KR101180801B1

KR101180801B1 - 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법

Info

Publication number: KR101180801B1
Application number: KR1020110064245A
Authority: KR
Inventors: 윤길영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-09-10

Abstract

본 발명은 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 메인배터리를 충전할 때, 보조배터리도 충전하여 주행 시 보조배터리를 덜 충전시키면서 주행거리를 최대한 증대시킬 수 있도록 한 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 보조배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)를 예측하여, 전기자동차의 충전모드시 메인배터리 뿐만 아니라, 보조 배터리도 충전하고, 주행시 메인배터리의 충전상태 및 보조배터리의 건강상태에 따라 DC-DC 컨버터(LDC)를 제어하여, 메인배터리의 에너지가 보조배터리쪽으로 덜 충전되도록 제어함으로써, 차량의 주행거리를 증대시킬 수 있도록 한 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법{Method for increasing mileage of electric vehicle using auxiliary battery}

본 발명은 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 메인배터리를 충전할 때, 보조배터리도 충전하여 주행 시 보조배터리를 덜 충전시키면서 주행거리를 최대한 증대시킬 수 있도록 한 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법에 관한 것이다.

첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 전기자동차는 주행을 위한 에너지를 공급하는 고전압의 메인배터리(10)와, 공급된 DC 에너지를 AC로 변환시키는 인버터(12)와, 변환된 AC 전압을 받아 차량을 구동시키는 구동모터(14) 등을 포함하여 구성되어 있다.

또한, 전기자동차에는 각종 편의장치 또는 보조장치 등에 작동을 위한 12V 전압을 공급하는 보조배터리(16)가 탑재되어 있고, 보조배터리를 주기적으로 충전해주는 저전압 DC-DC 컨버터(18, LDC)가 포함되어 있다.

좀 더 상세하게는, 메인배터리와 인버터 간의 연결라인에 엔진이 탑재된 차량의 알터네이터와 같은 역할을 하는 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)가 연결되고, DC-DC 컨버터에 보조배터리가 연결되어 있으며, 차량의 현재모드에 상관없이, 즉 충전모드나 주행모드에 관계없이 보조배터리를 만충전 상태인 하이 SOC(High SOC(State of Charge) 상태가 되도록 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)의 전압을 제어하고 있다.

상기한 구성을 기반으로 주행하는 전기자동차는 고전압의 메인배터리를 에너지원으로 하여 주행이 이루어지지만, 메인배터리의 충전 시기를 놓치는 등 예기치 않은 주행 정지 상황이 발생될 수 있고, 특히 운전자의 주행 습관 등에 따라 한정된 메인배터리의 에너지가 더 소모됨에 따라, 실질적으로 주행 가능한 거리보다 못미치게 주행거리가 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 도출한 것으로서, 보조배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)를 예측하여, 전기자동차의 충전모드시 메인배터리 뿐만 아니라, 보조 배터리도 충전하고, 주행시 메인배터리의 충전상태 및 보조배터리의 건강상태에 따라 DC-DC 컨버터(LDC)를 제어하여, 일충전주행시 메인배터리의 에너지가 보조배터리쪽으로 덜 충전되도록 제어함으로써, 차량의 주행거리를 증대시킬 수 있도록 한 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 메인배터리를 충전할 때, 보조배터리를 충전하기 위한 충전 준비 단계와; 보조배터리의 SOH 예측 단계와; 예측된 SOH를 기반으로, 보조배터리의 에너지 유용을 위한 에너지 제어 유무 판정 단계와; 예측된 SOH가 기준값 이상이면 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 것으로 판정하여 보조배터리를 충전하는 단계와; 상기 메인배터리 및 보조배터리의 충전후, 차량의 주행시 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 경우, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계와; 주행거리 증대를 위하여 보조배터리의 에너지 방전 제어가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 상기 보조배터리의 충전 준비 단계는: 충전을 위한 전원이 연결되었는지 확인하는 과정과; 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압과 비교하는 과정과; 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압보다 크면, 보조배터리의 SOH 측정 횟수를 확인하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

