KR101458130B1 - 전기자동차의 배터리 충전 표시장치 - Google Patents

전기자동차의 배터리 충전 표시장치 Download PDF

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Abstract

전기자동차의 배터리 충전 표시장치를 개시한다. 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치는 복수 개의 전지 셀; 전지 셀들의 총 전압인 배터리 전압을 측정하고, 측정된 배터리 전압과 전지 셀들의 기준전압의 총 합인 배터리 기준전압과의 전압 차이인 편차전압을 산출하는 편차전압 산출부; 충전량 산출부에서 산출한 편차전압을 기준값 "0"과 비교하고, 편차전압을 기준값 "0"과 비교한 결과를 바탕으로 배터리가 최적상태 이상으로 충전된 여부를 판단하는 비교부; 편차전압이 "0" 보다 클 경우에, 배터리 기준전압 대비 배터리 전압을 충전량으로 산출하는 충전량 산출부; 배터리가 완전히 충전된 상태에서 이동할 수 있는 최대운행거리와 충전량의 백분율을 곱한 것을 바탕으로 운행가능거리를 산출하는 운행거리 산출부; 배터리가 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태까지 걸리는 시간과 배터리 기준전압 대비 편차전압의 크기에 대한 백분율을 곱한 것을 바탕으로 충전소요시간을 산출하는 충전소요시간 산출부; 및 배터리 충전량과 운행가능거리 및 충전소요시간을 표시하는 표시부;를 구비한다.

