KR101371742B1 - 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법 - Google Patents

차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단순하면서도 정확도 높게 고전압배터리의 잔존용량을 추정할 수 있도록 함으로써, 환경차량의 차량 운용 효율을 극대화하여 에너지를 저감하면서도 안정적인 주행 성능을 확보할 수 있도록 한다.

Description

차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법{ESTIMATING METHOD FOR STATE OF CHARGE OF HIGH VOLTAGE BATTERY IN VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량이나 전기차량에 탑재되는 고전압배터리의 잔존용량을 추정하는 방법에 관한 기술이다.
환경차량에서 고전압배터리의 잔존용량 계산은 차량의 주행 전략에 가장 중요하게 작용하는 기술이다. 고전압배터리의 잔존 용량을 보다 정확히 추정함으로써, 잉여의 에너지가 발생할 경우 고전압배터리에 충전하고, 높은 출력이 필요할 경우에는 적절히 방전하여 요구 출력을 충당하도록 함으로써 에너지 저감 및 차량의 운용 효율을 극대화 할 수 있기 때문이다.
잔존 용량 계산이 부정확 할 경우, 차량의 운용 효율 감소는 물론 위험한 상황까지 초래 할 수 있다. 예를 들면, 실제 용량은 80%이지만 계산된 용량은 30%일 경우, 차량 제어기는 충전이 필요하다고 판단하여, 고전압배터리가 과 충전 될 수 있으며, 혹은 그 반대의 경우 고전압배터리는 과 방전 될 수 있다.
즉, 과 충전 또는 과 방전에 따른 고전압배터리 발화 혹은 폭발에 의해 매우 위험한 상황을 초래 할 수도 있는 것이다.
또한 100% 고전압배터리의 에너지 만으로 구동되는 전기자동차의 경우, 주행 가능 거리 문제에 있어 부정확한 잔존 용량 계산이 행해 질 경우 실 주행거리 감소 등의 원인이 될 수 있어, 보다 정확한 잔존 용량 계산 방법이 필요하다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 단순하면서도 정확도 높게 고전압배터리의 잔존용량을 추정할 수 있도록 함으로써, 환경차량의 차량 운용 효율을 극대화하여 에너지를 저감하면서도 안정적인 주행 성능을 확보할 수 있도록 한 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법은
고전압배터리의 내부저항을 구하는 내부저항획득단계와;
상기 고전압배터리의 가전압을 구하는 가전압획득단계와;
상기 구해진 내부저항과 가전압을 사용하여 상기 고전압배터리의 기전력을 산출하는 기전력연산단계와;
상기 고전압배터리에 대한 잔존용량과 기전력에 대한 맵으로부터 현재의 잔존용량에 상당하는 기전력을 찾는 기전력검색단계와;
상기 기전력연산단계에서 산출된 기전력과 상기 기전력검색단계에서 검색된 기전력 사이의 차이를 보정값으로 하여 상기 현재의 잔존용량을 보정하는 보정단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단순하면서도 정확도 높게 고전압배터리의 잔존용량을 추정할 수 있도록 함으로써, 환경차량의 차량 운용 효율을 극대화하여 에너지를 저감하면서도 안정적인 주행 성능을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 기본원리를 설명한 고전압배터리의 등가회로도,
도 3은 도 2의 등가회로도를 기반으로 한 시간에 따른 단자전압과 기전력 등의 관계를 설명한 그래프,
도 4는 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 대한 내부저항 맵의 예를 도시한 도면,
도 5는 고전압배터리의 온도와 전류량에 대한 가전압 맵의 예를 도시한 도면,
도 6은 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 대한 기전력 맵의 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정장치의 구성도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법의 실시예는 고전압배터리의 내부저항을 구하는 내부저항획득단계(S10)와; 상기 고전압배터리의 가전압을 구하는 가전압획득단계(S20)와; 상기 구해진 내부저항과 가전압을 사용하여 상기 고전압배터리의 기전력을 산출하는 기전력연산단계(S30)와; 상기 고전압배터리에 대한 잔존용량과 기전력에 대한 맵으로부터 현재의 잔존용량에 상당하는 기전력을 찾는 기전력검색단계(S40)와; 상기 기전력연산단계(S30)에서 산출된 기전력과 상기 기전력검색단계(S40)에서 검색된 기전력 사이의 차이를 보정값으로 하여 상기 현재의 잔존용량을 보정하는 보정단계(S50)를 포함하여 구성된다.
