KR101470172B1 - 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법 - Google Patents

차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법 Download PDF

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Abstract

배터리SOC를 입력으로 하고 배터리 개방전압(OCV)을 출력으로 하는 데이터부; 가용에너지값을 메모리하는 메모리부; 및 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 도출하고, 기저장된 가용에너지에 도출된 충방전에너지를 더하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 산출하는 연산부;를 포함하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법이 소개된다.

Description

차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법 {SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING TOTAL AVAILABLE ENERGY FOR VEHICLE BATTERY}
본 발명은 외란의 영향을 근본적으로 고려함으로써 오차가 없이 정확한 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법에 관한 것이다.
배터리를 통해 모터를 구동함으로써 주행하는 모터구동 차량의 경우 그 배터리의 에너지를 정확히 연산하여야 최대주행거리를 정확히 산출할 수 있다.
이를 위한 종래의 방법으로는 전류를 적산하고 배터리 개방전압을 연산하며 SOC를 보정하여 보정된 SOC를 통해 최대주행거리를 산출하는 방안이 제시되었다.
그러나 이러한 방안은 근본적으로 온도나 열화 등의 외란에 의해 SOC가 변동되는바, 최종적인 결과로서의 가용에너지 값이 정확하지 못한 문제가 있었다.
따라서, 추정된 SOC를 근거로 가용에너지를 산출하는 방식 외에 가용에너지를 직접 계산함으로써 좀 더 정확하고 외란에도 강건한 배터리 가용에너지 계산방법이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2007-028844 A
본 발명은 외란의 영향을 근본적으로 고려함으로써 오차가 없이 정확한 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출시스템은, 배터리SOC를 입력으로 하고 배터리 개방전압(OCV)을 출력으로 하는 데이터부; 가용에너지값을 메모리하는 메모리부; 및 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 도출하고, 기저장된 가용에너지에 도출된 충방전에너지를 더하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 산출하는 연산부;를 포함한다.
연산부는 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출할 수 있다.
연산부는 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출할 수 있다.
연산부는 아래의 수식에 따라 새로운 가용에너지를 도출할 수 있다.
Figure 112013055398985-pat00001
(여기서, i : 배터리시스템 출력전류, v_t : 배터리시스템 출력전압, v_e : 배터리 개방전압(OCV) 임)
메모리부는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 업데이트 할 수 있다.
연산부는 차량이 무부하 상태인 경우에는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 도출할 수 있다.
연산부는 산출된 새로운 가용에너지에 전비(전력 대 거리비)를 곱하여 최대주행거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 차량 배터리 가용에너지 산출방법은, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출하는 충방전도출단계; 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출하는 손실도출단계; 및 충방전에너지와 열손실에너지를 이용하여 배터리의 가용에너지를 도출하는 최종도출단계;를 포함한다.
본 발명의 차량 배터리 가용에너지 산출방법은, 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 구하고, 충방전에너지에서 열손실에너지를 제거하여 배터리의 가용에너지를 도출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법에 따르면, 가용에너지를 연산함에 있어, 온도 및 SOC에 대한 배터리 특성 테이블이 전혀 필요치 않게 된다.
또한, 로직을 구현함에 있어 복잡성를 없애고, 배터리 동특성 및 열특성 테이블을 만들기 위한 시험시간이 필요치 않게 되며, 온도나 열화 등의 외란에도 강건한 로직을 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출방법의 순서도이다.
본 발명의 차량 배터리 가용에너지 산출방법은, 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 구하고, 충방전에너지에서 열손실에너지를 제거하여 배터리의 가용에너지를 도출할 수 있다.
구체적으로, 이를 위한 본 발명에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출시스템은, 배터리SOC를 입력으로 하고 배터리 개방전압(OCV)을 출력으로 하는 데이터부(100); 가용에너지값을 메모리하는 메모리부(200); 및 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 도출하고, 기저장된 가용에너지에 도출된 충방전에너지를 더하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 산출하는 연산부(300);를 포함한다.
데이터부(100)에는 배터리SOC를 입력으로 하고 배터리 개방전압(OCV)을 출력으로 하는 테이블 내지 함수가 마련된다. 따라서, 현재 추정되고 있는 SOC를 입력하여 배터리의 개방전압(OCV)를 추출한다.
그리고 배터리의 이전에 연산한 가용에너지값이 저장된 메모리부가 마련된다. 메모리부에서는 새로운 가용에너지가 연산되는 경우 새로운 값으로 기저장된 값을 업데이트 하도록 한다.
한편, 연산부(300)는 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 도출하고, 기저장된 가용에너지에 도출된 충방전에너지를 더하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 산출한다.
구체적으로, 연산부(300)는 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출할 수 있다.
또한, 연산부(300)는 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출할 수 있다.
즉, 연산부(300)는 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출하고, 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출한 후, 도출된 충방전에너지와 열손실에너지를 이용하여 최종적인 가용에너지를 구하는 것이다.
구체적으로, 연산부(300)는 아래의 수식에 따라 새로운 가용에너지를 도출할 수 있다.
Figure 112013055398985-pat00002
(여기서, i : 배터리시스템 출력전류, v_t : 배터리시스템 출력전압, v_e : 배터리 개방전압(OCV) 임)
또한, 메모리부(200)는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 업데이트 할 수 있다. 이에 따라 새로운 가용에너지는 종래에 기저장된 가용에너지를 고려하여 이를 시작점으로 하고 새로이 발생되는 충방전에너지를 감안하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 현재의 시점에서 도출하는 것이다.
연산부(300)는 차량이 무부하 상태인 경우에는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 도출할 수 있으며, 연산부는 산출된 새로운 가용에너지에 전비(전력 대 거리비)를 곱하여 최대주행거리를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 최대주행거리는 클러스터에 다양한 방식으로 표현할 수 있다.
한편, 전비의 경우는 전력 대 거리비의 값으로서 Km/kwh로 나타낼 수 있고, 과거의 전비와 현재의 전비 및 현재 일정 구간의 전비에 각각 적절한 가중치를 두어 전비를 도출할 수 있다. 이러한 전비에 가용에너지를 곱하면 최대주행거리가 예측 가능한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 가용에너지 산출방법의 순서도로서, 본 발명의 차량 배터리 가용에너지 산출방법은, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출하는 충방전도출단계(S400); 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출하는 손실도출단계(S400); 및 충방전에너지와 열손실에너지를 이용하여 배터리의 가용에너지를 도출하는 최종도출단계(S600);를 포함한다.
즉, 먼저 SOC를 산출하고(S100) 이를 통하여 배터리 개방전압을 추출한다(S200). 그리고 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 도출하고(S300, 이는 연산 혹은 센싱된 값 혹은 지령 값에 의존할 수 있음), 충방전에너지와 열손실에너지를 도출한다(S400).
그리고 기저장된 가용에너지를 호출한 후(S500) 이에 도출된 충방전에너지와 열손실에너지를 가감하여 현재의 새로운 가용에너지를 산출하는 것이다(S600).
그리고 새로운 가용에너지를 메모리부에 업데이트 하고(S700) 최대주행거리를 산출하여 표시하도록 한다(S800).
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 배터리 가용에너지 산출시스템 및 산출방법에 따르면, 가용에너지를 연산함에 있어, 온도 및 SOC에 대한 배터리 특성 테이블이 전혀 필요치 않게 된다.
또한, 로직을 구현함에 있어 복잡성를 없애고, 배터리 동특성 및 열특성 테이블을 만들기 위한 시험시간이 필요치 않게 되며, 온도나 열화 등의 외란에도 강건한 로직을 구현할 수 있게 된다.
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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 데이터부 200 : 메모리부
300 : 연산부

