KR101534980B1 - 충전 소요 시간 산출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법은 차량의 충전 조건을 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 완속 충전인 경우, 배터리의 초기 전압과 충전 출력을 연산하는 단계; 상기 연산된 초기 전압과 충전 출력에 따라 평균 충전 전류를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 평균 충전 전류를 이용하여 충전 소요 시간을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

충전 소요 시간 산출 방법{Calculating method of charging time}
본 발명은 충전 소요 시간 산출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충전 전원 사양에 따른 충전 예상 시간의 오차를 최소화시킬 수 있는 충전 소요 시간 산출 방법에 관한 것이다.
최근, 날로 심각해져 가는 환경오염을 방지하기 위한 대비책과 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하고자 전기 자동차(EV) 및 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: A plug-in hybrid electric vehicle)가 개발되고 있다.
전기 자동차(EV) 및 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)는 배터리의 전력으로 모터를 구동시켜 일정 차속 이상의 주행성을 확보하여 준다.
좀 더 구체적으로, 전기 자동차는 배터리의 전력을 이용하여 주행하는 것으로, 운전자가 페달을 조작하면 컨트롤러가 페달을 밟는 양에 따라 인버터의 게이트 주파수를 제어하여 배터리의 직류 전원을 PWM(Pulse Width Modulation)제어함으로써 전류가 구동 모터에 공급되게 한다. 여기서 구동 모터는 인버터에서 공급되는 전류량에 따라 일정 토크를 발생하여 전기자동차가 주행할 수 있도록 한다.
전기 자동차는 완속 충전시에 220V의 교류 전원(대한민국)을, 급속 충전시 최대 500V의 직류 전원을 이용하여 충전될 수 있다. 일반적으로 전기 자동차의 동력 생성을 위한 전력을 공급하는 고전압 배터리를 충전하기 위해서는 배터리를 충전기에 연결시켜서, 충전기에서 공급되는 충전 전류를 이용한다. 여기서 배터리 충전 방법은 일반 전원에서 인가되는 전류를 통해 저속 충전하는 완속 충전과, 고전류를 인가하여 단시간에 충전하는 급속충전 방법이 있다. 즉, 배터리의 충전량은 배터리로 인가되는 전류 및 시간에 의해서 결정된다.
고전압 배터리를 충전하는 데에 소요되는 시간은 급속 충전의 경우 약 20분, 완속 충전의 경우 최소 약 5시간 내지 최대 10시간 이상이다. 이는 충전 전원의 사양에 따라 상이할 수 있다. 완속 충전기의 용량이 높다하더라도, 외부 전원 사양이 낮은 경우 충전 시간이 길어지게 되므로, 충전에 소요되는 시간을 정확히 표시함으로써 운전자가 충전 종료 시점을 정확하게 인지하게 하는 것이 요구된다.
완속 충전 시간을 연산하는 방법으로, 이전 충전 시 충전에 소요된 평균 전류량을 저장하고, 이 값을 다음 충전시 충전 시간 계산에 활용하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 경우 외부 전원 사양이 바뀔 경우에 즉, 이전 충전 시의 전원 사양과 현재 충전 시 전원 사양이 상이하면 학습된 전류 값의 오차로 인해 충전 시간 예측에 큰 오차가 발생할 수 있다. 예컨대, 이전 충전시 사용한 전원 사양이 6kW이고, 학습된 평균 전류가 15A 였는데, 현재 충전하는데 이용하려고 하는 전원 사양이 2kW이고, 충전에 사용될 평균 전류가 5A라면, 충전에 소요되는 시간은 약 3배 이상 증가하게 되는 것이다.
(특허문헌 1) JP2012-196006 A
상기 특허문헌 1은 최대 충전 전류로 충전했을 경우의 충전 시간을 충전 특성으로부터 산출해(102), 실제의 충전 전류를 측정하는 동시에 보정 계수를 판독하고, 측정한 충전 전류치 및 보정 계수를 이용하여 충전 시간을 예측해 표시하는 충전 시스템 및 자동차를 개시하고 있다.