즉, 고전압배터리의 내부저항과 가전압을 이용하여 계산한 기전력과, 잔존용량과 기전력에 대한 맵으로부터 검색한 기전력의 차이를 구하여, 이를 현재의 잔존용량을 보정하는 데에 사용함으로써, 보다 정확한 잔존용량의 추정이 가능하도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 잔존용량의 추정은 다음과 같은 이론적 내용에 기반한다.
즉, 상기 고전압배터리는 도 2와 같은 등가회로로 표현할 수 있는 바, 고전압배터리에 전류 입력 시 배터리의 내부저항에 의한 전압 상승 및 배터리 내부의 커패시터 및 전기적 특성에 의한 가전압의 발생으로 설명할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같은 내용을 전압 거동과 연계하여 각 성분을 표시하면, 도 3과 같이 표현할 수 있으며, 이들 각 성분의 관계는 다음의 수학식에 따른다.
Figure 112012080989203-pat00001
VOCVn: 임의의 n시점의 고전압배터리 기전력(Open Circuit Voltage)
VTn: 임의의 n시점의 고전압배터리 단자전압
In: 임의의n시점의 고전압배터리 전류
R: 고전압배터리의 내부저항
T: 고전압배터리의 온도
SOC: 고전압배터리의 잔존용량(State Of Charge)
Pmax: 고전압배터리의 가전압
?AH: 고전압배터리의 전류량이다.
즉, 고전압배터리의 단자전압에서 내부저항에 의한 전압강하 성분과 전류 입력에 의해 발생한 가전압 성분을 제거하면, 고전압배터리의 OCV(Open Circuit Voltage: 기전력)을 얻을 수 있는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 배경 하에서 상기 수학식에 의해 산출된 고전압배터리의 기전력을 미리 다수의 고전압배터리 특성 시험에 의해 맵으로 구축되어 있는 잔존용량과 기전력의 맵으로부터 선택되는 기전력과 비교함으로써, 현재의 잔존용량을 보정할 수 있도록 하는 것이다.
상기 내부저항획득단계(S10)는 상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 내부저항의 맵을 미리 구축해 두고, 상기 맵으로부터 상기 고전압배터리의 현재 온도와 잔존용량에 해당하는 내부저항을 검색하여 획득한다.
즉, 도 4와 같은 구성의 맵을 미리 고전압배터리의 특성 시험을 통해 구축해 두고, 상기 맵으로부터 현재의 고전압배터리 온도와 잔존용량에 해당하는 내부저항 값을 선택하는 것이다.
상기 가전압획득단계(S20)는 마찬가지로 상기 고전압배터리의 온도와 전류량에 따른 가전압의 맵을 도 5와 같이 미리 구축해 두고, 상기 맵으로부터 상기 고전압배터리의 현재 온도와 전류량에 해당하는 가전압을 검색하여 획득하는 것이다.
상기 기전력연산단계(S30)에서는 상기한 바와 같이 얻어진 내부저항과 가전압을 가지고 상기 수학식을 사용하여 기전력을 산출한다.
한편, 상기 고전압배터리에 대한 잔존용량과 기전력에 대한 맵은 본 실시예에서 상기 고전압배터리의 온도를 함께 고려하여, 도 6과 같이 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 기전력의 맵으로 이루어지며, 상기 기전력검색단계(S40)에서는 현재의 온도와 잔존용량에 해당하는 기전력을 검색해내는 것이다.
상기한 바와 같이 수학식에 의해 계산된 기전력과 상기 맵으로부터 검색된 기전력의 차이는 상술한 바와 같이 현재의 잔존용량의 보정하는 데에 사용되는 바, 구체적인 보정 방법은 PID(Proportional Integral Derivative)제어와 같은 제어 방법에 따라 적절히 구현될 수 있으며, 이 부분은 공지의 기술을 사용한다.
한편, 상기한 바와 같은 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법을 수행하는 전자제어유닛(1)을 구성할 수 있을 것인 바, 상기 전자제어유닛(1)은 고전압배터리의 전압과 전류, 온도 및 잔존용량을 입력 받는 입력부(3)와; 상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 내부저항의 맵(A)과, 상기 고전압배터리의 온도와 전류량에 따른 가전압의 맵(B)과, 상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 기전력의 맵(C)을 구비하고, 상기내부저항획득단계(S10), 가전압획득단계(S20), 기전력연산단계(S30), 기전력검색단계(S40) 및 보정단계(S50)를 수행하도록 구성된 제어부(5)와; 상기 제어부(5)에서 보정된 고전압배터리의 잔존용량(SOC)에 대한 정보를 출력하는 출력부(7)를 구비하도록 구성할 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10; 내부저항획득단계
S20; 가전압획득단계
S30; 기전력연산단계
S40; 기전력검색단계
S50; 보정단계
1; 전자제어유닛
3; 입력부
5; 제어부
7; 출력부

