KR101532404B1 - 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차 - Google Patents

연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내비게이션 장치를 통하여 최적의 이동경로를 산출하고, 예상되는 연료의 소모량을 예측하여 사용자가 전기자동차의 연료 소모를 관리할 수 있도록 충전소를 경유하도록 추천하거나 전기자동차와 연결된 전자장치의 전력 공급을 조절할 수 있는 전기자동차에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차는, 전기자동차에 탑재되어 구동전력을 공급하는 배터리와, 배터리의 전력량과 전기자동차의 운행정보를 수집하고, 전기자동차의 동작을 제어하는 ECU와, 출발지와 목적지를 기준으로 예측되는 운행거리, 소요시간 및 연료소모량을 산출하는 내비게이션과, 전기자동차가 주행 중 미리 정하여진 시간 동안 소모하는 연료량과 내비게이션에서 산출된 이동경로를 기준으로, 목적지까지 필요한 연료 소모량을 예측하여 필요한 연료량을 산출하는 연료소모 예측부와, 배터리의 잔여 전력량에 따라 경고음 또는 경고메시지를 발생하는 연료정보 알림부를 포함한다.

Description

연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차{Electric vehicle for managing fuel consumption}
본 발명은 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내비게이션 장치를 통하여 최적의 이동경로를 산출하고, 예상되는 연료의 소모량을 예측하여 사용자가 전기자동차의 연료 소모를 관리할 수 있도록 충전소를 경유하도록 추천하거나 전기자동차와 연결된 전자장치의 전력 공급을 조절할 수 있는 전기자동차에 관한 것이다.
최근 10년간 환경보호에 대한 관심이 급속하게 증가하면서, 자동차의 연료로 사용되던 휘발유나 경유를 대신하여 전력을 이용하여 자동차를 운행하는 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 및 전기자동차(EV: Electric Vehicle)에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
하이브리드 전기자동차 및 전기자동차는 일반차량과 달리 고전압 고용량 배터리로 전기모터를 제어하여 차량 시동, 차량 발진 시 기동 토크 부가, 주행중 엔진 토크 어시스트, 차량 정지시 엔진 정지, 아이들 스톱(Idle Stop)후 재시동 등의 배터리의 에너지 방전을 통한 모터 구동용 제어와, 정지시 발전, 주행중 발전 등으로 모터 발전 제어를 통하여 배터리에 에너지 충전을 수행한다.
일반적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 및 그 외 전기에너지를 사용하여 구동하는 특수차량 분야에서는 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 주행을 수행하게 되며, 주행 중에 충전되는 전기에너지보다 소모되는 전기에너지가 많기 때문에 어느 한도 이상 주행하는 경우에는 배터리량을 모두 소모하게 된다.
따라서 전기자동차 운전자는 차량 내 장착된 배터리가 모두 소모되어 방전되기 전에 목적지에 도착할 수 없는 경우에는 배터리를 충전해주는 전기 충전소에서 배터리를 충전하거나, 방전된 배터리를 완충된 배터리로 교체해야 하나 충전소마다 배터리 교체, 고속 충전, 저속 충전 등과 같이 각기 다른 서비스를 제공할 수 있으며, 이를 인지할 수 없는 운전자는 어느 충전소에서 충전을 받는지에 따라 목적지의 도착시간이 기하급수적으로 늘어날 수 밖에 없었다.
이와 관련한 종래기술로서, 한국공개특허문헌 제2013-0092783호는 전기자동차 충전 시스템에 관하여 기술하고 있다. 이러한 종래기술은 전기자동차 충전기들의 충전기 정보를 통합적으로 관리할 수 있다는 장점이 있으나, 전기자동차 내 장착된 배터리가 모두 소모되어 방전되기 전에 목적지에 도착할 수 없는 경우에 대처할 수 있는 방안을 제시하지 못하고 있다는 한계점이 존재한다.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 전기자동차의 주행 방식에 있어서는, 전기자동차에 장착된 배터리로 주행할 수 있는 거리가 한정되어 있으므로, 일정 거리를 주행한 후에는 전기 충전소에서 충전을 수행해야만 한다.
