KR20020035263A

KR20020035263A - 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법

Info

Publication number: KR20020035263A
Application number: KR1020000065488A
Authority: KR
Inventors: 윤길영
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-11
Also published as: KR100391421B1

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기 자동차의 배터리 잔존 용량 예측방법으로서, 상기 배터리를 제1 전류값으로 충전한 후, 상기 배터리 충전 시간이 제1 특정 시간 이상이면 상기 배터리의 입출력 전류값을 측정하는 단계; 측정된 상기 입출력 전류값이 제2 전류값 범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량과 배터리 입출력 전압 대비의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 전지 잔존 용량의 오차를 계산하는 단계; 계산된 전지 잔존 용량이 전지 잔존 용량 변화율 오차 허용범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량을 계산된 상기 전지 잔존 용량으로 세팅하여 예측하는 단계를 포함한다.

본 발명은 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존 용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측할 수 있으며, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상할 수 있다.

Description

전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법{METHOD FOR ESTIMATING RESIDUAL ENERGY OF BATTERY OF ELECTRIC CAR}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로써, 특히 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 초기 엔진 시동시 스타터 모터의 구동이나 기타 전장품에 필요한 전류의 공급을 위해 배터리(battery)가 장착되어 있고, 또한 최근의자동차 개발 추세로는 대기 오염에 심각한 영향을 주고 있는 현재의 가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하여 이의 연소에 의한 폭발력으로 주행할 수 있는 동력을 얻도록 된 차량 대신에 공해 발생이 적은 차량을 개발하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있는 바, 그 중 하나로서 전력에 의하여 움직이는 전기 자동차(Electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

전기 자동차는 구동 연료로서 대개 2차 전지인 납축전지를 사용하고 있으며, 납축전지에서 출력되는 전원으로 동력 발생장치를 구동시키고 이를 동력 전달장치를 통해 구동 휠로 전달하여 구동 휠을 회전시킴으로써 동작된다. 이러한 납축전지는 각각 다른 금속으로 만들어진 양극과 음극의 전극과 전해질로 구성되어 있으며, 양극에 부하를 연결하여 각 전극의 작용물질과 전해액이 가지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 끌어 낼 수 있도록 되어있다. 또한, 역으로 전기적 에너지를 주면 다지 화학적 에너지를 가진 본래의 작용 물질로 되돌아가게 된다.

이와 같은 축전지에 있어 방전이 진행됨에 따라 양극과 음극간의 단자 전압은 점차로 내려가다가 어느 한도에 이르게 되면 급격히 저하하여 방전 종지 전압에 이르게 되면 급격히 저하하여 방전 종지 전압에 이르게 되며 그 이후부터는 방전 능력이 없어진다. 방전 종지 전압 이하에서까지 방전하게 되면 전해액과 화학적 반응을 일으켜 전류를 생성하는 극판이 손상되어 축전지로서의 기능을 상실하게 된다. 따라서, 전기 자동차는 배터리에 충전되어 있는 암페어 시용량{Ah = 일정방전 전류(A) * 방전 종지 전압까지의 연속방전시간(h)}만큼 주행할 수 있고, 주행중 구동 휠의 회전력을 역이용하여 발전을 한 후 다시 재충전시키면서 사용할 수 있도록하고 있으며, 배터리가 완전히 방전될 정도까지 차를 운행하다 주행중 정지하게 되면 재충전에 어려움이 있으므로 주행중 배터리(또는 전지)잔존 용량을 정확하게 파악하는 것이 중요하다.

특히, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측은 충전 또는 방전시 차량 운향의 제어 기준으로, 충전 시에는 탑재형 충전기 또는 급속충전장치의 충전량 및 충전방법을 결정하는 방법과, 방전시에는 전지를 보호하고 공급 가능한 가속 능력(파워) 및 주행거리(용량)예측의 기준값 설정요소로 매우 중요하다. 이 예측에 오차가 많이 발생하면, 정확한 자동차 제어가 어려워 전지 수명의 감소 및 전지 실패(fail), 안전성의 문제가 발생한다.