상기 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래 기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 충전 전원 사양에 따른 충전 예상 시간의 오차를 최소화시킬 수 있는 충전 소요 시간 산출 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법은 차량의 충전 조건을 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 완속 충전인 경우, 배터리의 초기 전압과 충전 출력을 연산하는 단계; 상기 연산된 초기 전압과 충전 출력에 따라 평균 충전 전류를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 평균 충전 전류를 이용하여 충전 소요 시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 초기 전압과 충전 출력을 연산하는 단계는 상기 배터리 전압과 전류 데이터를 수신하여 수신된 상기 데이터에 기반하여 수행될 수 있다.
상기 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이하는 단계는 상기 산출된 충전 소요 시간의 시간 변화율을 제한하여 충전 중에 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계일 수 있다.
상기 평균 충전 전류를 연산하는 단계는 상기 연산된 충전 출력 및 초기 전압에 대응하여 기맵핑된 테이블로부터 연산하는 단계일 수 있다.
상기 충전 소요 시간을 산출하는 단계는 상기 연산된 평균 충전 전류와 목표 충전량에 기반하여 산출하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법에 따르면, 정확한 충전 소요 시간을 예측하여 이를 운전자에게 표시해줌으로써, 운전자의 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
운전자의 편의성을 증대시킴으로써 전기 자동차의 상품성을 강화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 차량 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완속 충전시 시간에 따른 전압과 전류의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기맵핑된 전류 테이블을 도시한 표이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 차량 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 하겠다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 소요 시간 산출 방법(100)은 차량의 충전 조건을 판단하는 단계(S101), 판단 결과, 완속 충전인 경우, 배터리 전압과 전류 데이터를 수신하고(S103), 수신된 데이터에 기반하여 배터리의 초기 전압과 충전 출력을 연산하는 단계(S104), 연산된 초기 전압과 충전 출력에 따라, 연산된 충전 출력 및 초기 전압에 대응하여 기맵핑된 테이블로부터 연산 평균 충전 전류를 연산하는 단계(S105) 및 연산된 평균 충전 전류와 목표 충전량에 기반하여 충전 소요 시간을 산출하는 단계(S107)를 포함할 수 있다. 충전 출력 및 초기 전압의 연산은 수신된 배터리 전압과 전류 데이터 중에 안정화된 출력 전압과 전류 데이터를 이용하여 수행될 수 있다.
먼저 충전이 시작되고, BMS(235)는 현재 완속 충전 중인지 급속 충전 중인지 충전 조건을 구분하여(S101), 완속 충전인 경우, 해당하는 OBC(220)로부터 전압 및 전류 데이터를 수신할 수 있다(S103). BMS(235)는 수신된 전압 및 전류 데이터로부터 평균 충전 전류를 연산할 수 있다(S105). BMS(235)는 연산된 평균 충전 전류를 이용하여 충전 필요량을 나누어 충전 소요 시간을 연산할 수 있다(S107).
급속 충전인 경우, BMS(235)는 고전압 배터리 팩(230)의 배터리 초기 온도와 충전 상태(State Of Charge : SOC)를 측정할 수 있다(S109). 측정된 배터리 초기 온도 및 충전 상태에 기반하여 테이블을 참조함으로써 충전 소요 시간을 연산할 수 있다(S111). S107과 S111에서 연산된 충전 소요 시간은 BMS(235)로부터 클러스터(260) 또는 급속 충전기(250)로 송신될 수 있다(S113).
완속 충전기(240)로부터 수신된 전압 및 전류 데이터와 이를 기초로 연산된 평균 충전 전류값, 측정된 배터리 초기 온도 및 충전 상태 등은 별도의 저장 장치에 저장될 수 있다.
완속 충전 시, 충전 소요 시간을 연산함에 있어서 BMS(235)와 통신하는 OBC(220)로부터 전압 및 전류 데이터를 수신하여, 수신된 데이터로부터 충전 출력과 초기 전압을 연산하고, 연산된 데이터를 이용하여 기맵핑된 전류 테이블(도 4 참조)로부터 평균 충전 전류를 산출할 수 있다.
