KR100783931B1 - 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 전기 차량을 위한휴대 가능한 메인 배터리 관리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은, A/S시 정비의 편의성을 향상하기 위하여, 메인 배터리의 현재 상태를 체크하고 충방전 시험을 통해 용량을 확인하고, 셀간 언밸런스 발생시 이를 자동으로 보상해 주는 것을 주 기능으로 한다.
휴대용 배터리 관리 장치가 켜지면, 메인 배터리제어기와의 통신을 통하여 배터리시스템의 상태를 확인한다. 배터리시스템의 상태 점검 결과 고장이 아니면, 각 작동조건에 따라 배터리 상태를 체크한다. 먼저 배터리를 방전하고, 방전 중 측정한 모듈전압 값이 12V 이하이면 배터리를 다시 충전한다, 충방전 중 배터리 상태를 체크하여 최대/최소 모듈전압 값을 측정한다. 상기 충방전시험을 통하여 배터리 용량을 산출하고, 배터리 언밸런스 유무를 판단하여, 언밸런스시 보정 모드를 수행하여 셀간 밸런스를 보정하고, 미리 주어진 SOC로 충방전하여 모든 배터리 관리를 종료한다. 본 발명은 배터리 현재 상태를 자동으로 평가하고 분석하여 발생한 배터리 문제점을 보정할 수 있도록 함으로써 고가의 장비가 없이도 편리하게 배터리의 문제점을 보정할 수 있는 효과를 가진다.
하이브리드 차량, 배터리, 배터리 시험, 언밸런스
Description
도 1은 본 발명의 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치의 외부 모습이다.
도 3는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 특정 SOC 셋팅 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 강제 SOC 셋팅 모드의 동작과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서 셀간 언밸런스 보정 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 배터리 상태 체크 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부문에 관한 부호의 설명>
100 - 하이브리드 전기 차량용 배터리 시스템
101 - 휴대용 배터리 관리 장치
121 - 배터리 제어 및 모니터링 장치(BMS)
101 - 휴대용 배터리 관리 장치
121 - 배터리 제어 및 모니터링 장치(BMS)
118 - 배터리 시험기 112 - 제어부
106 - 배터리 팩 115 - 마스터 제어부
109 - 배터리 전압 검출부, 103 - 제어용 컴퓨터(PC)
본 발명은 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기 자동차는 내연 기관인 엔진과 전기를 동력원으로 하는 구동모터로 구성되며, 엔진과 CVT의 사이에 장착되는 구동 모터는 탑재된 메인 배터리의 전원을 받아 작동되도록 구성하여 각각의 주행상황에 대응하여 엔진의 연비가 가장 높게 운전되도록 제어되고 제동시와 감속시에 운동 에너지를 전기에너지를 회수함으로써 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있으며 시내구간에서 엔진 시동을 오프한 상태로 탑재된 메인 배터리의 전기로 주행할 수 있어 무공해 차량으로 사용되는 특징이 있다.
이와 같은 엔진 하이브리드 전기 자동차의 경우 구동 모터에 전원을 공급하는 메인 배터리를 충전함에 있어 별도의 충전장치가 구비되어있지 않고, 단지 구동 모터가 엔진의 동력이나 제동시에 발전 모드로 작동하도록 하여 구동 모토에서 발전되는 전원을 메인 배터리의 충전 전압으로 공급하고 있다. 따라서, 메인 배터리 팩을 구성하는 각 배터리의 충전 전압 상태를 고려하여 충전하기보다는 탑재된 구동 모터가 엔진의 상황에 따라 불연속적으로 충전하도록 되어있어 배터리는 안정된 충전 전류로 충전되지 못하는 현상이 발생하며, 이러한 상황이 누적되는 경우 배터리 셀간의 언밸런스가 발생하여 배터리의 수명 단축은 물론 출력 파워의 제한으로 자기 용량만큼 출력을 하지 못하는 경우가 발생한다.