종래의 초기 전지 잔존 용량 예측방법은 전지의 무부하 전하(OCV) 특성을 이용하여 잔존 용량을 예측하였다. 전지의 무부하 전압은 전지 모델링 상에 전지 내부저항과 병렬로 존재하는 커패시턴스(Capacitance) 성분에 의해 이전 차량 주행 패턴에 따라 충방전 잔존 전압이 존재하여 이전 사이클이 충전시와 방전시에 무부하 전하 차가 매우 크며, 데이터 매핑(mapping)시에 측정시간 포인트에 따른 전압 변화가 매우 커서 도1과 같은 오차 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 전지 모델링상 정전 상태(Steady status)의 충전 상태에서 내부저항과 병렬로 연결된 커패시터 성분이 만충전 됨으로서 전지 내부저항에 의존하여 전압이 형성됨을 기초로, 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상하고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

도1은 종래의 초기 전지 잔존 용량의 예측을 적용하는 그래프를 나타내는 도면이다.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템을 나타내는 구성 블록도 이다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법을 나타내는 흐름도 이다.

도4는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 전지 잔존 용량 대 전지 전압의 관계가 표시된 그래프를 나타내는 도면이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 전기 자동차용 전지 잔존 용량 예측방법은,

전기 자동차의 배터리 잔존 용량 예측방법으로서,

상기 배터리를 제1 전류값으로 충전한 후, 상기 배터리 충전시간이 제1 특정 시간 이상이면 상기 배터리의 입출력 전류값을 측정하는 단계;

측정된 상기 입출력 전류값이 제2 전류값 범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량과 배터리 입출력 전압 대비의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 전지 잔존 용량의 오차를 계산하는 단계;

계산된 전지 잔존 용량이 전지 잔존 용량 변화율 오차 허용범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량을 계산된 상기 전지 잔존 용량으로 세팅하여 예측하는 단계

를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히설명한다.

첨부한 도2에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템은, 배터리(100)에 잔존하는 전하의 용량을 예측하여 제어하는 마이크로 컴퓨터(또는 마이컴, 이하 마이컴이라 칭함)(200), 전지의 충,방전 상태를 체크하는 에스오씨(SOC :State Of Charge)측정부(300)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측 시스템은 마이컴(200)의 초기화 이후 체크된 이상 상태를 표시하는 클러스터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 초기 전지 잔존 용량 예측방법을 나타내는 흐름도 이며, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 전지 잔존 용량 대 전지 전압의 관계가 표시된 그래프를 나타내는 도면이다.

첨부한 도3에서와 같이, 전기 자동차의 작동이 시작되면 마이컴(2O0)의 상태가 초기화된다(S100). 상태 초기화 이후, 마이컴(200)은 전기 자동차 작동 이전에 발생한 이상(Fault)을 체크한다(S110). 마이컴(200)은 이상이 발생하였는지를 판단하여(S120), 만일 이상이 발생하지 않았다면 마이컴(200) 내부에 존재하는 타이머(timer)를 작동시키고, 타이머의 현재 시간을 T1값으로 세팅하며, 초기의 전지 잔존 용량 SOC를 0으로 세팅한다(S130). 마이컴(200)은 도시하지 않은 배터리 충전장치를 제어하여 배터리(100)를 10.5 A(Ampere)만큼 충전한다(S140).

마이컴(200)은 타이머의 작동 시간에서 초기의 T1값을 감한 결과시간을 T2로 세팅한다(S150). 전기 자동차가 구동되면, 마이컴(200)은 T2가 1초(sec) 이상인지를 판단하여(S160), 만일 T2가 1초 이상이면 SOC 측정부(300)를 통해 배터리(100)의 입출력 전류(Ibat)와 배터리의 입출력 전압(Vbat)을 읽는다(S170). 이때, 세팅된 T2가 1초 미만이면 10 ms동안 대기하여(S180) 10.5 A만큼의 배터리 충전이 이루어지도록 배터리 충전단계(S140)로 리턴 한다.