그러나 전기자동차는 충전시간이 최소 3시간에서 최대 9시간으로 상당히 긴 시간을 충전해야 한다. 그러므로 주차장에 주차한 상태이거나 장기간 정차시에는 문제가 없으나 긴 거리를 여행할 경우에는 이에 대한 별다른 방안이 없었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내비게이션 장치를 통하여 최적의 이동경로를 산출하고, 예상되는 연료의 소모량을 예측하여 사용자가 전기자동차의 연료 소모를 관리할 수 있도록 충전소를 경유하도록 추천하거나 전기자동차와 연결된 전자장치의 전력 공급을 조절할 수 있는 전기자동차를 제공함에 목적이 있다
전술한 본 발명의 목적은, 전기자동차에 탑재되어 구동전력을 공급하는 배터리와, 상기 배터리의 전력량과 상기 전기자동차의 운행정보를 수집하고, 상기 전기자동차의 동작을 제어하는 ECU와, 출발지와 목적지를 기준으로 예측되는 운행거리, 소요시간 및 연료소모량을 산출하는 내비게이션과, 상기 전기자동차가 주행 중 미리 정하여진 시간 동안 소모하는 연료량과 상기 내비게이션에서 산출된 이동경로를 기준으로, 목적지까지 필요한 연료 소모량을 예측하여 필요한 연료량을 산출하는 연료소모 예측부와, 상기 배터리의 잔여 전력량에 따라 경고음 또는 경고메시지를 발생하는 연료정보 알림부를 포함하는 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차를 제공함에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 연료소모 예측부는 상기 내비게이션을 통해서 수집된 목적지까지의 이동경로의 도로상황 및 실시간 교통상황을 반영하여 필요한 연료량을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 전기자동차와 연동되는 전자장치들 각각의 전력 소모량을 측정하고, 전력량을 확보하기 위하여 전력공급을 차단할 전자장치를 설정하는 ECU 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 ECU 제어부는 현재 전력 소모량과 미리 설정된 중요도를 기준으로 전력공급을 차단할 전자장치를 설정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 연료정보 알림부는 상기 배터리의 전력량이 상기 연료소모 예측부에서 산출된 연료량보다 작은 경우 상기 내비게이션을 통하여 상기 배터리의 전력량을 소모하여 도달할 수 있는 거리보다 가까운 충전소를 안내할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 연료정보 알림부는 상기 배터리의 암전류와 출력전압을 측정하여 상기 암전류가 미리 설정된 크기보다 크거나 상기 출력전압이 미리 설정된 크기보다 작은 경우, 배터리의 점검을 요청하는 경고메시지를 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 의하면, 내비게이션 장치를 통하여 최적의 이동경로를 산출하고, 예상되는 연료의 소모량을 예측하므로, 전기자동차의 배터리에 저장된 전력이 방전되기 전에 사용자가 계획적으로 충전을 실행할 수 있으므로, 편의성이 증대된다.
또한, 본 발명에 따른 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 의하면, 운행에 필요한 필수 전력을 확보하기 위하여 주변 전자장치의 전력공급을 관리할 수 있기 때문에, 효율적으로 전기자동차를 운행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 의하면, 배터리의 상태를 실시간으로 체크하여 배터리의 이상 상태를 점검할 수 있기 때문에, 안전하게 전기자동차를 운행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차에 의하면, 암전류와 출력전압을 측정하여 암전류가 미리 설정된 크기보다 크거나 출력전압이 미리 설정된 크기보다 작은 경우, 배터리의 점검을 요청하는 경고메시지를 시킴으로써 배터리를 안전하게 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 세부구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 목적지를 설명하는 절차를 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 전력 상황에 따라 경고메시지를 출력하는 절차를 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 주변 전자장치에 공급되는 전력 공급을 차단하는 절차를 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 전력 상태에 대한 경고메시지를 도시한 도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 전력 상태에 따라 주변 충전소 안내메시지를 도시한 도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 주변 전자장치에 공급하는 전력을 차단하는 메시지를 도시한 도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 세부구성을 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차는 차량 구동부(100), 배터리(110), ECU(Electronic Control Unit, 120), ECU 제어부(130), 연료소모 예측부(140), 연료정보 알림부(150) 및 HMI부(Human Machine Interface, 160)를 포함한다.
