KR101956384B1

KR101956384B1 - 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법

Info

Publication number: KR101956384B1
Application number: KR1020120053822A
Authority: KR
Inventors: 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2019-03-08
Also published as: KR20130129738A; JP6009271B2; DE102012214962A1; DE102012214962B4; CN103419787B; CN103419787A; US20130311016A1; US9037327B2; JP2013243899A

Abstract

본 발명은 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제로 사용가능한 배터리의 잔존 가용에너지를 추정하여 연산에 이용함으로써 더욱 정확한 주행가능거리를 산출할 수 있도록 한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 배터리 초기 가용에너지를 취득하는 단계; 현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안 소모된 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 단계; 상기 초기 가용에너지와 누적 소모에너지로부터 배터리의 잔존 가용에너지를 연산하는 단계; 현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안의 최종 전비를 연산하는 단계; 상기 최종 전비와 잔존 가용에너지로부터 주행가능거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법을 제공한다.

Description

전기자동차의 주행가능거리 산출 방법 {DTE estimation method of electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제로 사용가능한 배터리의 잔존 가용에너지를 추정하여 연산에 이용함으로써 더욱 정확한 주행가능거리를 산출할 수 있도록 한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전기자동차는 배터리에 전기를 충전하고, 충전된 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써 주행하는 자동차를 말한다.

전기자동차에서는 현재의 배터리 온도와 배터리 SOC(State Of Charge) 등에 관한 배터리 상태를 확인하고, 배터리 상태가 일정한 수준 이상을 유지할 수 있도록 관리하는 것이 매우 중요하며, 그 이유 중에 하나는 배터리 SOC를 실시간으로 파악하여 주행 중에 배터리의 잔존 용량에 따른 주행가능거리를 운전자에게 알려주어야 함에 있다.

배터리 잔존 용량에 따른 주행가능거리와 관련하여, 내연기관 자동차에서 현재의 연료 수준으로부터 주행가능거리(DTE: Distance To Empty)를 예측하여 운전자에게 알려주는 것과 마찬가지로, 전기자동차에서도 현재의 배터리 에너지 상태로부터 주행가능거리(잔존주행거리)를 추정하여 클러스터 등에 표시하는 기능을 제공하고 있다.

종래기술에 따른 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법으로는 고전압 배터리의 잔존 에너지인 SOC(%)와 차량의 거리당 에너지 소모 비율의 관계를 이용하여 주행가능거리를 추정하는 방법이 이용되고 있다.

도 1은 종래의 주행가능거리 산출 과정을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 종래의 주행가능거리 산출 과정을 설명하면 다음과 같다.

종래의 주행가능거리(DTE) 산출 방법은, 최종의 전비를 연산하는 과정(S1)과 상기 산출된 최종의 전비로부터 주행가능거리를 연산하는 과정(S2)으로 이루어지며, 구체적으로는 과거 주행 평균 전비(km/%)를 연산하는 과정, 현재의 주행 누적 전비(km/%)를 연산하는 과정, 현재의 주행 구간 평균 전비(km/%)를 연산하는 과정, 공인 전비(km/%)(혹은 인증 전비, 해당 차량 모델에 대한 전비 시험 모드를 통해 계산 및 입력되는 값임)를 연산하는 과정, 과거 주행 평균 전비와 현재의 주행 누적 전비와 현재의 주행 구간 평균 전비 및 공인 전비를 블렌딩(blending)하여 최종의 전비를 연산하는 과정, 및 상기 산출된 최종의 전비로부터 주행가능거리를 연산하는 과정을 포함하여 이루어진다.

여기서, 과거 주행 평균 전비는 과거 n번의 주행 사이클(이전 충전시부터 다음의 충천시까지를 하나의 주행 사이클로 정의함)의 전비를 평균하여 산출하는데, 매 주행 사이클 종료시(충전시에 이전의 주행 사이클 종료)마다 전비(km/%)를 산출하여 저장한 후 저장된 사이클의 전비들을 평균하여 산출한다.

이때, 주행 사이클의 전비(km/%)는 '해당 주행 사이클의 누적 주행거리(km)/ΔSOC(%)'로 계산된다(여기서, ΔSOC(%) = 이전 충전 직후 SOC(%) - 현재 충전 직전 SOC(%) 임).

