KR101273141B1 - 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법 - Google Patents

전기자동차의 배터리 충방전 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것으로서, 특히, 정상 주행 모드와, 상기 정상 주행 모드로 차량을 주행하는 도중 잔존 배터리 에너지가 제1설정치 이하인 경우 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 대피 모드와, 상기 대피 모드로 차량을 주행한 후 잔존 배터리 에너지가 제2설정치 이하인 경우 차량의 주행을 정지시키는 주행 정지 모드를 포함하고, 상기 대피 모드는, 소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하고, 출력 제한은 상기 주행 정지 모드시까지 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지 및 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 복수개의 설정 항목이 고려되도록 구성됨으로써, 차량의 갑작스러운 주행 중 정지에 따른 안전 사고를 예방할 수 있는 이점을 제공한다.

Description

전기자동차의 배터리 충방전 제어방법{Control method charging and discharging to Battery for Electric-vehicles}
본 발명은 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 주행 중 배터리 에너지 레벨이 설정치 이하로 고갈될 때, 안전지대까지의 소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차는 기존의 발전방식과 비교할 때, 발전효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해물질의 배출이 전혀 없어 미래의 발전기술로 평가되는 연료전지(Fuel cell)(이하, '배터리'라 칭함)가 탑재된다.
그러나, 전기자동차는 주행 가능거리를 쉽게 가늠할 수 없어 운행 중 배터리가 완전히 고갈될 경우를 대비하여 배터리 에너지가 어느 정도 잔존함에도 불구하고 차량 주행이 갑작스럽게 정지되는 경우가 있다.
이와 같은 차량 주행의 갑작스러운 정지는, 고속으로 주행하는 고속 주행환경에서 안전사고로 이어질 수 있는 바, 전기자동차에 대한 고객 불안이 증가하는 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 일례를 나타낸 개요도이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 일례에 관한 것으로서, 종래, 고전압 배터리는 작동 제한치보다 더 많은 에너지를 사용하면(예를 들면, 잔존 배터리 에너지가 만충된 경우와 비교하여 5％ 이하가 될 때까지 소모될 경우), 내구수명이 단축될 수 있으므로, 도 1에 도시된 바와 같이, main relay를 오프(OFF)시켜서 배터리를 보호하는 것이 일반적이다.
한편, 종래, 전기자동차의 주행 중 배터리가 어느 정도 고갈되면, 음성 경고나 클러스터 경고 등을 통하여 고객이 차량을 충전하도록 경고하지만, 이 경우, 운전자가 계속하여 주행을 하여 배터리 작동 제한치에 도달하게 되면 차량의 시동이 갑자기 오프(OFF)되면서 정지하는 문제가 있다. 이와 같이, 고속 주행 중 시동이 오프(OFF)되면, 차량의 스티어링 핸들이 자동으로 잠김되어 주행 중 사고발생 우려가 있다.
삭제
공개특허공보 제10-2011-0041783호(2011.04.22.공개)
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주행 중 배터리 에너지 레벨이 설정치 이하로 고갈될 때, 안전지대까지의 소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하여 안전사고를 예방할 수 있는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 정상 주행 모드와, 상기 정상 주행 모드로 차량을 주행하는 도중 잔존 배터리 에너지가 제1설정치 이하인 경우 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 대피 모드와, 상기 대피 모드로 차량을 주행한 후 잔존 배터리 에너지가 제2설정치 이하인 경우 차량의 주행을 정지시키는 주행 정지 모드를 포함하고, 상기 대피 모드는, 소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하고, 출력 제한은 상기 주행 정지 모드시까지 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지 및 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 복수개의 설정 항목이 고려되도록 설정된다.
여기서, 상기 잔존 배터리 에너지의 제1설정치는, 5％로 설정될 수 있다.
또한, 상기 잔존 배터리 에너지의 제2설정치는, 2.5％로 설정될 수 있다.
아울러, 상기 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 차량 탑승 승객을 포함한 차량 탑재 중량에 따른 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 상기 소정거리만큼의 이동시 예상되는 노면의 구배에 따른 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 상기 배터리의 내구를 고려한 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 차량 내 설치된 공조시스템에 따른 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드는, 상기 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우 상기 공조시스템에 소모되는 전력 공급을 제한하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 차량의 주행 정지 모드시 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드는, 적어도 상기 소정거리 만큼 차량이 주행한 후 차량의 주행이 정지될 때까지 상기 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량을 확보하도록 주행시의 배터리 에너지 출력을 제어할 수 있다.
또한, 상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우, 상기 배터리의 충전은 차량의 시동이 오프(OFF)될 때까지 50kW로 충전되도록 설정되고, 상기 배터리의 방전은 상기 주행 정지 모드에 의한 차량의 주행이 정지되는 상기 제2설정치까지 10kW로 방전되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우, 스티어링 핸들의 잠금에 관여하는 저전압 전장부하 에너지를 1.7kW로 출력하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우, 공조시스템에 의하여 소모되는 배터리 에너지를 차단하도록 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 차량의 갑작스러운 정지를 예방할 수 있으므로, 주행 중 안전사고를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 일례를 나타낸 개요도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법을 설명하기 위한 개요도이며,
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 블록도이고,