차량 구동부(100)는 전기자동차를 운행하기 위한 모터, 구동계통의 기계적 장치 등을 모두 포함하며, 배터리(110)로부터 전력이 공급됨에 따라 전기자동차를 운행시킨다.
배터리(110)는 외부로부터 전력을 공급받아 저장하며, 전기자동차의 구동에 필요한 전력을 수시로 공급한다. 이 경우, 배터리는 2차 전지를 적용하는 것이 일반적이며, 그 종류는 당업자가 적용할 수 있는 범위의 모든 종류의 배터리가 될 수 있다.
ECU(120)는 배터리(110)의 전력량과 전기자동차의 운행정보를 수집하고, 전기자동차의 구동계통, 제동계통, 조향계통 등 전기자동차의 운행에 관한 동작을 제어할 수 있다.
ECU 제어부(130)는 ECU(120)에서 수집된 전기자동차의 운행정보를 바탕으로, 실시간으로 운행에 필요한 전력량을 계측하고, 전기자동차와 연동되는 전자장치들 각각의 전력 소모량을 측정하여, 전력량을 확보하기 위하여 전력공급을 차단할 전자장치를 설정할 수 있다. 예를 들면, 전기자동차의 목적지가 20Km가 남은 상황에서 현재 차량의 연비 상황으로는 20kW의 전력량이 요구되고, 배터리에 남은 잔여 전력량은 21kW인 경우, 주변장치에 전력이 공급될 경우에는 목적지까지 전기자동차를 이동시킬 전력이 부족할 우려가 있기 때문에, 전기자동차가 소모할 필수 전력을 확보하도록 전기자동차에 연결된 주변장치들 중 전기자동차 운행에 필수적이지 않은 주변장치들을 선별하여 전력 공급을 차단할 수 있다.
바람직하게는, 현재 전력 소모량과 미리 설정된 중요도를 기준으로 전력공급을 차단할 전자장치를 설정할 수 있다. 전기자동차는 전기모터 이외에도 다양한 전자장치가 연결될 수 있다. 예를 들면, 전기자동차의 운행에 가장 필수적인 전기모터에서부터 반드시 운행에 필요하지는 않지만 사용자의 편의를 증대시키기 위한 공조장치, 블랙박스, 차량감지센서 등 다양한 주변장치가 있다. 이 경우, ECU 제어부(130)는 배터리의 잔여 전력량에 대한 정보와 목적지까지 반드시 필요한 예측 전력량을 수집하여, 부족한 전력량을 계산하고, 부족한 전력량을 확보하기 위하여 공조장치, 블랙박스, 차량감지센서 등에 공급되는 전력량을 차단시켜 전력을 확보할 수 있다. 예를 든 것과 같이, 차량의 운행에는 미리 정하여진 기준에 따라서 전력공급을 차단할 우선 순위를 지정할 수 있으며, 과도하게 전력을 소모하는 주변장치의 경우에는 우선 순위가 아래인 경우에도 우선적으로 전력을 차단하는 방식으로 운영할 수도 있다.
연료소모 예측부(140)는 전기자동차가 주행 중 미리 정하여진 시간 동안 소모하는 연료량과 내비게이션에서 산출된 이동경로를 기준으로, 목적지까지 필요한 연료 소모량을 예측하여 필요한 연료량을 산출할 수 있다. 연료소모 예측부(140)는 ECU(120)를 통하여 전기자동차의 미리 정하여진 시간 동안 소모하는 연료량, 즉 연비와 같은 운행정보를 수집하며, 내비게이션에서 출발지와 목적지간의 이동경로에 따라 연료 소모량을 예측할 수 있다.