종래에는 이러한 하이브리드 전기 자동차에 탑재되는 배터리의 이상이 있을 경우에 고가의 장비가 설치된 장소에서 시험자의 메뉴얼 체크에 의존할 수밖에 없었기 때문에 비전문가가 간단히 문제점을 파악하고 수정할 수 없는 문제점이 있었으며, 대용량 충방전 시험기를 이용하여 배터리를 체크하여야 했었기 때문에 해당 시험기가 구비되어있지 않은 장소에서는 배터리 시험을 할 수 없는 불편한 단점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, A/S 시 배터리 상태의 체크 및 보정이 가능한 자동화 장비를 구현하여 비 전문가도 간단한 문제점을 파악하고 수정할 수 있도록 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 충방전 시험을 통하여 배터리의 상태를 체크하여 배터리 언밸런스 발생시 자동으로 보상가능하게 함으로써 고가의 대용량 충방전 시 험기가 구비되어있는 장소에 가지 않더라도 편리하게 배터리를 시험, 보상할 수 있도록 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리 관리 장치가 켜지면, 배터리 상태 정보를 차량에 탑재되어 있는 배터리 제어기에서 받아 진행 가능여부를 확인한다. 배터리 상태의 확인 결과 고장이 아니면, 배터리 상태를 체크하여 모듈전압 값을 측정한다. 측정한 모듈전압 값이 12V 이하이면 배터리를 충전하고, 12V 이상이면 배터리를 방전하여 배터리 상태를 체크하여 모듈전압 값을 측정하는 과정부터의 과정을 반복한다. 충전 중 모듈전압 값을 재 측정하여 충전량이 기 설정한 값과 동일하면 배터리를 방전하고, SOC 값이 기 설정한 값과 동일하지 않으면 배터리를 충전하고 모듈전압 값을 재측정한다. 모듈전압 값을 재측정하여 구한 전압 모듈 값이 12V 이상이면 상기 배터리를 방전하고 모듈전압 값을 재측정하는 과정부터의 과정을 반복한다. 모듈전압 값을 재측정하여 구한 전압 모듈 값이 12V 이하이면, 배터리 용량을 시험한다. 배터리 용량 시험결과 언밸런스면 셀간 언밸런스의 보정모드를 수행한다.
충전량이 기 설정한 값과 동일하면 배터리의 방전 용량시험을 수행하고, 충전량이 기 설정한 값이 동일하지 않으면 배터리를 계속 충전한다. 방전용량시험 결과 배터리 용량이 기준치 이상이면 특정 SOC모드를 진행하고, 기준치 이하면 상기 방법을 수회 반복 수행하여 언밸런스를 보정한다.
배터리 용량 시험결과 언밸런스하지 않거나 언밸런스 보정 후에는 특정 SOC를 다시 세팅하고, 모듈전압 값이 12V 이하호 배터리를 방전한 후 배터리를 충전하고, 배터리 SOC가 기 설정해 놓은 충전 값과 동일한지 여부를 판단한다. SOC가 기 설정해 놓은 충전값과 동일하면 배터리 관리를 마치고, 동일하지 않으면 배터리를 계속 충전하여 배터리를 특정 SOC에 맞춘다.
배터리 용량 시험결과 언밸런스하지 않거나 언밸런스 보정 후에는 특정 SOC를 다시 세팅하고, 모듈전압 값이 12V 이하호 배터리를 방전한 후 배터리를 충전하고, 배터리 SOC가 기 설정해 놓은 충전 값과 동일한지 여부를 판단한다. SOC가 기 설정해 놓은 충전값과 동일하면 배터리 관리를 마치고, 동일하지 않으면 배터리를 계속 충전하여 배터리를 특정 SOC에 맞춘다.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치의 내부 구성도이며, 도 2는 본 발명의 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치의 외부 모습이다.
본 발명의 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치(101)는 배터리 시험기(118), 마스터 제어부(115) 및 필요시 제어용 컴퓨터(103;PC)를 포함하여 구성되며, 배터리 관리와 제어를 위하여 하이브리드 전기차량용 배터리 시스템(100)과의 통신 통하여 상태 및 모니터링 기능을 수행한다.