Description

전기자동차의 배터리 충전 표시장치{Display for Battery Charging of Electric Car}
본 발명은 전기자동차의 배터리 충전 표시장치에 관한 것으로, 특히 배터리 모듈의 교체시에 배터리의 충전상태를 용이하게 확인하여 교체 가능 여부 및 이용 가능한 정도를 쉽게 파악할 수 있는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리를 주 동력원으로 사용하는데, 이 주 동력원의 에너지 입출력 관리는 메인 배터리의 출력단에 설치되어 있는 전류검출수단에 의해 검출되는 전류값의 정보를 배터리 관리 시스템(Battery Management System: 이하,'BMS')에 의해 총괄 관리된다. BMS는 배터리 내부의 각 셀에 대한 전압, 전류, 온도를 측정하여 과방전, 과충전, 과전류 및 온도상승을 관리하고, 셀 밸런싱을 통해 배터리의 성능을 효율적으로 이용할 수 있도록 관리하는 시스템이다. 그리고, BMS에 의한 배터리의 부가정보는 차량의 운전자에게 각종 계기판을 이용하여 제공된다.
즉, 종래에는 전기자동차의 배터리는 차량에 장착된 상태에서 BMS를 이용하여 계기판을 통해서 충전량을 확인할 수 있었다.
배터리는 충전이 가능한 전지 셀을 이용하지만, 배터리의 수명은 한계가 있기 때문에 어느 시기에는 교체를 하여야 한다. 이처럼 배터리를 교체하는 과정에서 교체하여야할 배터리의 충전량에 대한 정보는 교체 이후에나 확인이 가능하다. 또한, 종래에 BMS를 이용한 배터리의 부가정보를 확인하는 장치는 복수 개의 전지 셀들 각각의 전압 측정을 위한 릴레이를 포함하기 때문에, 제작 비용이 많이 소모될 수밖에 없다.
[관련 기술 문헌]
1. 전기자동차용 충전시스템(특허공개 제10-2010-0101994호, 2010. 9. 20 공개)
2. 전기자동차 및 그 배터리의 충전제어방법(특허공개 제10-2012-0012659호, 2012. 02. 10 공개)
따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 교체시에 배터리의 충전량을 포함하는 부가정보를 용이하게 확인할 수 있는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수 개의 전지 셀들에 대한 전압측정을 위해서 많은 수의 릴레이를 사용함으로써 제작비용이 많이 드는 문제점을 개선하기 위한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치는 복수 개의 전지 셀; 전지 셀들의 총 전압인 배터리 전압을 측정하고, 측정된 배터리 전압과 전지 셀들의 기준전압의 총 합인 배터리 기준전압과의 전압 차이인 편차전압을 산출하는 편차전압 산출부; 충전량 산출부에서 산출한 편차전압을 기준값 "0"과 비교하고, 편차전압을 기준값 "0"과 비교한 결과를 바탕으로 배터리가 최적상태 이상으로 충전된 여부를 판단하는 비교부; 편차전압이 "0" 보다 클 경우에, 배터리 기준전압 대비 배터리 전압을 충전량으로 산출하는 충전량 산출부; 배터리가 완전히 충전된 상태에서 이동할 수 있는 최대운행거리와 충전량의 백분율을 곱한 것을 바탕으로 운행가능거리를 산출하는 운행거리 산출부; 배터리가 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태까지 걸리는 시간과 배터리 기준전압 대비 편차전압의 크기에 대한 백분율을 곱한 것을 바탕으로 충전소요시간을 산출하는 충전소요시간 산출부; 및 배터리 충전량과 운행가능거리 및 충전소요시간을 표시하는 표시부;를 구비한다.
편차전압 산출부는 편차전압이 "0"보다 작을 경우에, 배터리가 완전히 충전된 것으로 판단하여, 미리 측정된 운행가능거리를 표시부에 표시한다.
배터리 전압은 전지 셀들 중에서 임의의 전지 셀 하나의 전압을 측정하고, 측정된 전지 셀 전압과 전체 전지 셀들의 개수를 곱함으로써 산출될 수 있다.
충전량 산출부는 다음의 [수학식]을 이용하여 충전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 모듈.
Figure 112012076968520-pat00001
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 표시장치에 전지 셀들의 충전량 정보와 함께 운행거리 및 충전소요시간 등의 부가정보를 표시함으로써 배터리 교체시에 배터리에 대한 선택을 용이하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치는 배터리의 부가정보를 획득하기 위해서 하나의 전지 셀에 대한 측정 전압을 이용하기 때문에, 전압측정을 위한 릴레이의 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라서 제작비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치에서 배터리 부가정보를 획득하는 방법을 나타내는 흐름도.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치 및 그 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 의한 전기자동차의 배터리 충전 표시장치는 복수 개의 전지 셀(110)들을 포함하며, 전지 셀(110)들의 전압을 측정하며 배터리의 충전상태를 판단하는 제어부(120) 및 제어부(120)에 의해서 산출된 배터리의 충전상태를 표시하는 표시부(130)를 구비한다.
전지 셀(110)은 도 1에서와 같이 복수 개가 결합된 배터리 팩의 형태로 배터리 모듈에 포함된다. 그리고 전지 셀(110)들의 단자(112)들은 BMS(미도시) 및 제어부(120)와 연결된다.
제어부(120) 및 표시부(130)는 인쇄회로기판(미도시)에 형성되어서, 전지 셀(110)들을 패키징하는 프레임(미도시)에 결합될 수 있다.
제어부(120)는 전지 셀(110)의 전압을 이용하여 배터리의 충전된 상태를 판단한다. 특히, 제어부(120)는 배터리의 충전된 상태에 대응하는 운행가능거리를 산출하고, 충전이 부족할 때에는 충전할 때에 필요한 소요시간을 산출한다.
이를 위해서 제어부(120)는 편차전압 산출부(122), 충전량 산출부(126), 운행거리 산출부(128) 및 충전소요시간 산출부(129)를 포함한다.
편차전압 산출부(122)는 전지 셀(110)들의 총 전압인 배터리 전압을 측정하고, 측정된 배터리 전압과 전지 셀(110)들의 기준전압의 총 합인 배터리 기준전압과의 전압 차이인 편차전압을 산출한다.
