KR101713744B1

KR101713744B1 - Calculating method for battery charging time of vehicle

Info

Publication number: KR101713744B1
Application number: KR1020150102678A
Authority: KR
Inventors: 이상규; 김현준; 노정원; 전재화; 한대웅; 임정빈
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-03-23
Also published as: KR20170010968A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법은, 입력 전원으로부터 충전기에 인가되는 입력 전압을 측정하는 단계; 외기온을 측정하는 단계; 미리 저장된 제1 룩업테이블을 참조하여, 입력 전압에 대응되는 충전기의 출력 전력을 도출하는 단계; 미리 저장된 제2 룩업테이블을 참조하여, 외기온에 대응되는 저전압 직류변환기의 입력 전력을 도출하는 단계; 및 충전기의 출력 전력, 도출된 저전압 직류변환기의 입력 전력 및 배터리의 충전요구에너지를 이용하여, 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계를 포함한다.A method for calculating a battery charging time according to an embodiment of the present invention includes: measuring an input voltage applied to a charger from an input power source; Measuring an outside air temperature; Deriving an output power of a charger corresponding to an input voltage with reference to a pre-stored first lookup table; Deriving an input power of a low-voltage DC converter corresponding to an ambient temperature with reference to a pre-stored second look-up table; And calculating the charge time of the battery using the output power of the charger, the input power of the derived low-voltage DC converter, and the charge demand energy of the battery.

Description

[0001] CALCULATING METHOD FOR BATTERY CHARGING TIME OF VEHICLE [0002]

본 발명은 차량의 배터리 충전 시간 계산 방법에 관한 것으로서, 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of calculating a battery charging time of a vehicle, and a method of calculating a high-voltage battery charging time of the vehicle.

전기차(Electric Vehicle) 등 친환경차량에 구비된 고전압 배터리는 다양한 충전 방식으로 충전될 수 있다. 충전 방식은 크게는 대용량 전원을 사용한 급속 충전 방식과 가정용 전원을 사용한 완속 충전 방식으로 나뉠 수 있다.BACKGROUND ART [0002] A high voltage battery provided in an environmentally friendly vehicle such as an electric vehicle can be charged in various charging methods. The charging method can be largely divided into a rapid charging method using a large capacity power source and a slow charging method using a household power source.

급속 충전 방식은 충전 시간이 30 분 이내로서 상대적으로 짧지만, 고전압 배터리의 열화, 사용 편의성 문제 등이 있어, 완속 충전 방식이 많이 사용되고 있다. 완속 충전 방식에서 충전 시간은 5 시간 이내로서 상대적으로 길다.The rapid charging method has a relatively short charging time of 30 minutes or less, but there are problems such as deterioration of the high voltage battery and ease of use. The charging time in the slow charging mode is relatively long, within 5 hours.

장시간 소요되는 완속 충전 방식에서는 사용자의 편의 및 상품성을 위해 보다 정확한 충전 시간을 신속하게 제공하는 것이 중요하다. 하지만 기존의 완속 충전 방식에서는 충전기의 출력 전류 및 배터리 충전 상태만을 이용하여 충전 시간을 계산하므로, 충전 시간에 영향을 끼칠 수 있는 다양한 요인(입력 전원의 전류전압 특성, 다른 전장 부하의 전력 소모 등)을 고려하지 못한 문제점이 있다.It is important to provide a more accurate charging time quickly for convenience and merchantability of the user. However, in the conventional full charging method, the charging time is calculated using only the output current of the charger and the charging state of the battery. Therefore, various factors (current voltage characteristics of the input power source, power consumption of other electric loads, etc.) There is a problem in that it can not be considered.

또한 기존의 완속 충전 방식에서는 충전기 기동 후 최대 출력 전력으로 상승할 때까지 약 3초 정도 소요되므로 사용자에게 충전 예상 시간을 신속하게 제공하지 못하는 문제점이 있다.In addition, in the conventional full charging method, it takes about 3 seconds until the maximum output power rises after starting the charger, so that the user can not quickly provide the expected charging time.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정확하고 신속한 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for calculating a high-voltage battery charging time of a vehicle accurately and quickly.