그리고, 현재의 주행 누적 전비(km/%)로는 충전 이후 현재 주행 사이클의 전비를 산출하며, 현재의 주행 구간 평균 전비(km/%)는 n번의 일정 구간 주행시의 전비를 평균하여 산출하는데, 매 일정 구간의 거리를 주행시마다 전비를 산출하여 저장한 후 저장된 전비들을 평균하여 산출한다.

또한, 상기의 최종 전비가 산출되면 이를 기반으로 주행가능거리를 산출하여 클러스터 등에 표시하는데, 이때 주행가능거리(DTE)(km)는 '최종 전비(km/%) × 현재의 SOC(%)'로 계산된다.

이와 같이 전기자동차의 주행가능거리를 산출함에 있어서 배터리 SOC가 필요하며, 특히 과거 주행 사이클의 전비를 산출할 때 사이클 동안의 배터리 총 소모량(상기 ΔSOC에 해당함)이 반영된다.

그러나, 상기와 같은 기존의 주행가능거리 산출 방법은 배터리 SOC 레벨을 배터리 가용에너지 레벨로 가정하여 주행가능거리(DTE)를 연산하는바, 내연기관의 연비(km/ℓ)에 해당하는 값을 전비(km/%) 값으로 사용함으로 인해 주행가능거리(DTE) 연산시 오차가 발생하게 된다.

실제로 배터리 SOC의 변화와 배터리 가용에너지의 변화는 동일하지 않기에, 배터리 SOC의 변화와 배터리 가용에너지의 변화 간 상관관계가 감소될수록 주행가능거리(DTE)의 연산 오차가 발생하게 된다.

이에 부가적인 보상이 필요하나, 기존의 주행가능거리 산출 방법은 배터리 온도 및 배터리 전류패턴(차량 주행패턴과 전류패턴은 동일함)에 대한 보정을 수행하지 않음으로 주행가능거리(DTE)의 연산 정확도가 저하되게 된다.

예컨대, 영하 10℃에서 주행하는 경우와 영상 20℃에서 주행하는 경우를 비교해보면 실제 주행가능한 거리가 상이하게 된다.

실제로 배터리 SOC는 전하량을 누적(전류 적산)한 값을 0~100%로 노말라이즈(normalize)한 값으로, 배터리의 잔존 가용에너지(현재의 배터리 가용에너지)를 정확하게 나타내지 못한다.

아울러, 배터리의 전류 크기 및 온도에 따라 배터리 전압의 드롭(drop)이 발생하고, 가용에너지의 변동이 발생하게 되므로, 배터리 SOC(%)를 기반으로 한 주행가능거리(DTE)의 연산시 정확성이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 고안한 것으로서, 실제 사용가능한 배터리 잔존 가용에너지에 영향을 미치는 조건을 고려하여 배터리 온도와 배터리 SOC 별로 배터리의 대표 전류패턴(발생빈도가 높은 전류패턴)에 따른 배터리의 가용에너지를 시험을 통해 도출하고, 도출한 시험데이터를 이용하여 만든 배터리 초기 가용에너지 맵으로부터 취득한 배터리의 초기 가용에너지를 이용하여 현재의 누적 주행거리 주행 후 남은 실제 사용가능한 배터리 잔존 가용에너지를 연산함으로써 주행가능거리의 산출 정확성을 향상하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배터리 초기 가용에너지를 취득하는 단계; 현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안 소모된 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 단계; 상기 초기 가용에너지와 누적 소모에너지로부터 배터리의 잔존 가용에너지를 연산하는 단계; 현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안의 최종 전비를 연산하는 단계; 상기 최종 전비와 잔존 가용에너지로부터 주행가능거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법을 제공한다.

이때, 현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안 소모된 배터리의 누적 소모에너지는 충전 이후 현재의 누적 주행거리를 주행하기 위한 차량 구동에 사용되는 누적 소모에너지를 포함한다.

본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 배터리 초기 가용에너지를 취득하는 단계는, 충전 이후 초기 배터리 온도와 초기 배터리 SOC를 이용하여 배터리 관리 시스템의 맵으로부터 취득하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 단계는, 배터리 충전 이후 누적 주행거리를 주행하는 동안 현재의 배터리 전류 및 전압 값을 이용하여 연산한 전력값들을 적산방식으로 합산하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 배터리의 누적 소모에너지(R7)는 배터리 초기 가용에너지가 업데이트될 시 '0'으로 리셋(reset)되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 배터리의 잔존 가용에너지를 연산하는 단계는, 최근 업데이트된 배터리 초기 가용에너지에서 배터리 누적 소모에너지를 차감하여 이루어지는 한다.

