KR100391421B1 - Method for estimating residual energy of battery of electric car - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기 자동차의 배터리 잔존 용량 예측방법으로서, 상기 배터리를 제1 전류값으로 충전한 후, 상기 배터리 충전 시간이 제1 특정 시간 이상이면 상기 배터리의 입출력 전류값을 측정하는 단계; 측정된 상기 입출력 전류값이 제2 전류값 범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량과 배터리 입출력 전압 대비의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 전지 잔존 용량의 오차를 계산하는 단계; 계산된 전지 잔존 용량이 전지 잔존 용량 변화율 오차 허용범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량을 계산된 상기 전지 잔존 용량으로 세팅하여 예측하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for predicting initial battery remaining capacity of an electric vehicle. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of predicting a battery remaining capacity of an electric vehicle, comprising: measuring an input / output current value of a battery after charging the battery with a first current value and the battery charging time is greater than or equal to a first specific time; If the measured input / output current value is within a second current value range, calculating an error of battery remaining capacity during constant current charging by using a map of initial battery remaining capacity and battery input / output voltage; If the calculated battery remaining capacity is within a battery remaining capacity change rate error tolerance, setting an initial battery remaining capacity to the calculated battery remaining capacity and predicting it.
본 발명은 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존 용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측할 수 있으며, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상할 수 있다.According to the present invention, the battery voltage in the power failure state can predict the battery remaining capacity using a correlation with the battery remaining capacity measured in the off-load state, and the change in the actual battery remaining capacity that can be calculated for a predetermined time versus the input / output cell voltage of the battery By comparing the relationship and selecting the correct measurement point, it is possible to compensate for errors that may occur as the capacitance component changes.
Description
본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로써, 특히 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly, to a method for predicting initial battery remaining capacity for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
일반적으로, 자동차에는 초기 엔진 시동시 스타터 모터의 구동이나 기타 전장품에 필요한 전류의 공급을 위해 배터리(battery)가 장착되어 있고, 또한 최근의자동차 개발 추세로는 대기 오염에 심각한 영향을 주고 있는 현재의 가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하여 이의 연소에 의한 폭발력으로 주행할 수 있는 동력을 얻도록 된 차량 대신에 공해 발생이 적은 차량을 개발하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있는 바, 그 중 하나로서 전력에 의하여 움직이는 전기 자동차(Electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.In general, automobiles are equipped with batteries for driving starter motors or for supplying electrical current required for the initial engine start-up, and current vehicle development trends have serious effects on air pollution. Instead of using gasoline or heavy oil as the main fuel to obtain the power to drive the explosion by its combustion, much research is being done to develop a vehicle with less pollution. A lot of efforts are being made to develop electric vehicles.
전기 자동차는 구동 연료로서 대개 2차 전지인 납축전지를 사용하고 있으며, 납축전지에서 출력되는 전원으로 동력 발생장치를 구동시키고 이를 동력 전달장치를 통해 구동 휠로 전달하여 구동 휠을 회전시킴으로써 동작된다. 이러한 납축전지는 각각 다른 금속으로 만들어진 양극과 음극의 전극과 전해질로 구성되어 있으며, 양극에 부하를 연결하여 각 전극의 작용물질과 전해액이 가지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 끌어 낼 수 있도록 되어있다. 또한, 역으로 전기적 에너지를 주면 다지 화학적 에너지를 가진 본래의 작용 물질로 되돌아가게 된다.An electric vehicle generally uses a lead acid battery, a secondary battery, as a driving fuel, and is operated by driving a power generator with power output from the lead acid battery and transmitting the power generator to the driving wheel through the power transmission device to rotate the driving wheel. The lead acid battery is composed of electrodes and electrolytes of a positive electrode and a negative electrode made of different metals, and by connecting a load to the positive electrode, it is possible to draw chemical energy of the working material and electrolyte of each electrode into electrical energy. In addition, inversely giving electrical energy back to the original working material with a multi-chemical energy.