도 4는 도 3의 상세 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법을 설명하기 위한 개요도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 블록도이며, 도 4는 도 3의 상세 블록도이다.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 배터리 에너지 레벨(State Of Charge, 이하, "SOC"라 약칭함)이 작동 제한치까지 고갈된 경우에는 사용자가 인지한 후 적어도 안전지대에 해당하는 소정거리만큼 차량이 저속주행 가능하도록 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있는 기술적 내용을 골자로 한다.
여기서, 작동 제한치라 함은 초기 설정에 의하겠지만, 잔존 배터리 에너지가 제1설정치인 경우를 의미한다고 할 것이다. 또한, 안전지대라 함은 주행 중 차량이 주행 중인 도로로부터 벗어나 배터리의 충전 또는 기초 정비를 할 수 있는 미설정된 공간을 말한다. 위와 같이 기본적인 배터리의 충전 또는 기초 정비를 위해서는 현재 주행 중인 위치에서 적어도 2km 이격된 장소를 지칭할 수 있다.
이를 토대로 보다 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예는, 도 3에 참조된 바와 같이, 일반적인 도로에서 차량이 정상적으로 주행하도록 배터리 에너지를 출력하는 정상 주행 모드와, 정상 주행 모드로 차량을 주행하는 도중 잔존 배터리 에너지가 제1설정치 이하인 경우 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 대피 모드와, 대피 모드로 차량을 주행한 후 잔존 배터리 에너지가 제2설정치 이하인 경우 차량의 엔진을 시동 오프시키는 시동 정지 모드를 포함한다.
여기서, 제1설정치에 해당하는 잔존 배터리 에너지(SOC)는, 상술한 작동 제한치와 같은 개념이다. 기본적으로 작동 제한치는 전체 배터리 에너지 레벨이 100％를 만충된 경우라고 할 경우, 5％의 잔존 배터리 에너지를 말한다.
또한, 대피 모드는, 소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 핵심적인 기술이다.
출력 제한은, 시동 정지 모드시까지 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지 및 기타 차량의 주행과는 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 복수개의 설정 항목이 고려되어진다.
구체적으로, 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 차량 탑승 승객을 포함한 차량에 탑재된 중량에 따른 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
또한, 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 소정거리만큼의 이동시 예상되는 노면의 구배에 따른 배터리 에너지의 소모율을 포함할 수 있다.
한편, 차량의 주행과는 밀접하게 관계되어 있지 않지만, 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목도 고려할 수 있다.
예를 들면, 배터리의 내구를 고려한 배터리 에너지 소모율과, 차량 내 설치된 공조시스템의 가동에 따른 배터리 에너지의 소모율을 포함하는 것이 그것이다.
아울러, 차량의 주행과는 무관한 설정 항목의 예로써, 차량의 시동 오프(OFF)시 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량도 고려되어야 할 것이다. 이 경우에, 대피 모드는, 적어도 소정거리만큼 차량이 주행한 후 차량의 엔진 시동이 오프(OFF)될 때까지 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량을 확보하도록 주행시의 배터리 에너지 출력을 제어될 수 있다.
아래 표 1 내지 4를 참조하여 위 각 설정 항목에 따른 배터리 에너지 출력 제어 모습을 상세하게 설명하기로 한다.
표 1은 배터리 에너지 레벨(SOC)에 따른 배터리 충전 룩업 테이블이고, 표 2는 배터리 에너지 레벨(SOC)에 따른 배터리 방전 룩업 테이블이며, 표 3은 공조시스템에 의하여 소모되는 배터리 에너지 레벨(SOC)에 따른 방전 룩업 테이블이고, 표 4는 저전압 전장부하 에너지에 의하여 소모되는 배터리 에너지 레벨에 따른 방전 룩업 테이블이다.
표 1을 참조하면, 정상 주행 모드시(SOC 100∼5 구간)에는 배터리 에너지가 제1설정치까지는 50kW로 방전되다가, 대피 모드에 진입하면 배터리 에너지가 제2설정치까지 10kW로 방전되도록 설정된다.
또한, 표 2를 참조하면, 대피 모드에 진입한 경우 배터리 에너지가 차량의 주행이 정지될 때까지 50kW로 충전되도록 설정되고, 차량의 시동이 오프(OFF)될 때까지는 추후 충전을 위하여 적어도 50kW로 충전되도록 설정될 수 있다.
아울러, 표 3을 참조하면, 대피 모드에 진입한 경우 잔존 배터리 에너지가 제1설정치 이하인 경우, 공조시스템에 의하여 소모되는 배터리 에너지를 차단하도록 설정될 수 있다.
마지막으로, 표 4를 참조하면, 대피 모드에 진입한 경우 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하부터 상기 제2설정치까지 스티어링 핸들의 잠금에 관여하는 저전압 전장부하 에너지를 1.7kW로 출력하도록 설정될 수 있다.
에너지(％) 90 80 … 10 5 4 3 2.5
출력(kW) 50 50 … 50 10 10 10 0
에너지(％) 90 80 … 10 5 4 3 2.5
출력(kW) 50 50 … 50 50 50 50 50
에너지(％) 90 80 … 10 5 4 3 2.5
출력(kW) 10 10 … 10 0 0 0 0
에너지(％) 90 80 … 10 5 4 3 2.5
출력(kW) 1.7 1.7 … 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7
상기와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 경우, 실질적으로 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지 및 기타 차량의 주행과는 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 복수개의 설정 항목을 모두 고려하여 배터리의 충전 및 방전을 제어함으로써, 별도의 배터리 충전 작업이 없더라도 적어도 안전지대까지의 주행 가능 거리를 확보할 수 있어, 갑작스러운 차량의 주행 정지 및 이에 의한 스티어링 핸들의 갑작스러운 잠김 현상을 방지함으로써 차량 정지에 따른 안전사고를 사전에 예방할 수 있고, 배터리 용량을 증대하지 않더라도 추가 주행거리를 확보할 수 있는 이점을 창출한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 제어 과정을 도 3을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 정상 주행 단계 후, 배터리 에너지 레벨(SOC)가 5％ 이하로 고갈되면, 대피 모드로 진입하게 된다.
대피 모드는, 그 일례로 고전압 배터리의 방전을 제한하기 위한 것으로서, 50kW로 방전되던 것을 10kW로 낮추고, 다른 예로 고정압 배터리 충전을 지속시키기 위한 것으로서, 계속하여 50kW로 충전시키도록 제어한다.
또한, 공조시스템의 사용에 의한 배터리 소모를 방지하기 위하여 공조시스템의 냉난방 에너지를 차단시키고, 저전압 배터리 전장부하의 출력 유지를 위해서 1.7kW로 지속적으로 출력할 수 있도록 제어한다.
한편, 배터리 에너지 레벨(SOC)가 2.5％ 이하일 경우에는 고전압 배터리의 Main relay를 오프(OFF)시킨 다음, 마지막으로 차량의 주행 정지 모드에 진입하게 된다.
이상, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면(특히, 도 3 및 도 4)을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
S10: 정상 주행 모드 S20: 대피 모드
S30: 주행 정지 모드

