KR101278676B1 - 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법에 대한 것으로, 배터리 전압을 추출하는 전압 데이터 추출부, 주행 속도 데이터를 추출하는 속도 데이터 추출부, 차량 환경 정보를 입력받는 차량환경 정보 입력부, 전압 변화 정보와 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하는 주행 데이터 수집부, 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 DB와 연동하여 전기 잔량 데이터를 계산하는 전기 잔량 데이터 계산부, 차량 환경 정보를 수집하는 차량환경 정보 수집부와 주행 환경 정보를 제공하는 주행 환경 정보부와 연동하여 제공된 차량환경정보, 주행도로정보를 참고하여 상기 전기 잔량 데이터 계산부에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산하는 주행 가능 거리 계산부, 및 상기 배터리 전기 잔량, 환경정보를 반영한 주행 가능거리를 디스플레이하는 데이터 출력부를 포함한다.

Description

전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법{System and method for management of battery residual quantity in electric vehicle}
본 발명은 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 주행 환경에서 전기 자동차의 배터리로부터 전압 데이터와 차량의 속도데이터를 수집하여 전기 잔량을 측정하고 주행 가능 거리를 산정하여 배터리 효율향상을 위한 전기자동차의 효율 향상과 충전 제어가 가능하도록 한 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
21세기에 들어와서 구미 선진국을 중심으로 전 세계는 지구온난화의 주범이 되는 온실가스 배출량을 감축하고, 에너지 가격 변동에 취약한 석유 의존경제의 굴레에서 벗어나기 위하여 노력하고 있다.
특히 운송수단의 측면에서는 2010년 후반부터 본격적인 시장형성이 예측되는 하이브리드 전기자동차(HEV) 및 연료 전지자동차가 단연 주목을 받고 있다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 에너지원을 가지고 있는 형태이나, 화석연료를 사용하며 배기가스를 발생하기 때문에 완벽한 친환경 자동차로서의 한계를 가지고 있으며, 하이브리드 전기자동차는 충전방식에 따라 외부충전방식(plug-in type)과 내부충전방식(non plug-in type)으로 구분할 수 있다.
외부충전 방식은 HEV에 장착된 배터리를 전기자동차에서와 같이 외부 전원을 이용하여 충전할 수 있는 방식이며, 내부충전 방식은 외부로부터의 충전을 허용하지 않고 배터리의 충전을 내부적으로 해결하는 방식이다. 내부충전 방식에서는 배터리 SOC(state of charge)가 낮은 상태에 처할 경우 엔진으로 발전하여 자체적으로 배터리를 충전한다.
외부충전 방식의 HEV는 일반 전기자동차에 가까운 HEV이며, 도심지의 단거리 주행 또는 출퇴근과 같이 일상적인 주행에서는 전기모터를 주로 사용하고, 엔진은 장거리 주행의 경우와 배터리 충전상태가 매우 낮아 전기모터의 사용이 가능하지 못한 비상조건의 경우에 사용하고자 하는 목적을 가지고 있다.
외부충전 방식은 배터리 충전소 등의 사회 간접시설이 미비한 현 상태에서는 내부충전 방식에 비하여 사용이 불편하다. 그러나 연비 및 배기가스 배출 면에서 볼 때 내부 충전방식에 비하여 우수하고 내부충전 방식은 전기모터가 소비하는 전기에너지를 엔진을 통한 발전에 의하여 대부분 충당하므로, 차량의 연비 향상의 폭은 기대와 같이 획기적이 되지 못하다.
하이브리드 전기자동차(HEV)의 경우는 엔진과 전기모터의 구동에 의해 주행이 실시되는 반면에, 전기자동차는 차량에 탑재된 배터리(battery)를 에너지원으로 사용하기 때문에 배출가스가 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 그러나 전기에너지를 공급하는 배터리의 긴 충전시간, 배터리의 높은 가격 및 짧은 배터리 수명 등의 단점을 가지고 있다.
일반 경유 자동차나 가솔린 차량의 경우에는 배터리 잔량이 전무할 경우에라도 외부 차량의 시동지원에 의하여 시동만 하면 자동차 주행에 별로 어려움은 없으나, 전기자동차의 경우에는 배터리가 약할 경우, 그냥 약하다는 내용의 경고등 표시만으로는 부족할 뿐만 아니라, 배터리가 거의 방전되었을 경우에는 시동이 걸릴지라도 등판능력이 현격하게 떨어지게 되고 경사면을 주행 중일 경우에 배터리가 부족하면 모터의 구동력이 현격하게 떨어져 역주행할 위험도 있다.