Claims (9)

  1. 배터리SOC를 입력으로 하고 배터리 개방전압(OCV)을 출력으로 하는 데이터부;
    가용에너지값을 메모리하는 메모리부; 및
    배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 도출하고, 기저장된 가용에너지에 도출된 충방전에너지를 더하고 열손실에너지를 제거하여 새로운 가용에너지를 산출하는 연산부;를 포함하고,
    메모리부는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    연산부는 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    연산부는 배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    연산부는 아래의 수식에 따라 새로운 가용에너지를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
    Figure 112013055398985-pat00003

    (여기서, i : 배터리시스템 출력전류, v_t : 배터리시스템 출력전압, v_e : 배터리 개방전압(OCV) 임)
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    연산부는 차량이 무부하 상태인 경우에는 기저장된 가용에너지를 새로운 가용에너지로 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    연산부는 산출된 새로운 가용에너지에 전비(전력 대 거리비)를 곱하여 최대주행거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 가용에너지 산출시스템.
  8. 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지를 도출하는 충방전도출단계;
    배터리 개방전압과 배터리시스템 출력전압 간의 차이값과 배터리시스템 출력전류를 이용하여 열손실에너지를 도출하는 손실도출단계; 및
    충방전에너지와 열손실에너지를 이용하여 배터리의 가용에너지를 도출하는 최종도출단계;를 포함하는 차량 배터리 가용에너지 산출방법.
  9. 배터리 개방전압, 배터리시스템 출력전압 및 배터리시스템 출력전류를 이용하여 충방전에너지와 열손실에너지를 구하고, 충방전에너지에서 열손실에너지를 제거하여 배터리의 가용에너지를 도출하는 차량 배터리 가용에너지 산출방법.
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