KR101175487B1 - 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 구동 방식의 작업차량에서 작업자에 의해 선택된 작업 모드의 부하량에 따라 배터리 잔여 시간을 산출하여 제공할 수 있도록 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입력부를 통해 작업자로부터 작업 모드를 선택받으면, 부하 데이터 제공부에서 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부로 제공하는 한편, 배터리 잔여 용량 측정부는 배터리 잔여 충전 용량을 측정하고, 배터리 잔여 시간 연산부는 부하 데이터 제공부로부터 제공받은 부하 데이터와 배터리 잔여 용량 측정부에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산한 후, 계산된 배터리 사용 가능 시간을 화면 표시부를 통해 표시하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 배터리 잔여 충전 용량과 작업 모드별 부하량에 의거하여 작업자로부터 선택받은 작업을 수행하고자 하는 경우의 배터리 사용 가능 시간을 산출하여 제공함으로써, 배터리가 방전되기 전에 충전소로 이동을 유도할 수 있게 된다.

Description

배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING BATTERY USABLE TIME}
본 발명은 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전기 구동 방식의 작업차량에서 작업자에 의해 선택된 작업 모드의 부하량에 따라 배터리 잔여 시간을 산출하여 제공할 수 있도록 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법에 관한 것이다.
트랙터와 같은 작업차량은 작업자가 원하는 작업기를 장착하여 소정의 작업을 수행하기 위한 농업용 차량으로, 모워, 로더, 로터리, 쟁기, 트레일러, 주행 등을 수행한다.
전술한 바와 같이 농업용 차량인 작업차량은 일반 승용 차량에 대비하여 볼 때 주행 속도는 낮지만, 바퀴에서 높은 토크를 이용하여 저속으로 농작업을 수행하게 된다.
이러한, 작업차량에는 일반 승용 차량과 마찬가지로 엔진의 동력 상태나 배터리 전원 상태를 알려주는 계기판이 설치되어 있다.
이에 따라, 작업자는 계기판에 표시되어 있는 연료 잔여량이나 배터리 잔여량과 농작업 지역의 넓이, 거리, 견인력 정도 등에 의거하여 경험을 바탕으로 농작업의 시작 여부를 판단하게 된다.
한편, 세계적인 환경 규제 강화 및 에너지 비용 절감 추세에 따라 농업용 차량인 작업차량도 구동 에너지를 화석 연료의 연소로부터가 아닌 배터리에 저장된 전기 에너지로부터 얻는 전기 구동 방식으로 변환되고 있는 추세이다.
전술한 바와 같이, 전기 구동 방식의 작업차량에서는 에너지 공급원으로 배터리를 사용하는 데, 종래에는 계기판에 배터리의 잔존 충전 용량만을 표시하므로, 잔존 충전 용량만으로는 얼마 동안 농작업을 수행할 수 있을지 알 수 없게 된다.
즉, 작업차량은 앞서 설명한 바와 같이 로더, 로터리, 쟁기, 트레일러, 주행 등의 다양한 농작업을 수행하는 데, 표 1에 예시적으로 나타내는 바와 같이, 농작업의 종류마다 전력 소비량이 서로 다르므로, 잔존 충전 용량만으로는 선택된 작업을 얼마 동안 수행할 수 있을지 알 수 없게 되는 문제점이 있다.