이때 기준전압은 각각의 전지 셀(110)들이 갖는 최적의 정격전압이다. 각각의 전지 셀(110)들은 종류에 따라서 고유의 기준전압을 갖는다. 예컨대 납축전지는 2V, 니켈-카드뮴 전지는 1.2V 및 리튬 2차 전지는 3V의 기준전압을 갖는다. 그리고, 배터리 기준전압은 각각의 전지 셀(110)들 기준전압의 총합으로서, 전지 셀(110)들의 기준전압과 전지 셀(110)의 개수의 곱으로 산출할 수 있다.
그리고, 배터리 전압은 전지 셀(110)들의 전압의 총합으로서, 임의로 측정한 하나의 전지 셀(110)의 전압에 전지 셀(110)들의 개수를 곱하여 산출할 수 있다. 전지 셀(110)들 각각의 전압은 차이가 있을 수 있지만, 본 발명은 교체를 위한 배터리의 충전량을 표시하기 위한 것이기 때문에 작은 차이로 인한 충전량의 오차가 발생하는 것은 무방하다.
즉, 편차전압은 "전지 셀 기준전압×전지 셀 개수 - 전지 셀 전압×전지 셀 개수"로 산출된다.
비교부(124)는 편차전압 산출부(122)에서 산출한 편차전압을 기준값 "0"과 비교한다. 그리고 비교부(124)는 편차전압을 기준값과 비교한 결과를 바탕으로 배터리가 최적상태 이상으로 충전된 여부를 판단한다.
충전량 산출부(126)는 편차전압 산출부(122)가 산출한 편차전압을 이용하여 배터리가 충전된 정도인 충전량을 산출한다. 충전량 산출부(126)는 배터리 기준전압 대비 배터리 전압의 비율을 충전량으로 산출할 수 있다.
운행거리 산출부(128)는 충전량을 이용하여, 해당 배터리를 차량에 장착할 시에 잔존하는 배터리 양으로 주행할 수 있는 운행거리를 산출한다. 운행거리 산출부(128)는 배터리가 완전히 충전된 상태에서 이동할 수 있는 최대운행거리와 충전량의 백분율을 곱한 것을 바탕으로 운행가능거리를 산출한다.
충전소요시간 산출부(129)는 배터리가 충전이 완전치 않은 상태에서 충전을 할 경우에, 완전히 충전될 때까지 소요되는 예상시간을 산출한다. 충전소요시간 산출부(129)는 배터리가 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태까지 걸리는 시간과 배터리 기준전압 대비 편차전압의 크기에 대한 백분율을 곱한 것을 바탕으로 충전소요시간을 산출한다.
도 3은 이러한 제어부(120)의 동작을 나타내는 흐름도로서, 도면을 참조하여 제어부(120)가 배터리의 충전상태 및 이에 따른 운행거리와 충전소요시간을 산출하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
< 편차전압 산출 : S301, S302 >
편차전압을 산출하기 위해서, 제어부(120)의 편차전압 산출부(122)는 전지 셀(110)의 전압을 측정한다. 측정되는 전지 셀(110)은 임의로 선택된 하나의 전지 셀(110)로서 전지 셀(110)의 단자와의 연결을 통해서 전지 셀(110) 전압을 측정할 수 있다.
그리고 편차전압 산출부(122)는 임의의 전지 셀(110)의 전압에 전지 셀(110)의 총 개수를 곱함으로써 전체 배터리의 전압을 산출한다.
이어서, 편차전압 산출부(122)는 배터리 기준전압에서 배터리 전압을 감산함으로써 편차전압을 산출한다. 이때 배터리 기준전압은 모든 전지 셀(110)들의 기준전압의 총합이고, 각각의 전지 셀(110)들의 기준전압은 전지 셀(110)의 종류에 따라서 미리 정해진다.
< 편차 전압 판단 : S305 >
비교부(124)는 산출된 편차전압의 크기를 "0"과 비교하여, 배터리의 충전된 상태가 완전한지 아닌지를 판단한다. 편차전압이 "0"인 것은 배터리 기준전압과 배터리 전압이 동일하다는 것을 의미하고, 이는 배터리가 완전히 충전된 것을 의미한다. 또한 전지 셀(110)은 완전히 충전된 상태에서는 기준전압보다 다소 높은 전압을 가질 수도 있고, 이러한 경웅에는 편차전압이 "0"보다 작게 된다.
즉, 편차전압이 "0"보다 같거나 작을 경우에는, 비교부(124)는 배터리가 최적상태 이상으로 충전된 것으로 판단한다.
< 배터리 최적상태에 따른 표시부 표시 : S309, S311 >
비교부(124)에서 편차전압을 "0"의 기준값과 비교한 결과, 배터리가 최적상태 이상으로 충전되었을 경우에는 운행거리 산출부(128)는 해당 배터리를 이용하여 차량의 운행가능거리를 산출한다. 배터리의 최적상태에 따른 차량의 운행가능거리는 전지 셀(110)을 완전히 충전한 상태에서 차량 운행에 따른 실험적인 결과 데이터를 미리 저장하고, 이를 표시부(130)에 표시할 수 있다.
< 배터리 충전 부족에 따른 표시부 표시 : S307, S311 >
비교부(124)에서 편차전압을 "0"의 기준값과 비교한 결과, 배터리가 최적상태에 못 미치는 상태인 경우에는, 배터리의 충전량에 따른 부가정보를 산출하고 이를 표시부(130)에 표시한다.
배터리 부족에 따른 부가정보로는 배터리의 충전량과 잔존하는 배터리로 운행할 수 있는 거리 및 배터리를 충전할 때에 소요되는 예상시간 등이 있다.
각각의 부가정보는 충전량 산출부(126), 운행거리 산출부(128) 및 충전소요시간 산출부(129)에 의해서 산출될 수 있다.
먼저 충전량 산출부(126)는 편차전압이 "0"의 기준값보다 클 경우에는 산출된 편차전압을 이용하여 배터리가 충전된 정도인 충전량을 산출한다. 충전량 산출부(126)는 배터리 기준전압 대비 배터리 전압의 비율을 충전량으로 산출할 수 있다.
예컨대 배터리 기준전압이 180V라고 할 때, 충전량 산출부(126)는 다음의 [수학식 1]과 같은 방법으로 충전량을 산출할 수 있다.
Figure 112012076968520-pat00002
그리고 운행거리 산출부(128)는 충전량 산출부(126)가 산출한 충전량을 이용하여, 해당 배터리를 차량에 장착할 시에 잔존하는 배터리 양으로 주행할 수 있는 운행거리를 산출한다. 운행거리 산출부(128)는 배터리가 완전히 충전된 상태인 최적상태에서 이동할 수 있는 최대운행거리와 충전량의 백분율을 곱한 것을 바탕으로 운행가능거리를 산출한다. 즉, 운행거리 산출부(128)는 "(최적상태에서의 운행거리)×(백분율 충전량)"의 방법을 이용하여 운행거리를 산출할 수 있다.
이때, 배터리의 최적상태에 따른 차량의 운행가능거리는 전지 셀(110)을 완전히 충전한 상태에서 차량 운행에 따른 실험적인 결과를 미리 저장한 것을 이용할 수 있다.
그리고 충전소요시간 산출부(129)는 배터리가 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태까지 걸리는 시간과 배터리 기준전압 대비 편차전압의 크기에 대한 백분율을 곱한 것을 바탕으로 충전소요시간을 산출한다.
이때, 배터리가 완전히 방전된 상태에서 최적상태 이상으로 충전되기까지의 소요시간은 실험적인 결과를 미리 저장한 데이터를 이용할 수 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (4)

