KR20030046634A - 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정방법 - Google Patents

Abstract

하이브리드 전기자동차에서 충방전 정지후 배터리의 캐패시터 특성이 사라지는 휴지 시간 동안의 드롭 전압 변화를 측정하여 SOC를 결정하는 무부하 전압을 측정함으로써 SOC의 관리에 신뢰성 및 안정성을 제공하도록 하는 것이다.

본 발명은 배터리의 전압 상태를 검출하여 충방전 동작의 종료후 캐패시터의 특성에 따라 드롭 전압이 발생되는 휴지 시간에 진입하였는지를 판단하는 과정과, 상기에서 배터리가 휴지 시간에 진입한 것으로 판단되면 캐패시터 특성에 의한 충방전 전압의 드롭 발생 포인트를 검출하는 과정과, 시정수에 의한 드롭 전압의 변화를 측정하여 전압의 변화(△V)가 '0V'로 근사되는 지점을 추출하는 과정과, 상기한 과정을 1싸이클 반복하여 충방전 전압에 대한 각 지점을 추출하는 과정 및, 상기 추출된 충방전 전압간 거리의 중간 지점을 취하여 무부하 전압(Voc)으로 추출한 다음 SOC의 기준값으로 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정방법{METHOD FOR MEASUREMENT BATTERY ZERO LOAD VOLTAGE OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 배터리 관리 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 충방전 정지후 배터리의 캐패시터(Capacitor)특성이 사라지는 휴지 시간 동안의 드롭 전압 변화를 측정하여 SOC(State Of Charge)를 결정하는 무부하(Voc)전압을 측정함으로써 SOC의 관리에 신뢰성 및 안정성을 제공하도록 하는 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 대수의 폭발적인 증가로 인하여 내연기관을 사용하는 자동차의 경우 배기가스에 의한 대기 오염이 사회적 문제로 대두되고 있어, 한정된 천연자원을 사용하지 않는 전기자동차나 태양열 자동차, 하이브리드 전기자동차의 활용문제가 활발하게 논의되고 있으며, 이에 따른 연구 개발이 활발하게 진행되어 실용화 단계까지 진행되고 있다.

상기에서 하이브리드 전기자동차의 경우 배터리와 내연기관을 탑재하여 시내주행시 배터리 전압을 이용하여 주행을 수행하고, 교외에서의 운행시 내연기관의 동력을 이용한 발전을 수행하며, 희생 제동시 모터를 발전기로 활용하여 배터리 전압을 충전하도록 하고 있다.

이와 같은 하이브리드 전기자동차의 경우 배터리의 상태나 전압의 충전 및 방전에 의한 잔존 용량을 항상 체크하고 판정하여 배터리의 잔존 용량을 안정되게 유지함으로써 주행의 안정성을 제공하며, 전압 배터리의 과도한 방전으로 인한 문제점을 사전에 예방할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 화학적 반응으로 전압을 생산하는 배터리의 경우 지속적인 사용으로 인하여 용량 감소가 발생하는데, 이러한 경우 잔존 용량의 예측에 오차가 발생하여 정확한 잔존 용량의 예측이 불가능하며, 배터리의 전압을 측정하여 잔존 용량을 예측하는 시점이 전압대비 잔존용량의 변화가 많은 영역에서 이루어지는 경우 예측 오차가 증가되어 정확한 잔존 용량의 예측이 이루어지지 않게 된다.

예를들어, 배터리의 잔존 용량은 만 충전으로 지시되나, 배터리의 연속적인 사용에 따른 효율의 감소로 실질적인 잔존 용량은 인디게이트되는 용량 보다 낮은 값을 유지하는 경우가 빈번하게 발생되어 운전자의 불만으로 제기되며, 이로 인하여 하이브리드 전기자동차의 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점으로 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 배터리의 충전 또는 방전후 휴지 시간 동안 배터리의 고유 캐패시터 영향으로 정상상태로 회귀하려는 시정수의 드롭 전압 변화를 측정하여 드롭 전압이 0V로 수렴하는 지점을 무부하 전압(Voc)추출하여 배터리의 지속적인 사용에 의한 용량의 변경에도 SOC 기준값 적용에 신뢰성을 제공하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차에서 배터리 무부하 전압을 측정하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정에 적용되는 배터리의 충방전 특성 그래프.