반면, 상기 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압보다 작으면, 보조배터리를 충전하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 보조배터리 SOH 예측 단계는: 전류가 흐르지 않는 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)를 측정하는 과정과; 12V 전장부하를 온시켜서 보조배터리로부터 12V 전장부하에 전류가 흐르는 상태에서, 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 측정하는 과정과; 상기 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)과 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 기반으로 보조배터리의 내부저항을 계산하여, SOH를 예측하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 예측된 SOH가 기준값 이하이면 보조배터리의 에너지 제어가 불가능한 것으로 판정하여 보조배터리의 에너지 방전 제어를 중단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 보조배터리를 충전하는 단계에 있어서, 메인배터리 충전시 동시에 보조배터리를 충전하되, 보조배터리 및 메인배터리가 만충전 상태가 될 때까지 충전하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 차량의 주행시 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계는: 보조배터리의 에너지 유용을 위한 보조배터리의 에너지 제어 가능 여부를 확인하는 과정과; 12V 전장부하중 헤드램프 및 와이퍼가 오프되었는지를 확인하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 온 상태이면, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 중단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 보조배터리의 에너지 방전 제어가 이루어지는 단계는: 헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 오프된 상태에서, 보조배터리의 SOH에 따라 보조배터리의 가용 SOC를 예측하는 과정과; 메인배터리의 SOC가 방전될 때까지, 보조배터리의 가용 SOC가 차량 주행에 필요한 최소량이 될 때까지 구동모터로 방전되는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 보조배터리의 SOH를 예측하여 보조배터리의 에너지 유용을 위한 에너지 제어가 가능한 경우, 메인배터리 충전시 보조배터리를 만충전하고, 메인배터리의 SOC가 방전될 때까지 보조배터리의 가용 SOC가 차량 주행에 필요한 최소량이 될 때까지 구동모터로 방전되도록 함으로써, 전기자동차의 주행거리를 증대시킬 수 있다.

실제 주행에너지 기준으로 50Ah 보조배터리 탑재 시, 최대 에너지는 600W 수준으로 주행거리 약 6km 증대 가능하지만 내구성 저감문제(SOH 저감 문제)를 고려하여, 보조배터리의 가용 SOC(가용 에너지)를 산출하여 사용하도록 함으로써, 보조배터리의 내구 수명을 최대한 연장시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 설명하는 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법의 SOH 예측 방법을 설명하는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차의 주행거리 증대 방법의 보조배터리 SOH에 따라 가용 SOC가 변화하는 것을 설명하는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차의 주행거리 증대 방법의 보조배터리 방전 제어 과정을 설명하는 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 위한 시스템 구성도,
도 7은 전기자동차의 주행을 위한 충방전 구성요소를 나타내는 시스템 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 6에 도시된 바와 같이, 전기자동차는 주행을 위한 에너지를 공급하는 고전압의 메인배터리(10)와, 공급된 DC 에너지를 AC로 변환시키는 인버터(12)와, 변환된 AC 전압을 받아 차량을 구동시키는 구동모터(14)와, 각종 편의장치 또는 보조장치 등과 같은 12V 전장부하(24)에 작동을 위한 12V 전압을 공급하는 보조배터리(16)와, 보조배터리를 주기적으로 충전해주는 저전압 DC-DC 컨버터(18, LDC)를 포함하고, 특히 보조배터리(16)의 SOH를 예측하기 위하여 보조배터리의 출력단에는 차량제어기(20)와 연결되는 전류센서(21), 전압센서(22), 온도센서(23) 등이 장착된다.

본 발명에 따른 전기자동차의 주행거리 증대 방법을 설명하는 첨부한 도 1 및 도 2의 순서도를 참조하면, 먼저 메인배터리를 충전할 때, 보조배터리를 충전하기 위한 충전 준비 단계가 선행된다.

상기 보조배터리의 충전 준비 단계로서, 먼저 충전을 위한 상용전원이 연결되었는지 확인한 다음(S101), 차량제어기(20)에서 보조배터리 전압(Vaux)을 SOH(보조배터리의 건강(수명) 상태) 예측을 위한 최소전압과 비교한다(S102).

비교 결과, 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH(보조배터리의 건강(수명) 상태) 예측을 위한 최소전압보다 크면, 보조배터리의 SOH 예측을 일정기간마다 수행하는 것을 확인하고자, 보조배터리 전압(Vaux)이 보조배터리의 SOH 예측 가능한 최소전압보다 크면 보조배터리의 SOH 예측 횟수를 계수(count)한다(S103).

반면, 상기 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압보다 작으면, 보조배터리를 충전하는 단계가 진행된다.