  1. 복수 개의 전지 셀;
    상기 전지 셀들의 총 전압인 배터리 전압을 측정하고, 측정된 상기 배터리 전압과 상기 전지 셀들의 기준전압의 총 합인 배터리 기준전압과의 전압 차이인 편차전압을 산출하는 편차전압 산출부;
    상기 편차전압 산출부에서 산출한 편차전압을 기준값 "0"과 비교하고, 상기 편차전압을 기준값 "0"과 비교한 결과를 바탕으로 상기 배터리가 최적상태 이상으로 충전된 여부를 판단하는 비교부;
    상기 편차전압이 "0" 보다 클 경우에, 상기 배터리 기준전압 대비 상기 배터리 전압을 충전량으로 산출하는 충전량 산출부;
    상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 이동할 수 있는 최대운행거리와 상기 충전량의 백분율을 곱한 것을 바탕으로 운행가능거리를 산출하는 운행거리 산출부;
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태까지 걸리는 시간과 상기 배터리 기준전압 대비 편차전압의 크기에 대한 백분율을 곱한 것을 바탕으로 충전소요시간을 산출하는 충전소요시간 산출부; 및
    상기 배터리 충전량과 상기 운행가능거리 및 상기 충전소요시간을 표시하는 표시부;를 구비하는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편차전압 산출부는 상기 편차전압이 "0"보다 작을 경우에, 상기 배터리가 완전히 충전된 것으로 판단하여, 미리 측정된 운행가능거리를 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 전압은 상기 전지 셀들 중에서 임의의 전지 셀 하나의 전압을 측정하고, 측정된 상기 전지 셀 전압과 전체 전지 셀들의 개수를 곱함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전량 산출부는 다음의 [수학식]을 이용하여 충전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 표시장치.
    Figure 112012085569000-pat00003

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