도 4는 도 3에 도시된 'A' 포인트를 확대한 그래프.

도 5는 본 발명에 따라 결정되는 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정 그래프.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 배터리의 전압 상태를 검출하여 충방전 동작의 종료후 캐패시터의 특성에 따라 드롭 전압이 발생되는 휴지 시간에 진입하였는지를 판단하는 과정과; 상기에서 배터리가 휴지 시간에 진입한 것으로 판단되면 캐패시터 특성에 의한 충방전 전압의 드롭 발생 포인트를 검출하는 과정과; 시정수에 의한 드롭 전압의 변화를 측정하여 전압의 변화(△V)가 '0V'로 근사되는 지점을 추출하는 과정과; 상기한 과정을 1싸이클 반복하여 충방전 전압에 대한 각 지점을 추출하는 과정 및; 상기 추출된 충방전 전압간 거리의 중간 지점을 취하여 무부하 전압(Voc)으로 추출한 다음 SOC의 기준값으로 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 배터리 무부하 전압 측정장치는 HCU(10)와, BMS(20), 배터리(30), MCU(40), 인버터 (50) 및 모터(60)로 이루어지는데, HCU(Hybrid Control Unit : 10)는 하이브리드 전기자동차에 구비되는 각 제어유닛과 상호 유기적인 통신을 통해 전반적인 동작을 총체적으로 제어한다.

BMS(Battery Management System ; 20)는 하이브리드 전기 자동차는 모터(M)에서 요구되는 순간적으로 높은 출력 요구에 충분한 전력을 공급할 수 있는 배터리의 작동 영역내에서 배터리(30)의 관리와 충전상태 예측, 전류 전압 감시 등을 수행하여 배터리를 최적의 조건으로 유지시키는 동작을 수행한다.

또한, 배터리(30)의 충전 또는 부하에 의한 방전 동작의 종료후 휴지 시간동안 배터리 캐패시터에 의한 영향으로 정상전압으로 회귀하려는 시정수의 전압변화를 측정하여 배터리의 완전한 정상상태에서의 무부하 전압(Voc) 검출하여 SOC 보정을 위한 기준값으로 제공한다.

배터리(30)는 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 생산한 다음 모터(M)의 구동 전압으로 공급하며, 상기 BMS(20)에 의하여 제반적인 상태가 관리되어 진다.

MCU(Motor Control Unit : 40)은 모터(M)의 토크 명령 제어와 발전제어 및 배터리(30)가 최적의 충전 상태를 유지할 수 있도록 제어한다.

인버터(50)는 배터리(30)로부터 공급되는 전압을 IGBT를 통해 스위칭 증폭하여 모터(M)의 구동 토크 유지를 위한 전압으로 승압한다.

상기한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에서 무부하 전압을 측정하는 동작은 다음과 같다.

배터리(30)의 경우 잔존 용량이 충전을 필요로 하는 최저 전압의 상태에서 충전 동작이 이루어져 일정 전압의 만충전 상태가 되면 충전 곡선의 기울기는 만충전의 레벨에서 '0' 값으로 수렴하고, 배터리(30)가 만충전된 상태에서 부하, 즉 모터(M)의 구동에 의해 방전이 이루어지게 되면 충전된 잔존 용량에 따라 그 전압의 기울기는 급격하게 변화되어 충전을 필요로 하는 최저 전압으로 수렴하게 된다.

상기와 같이 배터리(30)가 충전 동작을 진행하여 만충전의 레벨에 근사하게 도달하여 충전 동작을 종료하거나 부하에 의한 방전 동작을 종료하게 되면 휴지시간 동안 도 3의 'A' 및 'B' 포인트와 같이 배터리(30) 내부의 캐패시터에 의한 시정수의 영향으로 전압이 드롭(Drop)된 다음 드롭 전압이 0V를 유지하는 안정화 구간을 유지한다.