또한, 본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 배터리 초기 가용에너지는, IG Off 후 다시 IG ON 하는 경우에서 IG Off 시 저장한 배터리 온도와 직후 다시 IG ON 시의 배터리 온도 간에 일정치 이상으로 차이가 발생할 시, 배터리의 충전 완료 시, 및 배터리 관리 시스템 내 저장수단의 업데이트 시, 상기 IG ON 시의 배터리 온도와 배터리 SOC를 이용하여 맵으로부터 얻은 데이터인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 배터리 초기 가용에너지는 IG OFF 시와 재 IG ON 시의 배터리 온도가 동일하거나 일정치 내로 온도차가 발생하는 경우, IG OFF 직전의 배터리 초기 가용에너지가 재 IG ON 시에 동일하게 사용된다.

또한, 본 발명의 주행가능거리 산출 방법에서, 상기 최종 전비를 연산하는 단계는, 과거 주행 평균 전비를 연산하는 단계; 현재 주행 누적 전비를 연산하는 단계; 현재 주행 구간 평균 전비를 연산하는 단계; 상기 과거 주행 평균 전비와 현재 주행 누적 전비와 현재 주행 구간 평균 전비를 블렌딩하는 단계; 현재의 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비를 연산하는 단계; 및 상기 블렌딩으로 얻어진 주행 전비와 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비로부터 최종 전비를 산출하는 단계;로 이루어진다.

이때, 상기 현재 주행 구간 평균 전비를 연산하는 단계에서는, 전비 평균값 산출시 각 주행 구간의 전비에 가중값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식을 적용하여 각 주행 구간들의 평균 전비를 산출하게 된다.

그리고, 상기 최종 전비는 블렌딩하여 얻은 주행 전비에서 공조장치 소모 전력에 상응하는 연비를 차감하여 구해지게 된다.

본 발명에 따른 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 의하면 배터리 온도와 배터리 SOC, 전류패턴 및 열화도 등 환경 변화에 따른 현재 배터리의 잔존 가용에너지를 정확하게 추정할 수 있으며, 이에 전비 정확성을 개선하여 주행가능거리의 연산 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 주행가능거리 산출 과정을 나타내는 순서도
도 2는 본 발명의 주행가능거리 산출 과정을 나타내는 순서도
도 3은 본 발명의 주행가능거리 산출시 각 단계의 연산 방법을 나타내는 블록 순서도
도 4는 본 발명의 주행가능거리 산출시 배터리 잔존 가용에너지의 연산 방법을 나타내는 블록 순서도

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것으로서, 현재 실제 사용가능한 배터리의 잔존 가용에너지를 이용하여서 에너지를 기반으로 주행가능거리를 산출하는데 특징이 있다.

구체적으로는, 시험데이터를 기반으로 하여 취득한 배터리의 초기 가용에너지를 이용하여 현재 실제로 사용가능한 배터리의 잔존 가용에너지(kWh)를 연산하고, 에너지값을 기반으로 하여 내연기관의 연비에 해당하는 물리량으로서 정확한 전비(km/kWh)를 연산함으로써 더욱 정확한 주행가능거리를 산출가능하도록 함에 주된 특징이 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 주행가능거리 산출 과정은, 배터리의 초기 가용에너지를 취득하는 과정(S11), 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 과정(S12), 상기 초기 가용에너지와 누적 소모에너지를 이용하여 배터리의 잔존 가용에너지(잔존 에너지)를 연산하는 과정(S13), 최종 전비를 연산하는 과정(S14 ~ S19), 및 상기 최종 전비로부터 주행가능거리를 산출하는 과정(S20)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 최종 전비를 연산하는 과정(S14 ~ S19)은, 과거 주행 평균 전비를 연산하는 과정(S14), 현재 주행 누적 전비를 연산하는 과정(S15), 현재 주행 구간 평균 전비를 연산하는 과정(S16), 상기 과거 주행 평균 전비와 현재 주행 누적 전비와 현재 주행 구간 평균 전비를 블렌딩(blending)하는 과정(S17), 현재의 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비를 연산하는 과정(S18), 및 상기 블렌딩으로 얻어진 전비와 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비로부터 최종 전비를 산출하는 과정(S19)을 포함하여 이루어진다.