이와 같은 축전지에 있어 방전이 진행됨에 따라 양극과 음극간의 단자 전압은 점차로 내려가다가 어느 한도에 이르게 되면 급격히 저하하여 방전 종지 전압에 이르게 되면 급격히 저하하여 방전 종지 전압에 이르게 되며 그 이후부터는 방전 능력이 없어진다. 방전 종지 전압 이하에서까지 방전하게 되면 전해액과 화학적 반응을 일으켜 전류를 생성하는 극판이 손상되어 축전지로서의 기능을 상실하게 된다. 따라서, 전기 자동차는 배터리에 충전되어 있는 암페어 시용량{Ah = 일정방전 전류(A) * 방전 종지 전압까지의 연속방전시간(h)}만큼 주행할 수 있고, 주행중 구동 휠의 회전력을 역이용하여 발전을 한 후 다시 재충전시키면서 사용할 수 있도록하고 있으며, 배터리가 완전히 방전될 정도까지 차를 운행하다 주행중 정지하게 되면 재충전에 어려움이 있으므로 주행중 배터리(또는 전지)잔존 용량을 정확하게 파악하는 것이 중요하다.As the discharge proceeds in such a battery, the terminal voltage between the positive electrode and the negative electrode gradually decreases and reaches a certain limit, and then rapidly decreases, and reaches a discharge end voltage, which leads to a discharge end voltage. . If the discharge reaches below the discharge end voltage, the electrode plate which is chemically reacted with the electrolyte and generates a current is damaged, thus losing its function as a storage battery. Accordingly, the electric vehicle can travel as long as the ampere capacity (Ah = constant discharge current (A) * continuous discharge time (h) up to the discharge end voltage) charged in the battery, and generate power by using the rotational force of the driving wheel while driving. After recharging, it is possible to use it again and drive the car to the point where the battery is completely discharged. If it is stopped while driving, it is difficult to recharge. Therefore, it is important to know the remaining capacity of the battery (or battery) while driving.
특히, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측은 충전 또는 방전시 차량 운향의 제어 기준으로, 충전 시에는 탑재형 충전기 또는 급속충전장치의 충전량 및 충전방법을 결정하는 방법과, 방전시에는 전지를 보호하고 공급 가능한 가속 능력(파워) 및 주행거리(용량)예측의 기준값 설정요소로 매우 중요하다. 이 예측에 오차가 많이 발생하면, 정확한 자동차 제어가 어려워 전지 수명의 감소 및 전지 실패(fail), 안전성의 문제가 발생한다.In particular, the prediction of the initial battery remaining capacity of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle is based on the control of vehicle direction during charging or discharging, and when charging, a method of determining the charging amount and charging method of an on-board charger or a quick charging device, and It is very important as a reference value setting factor for predicting acceleration capacity (power) and mileage (capacity) that can protect and supply batteries. If there are many errors in this prediction, it is difficult to control the vehicle accurately, resulting in a reduction in battery life, battery failure, and safety problems.
종래의 초기 전지 잔존 용량 예측방법은 전지의 무부하 전하(OCV) 특성을 이용하여 잔존 용량을 예측하였다. 전지의 무부하 전압은 전지 모델링 상에 전지 내부저항과 병렬로 존재하는 커패시턴스(Capacitance) 성분에 의해 이전 차량 주행 패턴에 따라 충방전 잔존 전압이 존재하여 이전 사이클이 충전시와 방전시에 무부하 전하 차가 매우 크며, 데이터 매핑(mapping)시에 측정시간 포인트에 따른 전압 변화가 매우 커서 도1과 같은 오차 발생하는 문제점이 있었다.The conventional initial battery remaining capacity prediction method predicted the remaining capacity by using the no-load charge (OCV) characteristics of the battery. The no-load voltage of the battery is due to the capacitance component in parallel with the battery internal resistance on the battery modeling.There is a charge / discharge residual voltage according to the previous vehicle driving pattern. It is large and there is a problem that the error occurs as shown in Figure 1 because the voltage change is very large according to the measurement time point during data mapping (mapping).
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 전지 모델링상 정전 상태(Steady status)의 충전 상태에서 내부저항과 병렬로 연결된 커패시터 성분이 만충전 됨으로서 전지 내부저항에 의존하여 전압이 형성됨을 기초로, 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측하고자 하는 데 그 목적이 있다.In order to solve such a problem, the technical problem to be achieved by the present invention is that the voltage is dependent on the internal resistance of the battery by charging the capacitor component connected in parallel with the internal resistance in the state of charge of the battery model (Steady status) On the basis of the formation, the purpose is to predict the battery remaining capacity by using a correlation with the battery remaining capacity measured in the off-load state in the electrostatic state.
또한, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상하고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, it is another object to compensate for errors that may occur as the capacity component changes by comparing the change in the actual battery remaining capacity that can be calculated for a predetermined period of time with the input / output cell voltage of the battery. .