배터리 시험기(118)는 배터리 시스템의 충방전 상태를 시험하며, 배터리의 현재 상태가 고장인지 정상인지 여부를 시험한다. 또한, 마스터 제어부(115)에서 캔(CAN: Controller Area Network) 통신을 통해 차량으로부터 받은 제어 신호에 따라 충방전을 수행할 수 있도록 연결되어 있다.
배터리 전압 검출부(109)는 현재 배터리의 전압이 어느 정도인지를 검출하여 제어부로 전송하는 역할을 수행한다. 전송된 정보는 제어부(112)를 통해 휴대용 제어장치의 마스터 제어부(115)로 전송된다.
제어용 컴퓨터(103)는 일반적 시험시에는 불필요하나, 휴대용 ㅂ oxjfl 관리장치(101)의 표시기능을 보완하여, 충방전 조건에 따라 배터리팩의 전류/온도/전압 등과 같은 배터리에 대한 상세한 정보가 필요할 때 사용가능하며 주로 배터리 상태 모니터링을 주목적으로 한다.
배터리 팩(106)은 다수의 모듈(Module) 또는 셀(Cell)을 구비하게 되며, 상기 모듈을 이루는 화학적 조성에 따라 충전 및 방전 특성이 결정된다.
제어부(112)는 측정된 배터리 팩의 전압/전류/온도를 이용하여 구비된 평균 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 갖는 모듈의 충전 상태를 계산하여 이를 마스터 제어부(115)로 전송하는 역할을 수행한다.
마스터 제어부(115)는 하이브리드 전기차량용 배터리 시스템(100)내의 배터리 정보를 예측하고 관리하는 배터리 제어 및 모니터링 장치(121)의 제어부(112)와 통신하여 배터리 상태 정보를 실시간으로 입수하고, 각각의 동작모드에 따라 배터리 충방전을 수행하도록 제어하는 기능을 한다. 이러한 하이브리드 전기 차량에서의 휴대용 배터리 관리장치는 고가의 장치로 설치되어지는 것이 아닌, 차량에 장착된 상태에서 뿐만 아니라 도 2에 도시한 바와 같이 간단하게 탈거된 상태(100)로 사용할 수 있도록 차량에 기 장착된 배터리 시스템의 하드웨어 및 소프트 웨어를 그대로 활용 가능하게 한다.
다음으로 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 작동 모드에 관해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 특정 SOC 셋팅 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다. 상기 특정 SOC 셋팅이란 제조업자가 기 설정해 놓은 값으로 정상 운행의 기준이 되는 SOC값을 의미한다.
하이브리드 전기 차량에서 배터리 관리 장치가 켜지면(단계 303), 해당 장치는 배터리의 상태를 확인한다(단계 306). 배터리의 장치 확인 결과, 배터리가 고장이 아니면(단계 309의 '아니오') 특정 SOC를 셋팅한다(단계 312). 이때 SOC(State of Charge)는 배터리 내에 구비된 각 배터리 모듈들의 평균 충전 상태를 의미하며, 특정 SOC의 셋팅이라 함은 차량 시험 전 센터의 SOC 셋팅을 의미한다.
특정 SOC를 셋팅한 후에 배터리의 전압이 12V 이하인지 여부를 판단하여(단계 315) 12V 이하이면(단계 315의 '예') 배터리를 충전시키고(단계 318), 12V 이상이면(단계 315의 '아니오') 배터리를 방전시킨다(단계 321). 기 설정된 배터리 충전 값과 SOC의 값이 같게 되는지 여부를 판단하여(단계 324) 기 설정된 배터리 충전 값과 SOC의 값이 같으면(단계 324의 '예'), 배터리의 충전을 마치고(단계 327) 그렇지 않으면 상기 단계 318부터의 과정을 반복한다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 강제 SOC 셋팅 모드의 동작과정을 도시한 순서도이다.
하이브리드 전기 차량에서 배터리 관리 장치가 켜지면(단계 403), 해당 장치는 배터리의 상태를 확인한다(단계 406). 배터리의 상태 확인 결과 배터리가 고장 이 아니면(단계 409의 '아니오') 강제 SOC를 셋팅한다(단계 412). 즉, 차량 시험전 임의의 SOC를 셋팅하는 것을 의미한다.
