루틴 단계는 자동차가 움직이지 못하도록 사용되는 모든 브레이크를 작동시키는 단계와; 상기 작동된 브레이크 상태를 화면에 출력하는 단계로 이루어진 전기 자동차 통합 관리 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 비상사태 처리 루틴 단계는 비상 스위치가 운전자에 의해 작동되었는지 판단하는 단계와; 상기 비상 스위치가 자동적으로 작동된 경우 치명적인 비상사태로 판단하는 단계와; 상기 비상 사태가 치명적이면 차량을 정지시키는 정지 모드를 수행하는 단계와; 상기 비상 스위치가 운전자에 의해 작동되었으면 비상 사태를 해제하고 리턴하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 고장 코드 처리 루틴 단계는 고장 코드를 화면 표시부에 출력하는 단계와; 상기 고장 코드가 차량에 치명적인 고장 코드인가를 판단하여, 치명적인 고장 코드인 경우 차량 정지 모드를 수행하는 단계와; 상기 발생한 고장 코드가 차량에 치명적이지 않으면, 고장 코드를 해제하고 리턴하여 계속 주행하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
  9. 제5항에 있어서, 회생 제동 제어 루틴 단계는 인버터가 정상 동작을 하고 있는지 점검하는 단계와; 상기 인버터가 고장인 경우 고장 코드 제어 루틴을 수행하는 단계와; 상기 인버터가 정상인 경우 회생 에너지의 전압을 검출하는 단계와; 상기 검출된 회생 에너지 전압이 차량에 치명적인 과전압인가를 판단하여 치명적인 과전압인 경우 차량 정지 모드를 수행하는 단계와; 상기 검출된 회생 에너지 전압이 치명적인 과전압이 아닌 경우 메인 배터리에 상기 회생 에너지를 충전하고 리턴하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
  10. 제4항에 있어서, 운전자들의 운전 습관을 저장하여 모드하는 단계는 변속 레버의 동작 상태를 감지하여 판독하는 단계와; 브레이크 페달의 동작상태를 감지하여 판독하는 단계와; 가속 페달의 동작 상태를 감지하여 판독하는 단계와; 상기에서 판독된 데이타를 운전자의 운전 습관에 따라 모드화 하여 저장하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
  11. 제4항에 있어서, 자동차의 요구 견인력 산출 단계는 자동차 경사각을 오를 때 받는 공기 저항력 (Fd)를 계산하여 산출하는 단계와; 자동차의 바퀴가 구동할 때 받는 구름 저항력 (Fr)를 계산하여 산출하는 단계와; 자동차가 경사각을 오를때 받는 등판력 (Fg)를 계산하여 산출하는 단계와; 자동차가 구동할 때의 가속도 (Fa)를 계산하여 산출하는 단계와; 자동차가 언덕을 오르는데 필요한 요구 견인력(Ft)를 계산하여 산출하는 단계와; 자동차가 언덕을 오르는데 구동하는 바퀴의 휠 파워(Pwh)를 계산하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
  12. 제4항에 있어서, 배터리 에너지 소모 이력을 산출하는 단계는 배터리의 에너지 소모 이력을 구하기 위해 배터리의 방전 전류(Id)을 입력하는 단계와; 배터리의 방전된 셀의 전압 (Vd)을 입력하는 단계와; 부하가 없는 배터리의 전압(V0)을 계산하여 산출하는 단계와; 상기에서 산출된 데이타로 배터리의 파워 (Pb)를 계산하여 산출하는 단계와; 상기에서 산출된 배터리 에너지 소모 이력을 모드화하여 저장하는 단계와; 상기에서 방전된 전압은 시간 증분을 포함하여 최신의 것으로 바뀌어지고, 배터리 전압이 컷 아웃 포인트 이하로 내려가거나, 사용자에 의해 리미트 설정값에 이를 때까지 계속적으로 계산하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어진 전기 자동차의 통합 관리 방법.
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