이러한 본 발명에서, 상기한 산출 과정의 주체는 각 과정의 연산을 수행하는 연산블록과 저장수단을 갖는 제어기가 되며, 이때 최종 산출된 주행가능거리를 클러스터에 표시해야 하므로, 상기 제어기는 차량의 트립 컴퓨터이거나, 또는 주행가능거리를 산출하고 트립 컴퓨터에 전송하는 별도의 제어기가 될 수 있다.

또한 상기 제어기는 실제 사용가능한 배터리의 가용에너지에 영향을 미치는 조건들을 고려하여 도출한 시험데이터로부터 배터리의 초기 가용에너지를 취측해야 하므로 배터리 관리 시스템으로부터 배터리의 초기 가용에너지 정보를 입력받도록 구비됨은 물론, 공조제어기로부터 공조장치의 온/오프 신호 및 작동상태 등의 정보를 입력받도록 구비된다.

이하, 도 2에 나타낸 각 연산 과정을 도 3을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.

배터리 초기 가용에너지 연산( S11 )

전기자동차의 배터리는 그 전류패턴에 따라 전압 강하(drop)가 상이하게 발생하므로 동일 전력 사용시에도 가용에너지의 차이가 발생할 수 있다.

또한, 상기 배터리는 전류패턴 외에도 온도 및 열화도 등에 따라 가용에너지가 변화하게 된다.

이에, 먼저 전기자동차에서 배터리의 열화도 단계에 따라 발생빈도가 빈번한 배터리의 전류패턴(주행패턴)을 선정한다. 배터리 전류패턴의 선정은 UDDS(urban dynamometer driving schedule)와 같은 인증시험 모드 또는 정속 주행 모드 등 상대적으로 발생빈도가 높은 전류패턴으로 선정함으로써 이루어진다.

이렇게 선정한 각각의 배터리의 전류패턴 별로 배터리 충전 이후 초기 배터리 온도와 초기 배터리 SOC에 따른 가용에너지를 시험을 통해 측정 확보한다.

이때 시험 조건으로는 배터리의 소킹(soaking) 온도와 스타트(start) SOC를 사용한다.

구체적으로는, 상기 소킹 온도를 영하 30℃부터 영상 30℃까지 10℃ 간격으로 하고, 스타트 SOC를 90~10%까지 10% 간격으로 하여, 배터리의 전류패턴에 따라 시험하여 소킹 온도 및 스타트 SOC 별 배터리 가용에너지를 측정 및 확보한다. 아울러, 스타트 SOC 5%에서의 배터리 가용에너지도 시험 측정하여 확보한다.

그리고, 상기와 같이 배터리의 소킹 온도와 스타트 SOC 별 배터리 가용에너지 데이터를 획득한 뒤, 획득한 데이터를 각각의 배터리 전류패턴에 따라 평균하여 평균치를 연산하고, 상기 평균치를 배터리 충전 이후 주행시의 배터리 초기 가용에너지로서 적용하도록 한다.

예를 들어, 소킹 온도 영하 30℃ 및 스타트 SOC 80% 일 때 각각의 전류패턴(선정된 전류패턴)에 따른 배터리 가용에너지 값들의 평균치를 주행시(충전 이후 초기 배터리 온도가 영하 30℃이고 초기 배터리 SOC가 80%일 때) 배터리 초기 가용에너지로서 적용하게 된다.

즉, 배터리의 초기 가용에너지로는 각각의 배터리 전류패턴에 따른 가용에너지 데이터들을 평균하여 연산한 평균치를 사용한다.

이렇게 획득한 가용에너지 데이터(시험데이터)를 이용하여 배터리 관리 시스템 내 저장수단에 배터리 초기 가용에너지 맵(이하, '맵'이라고 함)을 구성한다.

상기 배터리 관리 시스템은 초기 배터리 SOC와 초기 배터리 온도를 입력값으로 하여 상기 맵(map)의 데이터를 체킹함으로써 해당 조건(초기 배터리 SOC와 초기 배터리 온도)에 상응하는 배터리 초기 가용에너지(맵 데이터)를 출력값으로 하여(도 4 참조) 제어기에 제공하게 된다.

여기서, 상기 배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 완료 후 IG(Ignition) ON 시 맵 데이터(출력값)를 고정하고 IG(Ignition) Off 시마다 배터리의 현재 온도를 저장하는데, IG OFF 이후 재 IG ON 시 온도와 상기 IG Off 시 배터리 온도를 비교하여 일정치 이상 차이가 발생하면 상기 맵의 출력값을 현재(IG ON 시)의 온도값에 따른 가용에너지로 업데이트하여 제공한다.