작업종류 년간비율 작업속도(V) 작업기 견인력(F)비율 출력(kw)
평균 단위 엔진출력대비 평균 단위
모워 20.40% 5~7 6 km/hr 미드모워 80% 1400 kgf 8.6
정지 37.30% 2~5 4.5 km/hr 로터리 90% 2000 kgf 9.2
운반 25.50% 16 13 km/hr 트레일러 80% 340 kgf 4.5
로더 4.80% 6~7 7 km/hr 로더 60% 520 kgf 3.7
방제 2.00% 5~7 6 km/hr 방제기 60% 386 kgf 2.4
기타 10% 2~4 3 km/hr 베일러 70% 451 kgf 1.4
특히, 2차 이온 전지, 리튬 폴리머, 리튬 이온으로 구성된 배터리는 완전 충전 100%에서 80%까지 구간에서 사용하게 되는 데, 완전 방전(80% 이하) 상태는 짧은 시간 동안에 이루어지기 때문에 재충전을 하지 않으면, 차량을 기동하기도 힘들고, 배터리 방전을 유발하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기 구동 방식의 작업차량가 배터리 잔여 충전 용량과 작업 모드별 부하량에 의거하여 작업자로부터 선택받은 작업을 수행하고자 하는 경우의 배터리 사용 가능 시간을 산출하여 제공할 수 있도록 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 장치는, 작업자로부터 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나를 선택받는 입력부와; 각각의 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 저장하고 있다가 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 제공하는 부하 데이터 제공부와; 주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하는 배터리 잔여 용량 측정부와; 상기 부하 데이터 제공부로부터 제공받은 부하 데이터와 상기 배터리 잔여 용량 측정부에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산하는 배터리 잔여 시간 연산부와; 상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 표시하는 화면 표시부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 배터리 잔여 충전 용량은, Qbattery[kWh]=Vaverage×Ibattery×htime로 정의되고, 여기서, Vaverage는 평균 전압, Ibattery는 방전 전류, htime는 방전 시간인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배터리 사용 가능 시간은, htime[h]=Qbattery[kWh]/Pbattery[kW]로 정의되는 것이 바람직하다.
상기 Pbattery는, Pbattery[kW]=Pvehicle/(Emotor×Etransmission)로 정의되고, 여기서, Pvehicle은 상기 선택받은 작업 모드의 평균 작업 속도(V)와 평균 견인력(F)에 의거하여 산출된 동력, Emotor는 모터 효율이고, Etransmission은 감속기 동력 전달 효율인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 방법은, 입력부를 통해 작업자로부터 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나를 선택받는 과정과; 부하 데이터 제공부에서 상기 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부로 제공하는 과정과; 배터리 잔여 용량 측정부에서 주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하는 과정과; 상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 상기 부하 데이터 제공부로부터 제공받은 부하 데이터와 상기 배터리 잔여 용량 측정부에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산하는 과정과; 화면 표시부를 통해 상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 표시하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법에 따르면, 배터리 잔여 충전 용량과 작업 모드별 부하량에 의거하여 작업자로부터 선택받은 작업을 수행하고자 하는 경우의 배터리 사용 가능 시간을 산출하여 제공함으로써, 배터리가 방전되기 전에 충전소로 이동을 유도할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따라 산출된 작업 모드별 배터리 사용 가능 시간을 예시적으로 보인 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 장치의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 1에서, 입력부(10)는 작업차량의 클러스터 적소에 구현되어 작업자로부터 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나를 선택받는다.
전술한, 입력부(10)는 모워 작업, 정지 작업, 운반 작업, 로더 작업, 방제 작업, 기타 작업 등의 다양한 작업들 중에서 어느 하나를 선택할 수 있도록 모워 작업 모드키, 정지 작업 모드키, 운반 작업 모드키, 로더 작업 모드키, 방제 작업 모드키 등을 구비하여 이루어질 수 있다.
또한, 입력부(10)는 작업자로부터 작업 장소에서 배터리 충전소까지의 거리를 입력받을 수도 있다.
부하 데이터 제공부(20)는 각각의 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 저장하고 있다가 입력부(10)를 통해 작업자로부터 작업 모드를 선택받으면, 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부(40)로 제공한다.
전술한, 부하 데이터 제공부(20)는 작업차량의 크기, 용량에 따라 각 작업 모드별로 정형화한 부하 데이터를 저장하고 있다가, 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부(40)로 제공할 수 있다.
또한, 부하 데이터 제공부(20)는 정형화된 부하 데이터를 제공하는 대신에 각 작업 모드별 부하 데이터를 직접 측정한 후, 기설정된 시간 동안 측정된 부하 데이터를 누적하여 평균을 내거나 선형화하여 얻은 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부(40)로 제공할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 부하 데이터 제공부(20)에서 작업 모드별 부하 데이터로 직접 측정한 부하 데이터를 제공하는 경우, 부하 데이터 제공부(20)는 작업차량의 견인력, 외력, 압력, 주행 속도, 기어오일 온도, 대기 온도 등을 측정하는 센서를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 각 작업 모드별 부하 데이터는, 각 작업 모드별 작업차량의 견인력, 외력, 압력, 주행 속도, 기어오일 온도, 대기 온도 등을 포함하여 이루어진다.