Claims (13)

  1. 정상 주행 모드와;
    상기 정상 주행 모드로 차량을 주행하는 도중 잔존 배터리 에너지가 제1설정치 이하인 경우 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 대피 모드와;
    상기 대피 모드로 차량을 주행한 후 잔존 배터리 에너지가 제2설정치 이하인 경우 차량의 주행을 정지시키는 주행 정지 모드를 포함하고,
    상기 대피 모드는,
    소정거리 이상 차량이 주행할 수 있도록 잔존 배터리 에너지의 출력을 제한하고, 출력 제한은 상기 주행 정지 모드시까지 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지 및 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 복수개의 설정 항목이 고려되며,
    상기 제1설정치는 5％이고, 제2설정치는 2.5％인 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 차량 탑승 승객을 포함한 차량 탑재 중량에 따른 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드시 차량의 주행에 필요한 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은, 상기 소정거리만큼의 이동시 예상되는 노면의 구배에 따른 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은,
    상기 배터리의 내구를 고려한 상기 배터리 에너지의 소모율을 포함하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은,
    차량 내 설치된 공조시스템에 따른 배터리 에너지의 소모율을 포함하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 대피 모드는, 상기 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우 상기 공조시스템에 소모되는 전력 공급을 제한하는 전기자동차의 충방전 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드시 기타 차량의 주행과 무관하지만 잔존 배터리 에너지에 영향을 주는 설정 항목은,
    차량의 주행 정지 모드시 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량을 포함하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 대피 모드는, 적어도 상기 소정거리 만큼 차량이 주행한 후 차량의 주행이 정지될 때까지 상기 스티어링 핸들의 자동 잠금을 위하여 소모되는 필요 배터리 잔량을 확보하도록 주행시의 배터리 에너지 출력을 제어하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우,
    상기 배터리의 충전은 차량의 시동이 오프(OFF)될 때까지 50kW로 충전되도록 설정되고,
    상기 배터리의 방전은 상기 주행 정지 모드에 의한 차량의 주행이 정지되는 상기 제2설정치까지 10kW로 방전되도록 설정된 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우,
    스티어링 핸들의 잠금에 관여하는 저전압 전장부하 에너지를 1.7kW로 출력하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 대피 모드는, 잔존 배터리 에너지가 상기 제1설정치 이하인 경우,
    공조시스템에 의하여 소모되는 배터리 에너지를 차단하는 전기자동차의 배터리 충방전 제어방법.
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