즉, IG Off 시 저장한 배터리 온도와 현재(IG ON 시)의 배터리 온도 간에 일정치 이상으로 차이가 발생하는 경우, 상기 맵으로부터 현재(IG ON 시)의 배터리 온도 및 배터리 SOC에 상응하는 맵 데이터(배터리 초기 가용에너지)를 취득하여 배터리 초기 가용에너지를 업데이트한다.

배터리 가용에너지 데이터는 배터리의 초기 온도에서부터 시험 진행 중 변하는 배터리 온도에 따라 연속적으로 변하게 되므로, IG Off 시 배터리 온도를 저장하고 재 IG ON 시의 배터리 온도와 비교하여 일정치 이상 차이가 없을 경우 IG Off 시와 재 IG ON 시의 가용에너지 데이터를 하나의 연속데이터로 가정하여 맵의 출력값(배터리의 초기 가용에너지)를 업데이트하지 않고 재 IG ON 시에도 IG OFF 직전의 배터리 초기 가용에너지(R6)를 그대로(동일하게) 적용한다.

즉, 배터리의 초기 가용에너지(R6)는 IG ON 시 적용된 시험데이터가 IG Off 시까지 동일하게 사용되며, 재 IG ON 시의 배터리 온도가 직전 IG Off 시에 저장한 배터리 온도와 동일하거나 또는 일정 범위 내로 차이를 가지는 경우 업데이트 없이 IG Off 직전의 배터리 초기 가용에너지가 그대로 사용된다.

예를 들어, 초기 배터리 온도가 영하 20℃이고 초기 배터리 SOC가 SOC 80%일 때의 맵 데이터(배터리의 초기 가용에너지) 1이 10kWh 이고, 초기 배터리 온도가 10℃이고 초기 배터리 SOC가 50%일 때의 맵 데이터 2가 6kWh라고 할 때, 충전기로 배터리를 SOC 80%까지 충전한 뒤 일정 시간 차량을 방지한 다음 다시 IG ON 할 시 배터리 온도가 영하 20℃인 경우 배터리 초기 가용에너지는 10kWh이고, 일정 거리 주행 후 배터리 SOC가 50%이고 배터리 온도가 20℃ 인 상태에서 IG Off 시 배터리 온도(20℃)를 저장한다.

그리고, 다시 주행하기 위해 재 IG ON 시 배터리 온도가 20℃인 경우 배터리 초기 가용에너지는 기존(직전 IG Off 시)의 10kWh를 그대로 유지하고, 재 IG ON 시 배터리 온도가 10℃인 경우(직전 IG Off 시와 일정치 이상으로 온도 차 발생) 배터리 초기 가용에너지를 맵 데이터 2의 값인 6kWh로 업데이트하여 변경한다.

배터리의 누적 소모에너지 연산( S12 )

배터리 충전 이후 누적 주행거리를 주행하는 동안 일정 시간마다 현재의 배터리 전류값과 전압값을 곱하여 연산한 전력들을 적산방식으로 합산함으로써 배터리의 누적 소모에너지(R7)를 산출한다.

이렇게 계산되는 배터리의 누적 소모에너지(R7)는, IG Off 후 다시 IG ON 하는 경우에서 IG Off 시 저장한 배터리 온도와 현재(IG ON 시)의 배터리 온도 간에 일정치 이상으로 차이가 발생시, 또는 배터리의 충전 완료 시, 또는 배터리 관리 시스템 내 저장수단(예컨대, ROM 등)의 업데이트 등으로 배터리의 초기 가용에너지를 업데이트하는 경우 '0'으로 리셋(reset)된다.

배터리의 잔존 가용에너지(잔존 에너지) 연산( S13 )

상기 배터리 초기 가용에너지(R6)에서 누적 소모에너지(R7)를 감산하여 배터리의 잔존 가용에너지(현재의 배터리 가용에너지)(R8)를 산출한다.

여기서, 상기 배터리 초기 가용에너지(R6)가 업데이트되는 경우, 현재의 배터리 가용에너지(R8)는 경신(업데이트)된 배터리 초기 가용에너지를 적용하여 산출하게 된다.

즉, 배터리의 잔존 에너지(현재의 배터리 가용에너지)(R8)는 '최근 업데이트된 배터리 초기 가용에너지 - 배터리 누적 소모에너지(R7)'로 계산된다.