따라서, 전기 자동차에서 있어서 배터리 관리와 충전시간을 고려하여 배터리 잔량에 대한 정보, 주행가능 거리와 에너지회수장치(Power Recovery System)등을 통하여 충전할 수 있는 전력 등에 대한 정보가 중요한 인자가 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그의 목적은 전기자동차의 ECU의 정보에 있어 자동차의 충전기(Battery)잔량과 운행상태에 대한 정보를 추출하여 최적의 자동차 충전을 지원하기 위하여 다양한 주행 환경에서 전기 자동차의 배터리로부터 전압 데이터와 차량의 속도데이터를 수집하여 전기 잔량을 측정하고 주행 가능 거리를 산정하여 배터리 효율향상을 위한 전기자동차의 효율 향상과 충전 제어가 가능하도록 하는 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템은, 전기 자동차의 엔진으로부터 배터리 전압 데이터를 추출하는 전압 데이터 추출부; 전기 자동차의 회전축에 RPM 센서를 연결하여 획득된 전압신호로부터 주행 속도 데이터를 추출하는 속도 데이터 추출부; 상기 전기차의 배터리 용량, 적재중량, 냉/난방 장치 가동여부를 포함하는 차량 환경 정보를 입력받는 차량환경 정보 입력부; 상기 전압 데이터 추출부로부터 전압 변화 정보와 상기 속도 데이터 추출부로부터 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하는 주행 데이터 수집부; 상기 주행 데이터 수집부로 제공된 전압, 속도에 대하여 미리 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 DB와 연동하여 전기 잔량 데이터를 계산하는 전기 잔량 데이터 계산부; 상기 차량환경 정보 입력부에서 제공되는 차량 환경 정보를 수집하는 차량환경 정보 수집부와 목적지까지 고속도로, 일반 도로, 급경사도로와 같은 주행 환경 정보를 제공하는 주행 환경 정보부와 연동하여 제공된 차량환경정보, 주행도로정보를 참고하여 상기 전기 잔량 데이터 계산부에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산하는 주행 가능 거리 계산부; 및 상기 배터리 전기 잔량, 환경정보를 반영한 주행 가능거리를 디스플레이하는 데이터 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 시스템에 있어서, 상기 주행 환경 정보부에는 GPS를 이용하여 차량의 현재위치를 계산하는 현재위치 계산부와 목적지까지의 주행도로 정보로서 고속도로 정보, 일반도로 정보, 급경사도로, 산악 정보를 포함하는 주행환경 DB와 연동되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 방법은, 전기 자동차의 엔진과 회전축으로부터 전압 데이터와 속도 데이터를 추출하는 단계; 전압 변화 정보와 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하고 수집된 전압, 속도에 대하여 미리 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 DB와 연동하여 전기 잔량 데이터를 계산하는 단계; 차량환경정보, 주행도로정보를 참고하여 전기 잔량 데이터 계산부에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산하는 단계; 차량환경정보, 주행도로정보 변경이 있을 경우 시스템 정보로 저장하는 단계; 및 전기 잔량 데이터 및 환경정보를 반영한 주행가능거리를 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 자동차의 충전기 잔량과 운행상태에 대한 정보를 추출하여 최적의 자동차 충전을 지원할 수 있다.
또한, 다양한 주행 환경에서 전기 자동차의 배터리로부터 전압 데이터와 차량의 속도데이터를 수집하여 전기 잔량을 측정하고 주행 가능 거리를 산정하여 배터리 효율향상을 위한 전기자동차의 효율 향상과 충전 제어가 가능하다.
도1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 시스템의 전체 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 방법의 처리 흐름도의 일실시예이다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 시스템의 전체 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템은 데이터 추출부(100), 연산부(200), 환경정보부(300) 및 출력부(400)로 구성되어 있다.
상기 데이터 추출부(100)는 전기 자동차의 엔진 또는 ECU(Electronic Control Unit)으로부터 센서를 통하여 배터리 전압 데이터, 속도 데이터를 추출하거나 배터리 용량과 같은 차량 환경 정보를 입력받기 위한 것이다.
또한, 상기 연산부(200)는 상기 데이터 추출부(100)로부터 제공되는 데이터에 따라서 전기 잔량 데이터를 계산하고, 주행가능 거리를 계산하는 부분이다.
또한, 상기 환경정보부(300)는 전기 자동차의 주행상태를 고려하기 위한 것으로 주행도로 정보등 주행환경 데이터를 수집하기 위한 것이다.
그리고, 상기 출력부(400)는 전기 자동차의 배터리 잔량과 전기 자동차의 차량 환경 및 주행도로정보를 반영한 주행가능 거리를 표시하여 운전자로 하여금 최적의 자동차 충전을 지원하고 배터리 효율향상을 위한 전기자동차의 효율 향상과 충전 제어를 할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 데이터 추출부(100)에는 전압 데이터 추출부(110), 속도데이터 추출부(120), 차량환경정보 입력부(130)를 포함하고 있다.