배터리 잔여 용량 측정부(30)는 주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하고, 측정된 배터리 잔여 충전 용량을 화면 표시부(50)에 표시한다.
전술한, 배터리 잔여 용량 측정부(30)는 배터리의 출력 전류량을 측정하여 배터리의 잔여 용량을 측정하는 데, 배터리 잔여 충전 용량을 구하는 식은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011008847766-pat00001
수학식 1에서, Vaverage는 평균 전압, Ibattery는 방전 전류, htime는 방전 시간이다.
한편, 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 부하 데이터 제공부(20)로부터 제공받은 부하 데이터와 배터리 잔여 용량 측정부(30)에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산하고, 계산된 배터리 사용 가능 시간을 화면 표시부(50)에 표시한다.
전술한, 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 입력부(10)를 통해 작업자가 작업 모드를 선택함에 따라, 부하 데이터 제공부(20)로부터 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 제공받고, 제공받은 부하 데이터 중에서 해당 작업 모드의 평균 작업 속도(V)와 평균 견인력(F)에 의거하여 해당 작업을 수행하기 위해 필요한 차량 휠 구동력[kW}을 계산한다. 작업자로부터 선택받은 작업 모드를 수행하기 위해 필요한 차량 휠 구동력[kW]을 구하는 식은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011008847766-pat00002
수학식 2에서, Ftraction는 작업자로부터 선택받은 작업 모드의 평균 견인력이고, Vspeed는 해당 작업 모드의 평균 작업 속도이다.
전술한 바와 같이, 수학식 2를 통해 차량 휠 구동력[kW]을 산출한 후에는, 동력 전달계의 동력 전달 효율을 감안하여 해당 작업 모드를 수행하기 위해 실질적으로 필요한 배터리 출력 동력[kW]을 계산하는 데, 수학식 2를 통해 산출된 차량 휠 구동력으로부터 배터리 출력 동력[kW]을 구하는 식은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011008847766-pat00003
수학식 3에서, Emotor는 모터 효율이고, Etransmission은 감속기 동력 전달 효율이다.
한편, 배터리 출력 동력[kW]과 배터리 잔여 충전 용량[kWh] 간의 관계는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112011008847766-pat00004
수학식 4를 배터리 잔여 시간에 대해 다시 정리하면 수학식 5와 같다.
Figure 112011008847766-pat00005
도 2는 본 발명에 따라 산출된 작업 모드별 배터리 사용 가능 시간을 예시적으로 보인 그래프로, 높은 배터리 출력 동력을 필요로 하는 작업의 배터리 사용 가능 시간이 상대적으로 짧고, 낮은 배터리 출력 동력을 필요로 하는 작업의 배터리 사용 가능 시간이 상대적으로 길다.
나아가, 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 입력부(10)를 통해 작업자로부터 입력받은 작업 장소에서 배터리 충전소까지의 거리에 의거하여 배터리 잔여 충전 용량에서 작업 장소에서 배터리 충전소까지의 이동에 필요한 배터리 용량을 제외한 후에, 나머지 배터리 충전 용량을 이용하여 해당 작업 모드에 대한 배터리 사용 가능 시간을 계산할 수도 있다.
한편, 화면 표시부(50)는 작업차량의 클러스터 적소에 구현되어 배터리 잔여 용량 측정부(30)에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량과, 배터리 잔여 시간 연산부(40)에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 표시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔여 시간 표시 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 작업차량을 이용하여 특정 작업(예를 들어, 모워 작업)을 수행하고자 하는 작업자는 작업차량의 클러스터에 설치되어 있는 입력부(10)를 통해 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나(예를 들어, 모워 작업)를 선택한다(S10).
상기한 과정 S10을 통해 작업자가 원하는 작업 모드를 선택하게 되면, 부하 데이터 제공부(20)는 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부(40)로 제공한다(S12).
한편, 배터리 잔여 용량 측정부(30)는 주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하는 데(S14), 배터리 잔여 충전 용량은 앞서 설명한 수학식 1을 통해 산출된다.
상기한 과정 S14를 통해 주기적으로 측정된 배터리 잔여 충전 용량은 배터리 잔여 시간 연산부(40)로 인가된다.
상기한 과정 S12를 통해 부하 데이터 제공부(20)로부터 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 제공받은 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 부하 데이터 제공부(20)로부터 제공받은 부하 데이터와 배터리 잔여 용량 측정부(30)에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산한다(S16).