도1은 종래의 초기 전지 잔존 용량의 예측을 적용하는 그래프를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a graph to which a conventional initial battery remaining capacity prediction is applied.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템을 나타내는 구성 블록도 이다.2 is a block diagram illustrating an initial battery remaining capacity prediction system for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법을 나타내는 흐름도 이다.3 is a flowchart illustrating a method of predicting initial battery remaining capacity for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 전지 잔존 용량 대 전지 전압의 관계가 표시된 그래프를 나타내는 도면이다.4 is a graph illustrating a relationship between initial battery remaining capacity and battery voltage according to an exemplary embodiment of the present invention.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 전기 자동차용 전지 잔존 용량 예측방법은,Battery remaining capacity prediction method for an electric vehicle according to one feature of the present invention for achieving the above object,
전기 자동차의 배터리 잔존 용량 예측방법으로서,As a method of predicting battery remaining capacity of an electric vehicle,
상기 배터리를 제1 전류값으로 충전한 후, 상기 배터리 충전시간이 제1 특정 시간 이상이면 상기 배터리의 입출력 전류값을 측정하는 단계;Measuring the input / output current value of the battery after charging the battery to a first current value and the battery charging time is equal to or greater than a first specific time;
측정된 상기 입출력 전류값이 제2 전류값 범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량과 배터리 입출력 전압 대비의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 전지 잔존 용량의 오차를 계산하는 단계;If the measured input / output current value is within a second current value range, calculating an error of battery remaining capacity during constant current charging by using a map of initial battery remaining capacity and battery input / output voltage;
계산된 전지 잔존 용량이 전지 잔존 용량 변화율 오차 허용범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량을 계산된 상기 전지 잔존 용량으로 세팅하여 예측하는 단계If the calculated battery remaining capacity is within the battery remaining capacity change rate error tolerance, setting the initial battery remaining capacity to the calculated battery remaining capacity to predict
를 포함한다.It includes.
이하에서는 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings that can be easily implemented by those skilled in the art.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템을 나타내는 구성 블록도 이다.2 is a block diagram illustrating an initial battery remaining capacity prediction system for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
첨부한 도2에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템은, 배터리(100)에 잔존하는 전하의 용량을 예측하여 제어하는 마이크로 컴퓨터(또는 마이컴, 이하 마이컴이라 칭함)(200), 전지의 충,방전 상태를 체크하는 에스오씨(SOC :State Of Charge)측정부(300)를 포함한다.As shown in FIG. 2, an initial battery remaining capacity prediction system for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention is a microcomputer (or a microcomputer, hereinafter referred to as a microcomputer) that predicts and controls a capacity of a charge remaining in the battery 100. 200, a state of charge (SOC) measuring unit 300 for checking the state of charge and discharge of the battery.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템은 마이컴(200)의 초기화 이후 체크된 이상 상태를 표시하는 클러스터를 더 포함하는 것이 바람직하다.The initial battery remaining capacity prediction system for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention may further include a cluster displaying an abnormal state checked after the initialization of the microcomputer 200.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for predicting initial battery remaining capacity for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법을 나타내는 흐름도 이며, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 전지 잔존 용량 대 전지 전압의 관계가 표시된 그래프를 나타내는 도면이다.3 is a flowchart illustrating a method for predicting initial battery remaining capacity for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between initial battery remaining capacity and battery voltage according to an exemplary embodiment of the present invention. .
첨부한 도3에서와 같이, 전기 자동차의 작동이 시작되면 마이컴(2O0)의 상태가 초기화된다(S100). 상태 초기화 이후, 마이컴(200)은 전기 자동차 작동 이전에 발생한 이상(Fault)을 체크한다(S110). 마이컴(200)은 이상이 발생하였는지를 판단하여(S120), 만일 이상이 발생하지 않았다면 마이컴(200) 내부에 존재하는 타이머(timer)를 작동시키고, 타이머의 현재 시간을 T1값으로 세팅하며, 초기의 전지 잔존 용량 SOC를 0으로 세팅한다(S130). 마이컴(200)은 도시하지 않은 배터리 충전장치를 제어하여 배터리(100)를 10.5 A(Ampere)만큼 충전한다(S140).As shown in FIG. 3, when the operation of the electric vehicle starts, the state of the microcomputer 20 is initialized (S100). After the initialization of the state, the microcomputer 200 checks a fault occurring before the electric vehicle operates (S110). The microcomputer 200 determines whether an abnormality has occurred (S120). If the abnormality does not occur, the microcomputer 200 operates a timer existing inside the microcomputer 200, sets the current time of the timer to a T1 value, The battery remaining capacity SOC is set to 0 (S130). The microcomputer 200 controls the battery charger not shown to charge the battery 100 by 10.5 A (Ampere) (S140).