즉 사용자가 임의로 원하는 SOC값(b)를 입력하고(단계 415), 배터리의 전압을 측정하여 배터리 전압이 12V이면(단계 418의 '예') 배터리를 충전하고 만약 배터리의 전압이 12V이사이면(단계 418의 '아니오') 배터리를 방전한다. 이러한 과정은 SOC가 임의로 입력한 SOC값(b)와 같게 되는지 여부를 판단하여(단계 427) 같게 된다면(단계 427의 '예) 배터리의 충전을 마치고(단계 430), 같지 않다면(단계 427의 '아니오') 상기 단계 421부터의 과정을 반복한다.
도 5는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서 셀간 언밸런스 보정 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
하이브리드 전기 차량에서 배터리 관리 장치가 켜지면(단계 503), 해당 장치는 배터리의 상태를 확인한다(단계 506). 배터리의 상태 확인 결과 배터리가 고장이 아니면(단계 509의 '아니오') 셀간 언밸런스(Imbalance)를 보정한다(단계 512). 즉, 셀간 전압의 언밸런스 발생시 강제 충전을 통하여 배터리를 보정한다. 언밸런스 보정 중에 전압 값이 기 설정한 값과 동일한지를 판단하여(단계 515), 기설정값보다 동일하면(단계 515의 '예') 배터리 용량 시험(배터리 체크)을 수행하고(단계 521), 동일하지 않으면(단계 515의 '아니오') 배터리를 충전한다(단계 418).이렇게 셀간 언밸런스 보정을 마치면 상기 도 3의 단계 312과정 부터를 수행한다.
도 6는 본 발명의 하이브리드 전기 차량에서의 배터리 상태 체크 모드의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
하이브리드 전기 차량에서 배터리 관리 장치가 켜지면(단계 603), 해당 장치는 배터리의 상태를 확인한다(단계 606). 배터리의 상태 확인 결과 배터리가 고장이 아니면(단계 609의 '아니오') 현재 배터리 상태를 체크한다(단계 612). 즉, 현재의 최대, 최소 전압모듈을 측정하여 측정한 전압 값이 12V 이하이면(단계 618의'예')예 배터리 전압을 더 충전하고(단계 624) 측정한 전압 값이 12V 이상이면(단계 618의 '아니오') 배터리 전압을 방전한다(단계 621).
배터리의 방전 또는 충전을 마친 후에 현재 배터리의 최대, 최소 전압모듈을 다시 측정하여(단계 627) 충전량이 기설정값보다 큰지를 판단(단계 630)한다.
현재 충전량이 기설정값보다 크다면(단계 630의 '예') 배터리의 전압을 방전하고(단계 633), 현재의 충전량이 기 설정한 전압 값보다 작다면(단계 630의 '아니오') 상기 단계 624부터의 과정을 반복한다.
배터리의 방전 또는 충전을 마친 후에 현재 배터리의 최대, 최소 전압 모듈을 다시 측정하여(단계 636) 측정한 현재 전압이 12V 이하이면(단계 639의 '예') 셀간 언밸런스 발생 여부를 판단한다(단계 645). 만약 셀간 전압의 언밸런스가 발생했다면(단계 645의 '예') 상기 도 5의 단계 512부터의 과정을 반복하고, 만약 셀간 전압의 언밸런스가 발생하지 않았다면(단계 645의 '아니오') 상기 도 3의 단계 312부터의 과정을 반복한다.
이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였지만 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라 면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
이상 설명한 것처럼 본 발명에 따르면, A/S 시 배터리 상태의 체크 및 보정이 가능한 자동화 장비를 구현하여 비 전문가도 간단한 문제점을 파악하고 수정할 수 있도록 하는 효과를 가진다.
본 발명의 또 다른 효과는, 충방전 시험을 통하여 배터리의 상태를 체크하여 배터리 언밸런스 발생시 자동으로 보상가능하게 함으로써 고가의 대용량 충방전 시험기가 구비되어있는 장소에 가지 않더라도 편리하게 배터리를 시험, 보상할 수 있도록 한 것이다.