상기한 과정 S16에서 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 수학식 2 내지 수학식 5를 이용하여 해당 작업 모드에 대한 배터리 사용 가능 시간을 계산한다.
이후에는, 상기한 과정 S16을 통해 배터리 잔여 시간 연산부(40)에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 화면 표시부(50)를 통해 표시한다(S18).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 작업자가 작업 모드를 선택했을 때, 해당 작업 모드에 대한 배터리 사용 가능 시간을 계산하여 이를 화면 표시부(50)에 표시한다.
나아가, 배터리 잔여 시간 연산부(40)는 작업자로부터 선택받은 작업을 수행하는 중에 배터리 잔여 충전 용량을 통해 주기적으로 해당 작업 모드에 대한 배터리 사용 가능 시간을 다시 계산하여, 이를 초기 설정된 배터리 사용 가능 시간과 비교하여 일치율을 표시할 수도 있다.
본 발명의 배터리 잔여 시간 표시 장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 입력부, 20. 부하 데이터 제공부,
30. 배터리 잔여 용량 측정부, 40. 배터리 잔여 시간 연산부,
50. 화면 표시부

Claims (8)

  1. 작업자로부터 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나를 선택받는 입력부와;
    각각의 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 저장하고 있다가 작업자로부터 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 제공하되, 각 작업 모드별로 부하 데이터를 직접 측정한 후, 기설정된 시간 동안 측정된 부하 데이터를 누적하여 평균 또는 선형화하여 얻은 부하 데이터를 제공하는 부하 데이터 제공부와;
    주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하는 배터리 잔여 용량 측정부와;
    상기 부하 데이터 제공부로부터 제공받은 부하 데이터와 상기 배터리 잔여 용량 측정부에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산하는 배터리 잔여 시간 연산부와;
    상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 표시하는 화면 표시부를 포함하여 이루어지는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부하 데이터 제공부는,
    작업차량의 크기, 용량에 따라 각 작업 모드별로 정형화된 부하 데이터를 저장하고 있다가 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 각 작업 모드별 부하 데이터는,
    각 작업 모드별 작업차량의 견인력, 외력, 압력, 주행 속도, 기어오일 온도, 대기 온도 중에서 적어도 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 잔여 충전 용량은,
    Qbattery[kWh]=Vaverage×Ibattery×htime로 정의되고,
    여기서, Vaverage는 평균 전압, Ibattery는 방전 전류, htime는 방전 시간인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 사용 가능 시간은,
    htime[h]=Qbattery[kWh]/Pbattery[kW]로 정의되고,
    여기서, Qbattery는 배터리 잔여 충전 용량, Pbattery는 배터리 출력 동력인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 Pbattery는,
    Pbattery[kW]=Pvehicle/(Emotor×Etransmission)로 정의되고,
    여기서, Pvehicle은 상기 선택받은 작업 모드의 평균 작업 속도(V)와 평균 견인력(F)에 의거하여 산출된 동력, Emotor는 모터 효율이고, Etransmission은 감속기 동력 전달 효율인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 시간 표시 장치.
  8. 입력부를 통해 작업자로부터 복수의 작업 모드 중에서 어느 하나를 선택받는 과정과;
    부하 데이터 제공부에서 상기 선택받은 작업 모드에 대응하는 부하 데이터를 배터리 잔여 시간 연산부로 제공하되, 각 작업 모드별로 부하 데이터를 직접 측정한 후, 기설정된 시간 동안 측정된 부하 데이터를 누적하여 평균 또는 선형화하여 얻은 부하 데이터를 제공하는 과정과;
    배터리 잔여 용량 측정부에서 주기적으로 배터리의 잔여 충전 용량을 측정하는 과정과;
    상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 상기 부하 데이터 제공부로부터 제공받은 부하 데이터와 상기 배터리 잔여 용량 측정부에서 측정된 배터리 잔여 충전 용량에 의거하여 배터리 사용 가능 시간을 계산하는 과정과;
    화면 표시부를 통해 상기 배터리 잔여 시간 연산부에서 계산된 배터리 사용 가능 시간을 표시하는 과정을 포함하여 이루어지는 배터리 잔여 시간 표시 방법.
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