다음으로, 보조배터리의 SOH 예측 단계가 진행된다.

보조배터리 SOH 예측을 위하여, 정상적인 방전 전류가 외부로 흐르지 않는 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)를 먼저 측정한 다음(S104), 12V 전장부하(예를 들어, 히터)를 온시켜서 보조배터리로부터 12V 전장부하에 전류가 흐르는 상태가 되도록 함(S105)과 더불어 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 측정한다(S106).

따라서, 상기 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)과 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)이 서로 다른 값을 나타내게 되므로, 보조배터리의 내부저항값도 변화하게 되며, 이때의 보조배터리 내부저항값(R)을 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)과 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 기반으로 계산할 수 있다(S107).

이렇게 보조배터리의 내부저항값(R)을 계산한 결과, 계산된 보조배터리의 내부저항값(R)이 작으면 보조배터리의 건강(수명)상태를 의미하는 SOH가 좋은 상태를 유지하는 것으로 예측할 수 있고, 보조배터리의 내부저항값(R)이 크면 클수록 SOH가 좋지 않은 것으로 예측할 수 있다.

다음으로, 예측된 SOH를 기반으로, 보조배터리의 에너지 유용을 위한 에너지 제어 유무 판정 단계가 진행된다.

즉, 예측된 SOH를 기준값(c: 차량운행에 지장없이 에너지 제어가 가능한 미리 정한 SOH 값)과 비교하여(S108), 예측된 SOH가 기준값 이상이면 보조배터리의 에너지 방전 제어가 가능한 상태(에너지모드=1)로 판정하여 보조배터리를 충전하는 단계가 이루어진다.

이때, 상기 예측된 SOH가 기준값 이하이면 보조배터리의 건강상태(내구상태)가 좋지 않은 상태를 의미하므로, 보조배터리의 에너지 제어 즉, 보조배터리의 에너지를 주행거리 증대를 위하여 구동모터로 방전 제어하는 것이 불가능한 상태(에너지모드=0)로 판정하여 보조배터리의 에너지 방전 제어를 중단하도록 한다.

위와 같이, 예측된 SOH가 기준값 이상이면 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 것으로 판정하여 보조배터리를 충전하는 단계(S109)가 진행되는 바, 메인배터리 충전시 동시에 보조배터리를 충전하되, 보조배터리가 만충전 상태가 될 때까지 충전하고(S110), 메인배터리가 만충전되면(S111), 충전모드를 종료시킨다.

이렇게 상기 메인배터리 및 보조배터리의 충전후, 차량의 주행시 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 경우, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계가 진행된다.

차량 주행시 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계로서, 먼저 보조배터리의 에너지 유용을 위한 보조배터리의 에너지 제어 가능 여부를 확인하는 과정(S112)이 선행된다.

즉, 예측된 SOH가 기준값(c: 차량운행에 지장없이 에너지 제어가 가능한 미리 정한 SOH 값) 이상이면 보조배터리의 에너지 방전 제어가 가능한 상태(에너지모드=1)로 판정한 결과를 다시 한 번 확인한다.

이때, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계로서, 12V 전장부하중 헤드램프 및 와이퍼가 오프되었는지를 확인하는 과정(S113)이 더 진행되는데, 그 이유는 보조배터리 전원을 이용하여 헤드램프 및 와이퍼 등이 동작하게 되면, 보조배터리의 SOC(충전량)가 점차 방전되는 상태이므로, 이러한 상태에서 주행거리 증대를 위한 보조배터리 방전 제어를 더 하게 되면, 보조배터리의 최소한 SOC(시동을 거는데 필료한 충전량)까지 소모되어 차량 안전에 문제가 발생하기 때문이다.

따라서, 헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 온 상태이면, 보조배터리의 에너지 방전 제어가 중단되도록 한다.

다음으로, 주행거리 증대를 위하여 보조배터리의 에너지 방전 제어가 이루어지는 단계가 진행된다.

즉, 헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 오프된 상태에서, 보조배터리의 SOH에 따라 보조배터리의 가용 SOC를 예측하고(S114), 메인배터리의 SOC가 방전될 때까지 보조배터리의 가용 SOC가 차량 주행에 필요한 최소량이 될 때까지 구동모터로 방전되는 과정(S115)이 진행된다.