본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법은, 입력 전원으로부터 충전기에 인가되는 입력 전압을 측정하는 단계; 외기온을 측정하는 단계; 미리 저장된 제1 룩업테이블을 참조하여, 상기 입력 전압에 대응되는 상기 충전기의 출력 전력을 도출하는 단계; 미리 저장된 제2 룩업테이블을 참조하여, 상기 외기온에 대응되는 상기 저전압 직류변환기의 입력 전력을 도출하는 단계; 및 상기 충전기의 출력 전력, 상기 도출된 저전압 직류변환기의 입력 전력 및 배터리의 충전요구에너지를 이용하여, 상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계를 포함한다.A method of calculating a battery charging time according to an embodiment of the present invention includes: measuring an input voltage applied to a charger from an input power source; Measuring an outside air temperature; Deriving output power of the charger corresponding to the input voltage with reference to a pre-stored first lookup table; Deriving an input power of the low voltage DC converter corresponding to the ambient temperature with reference to a pre-stored second lookup table; And calculating the charge time of the battery using the output power of the charger, the input power of the derived low voltage DC converter, and the charge demand energy of the battery.

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상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계는, 상기 충전요구에너지를 상기 출력 전력 및 입력 전력의 차로 나눔으로써 계산될 수 있다.The step of calculating the charging time of the battery may be calculated by dividing the charging required energy by the difference between the output power and the input power.

상기 제1 룩업테이블에는 각각의 상기 입력 전압에 일대일 대응되는 각각의 상기 출력 전력이 기록되어 있을 수 있다.The first lookup table may record each of the output powers corresponding one-to-one to each of the input voltages.

상기 제2 룩업테이블에는 각각의 상기 외기온에 일대일 대응되는 각각의 입력 전력이 기록되어 있을 수 있다.The second lookup table may record the respective input powers corresponding one-to-one to the respective ambient temperature.

본 발명의 실시 예에 따르면, 정확하고 신속한 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법을 제공할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for accurately and quickly calculating a high-voltage battery charge time of a vehicle.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a charging system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a first lookup table according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a second lookup table according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of calculating a battery charging time according to an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a charging system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템은 입력 전원(100), OBC(200), 고전압 배터리(300), LDC(400) 및 전장 부하(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an electric vehicle charging system according to an embodiment of the present invention includes an input power source 100, an OBC 200, a high voltage battery 300, an LDC 400, and an electric load 500.

입력 전원(100)은 110V, 220V 등의 상용 AC 전원으로 구성될 수 있다. 전기차의 고전압 배터리(300)를 충전하고자 할 때, 입력 전원(100)의 입력 전압이 OBC(200)의 입력단에 인가된다.The input power source 100 may be a commercial AC power source such as 110V or 220V. The input voltage of the input power source 100 is applied to the input terminal of the OBC 200 when the high voltage battery 300 of the electric vehicle is to be charged.

OBC(On-board Battery Charger)(200)는 친환경차량 내부에 구비되는 완속 충전기이다. OBC(200)는 입력 전원(100)의 입력 전압에 따라 대응되는 출력 전력(210)을 출력한다.The on-board battery charger (OBC) 200 is a slow charging device provided inside the environmentally friendly vehicle. The OBC 200 outputs the output power 210 corresponding to the input voltage of the input power source 100.

고전압 배터리(300)는 출력 전력(210)의 일부를 입력받아 충전된다. 필요시, 고전압 배터리(300)는 인버터(미도시)에 직류 고전압을 공급하고, 인버터는 이를 교류 전압으로 변환하여 모터(미도시)에 구동력을 전달한다.The high voltage battery 300 receives a part of the output power 210 and is charged. If necessary, the high voltage battery 300 supplies a DC high voltage to the inverter (not shown), and the inverter converts the AC high voltage to an AC voltage to transmit the driving force to a motor (not shown).

LDC(Low-voltage DC/DC converter)(400)는 저전압 직류변환기로서, 고전압 배터리(300)가 취하지 않는 출력 전력(210)의 나머지를 입력 전력(410)으로서 입력받는다. LDC(400)는 직류 저전압을 출력하여 전장 부하(500)에 공급한다. 전장 부하(500)는 차량에서 사용되는 전기전자 장치를 총칭한다. 전장 부하(500)에는 EWP(Electronic Water Pump), 라디에이터 등 냉난방 장치도 포함된다.The low-voltage DC / DC converter (LDC) 400 receives a remainder of the output power 210, which the high-voltage battery 300 does not take, as the input power 410. The LDC 400 outputs a DC low voltage and supplies it to the electric field load 500. The electric field load 500 is collectively referred to as an electric / electronic device used in a vehicle. The electric load 500 includes an EWP (electronic water pump), a radiator, and the like.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a first lookup table according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 좌측에는 입력 전원의 입력 전압에 따른 OBC의 출력 전력이 그래프 형태로 도시되어 있고, 우측에는 제1 룩업테이블(1000)이 도시되어 있다.Referring to FIG. 2, on the left side, the output power of the OBC according to the input voltage of the input power is shown in a graph form, and on the right side, a first lookup table 1000 is shown.