Claims (4)
- 하이브리드 전기 차량의 휴대용 배터리 관리 장치에서의 관리 방법에 있어서,배터리 관리 장치가 켜지면, 배터리 제어 및 모니터링장치를 활용하여 배터리 상태를 확인하는 제 1단계;배터리 상태의 확인 결과 배터리의 상태가 고장이 아니면, 배터리 상태를 체크하여 전압모듈 값을 측정하는 제 2단계;측정한 전압모듈 값이 특정전압 이상이면 배터리를 방전하여, 특정전압에 도달하면 배터리를 충전하고, 상기 제 2단계부터의 과정을 반복하는 제 3단계;전압모듈 값을 재 측정하여 SOC 값이 기 설정한 값과 동일하면 배터리를 방전하고, SOC 값이 기 설정한 값과 동일하지 않으면 배터리를 충전하고 전압모듈 값을 재측정하는 제 4단계;제4단계 동안 배터리의 언밸런스 여부를 판단하는 제 5단계;배터리 용량 시험결과 언밸런스 하면 셀간 언밸런스를 보정하는 제 6단계;셀간 언밸런스를 보정 후 특정 SOC나 강제 SOC로 배터리를 정상 운전 가능상태로 복구시키는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법.
- 제 1항에 있어서 제6단계는,배터리 용량 시험 결과 언밸런스 하면 셀간 언밸런스를 보정하는 제 6-1단계;SOC 값이 기 설정한 값이 동일하면 배터리의 방전 용량시험을 하고, SOC 값이 기 설정한 값 이내가 아니면 상기 제6-1단계를 반복하는 제 6-2단계;특정 SOC를 세팅하고, 전압이 12V 이하면 배터리를 충전하고, 12V 이상이면 배터리를 방전하는 제 6-3단계;SOC가 특정 SOC 값과 동일하면 배터리 관리를 마치고, 동일하지 않으면 상기 6-3단계부터의 과정을 반복하는 제 6-4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 전압모듈 값은 최대 전압모듈 값과 최소 전압모듈 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법.
- 제 1항에 있어서 제 7단계 이후에,배터리 용량 시험결과 언밸런스하지 않으면 특정 SOC를 셋팅하는 제8단계;전압모듈 값이 특정전압 이하이면 배터리를 충전하고, 특정전압 이상이면 배터리를 방전하는 제9단계;충전한 SOC가 기 설정해 놓은 SOC와 동일하면 배터리 관리를 마치고, 동일하지 않으면 상기 9단계부터의 과정을 반복하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법.
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| KR1020050074838A KR100783931B1 (ko) | 2005-08-16 | 2005-08-16 | 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050074838A KR100783931B1 (ko) | 2005-08-16 | 2005-08-16 | 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20070020677A KR20070020677A (ko) | 2007-02-22 |
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Family Applications (1)
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| KR1020050074838A KR100783931B1 (ko) | 2005-08-16 | 2005-08-16 | 하이브리드 전기 차량에서의 휴대 가능한 배터리 관리 방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6377304A (ja) | 1986-09-19 | 1988-04-07 | Toyota Motor Corp | 電気自動車の制御装置 |
| KR20030039496A (ko) * | 2001-11-13 | 2003-05-22 | 현대자동차주식회사 | 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템 |
| KR20040017629A (ko) * | 2002-08-23 | 2004-02-27 | 현대자동차주식회사 | 하이브리드 전기 자동차의 배터리 관리장치 및 방법 |
-
2005
- 2005-08-16 KR KR1020050074838A patent/KR100783931B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6377304A (ja) | 1986-09-19 | 1988-04-07 | Toyota Motor Corp | 電気自動車の制御装置 |
| KR20030039496A (ko) * | 2001-11-13 | 2003-05-22 | 현대자동차주식회사 | 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템 |
| KR20040017629A (ko) * | 2002-08-23 | 2004-02-27 | 현대자동차주식회사 | 하이브리드 전기 자동차의 배터리 관리장치 및 방법 |
Also Published As
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