마이컴(200)은 SOC 측정부(300)를 통해 읽어들인 배터리(100)의 입출력 전류가 10 A와 11A 사이이면(S190), 도4의 SOC 대 Vbat 의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 SOC를 계산하여 SOC2로 세팅한다(S200). 만일, 배터리(100)의 입출력 전류가 10A 이하이거나 11A 이상이 되면, 마이컴(200)은 현재 타이머에 의해 설정된 시간을 새로운 T1값으로 세팅하여(S210) 10.5A 배터리 충전단계(S140)로 리턴 한다.

마이컴(200)은 수학식 1에 의한 계산을 통해 초당 SOC 변화율의 오차를 체크한다(S220).

{(SOC2-SOC1)/(Ibat/3600)} ×100(%)

마이컴(200)은 SOC 변화율 오차가 3% 이내인지를 판단하고(S230), 만일 SOC 변화율 오차가 3% 이내이면 SOC2를 초기 전지 잔존 용량으로 세팅한다(S240). 상기한 SOC1, SOC2, T1, T2는 SOC의 변화율을 계산하기 위한 버퍼일 수도 있고, 각각의결과값을 저장하는 독립적인 장치일 수도 있으며, 본 발명이 실시 예에만 한정되는 것은 아니다.

이상 발생 판단 단계(S120)에서, 만일 이상이 발생하면 마이컴(200)은 도시하지 않은 클러스터에 이상 여부를 표시한다(S250).

본 발명의 실시 예는 하나의 실시 예에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 초기 전지 잔존 용량의 예측방법에 많은 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법은 전지 모델링상 정전 상태의 충전 상태에서 내부저항과 병렬로 연결된 커패시터 성분이 만충전 됨으로서 전지 내부저항에 의존하여 전압이 형성됨을 기초로, 정전 상태에서 전지 전압은 오프 로드 상태에서 이미 측정된 전지 잔존 용량과 상관관계를 이용하여 전지 잔존 용량을 예측할 수 있다.

또한, 정해진 시간동안 계산 가능한 실제 전지 잔존 용량의 변화량 대 배터리의 입출력 전지 전압 관계를 비교하여 정확한 측정 포인트를 선정함으로써, 용량 성분이 변동함에 따라 발생할 수 있는 오차를 보상할 수 있다.

Claims

전기 자동차의 배터리 잔존 용량 예측방법에서,

상기 배터리를 제1 전류값으로 충전한 후, 상기 배터리 충전시간이 제1 특정 시간 이상이면 상기 배터리의 입출력 전류값을 측정하는 단계;

측정된 상기 입출력 전류값이 제2 전류값 범위 이내이면, 정전류 충전시의 전지 잔존 용량의 변화율 오차를 계산하는 단계;

계산된 전지 잔존 용량이 전지 잔존 용량 변화율 오차 허용범위 이내이면, 초기 전지 잔존 용량을 계산된 전지 잔존 용량으로 세팅하여 예측하는 단계

를 포함하는 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법.
제1항에서, 상기 입출력 전류값 측정 단계가

타이머를 구동하여 초기 시작 시간을 제1 시간으로 세팅하고, 최초 전지 잔존 용량값을 0으로 세팅한 후, 상기 제1 전류값만큼 충전하는 단계;

상기 제1 시간에서 경과된 시간을 감한 결과값이 제2 시간 이하이면, 상기 배터리의 입출력 전류값과 입출력 전압값을 판독하는 단계

를 포함하는 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법.
제1항에서, 상기 오차 계산 단계가

초기 전지 잔존 용량과 배터리 입출력 전압 대비의 맵을 이용하여 정전류 충전시의 전지 잔존 용량을 계산하는 단계;

계산된 전지 잔존 용량과 최초의 전지 잔존 용량과의 차를 이용하여 초당 전지 잔존 용량 변화율 오차를 구하는 단계

를 포함하는 전기 자동차의 초기 전지 잔존 용량 예측방법.