이 경우, 연료소모 예측부(140)는 내비게이션을 통해서 수집된 목적지까지의 이동경로의 도로상황 및 실시간 교통상황을 반영하여 필요한 연료량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 4차선의 도로 중 1개의 차선이 공사중이라거나, 교통사고로 인하여 1개의 차선이 통제상황이라는 정보가 있는 경우, 소요 시간은 1.5배가 소요되는 것으로 산정하고, 이에 따라 연료 소모량을 예측할 수 있다. 또한, 목적지까지의 고도정보를 수집하여 오르막길이 존재하는 경우 연료 소비에 대한 가중치를 두어 연료소모에 대한 예측을 할 수 있다.
연료정보 알림부(150)는 배터리의 잔여 전력량에 따라 경고음 또는 경고메시지를 발생할 수 있다.
이 경우, 연료정보 알림부(150)는 별도의 알림등을 센터페시아에 위치시킬 수 있으며, HMI부(160)와 연동하여 디스플레이 화면에 경고메시지를 출력할 수도 있다. 또한, 전기자동차의 내부에 장착된 스피커를 통하여 경고음을 일정한 간격으로 출력할 수도 있다.
한편, 연료정보 알림부(150)는 배터리의 전력량이 연료소모 예측부(140)에서 산출된 연료량보다 작은 경우 내비게이션을 통하여, 상기 배터리의 전력량을 소모하여 도달할 수 있는 거리보다 가까운 충전소를 안내할 수 있다. 이 경우, 연료 정보 알림부(150)는 내비게이션으로부터 충전소에 대한 구체적인 정보, 즉 충전소까지의 거리, 고속/저속 충전소, 운영시간, 가격 등에 대한 정보를 수집하여 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 연료정보 알림부(150)는, 배터리의 암전류와 출력전압을 측정하여 암전류가 미리 설정된 크기보다 크거나, 출력전압이 미리 설정된 크기보다 작은 경우, 배터리의 점검을 요청하는 경고메시지를 발생할 수 있다. 예를 들어, 전기자동차의 시동을 오프한 상태에서 배터리의 정상 암전류를 0.05A 이하로 설정해 놓고, 이보다 높은 암전류가 발생하는 경우 배터리 및 배터리와 연결된 배선, 전자장치와의 연결관계에 이상이 있는 것으로 판단하고 사용자가 전기자동차를 구동시켰을 때 경고메시지를 출력할 수 있다. 출력전압의 경우에도, 정상 출력전압을 시동을 오프한 상태에서 11.6V 이상으로 설정해 놓고, 이보다 낮은 출력전압이 발생하는 경우 경고메시지를 출력할 수 있다. 이 경우, 반드시 시동이 꺼져 있는 상태만이 아니라 시동을 킨 이후의 출력전압과 암전류 값을 측정하여 배터리의 이상 여부를 판단하도록 운영할 수 있다.
HMI부(160)는 사용자에게 전기자동차의 속도, 엔진의 상태, 연료의 양 등의 상태정보를 실시간으로 출력할 수 있다. 이 경우, HMI부(160)는 내비게이션 장치, AV장비 등 사용자 편의 시설을 포함할 수 있다. 이 경우, HMI부(160)는 다수의 키패드를 포함하거나, 또는 디스플레이부 상에 터치 스크린(touch screen) 형식으로 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 목적지를 설명하는 절차를 도시한 흐름도이다. 우선, 전기자동차를 구동하기 위하여 키스위치를 ACC에 위치하여 전자시스템을 기동한다(S101). 키스위치를 기동하면, 드라이빙 리퀘스트가 실행되고(S102) 엔진의 구동이 시작됨에 따라서 전력 생성유닛이 기동한다(S103). 사용자는 목적지를 내비게이션 장치를 통하여 설정하고(S104), 내비게이션 장치는 현재 위치에서 목적지까지의 거리, 교통상황, 도로상황 등의 주행 예상정보와 차량의 현재 상태정보를 실시간으로 수집한다(S105). 이렇게 수집된 정보는 HMI부를 통하여 사용자에게 출력된다(S106).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 전력 상황에 따라 경고메시지를 출력하는 절차를 도시한 흐름도이다. 