마이컴(200)은 타이머의 작동 시간에서 초기의 T1값을 감한 결과시간을 T2로 세팅한다(S150). 전기 자동차가 구동되면, 마이컴(200)은 T2가 1초(sec) 이상인지를 판단하여(S160), 만일 T2가 1초 이상이면 SOC 측정부(300)를 통해 배터리(100)의 입출력 전류(Ibat)와 배터리의 입출력 전압(Vbat)을 읽는다(S170). 이때, 세팅된 T2가 1초 미만이면 10 ms동안 대기하여(S180) 10.5 A만큼의 배터리 충전이 이루어지도록 배터리 충전단계(S140)로 리턴 한다.The microcomputer 200 sets the result time of subtracting the initial T1 value from the operation time of the timer to T2 (S150). When the electric vehicle is driven, the microcomputer 200 determines whether T2 is greater than or equal to 1 second (S160), and if T2 is greater than or equal to 1 second, the input / output current of the battery 100 through the SOC measuring unit 300 ( Ibat) and the input / output voltage Vbat of the battery are read (S170). At this time, if the set T2 is less than 1 second, and waits for 10 ms (S180) to return to the battery charging step (S140) so that the battery charge as much as 10.5A.
마이컴(200)은 SOC 측정부(300)를 통해 읽어들인 배터리(100)의 입출력 전류가 10 A와 11A 사이이면(S190), 도4의 SOC 대 Vbat 의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 SOC를 계산하여 SOC2로 세팅한다(S200). 만일, 배터리(100)의 입출력 전류가 10A 이하이거나 11A 이상이 되면, 마이컴(200)은 현재 타이머에 의해 설정된 시간을 새로운 T1값으로 세팅하여(S210) 10.5A 배터리 충전단계(S140)로 리턴 한다.If the input / output current of the battery 100 read through the SOC measuring unit 300 is between 10 A and 11 A (S190), the microcomputer 200 uses the SOC vs. Vbat map of FIG. 4 to determine the SOC during constant current charging. The calculation is set to SOC2 (S200). If the input / output current of the battery 100 is 10 A or less or 11 A or more, the microcomputer 200 sets the time set by the current timer to a new T1 value (S210) and returns to the 10.5A battery charging step (S140). .
마이컴(200)은 수학식 1에 의한 계산을 통해 초당 SOC 변화율의 오차를 체크한다(S220).The microcomputer 200 checks the error of the SOC change rate per second through the calculation according to Equation 1 (S220).
마이컴(200)은 SOC 변화율 오차가 3% 이내인지를 판단하고(S230), 만일 SOC 변화율 오차가 3% 이내이면 SOC2를 초기 전지 잔존 용량으로 세팅한다(S240). 상기한 SOC1, SOC2, T1, T2는 SOC의 변화율을 계산하기 위한 버퍼일 수도 있고, 각각의결과값을 저장하는 독립적인 장치일 수도 있으며, 본 발명이 실시 예에만 한정되는 것은 아니다.The microcomputer 200 determines whether the SOC change rate error is within 3% (S230), and if the SOC change rate error is within 3%, sets the SOC2 as the initial battery remaining capacity (S240). The SOC1, SOC2, T1, T2 may be a buffer for calculating the rate of change of the SOC, may be an independent device for storing each result value, the present invention is not limited to the embodiment.
이상 발생 판단 단계(S120)에서, 만일 이상이 발생하면 마이컴(200)은 도시하지 않은 클러스터에 이상 여부를 표시한다(S250).In the abnormality occurrence determination step (S120), if an abnormality occurs, the microcomputer 200 displays whether or not the abnormality is present in a cluster (not illustrated) (S250).
본 발명의 실시 예는 하나의 실시 예에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 초기 전지 잔존 용량의 예측방법에 많은 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.The embodiment of the present invention is only one embodiment, and many modifications and variations are possible to the method for predicting initial battery remaining capacity without departing from the gist of the present invention.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법은 전지 모델링상 정전 상태의 충전 상태에서 내부저항과 병렬로 연결된 커패시터 성분이 만충전 됨으로서 전지 내부저항에 의존하여 전압이 형성됨을 기초로, 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존 용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측할 수 있다.As described above, the method for predicting the initial battery remaining capacity of an electric vehicle according to the present invention is that the voltage is formed depending on the internal resistance of the battery as the capacitor component connected in parallel with the internal resistance is fully charged in the charging state of the electrostatic state in battery modeling. On the basis, the battery voltage in the electrostatic state can be estimated using the correlation with the battery remaining capacity already measured in the off-load state.
또한, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상할 수 있다.In addition, by comparing the relationship between the change in the actual battery remaining capacity that can be calculated for a predetermined time versus the input / output cell voltage of the battery, an accurate measurement point is selected, thereby compensating for errors that may occur as the capacity component changes.
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