다시 말해 배터리 초기 가용에너지(R6)로는, IG Off 후 다시 IG ON 하는 경우에서 IG Off 시 저장한 배터리 온도와 현재(IG ON 시)의 배터리 온도 간에 일정치 이상으로 차이가 발생시, 또는 배터리의 충전 완료 시, 또는 배터리 관리 시스템 내 저장수단의 업데이트 시, 상기 맵으로부터 현재(IG ON 시)의 배터리 온도 및 배터리 SOC에 상응하는 맵 데이터(배터리 초기 가용에너지)를 취득하여 업데이트한 배터리 초기 가용에너지가 적용되며, 이 외의 경우에는 배터리 초기 가용에너지 값을 고정(holding)하여 그대로 사용한다.

다음으로, 최종 전비(R5)를 연산하기 위하여 다음의 과정을 진행한다.

과거 주행 평균 전비 연산( S14 )

과거 주행 평균 전비(R0)(km/kWh)는 과거 주행 사이클(이전 충전시부터 다음의 충전시까지를 하나의 주행 사이클로 정의함)의 전비를 평균하여 산출하는데, 매 주행 사이클 종료시(충전시에 이전의 주행 사이클 종료)마다 전비(km/kWh)를 산출하여 저장한 후 저장된 사이클의 전비들을 평균하여 산출한다.

이때, 주행 사이클의 전비(km/kWh)는 '해당 주행 사이클의 누적 주행거리(km)/해당 주행 사이클의 차량 구동에 사용된 누적 소모에너지(kWh)'로 계산된다.

상기와 같이 계산되는 전비는 저장수단 내 n개의 버퍼에 저장되는데, n개의 버퍼에 매 주행 사이클의 전비가 저장됨에 있어서, 새로운 전비 데이터 저장시마다 가장 오래된 이전의 전비 데이터는 삭제된다.

또한 저장수단 내 1개의 버퍼에 공인 전비(해당 차량 모델에 대한 전비 시험 모드를 통해 계산 및 입력되는 값임)가 저장되고, 주행 사이클의 전비와 공인 전비를 사용하여 과거 주행 평균 전비(R0)를 산출한다.

전비 평균값 산출시에는 각 전비에 가중값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식이 적용될 수 있으며, 예컨대 아래 식 1에 나타낸 바와 같다.

식 1: R0 =

{A1×a[0]+A2×a[1]+A3×a[2]+...+An×a[n-1]+B×b[0]}/(A1+A2+A3+...An+B)

여기서, R0는 과거 주행 평균 전비를, A1, A2, A3, An, B는 가중값을 나타내고, a[0], a[1], a[2], a[n-1]은 각 주행 사이클의 전비를 나타내며, b[0]은 공인 전비를 나타낸다.

현재의 주행 누적 전비 연산( S15 )

현재의 주행 누적 전비(R1)(km/kWh)는 충전 이후 현재의 누적 주행거리(km)와 충전 이후 차량 구동에 사용된 누적 소모에너지로부터 계산되며, 아래 식 2에 나타낸 바와 같다.

식 2: R1 =

충전 이후 현재의 누적 주행거리(km) / 차량 구동에 사용된 누적 소모에너지(kWh)

여기서, 충전 이후 차량 구동에 사용된 누적 소모에너지로는 전술한 배터리 누적 소모에너지(R7)를 사용한다.

또한, 충전 이후 현재의 누적 주행거리는 복수 개의 주행 구간으로 이루어진다.

현재 주행 구간 평균 전비 연산( S16 )

현재 주행 구간 평균 전비(R2)(km/kWh)는 현재 주행 구간(충전 이후 IG ON 시부터 IG OFF까지를 하나의 주행 구간으로 정의함)의 전비를 평균하여 산출하는데, 매 주행 구간 종료시마다 전비(km/kWh)를 산출하여 저장한 후 저장된 주행 구간의 전비들을 평균하여 산출한다.

이때, 주행 구간의 전비(km/kWh)는 '해당 주행 구간의 누적 주행거리(km)/해당 주행 구간의 차량 구동에 사용된 누적 소모에너지(kWh)'로 계산된다.