보다 상세하게는, 보조배터리 가용 SOC, 즉 주행거리를 증대시키는 가용 에너지는 보조배터리의 SOH에 연동하여 산출되는데, 첨부한 도 4에서 보듯이 차량 초기 SOH가 최대인 경우(SOH=1)로 가용에너지는 최대 사용이 가능하지만, 차량이 운행됨에 따라 SOH가 저하됨에 따라 가용 SOC도 감소되므로, 보조배터리의 SOH에 따라 보조배터리의 가용 SOC를 예측하게 된다.

이렇게 보조배터리의 가용 SOC가 정해지면, 차량 제어기의 제어맵에 따라 상응하는 제어전압으로 DC-DC 컨버터(LDC)가 제어되어, 보조배터리의 가용 SOC가 구동모터쪽으로 제공되어 주행거리 증대에 활용되어진다.

한편, 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이 상기 보조배터리의 가용 SOC 방전은 메인배터리의 SOC가 방전될 때까지 이루어지되, 보조배터리의 가용 SOC가 차량 주행에 필요한 최소량이 될 때까지 이루어지며, 보조배터리의 SOC를 차량 주행에 필요한 최소의 에너지만큼 남겨두는 것은 주행 후 방치시 자기 방전, 대용량 방전, L DC 고장시 대비 페일 세이프 등을 대비함에 있다.

10 : 메인배터리
12 : 인버터
14 : 구동모터
16 : 보조배터리
18 : DC-DC 컨버터
20 : 차량제어기
21 : 전류센서
22 : 전압센서
23 : 온도센서
24 : 12V 전장부하

Claims

메인배터리를 충전할 때, 보조배터리를 충전하기 위한 충전 준비 단계와;
보조배터리의 SOH 예측 단계와;
예측된 SOH를 기반으로, 보조배터리의 에너지 유용을 위한 에너지 제어 유무 판정 단계와;
예측된 SOH가 기준값 이상이면 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 것으로 판정하여 보조배터리를 충전하는 단계;
상기 메인배터리 및 보조배터리의 충전후, 차량의 주행시 보조배터리의 에너지 제어가 가능한 경우, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계와;
주행거리 증대를 위하여 보조배터리의 에너지 방전 제어가 이루어지는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보조배터리의 충전 준비 단계는:
충전을 위한 전원이 연결되었는지 확인하는 과정과;
보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압과 비교하는 과정과;
보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압보다 크면, 보조배터리의 SOH 측정 횟수를 확인하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 보조배터리 전압(Vaux)이 SOH 측정 가능한 최소전압보다 작으면, 보조배터리를 충전하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보조배터리 SOH 예측 단계는:
전류가 흐르지 않는 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)를 측정하는 과정과;
12V 전장부하를 온시켜서 보조배터리로부터 12V 전장부하에 전류가 흐르는 상태에서, 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 측정하는 과정과;
상기 개회로 상태에서의 보조배터리 전압(Vocv)과 12V 전장부하에 인가되는 보조배터리 전압(Vr)을 기반으로 보조배터리의 내부저항을 계산하여, SOH를 예측하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 예측된 SOH가 기준값 이하이면 보조배터리의 에너지 제어가 불가능한 것으로 판정하여 보조배터리의 에너지 방전 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보조배터리를 충전하는 단계에 있어서,
메인배터리 충전시 동시에 보조배터리를 충전하되, 보조배터리 및 메인배터리가 만충전 상태가 될 때까지 충전하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량의 주행시 보조배터리의 에너지 방전 제어를 준비하는 단계는:
보조배터리의 에너지 유용을 위한 보조배터리의 에너지 제어 가능 여부를 확인하는 과정과;
12V 전장부하중 헤드램프 및 와이퍼가 오프되었는지를 확인하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 7에 있어서,
헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 온 상태이면, 보조배터리의 에너지 방전 제어를 중단하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보조배터리의 에너지 방전 제어가 이루어지는 단계는:
헤드램프 및 와이퍼를 포함하는 12V 전장부하가 오프된 상태에서, 보조배터리의 SOH에 따라 보조배터리의 가용 SOC를 예측하는 과정과;
메인배터리의 SOC가 방전될 때까지, 보조배터리의 가용 SOC가 차량 주행에 필요한 최소량이 될 때까지 구동모터로 방전되는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리를 이용한 전기자동차의 주행거리 증대 방법.