따라서, BMS(20)는 배터리(30)의 전압 상태를 검출하여(S101) 진행되던 충전 동작의 종료 또는 부하에 의한 방전 동작이 종료된 후 캐패시터 시정수의 영향으로 전압의 드롭이 발생되는 휴지시간 인지를 판단한다(S102).

상기에서 배터리(30)의 전압 상태가 충방전을 종료한 후 휴지 시간을 유지하는 상태인 것으로 판단되면 도 3의 'A'포인트 및 'B' 포인트와 같이 충방전 포인트를 검출한 다음 'A" 포인트 및 'B' 포인트에서 캐패시터 시정수에 의해 드롭되는 전압의 변화를 측정한다(S103)(S104).

상기 'A' 포인트의 경우 도 4와 같이 충전 동작을 종료하게 되면 캐패시터의 시정수에 의해 전압이 드롭되며, 일정시간이 경과하여 캐패시터의 시정수 특성이 사라지게 되면 드롭 전압은 '0V'를 유지하여 안정화 구간을 유지하며, 이 상태에서 충전 동작이 다시 시작되면 시정수에 의한 드롭 전압을 급속하게 회복한 다음 충전 전압의 상태에 따라 그 기울기가 결정된다.

또한, 방전 동작의 종료후에 상기와 같이 캐패시터의 시정수에 의해 드롭되는 전압의 경우 상기 도 4와 반대의 경우로 발생된다.

상기와 같이 충방전 동작의 종료후 캐패시터 시정수에 의해 드롭되는 전압의 변화를 측정한 다음 전압 변화량(△V)이 근사되는 지점 즉, 드롭 전압이 '0V'로 수렴하여 전압의 안정화를 유지하는 충방전 전압의 각 지점을 추출한 다음(S105) 두 전압 즉, 충전 동작의 종료후 전압이 안정된 지점과 방전후 전압이 안정된 지점간의 거리를 1/2하여 중간지점을 추출하며, 상기한 동작을 1싸이클 반복하여 추출한 다음 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 추출된 중간지점을 무부하 전압(Voc)으로 산출한다(S106).

이후, 상기 산출된 무부하 전압을 기준으로 SOC를 결정하여 배터리(30)의 충전 전압을 제어한다(S107).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리의 충전 또는 방전후 휴지 시간동안 배터리의 고유 캐패시터 영향으로 정상상태로 회귀하려는 시정수 전압 변화를 측정한 다음 드롭 전압이 '0V'로 수렴하는 충방전 전압의 중간 지점을 무부하전압(Voc)으로 추출하여 SOC 보정에 필요한 기준값으로 설정하므로, 무부하(Voc) 전압의 측정에 소요되는 시간을 최소화하고, 배터리의 실질적인 무부하 전압(Voc)의 측정으로 배터리의 지속적인 사용에 의한 용량의 변경에도 SOC 기준값 적용에 신뢰성을 제공한다.

Claims (1)

1. 배터리의 전압 상태를 검출하여 충방전 동작의 종료후 캐패시터의 특성에 따라 드롭 전압이 발생되는 휴지 시간에 진입하였는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 배터리가 휴지 시간에 진입한 것으로 판단되면 캐패시터 특성에 의한 충방전 전압의 드롭 발생 포인트를 검출하는 과정과;

   시정수에 의한 드롭 전압의 변화를 측정하여 전압의 변화(△V)가 '0V'로 근사되는 지점을 추출하는 과정과;

   상기한 과정을 1싸이클 반복하여 충방전 전압에 대한 각 지점을 추출하는 과정 및;

   상기 추출된 충방전 전압간 거리의 중간 지점을 취하여 무부하 전압(Voc)으로 추출한 다음 SOC의 기준값으로 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 무부하 전압 측정방법.