상기와 같이 계산되는 전비는 저장수단 내 n개의 버퍼에 저장되는데, n개의 버퍼에 매 주행 구간의 전비가 저장됨에 있어서, 이동평균(moving average) 방식으로 새로운 전비 데이터 저장시마다 가장 오래된 이전의 전비 데이터는 삭제되며, 이에 따라 일정 구간(누적 주행거리) 주행시 상대적으로 단기간의 평균치를 연산하게 된다.

또한, 차량의 정차시(IG OFF 이후 다시 IG ON 전)에는 전비 연산을 홀딩(Holding)한다.

전비 평균값 산출시에는 각 주행 구간의 전비에 가중값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식이 적용될 수 있으며, 예컨대 아래 식 3에 나타낸 바와 같다.

식 3: R2 =

{E1×c[0]+E2×c[1]+E3×c[2]+...+En×c[n-1]}/(E1+E2+E3+...En)

여기서, R2는 현재 주행 구간 평균 전비를, E1, E2, E3, En은 가중값을 나타내고, c[0], c[1], c[2], c[n-1]은 각 주행 구간의 전비를 나타낸다.

한편, 상술한 각 과정에서 산출된 전비(km/kWh)를 블렌딩하여 얻어지는 전비(R3)를 연산한다.

과거 주행 평균 전비와 현재 주행 누적 전비 및 현재 주행 구간 평균 전비의 블렌딩( blending )( S17 )

과거 주행 평균 전비(R0)와 현재 주행 누적 전비(R1) 및 현재 주행 구간 평균 전비(R2)를 블렌딩(blending)하는 과정에서 구해지는 주행 전비(R3)(km/kWh)는 현재의 공조장치 소모 전력을 반영한 최종 전비(R5)를 연산하는데 사용된다.

앞서 산출된 전비(R0,R1,R2)들을 블렌딩하여 얻어지는 주행 전비(R3)는 과거 주행 평균 전비(R0)와 현재 주행 누적 전비(R1) 및 현재 주행 구간 평균 전비(R2)를 평균한 값으로서, 평균값 산출에는 각 전비에 가중값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식이 적용될 수 있고, 이는 아래 식 4에 나타낸 바와 같다.

식 4: R3 = (R0×H + R1×I + R2×J)/(H + I + J)

여기서, R0, R1, R2는 상술한 각 과정에서 산출된 전비를, H, I, J는 가중값을 나타낸다.

상기와 같이 블렌딩 시 각각의 가중값은 상이하며, 가중값에 따라 주행가능거리의 표시 성향이 바뀌게 된다. 예를 들어, 과거 주행 평균 전비(R0)에 큰 가중치를 부여하여 블렌딩하면 과거 운전자의 성향에 따른 주행가능거리가 산출되고, 현재 주행 구간 평균 전비(R2)에 큰 가중치를 부여하여 블렌딩하면 현재의 주행패턴 변화에 따라 주행가능거리가 빠르게 반응하여 변하게 된다.

현재의 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비 연산( S18 )

현재의 공조장치 소모 전력(파워)에 상응하는 전비(R4)(km/kWh)를 산출하는 과정은, 운전자가 공조장치를 작동시켰을 때 공조장치에 의해 소모되는 전력으로 차량을 주행할 수 있는 전비를 산출하는 과정이다(공조장치의 소모 전력을 차량 구동에 상응하는 전비로 변환하는 과정임).

상기 공조장치의 소모 전력은 냉방장치(에어컨 컴프레서 등)와 난방장치(전기히터, 예,PTC 히터)가 소모하는 전력이 될 수 있으며, 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비는 아래 식 5에 나타낸 바와 같이 현재의 공조장치 소모 전력과 앞서 연산한 상기 주행 전비(R3) 및 충전 이후 주행시 차량의 평균속도를 입력으로 하는 테이블 값으로 산출될 수 있다.

식 5: R4 = Func(냉방장치 소모 전력 + 난방장치 소모전력 + 주행 전비(R3) + 충전 이후 주행시 차량의 평균속도),

여기서, Func은 테이블로 구현될 수 있고, 소모 전력에 따라 상응하는 전비 값이 미리 정의된 테이블로부터 구해진다.

한편, 상술한 과정에서 산출된 R3 및 R4 값을 이용하여 최종의 전비(R5)를 연산하는 과정이 수행되고(S19), 최종의 전비(R5)가 산출되고 나면 그로부터 최종의 주행가능거리(DTE)가 연산된다(S20).