입력 전원의 입력 전압이 통상 110V 내외 또는 220V 내외가 될 것이라는 점에서, 입력 전압에 따른 OBC의 출력 전력은 도 2의 그래프와 같이 도시될 수 있다. 즉, 충전 장소에 따라 입력 전원의 입력 전압이 최대 10V 이상 차이날 수 있다. 그래프에서 100V 내지 120V 구간에서는 출력 전력이 선형적으로 증가하지만, 120V 부터 출력 전력이 1.6kW로 제한된다. 출력 전력의 제한은 OBC에 입력되는 입력 전류를 제한함으로써 달성될 수 있다. 마찬가지로, 그래프에서 195V 내지 230V 구간에서는 출력 전력이 선형적으로 증가하지만, 230V 부터 출력 전력이 3.3kW로 제한된다. 이는 일반적으로 입력 전원이 가정용 전원이고, 가정용 전원의 최대 부하량이 3.3kW로 제한되어 있기 때문이다. 도 2의 그래프의 수치는 예시적인 것이며, OBC의 구체적인 스펙 및 차량 설계에 따라 달라질 수 있다.The output power of the OBC according to the input voltage can be shown as a graph of FIG. 2 in that the input voltage of the input power source is usually about 110 V or about 220 V or so. That is, the input voltage of the input power source may differ by at least 10 V depending on the charging place. In the graph, the output power increases linearly from 100V to 120V, but the output power from 120V is limited to 1.6kW. Limiting the output power can be achieved by limiting the input current to the OBC. Likewise, in the graph, the output power linearly increases from 195 V to 230 V, but the output power from 230 V is limited to 3.3 kW. This is because the input power is generally a household power source and the maximum load of the domestic power source is limited to 3.3 kW. The numerical values in the graph of FIG. 2 are illustrative and may vary depending on the specific specification of the OBC and the vehicle design.

제1 룩업테이블(1000)에는, 좌측 그래프에 기초하여, 입력 전원의 입력 전압(n)에 일대일 대응되는 OBC의 출력 전력(POBC,n)이 기록되어 있을 수 있다. 제1 룩업테이블(1000)은 컴퓨터가 판독가능한 기록 매체에 데이터 형태로 미리 기록되어 있을 수 있다.In the first lookup table 1000, the output power (POBC, n) of the OBC corresponding one to one to the input voltage n of the input power source may be recorded based on the left graph. The first lookup table 1000 may be previously recorded in the form of data on a computer-readable recording medium.

종래에는 OBC의 출력 전력을 도출하는 데 있어서, OBC의 출력 전류를 직접 센싱하였다. 전술한 바와 같이 OBC의 출력 전력이 최대치로 상승하는데 까지 3초 정도 시간이 걸리므로, 배터리 충전 시간 계산에 사용자가 인식가능한 지연이 있게 되는 문제점이 있다.Conventionally, in deriving the output power of the OBC, the output current of the OBC is directly sensed. As described above, since the time required for the output power of the OBC to rise to a maximum value takes about 3 seconds, there is a problem that there is a delay that the user can recognize in calculating the battery charging time.

하지만 본 발명에서는, OBC의 출력 전류가 아닌 입력 전압을 센싱한다. 입력 전압은 고정이므로, 센싱된 입력 전압을 제1 룩업테이블(100)과 즉시 비교하여 도출된 OBC의 출력 전력을 배터리 충전 시간 계산에 이용할 수 있다. 따라서 전술한 시간 지연 요인이 제거되는 장점이 있다.However, in the present invention, the input voltage is sensed rather than the output current of the OBC. Since the input voltage is fixed, the output power of the OBC derived by directly comparing the sensed input voltage with the first look-up table 100 can be used for battery charge time calculation. Therefore, there is an advantage that the time delay factor described above is eliminated.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a second lookup table according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 좌측에는 외기온에 따른 LDC의 입력 전력이 그래프 형태로 도시되어 있고, 우측에는 제2 룩업 테이블(2000)이 도시되어 있다.Referring to FIG. 3, input power of the LDC according to ambient temperature is shown in a graphical form on the left side and a second look-up table 2000 is shown on the right side.