Claims (7)

  1. 고전압배터리의 내부저항을 구하는 내부저항획득단계(S10)와;
    상기 고전압배터리의 가전압을 구하는 가전압획득단계(S20)와;
    상기 구해진 내부저항과 가전압을 사용하여 상기 고전압배터리의 기전력을 산출하는 기전력연산단계(S30)와;
    상기 고전압배터리에 대한 잔존용량과 기전력에 대한 맵으로부터 현재의 잔존용량에 상당하는 기전력을 찾는 기전력검색단계(S40)와;
    상기 기전력연산단계(S30)에서 산출된 기전력과 상기 기전력검색단계(S40)에서 검색된 기전력 사이의 차이를 보정값으로 하여 상기 현재의 잔존용량을 보정하는 보정단계(S50);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부저항획득단계(S10)는
    상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 내부저항의 맵을 미리 구축해 두고, 상기 맵으로부터 상기 고전압배터리의 현재 온도와 잔존용량에 해당하는 내부저항을 검색하여 획득하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가전압획득단계(S20)는
    상기 고전압배터리의 온도와 전류량에 따른 가전압의 맵을 미리 구축해 두고,
    상기 맵으로부터 상기 고전압배터리의 현재 온도와 전류량에 해당하는 가전압을 검색하여 획득하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기전력연산단계(S30)에서는 다음 수학식을 사용하여 기전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법.
    Figure 112012080989203-pat00002

    여기서,
    VOCVn: 임의의 n시점의 고전압배터리 기전력(Open Circuit Voltage)
    VTn: 임의의 n시점의 고전압배터리 단자전압
    In: 임의의n시점의 고전압배터리 전류
    R: 고전압배터리의 내부저항
    T: 고전압배터리의 온도
    SOC: 고전압배터리의 잔존용량(State Of Charge)
    Pmax: 고전압배터리의 가전압
    ?AH: 고전압배터리의 전류량이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압배터리에 대한 잔존용량과 기전력에 대한 맵은 상기 고전압배터리의 온도를 함께 고려하여, 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 기전력의 맵으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1항의 차량의 고전압배터리 잔존용량 추정방법을 수행하는 유닛으로서,
    고전압배터리의 전압과 전류, 온도 및 잔존용량을 입력 받는 입력부(3)와;
    상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 내부저항의 맵(A)과, 상기 고전압배터리의 온도와 전류량에 따른 가전압의 맵(B)과, 상기 고전압배터리의 온도와 잔존용량에 따른 기전력의 맵(C)을 구비하고, 상기내부저항획득단계(S10), 가전압획득단계(S20), 기전력연산단계(S30), 기전력검색단계(S40) 및 보정단계(S50)를 수행하도록 구성된 제어부(5)와;
    상기 제어부(5)에서 보정된 고전압배터리의 잔존용량(SOC)에 대한 정보를 출력하는 출력부(7);
    를 구비한 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
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