상기 데이터 추출부(110)는 전기 자동차의 엔진 또는 ECU로부터 센서를 연결하여 배터리 전압 데이터를 추출하는 것이다.
본 발명의 상기 데이터 추출부(110)에 있어서, Controller Area Network (CAN)에 간단하게 연결하기 위한 ValueCan3와 실시간 메시지 송/수신을 위한 스크립트를 포함하고 있는 다목적 I/O라인을 이용한 아날로그 입력에 대하여 디지털 입/출력하는 Neo RAD I/O를 이용한 통신을 통하여 실시간 데이터 전송을 처리할 수도 있다.
또한, 상기 속도데이터 추출부(120)는 전기 자동차의 회전축에 RPM 센서를 연결하여 획득된 전압신호로부터 주행 속도 데이터를 추출하는 것이다.
또한, 상기 차량환경정보 입력부(130)는 상기 전기차의 배터리 용량, 적재중량, 냉/난방 장치 가동여부를 포함하는 차량 환경 정보를 입력받기 위한 것이다.
배터리 전압, 주행 속도데이터에 따라서 전기 잔량 데이터를 계산하고, 주행가능 거리를 계산하는 연산부(200)에는 주행 데이터 수집부(210), 전기잔량데이터계산부(220), 전기잔량그래프DB(230), 차량환경정보수집부(240), 주행가능거리계산부(250)가 구비되어 있다.
상기 주행데이터 수집부(210)는 상기 전압 데이터 추출부(110)로부터 전압 변화 정보와 상기 속도 데이터 추출부(120)로부터 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하게 된다.
상기 전기잔량그래프DB(230)는 미리 전기 자동차의 주행속도별로 배터리 잔량 그래프가 데이터로 저장되어 있다.
상기 전기잔량 데이터 계산부(220)는 상기 주행 데이터 수집부(210)로 제공된 전압, 속도에 대하여 미리 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 전기잔량그래프DB(230)와 연동하여 그래프의 경사도를 이용하여 전기 잔량 데이터를 계산한다.
또한, 상기 차량환경 정보 수집부(240)는 차량환경 정보 입력부(130)에서 제공되는 배터리 용량, 승객수나 화물에 따른 적재 중량의 변화, 냉/난방 장치의 가동 여부에 따른 차량 환경 정보를 지속적으로 수집한다.
상기 주행가능 거리 계산부(250)는 상기 전기 잔량 데이터 계산부(220)에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산한다.
이때, 차량의 현재 도로 정보, 즉 고속도로, 일반도로, 경사로 등에 따라 전기잔량 데이터에 따른 주행가능 거리는 보정되어야 하므로 차량의 주행환경정보가 필요하게 된다.
차량의 현재 위치와 그에 따른 주행환경정보를 위한 환경정보부(300)에는 현재 위치 계산부(310), 주행환경 정보부(320), 주행환경DB(330)가 포함되어 있다.
상기 현재 위치 계산부(310)는 GPS를 이용하여 차량의 현재위치를 계산한다.
또한, 상기 주행환경 DB(330)에는 목적지까지의 주행도로 정보로서 고속도로 정보, 일반도로 정보, 급경사도로, 산악 정보 등을 포함한다.
그리고, 상기 주행환경 정보부(320)는 상기 현재위치 계산부(310)에서의 차량의 현재 위치와 그에 따라 주행 환경DB(330)로부터 목적지까지의 주행 도로 정보를 파악하여 상기 주행가능 거리 계산부(250)로 전송한다.
여기에서, 상기 주행가능 거리 계산부(250)는 전기 잔량 데이터 계산부(220)에서 계산된 전기 잔량 데이터 뿐만 아니라 차량의 현재 위치에 기준된 목적지까지 도로정보와 같은 주행 환경 정보, 차량환경정보를 참고하여 보다 더 정확하게 주행가능거리를 계산하게 된다.
상기 출력부(400)는 전기 자동차의 배터리 잔량과 전기 자동차의 차량 환경 및 주행도로정보를 반영한 주행가능 거리를 전기자동차의 인스트루먼트 판넬에서 디스플레이하여 준다.
또한, 상기 출력부(400)에서 디스플레이되는 정보는 시스템 정보로서 저장되고 추후 관리데이터로서 취급되도록 한다.
그리고, 상기 주행가능 거리를 전기자동차의 인스트루먼트 판넬에서 디스플레이하는 경우에 충전제어와 시인성을 높이기 위한 별도의 디스플레이 장치가 구비될 수 있고 경보음과 같은 청각적 수단을 구비할 수도 있다.