LDC의 입력 전력은 외기온에 따라 달라질 수 있다. 즉, 외기온이 높을 때는 OBC, LDC 등의 온도상승이 빠르므로, 이를 식히기 위한 EWP 등 냉각 장치의 사용량이 늘어나므로 요구되는 입력 전력이 상대적으로 증가한다. 반대로, 외기온이 낮을 때는 냉각 장치의 사용량이 감소하므로 입력 전력이 상대적으로 감소한다. 외기온이 몇 도일 때 LDC의 입력 전력이 얼마인지는 차량의 전장 부하가 어떻게 구성되어 있는 지에 따라 다르다. 따라서 도 3에 도시된 각각의 수치는 예시적인 것이며, 차량에 따라 달라질 수 있다.The input power of the LDC can vary depending on the outside temperature. That is, when the outside air temperature is high, the temperature rise of OBC, LDC, etc. is fast, so the amount of cooling device such as EWP to cool it increases, so the input power required is relatively increased. Conversely, when the outside air temperature is low, the amount of cooling device used decreases, so that the input power is relatively reduced. When the outside temperature is several degrees, the input power of the LDC varies depending on how the vehicle's electric field load is configured. Thus, the respective numerical values shown in Fig. 3 are exemplary and may vary depending on the vehicle.

제2 룩업 테이블(2000)에는 외기온(m)에 일대일 대응되는 LDC의 입력 전력(PLDC,m)이 기록되어 있을 수 있다. 제2 룩업 테이블(200)은 컴퓨터가 판독가능한 기록 매체에 데이터 형태로 미리 기록되어 있을 수 있다.In the second lookup table 2000, the input power PLDC, m of the LDC corresponding one-to-one to the ambient temperature m may be recorded. The second look-up table 200 may be previously recorded in the form of data on a computer-readable recording medium.

종래에는 LDC의 입력 전력을 도출하는 데 있어서, 외기온에 대한 반영이 없어서 도출된 LDC의 입력 전력에 오차가 있었다.Conventionally, in deriving the input power of the LDC, there is no reflection on the outside temperature, and there is an error in the input power of the derived LDC.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of calculating a battery charging time according to an embodiment of the present invention.

우선, 충전 장소의 입력 전원과 충전 대상인 차량의 OBC를 연결한다(S100).First, the input power source of the charging station is connected to the OBC of the vehicle to be charged (S100).

다음으로, 고전압 배터리의 충전요구에너지(

)를 측정한다(S101). 충전요구에너지(

)는 아래 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.Next, the charge demand energy of the high voltage battery (

(S101). Charge Required Energy (

) Can be calculated as shown in Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

SOC(State Of Charge)는 고전압 배터리의 현재 충전 용량으로서 0 내지 1(100%)의 값을 갖는다. 고전압 배터리의 전체 용량 및 충전 요구 에너지(

)는 같은 단위, 예를 들어 kWh를 갖는다.The SOC (State Of Charge) has a value of 0 to 1 (100%) as the present charge capacity of the high voltage battery. Full capacity and charge demand energy of high voltage battery (

) Have the same unit, for example, kWh.

또한, 입력 전원으로부터 OBC로 입력된 입력 전압을 측정한다(S102). OBC의 출력 전력(

)이 측정된 입력 전압과 제1 룩업테이블을 비교하여 도출된다(S103).Further, the input voltage inputted from the input power source to the OBC is measured (S102). OBC output power (

) Is derived by comparing the measured input voltage with the first look-up table (S103).

또한, 외기온을 측정한다(S104). LDC의 입력 전력(

)이 측정된 외기온과 제2 룩업테이블을 비교하여 도출된다(S105).Further, the outside air temperature is measured (S104). Input Power of LDC (

) Is derived by comparing the measured outside temperature with the second look-up table (S105).

다음으로, 도출된 충전요구에너지(

),출력 전력(

) 및 입력 전력(

)을 이용하여 고전압 배터리의 충전 시간(

)을 다음 수학식 2를 통해 계산한다(S106).Next, the derived charge required energy (

), Output power (

) And input power (

) To determine the charging time of the high voltage battery (

) Is calculated through the following equation (2) (S106).

[수학식 2]&Quot; (2) "

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

100: 입력 전원
200: OBC
300: 고전압 배터리
400: LDC
500: 전장 부하100: Input power
200: OBC
300: High voltage battery
400: LDC
500: Electric field load

Claims

Measuring an input voltage applied to the charger from the input power source;
Measuring an outside air temperature;
Deriving output power of the charger corresponding to the input voltage with reference to a pre-stored first lookup table;
Deriving an input power of the low voltage DC converter corresponding to the ambient temperature with reference to a pre-stored second lookup table; And
Calculating the charge time of the battery using the output power of the charger, the derived input power of the low voltage DC converter, and the charge demand energy of the battery
How to calculate battery charge time.

delete

The method according to claim 1,
The step of calculating the charging time of the battery includes:
Is calculated by dividing the charge required energy by the difference between the output power and the input power
How to calculate battery charge time.

The method according to claim 1,
Wherein the first lookup table stores the output power of each one-to-one correspondence with each of the input voltages
How to calculate battery charge time.

The method according to claim 1,
And the second lookup table stores respective input powers corresponding one-to-one to each of the outside air temperatures
How to calculate battery charge time.