도 3의 S107 단계는 도 2의 S106 단계에 이어서 상세히 설명한다. 사용자는 내비게이션을 통하여 출력된 추천 이동경로 중에서 원하는 이동경로를 설정하고(S107), 연료소모 예측부는 선택된 코스를 바탕으로 예상되는 연료 소모량을 분석한다(S108). 또한, 연료소모 예측부는 현재 배터리의 전력 잔량과 예상되는 연료 소모량을 비교하여(S109), 예상연료소모량이 배터리의 잔여 전력량보다 큰 경우(S110), 경고 메시지를 출력함과 동시에 주변의 충전소를 검색하여 도 6에서 보는 바와 같이 사용자에게 출력한다(S111). 또한, 전력량의 비교시 차이가 나는 정도에 따라서 도 5에서 보는 바와 같이 위험도를 분류하여 매우 위험, 위험, 경고, 적정 등의 메시지를 함께 출력한다(S112).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 주변 전자장치에 공급되는 전력 공급을 차단하는 절차를 도시한 흐름도이다. 도 4의 S1113 단계는 도 3의 S112 단계에 이어서 상세히 설명한다. ECU 제어부는 전기자동차에 연결된 전자장치의 전력 소모량을 실시간으로 수집한다(S113). 또한, 전자장치들이 전기자동차의 주행과 관련하여 미리 부여된 중요도 정보를 함께 수집한다(S114). 이후, ECU 제어부는 확보하고자 하는 전력량과 전자장치의 중요도에 따라서 전력을 차단할 전자장치를 설정하고, 도 7에서 보는 바와 같이 전력 공급을 차단하겠다는 메시지를 HMI부를 통하여 출력한다(S115). 사용자는 해당 경고메시지를 확인하여 허용 또는 거부 명령을 선택할 수 있으며(S116), 허용 명령을 입력하는 경우 해당 전자장치에 공급되는 전력을 차단하여, 필요한 전력을 확보하게 된다(S117).
이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 차량 구동부 110: 배터리
120: ECU 130: ECU 제어부
140: 연료소모 예측부 150: 연료정보 알림부
160: HMI부

Claims (6)

  1. 전기자동차에 탑재되어 구동전력을 공급하는 배터리;
    상기 배터리의 전력량과 상기 전기자동차의 운행정보를 수집하고, 상기 전기자동차의 동작을 제어하는 ECU;
    출발지와 목적지를 기준으로 예측되는 운행거리, 소요시간 및 연료소모량을 산출하는 내비게이션;
    상기 전기자동차가 주행 중 미리 정하여진 시간 동안 소모하는 연료량과 상기 내비게이션에서 산출된 이동경로를 기준으로, 목적지까지 필요한 연료 소모량을 예측하여 필요한 연료량을 산출하는 연료소모 예측부;
    상기 배터리의 잔여 전력량에 따라 경고음 또는 경고메시지를 발생하는 연료정보 알림부; 및
    상기 전기자동차와 연동되는 전자장치들 각각의 전력 소모량을 측정하고, 전력량을 확보하기 위하여 전력공급을 차단할 전자장치를 설정하는 ECU 제어부를 포함하되,
    상기 연료소모 예측부는 상기 내비게이션을 통해서 수집된 목적지까지의 이동경로의 도로상황 및 실시간 교통상황을 반영하여 필요한 연료량을 산출하며,
    상기 연료정보 알림부는 상기 배터리의 전력량이 상기 연료소모 예측부에서 산출된 연료량보다 작은 경우 상기 내비게이션을 통하여 상기 배터리의 전력량을 소모하여 도달할 수 있는 거리보다 가까운 충전소를 안내하고, 상기 배터리의 암전류와 출력전압을 측정하여 상기 암전류가 미리 설정된 크기보다 크거나 상기 출력전압이 미리 설정된 크기보다 작은 경우, 배터리의 점검을 요청하는 경고메시지를 발생하며,
    상기 ECU 제어부는 현재 전력 소모량과 미리 설정된 중요도를 기준으로 전력공급을 차단할 전자장치를 설정하는 것을 특징으로 하는 연료 소모를 관리할 수 있는 전기자동차.
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