도2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 전기 잔량 관리 방법의 처리 흐름도이다.
도2를 참조하면, 전기 자동차의 전기 잔량 관리를 위한 처리 순서도에서 먼저 전기차 엔진 또는 ECU에서 배터리 전압을 추출하고, 전기차 회전축에서 RPM센서를 연결하여 속도 데이터를 추출한다(S10, S20).
다음으로, 상기 추출되는 전압 또는 속도 데이터의 변화에 따라서 주기적으로 변화 정보 데이터를 수집한다(S30).
이때, 상기 추출되는 전압, 속도 데이터는 예를들면 초단위로 주기적으로 데이터 변화를 추출할 수 있다.
또한, 배터리 용량, 적재중량, 난/냉방 장치 가동에 따른 차량 환경 데이터를 수집하고, 현위지에 따른 목적지까지의 주행환경 데이터를 수집한다(S40, S50).
다음으로, 상기 배터리 잔량과 주행 속도에 따른 전기 잔량을 계산한다(S60).
이때, 속도별 전기 잔량 그래프DB로부터 그래프 경사도를 이용하여 전기 잔량을 계산하게 된다.
다음으로, 상기 계산된 전기 잔량과 차량 환경 데이터, 주행환경 데이터를 종합하여 주행가능 거리를 계산한다(S70).
여기에서, 주행 관련 환경 정보가 변경되면 주행 가능 거리를 다시 보정하여 계산하도록 한다(S80).
그리고, 계산된 주행 가능 거리는 시스템 정보로서 저장되어 관리되도록 한다(S90).
최종적으로, 상기 전기 잔량 및 주행 가능 거리가 운전자에게 디스플레이된다(S100).
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 데이터추출부 110 : 전압데이터추출부
120 : 속도데이터추출부 130 : 차량환경정보 입력부
200 : 연산부 210 : 주행데이터수집부
220 : 전기잔량데이터계산부 230 : 전기잔량그래프DB
240 : 차량환경정보수집부 250 : 주행가능거리 계산부
300 : 환경정보부 310 : 현재 위치 계산부
320 : 주행환경 정보부 330 : 주행환경DB
400 : 출력부

Claims (3)

  1. 전기 자동차의 엔진으로부터 배터리 전압 데이터를 추출하는 전압 데이터 추출부;
    전기 자동차의 회전축에 RPM 센서를 연결하여 획득된 전압신호로부터 주행 속도 데이터를 추출하는 속도 데이터 추출부;
    전기 자동차의 배터리 용량, 적재중량, 냉/난방 장치 가동여부를 포함하는 차량 환경 정보를 입력받는 차량환경 정보 입력부;
    상기 전압 데이터 추출부로부터 전압 변화 정보와 상기 속도 데이터 추출부로부터 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하는 주행 데이터 수집부;
    상기 주행 데이터 수집부로 제공된 전압, 속도에 대하여 미리 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 DB와 연동하여 전기 잔량 데이터를 계산하는 전기 잔량 데이터 계산부;
    상기 차량환경 정보 입력부에서 제공되는 차량 환경 정보를 수집하는 차량환경 정보 수집부와 목적지까지 고속도로, 일반 도로, 급경사도로와 같은 주행 환경 정보를 제공하는 주행 환경 정보부와 연동하여 제공된 차량환경정보, 주행도로정보를 참고하여 상기 전기 잔량 데이터 계산부에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산하는 주행 가능 거리 계산부; 및
    상기 배터리 전기 잔량, 환경정보를 반영한 주행 가능거리를 디스플레이하는 데이터 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전기 잔량 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주행 환경 정보부에는 GPS를 이용하여 차량의 현재위치를 계산하는 현재위치 계산부와 목적지까지의 주행도로 정보로서 고속도로 정보, 일반도로 정보, 급경사도로, 산악 정보를 포함하는 주행환경 DB와 연동되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 전기 잔량 관리 시스템.
  3. 전기 자동차의 엔진과 회전축으로부터 전압 데이터와 속도 데이터를 추출하는 단계;
    전압 변화 정보와 속도 변화 정보를 지속적으로 수집하고 수집된 전압, 속도에 대하여 미리 속도별 전기 잔량 그래프를 기록, 저장한 DB와 연동하여 전기 잔량 데이터를 계산하는 단계;
    차량환경정보, 주행도로정보를 참고하여 전기 잔량 데이터 계산부에서 계산된 전기 잔량 데이터로 주행가능거리를 계산하는 단계;
    차량환경정보, 주행도로정보 변경이 있을 경우 시스템 정보로 저장하는 단계; 및
    전기 잔량 데이터 및 환경정보를 반영한 주행가능거리를 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 전기 잔량 관리 방법.
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