또한, 충전 소요 시간 산출 방법은, 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다. 디스플레이하는 단계는 산출된 충전 소요 시간의 시간 변화율을 제한하여 충전 중에 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계일 수 있다. 즉, 충전 도중에는 계속 충전 소요 시간이 변화하므로, 시간 변화율을 제한하여 충전 소요 시간을 디스플레이할 수 있다. 이러한 디스플레이는, 완속 충전인 경우, 차량의 실내에 위치하는 클러스터(260)일 수 있고, 급속 충전인 경우는 급속 충전기(250) 자체일 수 있다.
전기 자동차의 차량 시스템(200)을 살펴보면, 통합 제어기(210), OBC(On Board Charger; 220), 저전압 직류 변환기(LDC; 222), 인버터(224), 모터(226), 감속기(228), 고전압 배터리 팩(230), 배터리 관리 시스템(BMS; 235), 완속 충전기(240), 급속 충전기(250) 및 클러스터(260)를 포함할 수 있다.
통합 제어기(210)는 BMS(235)와 CAN 통신하며, OBC(220), LDC(222), 인버터(224), 급속 충전기(250) 및 클러스터(260) 등도 통합 제어기(210) 및 BMS(235)와 CAN 통신할 수 있다.
완속 충전기(240)가 연결된 경우, OBC(220)를 통해 배터리 팩(230)이 충전되며, BMS(235)에서 산출된 충전 소요 시간은 클러스터(260)로 전송되어, 운전자로 하여금 예상 충전 소요 시간을 확인할 수 있도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완속 충전시 시간에 따른 전압과 전류의 변화를 도시한 그래프이다. 완속 충전시에는 시간에 따라 배터리의 충전 전압이 증가하면서, 전압차가 감소하여 충전 전류는 점점 감소하게 된다. 즉, 초기 전압과 충전 출력에 기반하여 충전 전류가 결정되고, 충전 전류에 따라 배터리가 충전되면서 배터리의 충전 전압이 증가하며, 상대적으로 충전 전류는 감소하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기맵핑된 전류 테이블을 도시한 표이다.
기맵핑된 전류 테이블은 초기 전압과 충전 출력에 따라 기맵핑된 전류 값을 포함하고 있다. 즉, 초기 전압과 충전 출력에 따라 평균 충전 전류가 기맵핑된 테이블로부터 연산되고, 테이블로부터 연산된 평균 충전 전류와 목표 충전량에 기반하여 최종적인 충전 소요 시간이 산출될 수 있다.
발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
200 : 차량 시스템 210 : 통합 제어기
220 : OBC 222 : 저전압 직류 변환기
224 : 인버터 226 : 모터
228 : 감속기 230 : 고전압 배터리 팩
235 : 배터리 관리 시스템 240 : 완속 충전기
250 : 급속 충전기 260 : 클러스터

Claims (6)

  1. 차량의 충전 조건을 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 완속 충전인 경우, 완속 충전기로부터 충전 전압 및 충전 전류 데이터를 수신하고, 상기 수신된 데이터를 이용하여 배터리의 초기 전압과 상기 완속 충전기의 충전 출력을 연산하는 단계;
    상기 연산된 상기 배터리의 초기 전압 및 상기 충전 출력에 대응되는 평균 출력 전류가 기맵핑된 테이블로부터 평균 충전 전류를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 평균 충전 전류를 이용하여 충전 소요 시간을 산출하는 단계를 포함하는,
    충전 소요 시간 산출 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는,
    충전 소요 시간 산출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는 상기 산출된 충전 소요 시간의 시간 변화율을 제한하여 충전 중에 산출된 충전 소요 시간을 디스플레이하는 단계인,
    충전 소요 시간 산출 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전 소요 시간을 산출하는 단계는 상기 연산된 평균 충전 전류와 목표 충전량에 기반하여 산출하는 단계인,
    충전 소요 시간 산출 방법.
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