최종 전비 연산( S19 ) 및 주행가능거리 연산( S20 )

블렌딩하여 얻어진 주행 전비(R3)에서 현재의 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비(R4)를 차감하여 최종 전비(R5)(km/kWh)를 연산하게 되고, 이어 최종 전비(R5)와 전술한 배터리 잔존 가용에너지(현재의 배터리 가용에너지)(R8)로부터 주행가능거리(DTE)(km)를 최종 산출하게 되며, 이는 하기 식 6 및 식 7에 나타낸 바와 같다.

식 6 : R5 = R3 - R4

식 7 : DTE = R5×R8

이와 같이, 본 발명에서는 에너지값을 기반으로 하여 정확한 전비(km/kWh)를 연산하고, 배터리 온도와 배터리 SOC 및 전류패턴 등의 조건에 따라 취득한 배터리의 초기 가용에너지(R6)에서 충전 이후 현재의 누적 주행거리를 주행하는데 소모한 배터리 누적 소모에너지(R7)를 차감하여 배터리 잔존 가용에너지(현재의 배터리 가용에너지)(R8)를 취득하고 이를 연산에 이용함으로써 더욱 정확한 주행가능거리(km)를 산출할 수 있게 된다.

여기서, 상기 배터리 누적 소모에너지(R7)는 충전 이후 현재의 누적 주행거리를 주행하는데 소모한 배터리 에너지이며, 배터리 잔존 가용에너지(R8)는 충전 이후 현재의 누적 주행거리 이동(주행) 후 남은 실제 사용가능한 배터리 에너지이다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims

배터리 충전 이후 초기 배터리 온도와 초기 배터리 SOC에 따라 배터리 초기 가용에너지를 취득하는 단계;
현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안 소모된 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 단계;
상기 초기 가용에너지와 누적 소모에너지로부터 배터리의 잔존 가용에너지를 연산하는 단계;
현재의 누적 주행거리를 주행하는 동안의 최종 전비를 연산하는 단계;
상기 최종 전비와 잔존 가용에너지로부터 주행가능거리를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 배터리의 잔존 가용에너지를 연산하는 단계는, 최근 업데이트된 배터리 초기 가용에너지에서 배터리 누적 소모에너지를 차감하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 초기 가용에너지를 취득하는 단계는,
충전 이후 초기 배터리 온도와 초기 배터리 SOC를 이용하여 배터리 관리 시스템의 맵으로부터 취득하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리의 누적 소모에너지를 연산하는 단계는,
배터리 충전 이후 누적 주행거리를 주행하는 동안 현재의 배터리 전류 및 전압 값을 이용하여 연산한 전력값들을 적산방식으로 합산하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 1 또는 3에 있어서,
상기 배터리의 누적 소모에너지(R7)는 배터리 초기 가용에너지가 업데이트될 시 '0'으로 리셋(reset)되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 초기 가용에너지는, IG Off 후 다시 IG ON 하는 경우에서 IG Off 시 저장한 배터리 온도와 직후 다시 IG ON 시의 배터리 온도 간에 일정치 이상으로 차이가 발생할 시, 배터리의 충전 완료 시, 및 배터리 관리 시스템 내 저장수단의 업데이트 시, 상기 IG ON 시의 배터리 온도와 배터리 SOC를 이용하여 맵으로부터 얻은 데이터인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 초기 가용에너지는 IG OFF 시와 재 IG ON 시의 배터리 온도가 동일하거나 일정치 내로 온도차가 발생하는 경우, IG OFF 직전의 배터리 초기 가용에너지가 재 IG ON 시에 동일하게 사용되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 최종 전비를 연산하는 단계는,
과거 주행 평균 전비를 연산하는 단계;
현재 주행 누적 전비를 연산하는 단계;
현재 주행 구간 평균 전비를 연산하는 단계;
상기 과거 주행 평균 전비와 현재 주행 누적 전비와 현재 주행 구간 평균 전비를 블렌딩하는 단계;
현재의 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비를 연산하는 단계; 및
상기 블렌딩으로 얻어진 주행 전비와 공조장치 소모 전력에 상응하는 전비로부터 최종 전비를 산출하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 현재 주행 구간 평균 전비를 연산하는 단계에서는,
전비 평균값 산출시 각 주행 구간의 전비에 가중값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식을 적용하여 각 주행 구간들의 평균 전비를 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 최종 전비는 블렌딩하여 얻은 주행 전비에서 공조장치 소모 전력에 상응하는 연비를 차감하여 구해지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.