KR20030089901A - 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법 - Google Patents

Abstract

전기자동차에서 각종 한계값의 설정 및 모터 제어에 사용하기 위하여 메인 배터리의 전류값을 측정하는 전류센서의 소자 특성으로 갖는 오프셋값을 보정하도록 하는 것으로,

시스템의 인에이블이 검출되면 컨텍터가 인에이블되기까지의 데드 타임 동안 설정된 시간 간격으로 전류센서의 옵셋값을 측정하여 적산하는 과정과, 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하였는지를 판단하는 과정과, 상기에서 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하지 않은 상태이면 옵셋값의 측정을 반복하여 적산하고, 설정된 시간이 경과한 것으로 판단되면 적산된 옵셋값의 평균값을 추출하는 과정과, 상기 추출된 평균값을 전류센서의 옵셋값으로 플래그 설정하는 과정 및, 컨텍터의 인에이블로 시스템의 모든 부분이 동작되는 상태에서 검출되는 전류센서의 전류값에 상기 설정된 옵셋값을 보정값으로 적용하여 현재의 전류값으로 추출하는 과정을 포함한다.

Description

전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법{MAIN BATTERY CURRENT CALIBRATION METHOD OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기자동차에서 각종 한계값의 설정 및 모터 제어에 사용하기 위하여 메인 배터리의 전류값을 측정하는 전류센서의 소자 특성으로 갖는 오프셋(Offset)값을 보정하도록 하는 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법에 관한 것이다.

전기자동차는 배터리를 주 동력원으로 사용하는데, 이 주 동력원의 에너지 입출력 관리는 메인 배터리의 출력단에 설치되어 있는 전류센서에 의해 검출되어배터리 관리 시스템(Battery Management System:BMS)에서 판독 연산 처리된 전류량에 의해 제어된다.

전류센서로 측정되는 전류량은 실측치인 전류값과 이 전류값을 시간과의 함수로 제어수단에서 연산한 배터리의 용량(Ah)으로 구분되어 각종 제어 한계값의 설정과 모터 제어 및 충전 상태 등의 판정에 사용된다.

즉, 충전 및 주행시 실제 에너지의 입출력값으로서의 중요성과 주행시 배터리 잔존 용량인 충전상태(State Of Charge;SOC)에 따른 전류 제한 제어 및 제동시 회생 에너지 회수를 위한 피드백값으로 사용되며, 전류값과 시간과의 함수인 배터리의 용량(Ah)은 운전자가 주행거리를 판단할 수 있는 잔존 용량인 SOC의 계산을 위한 중요한 펙터(Factor)로 사용된다.

상기와 같이 전기자동차에서 메인 배터리의 전류값은 전기자동차의 안정적인 제어를 위하여 상당한 중요 요소중의 하나로 전류값의 검출에 있어 정확성의 확보는 매우 중요하다.

그러나, 상기와 같이 메인 배터리의 전류값을 검출하는 전류센서의 경우 소자의 제작시 각각에 형성되는 옵셋값이 서로 다른 값을 갖고 있기 때문에 특정값으로 셋팅하여 보정할 수 없는 문제점이 있으며, 전류 센서 각각의 다른 옵셋값의 영향으로 배터리 관리 시스템에서 전류값 검출을 통한 실제 배터리 용량(Ah)의 연산시 대략 5 ~ 10% 의 에러가 발생하게 되며, 운전자에게 잔존 주행거리 정보를 제공하기 위한 충전상태(SOC)의 계산에 오류를 발생시켜 충전 설비가 없는 지역에서 차량의 정지를 유발하게 되어 운전자를 곤란하게 만드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 이그니션 키의 온 또는 충전 포트가 접속되는 시스템 작동후 배터리 메인 파워 라인(Battery Main Power Line)측의 컨텍터(Contactor)가 인에이블(Enable)되기까지의 데드 타임(Dead Time) 동안 전류센서의 옵셋값을 일정시간 측정하여 그 값을 평균한 다음 데드 타임 이후 모든 시스템이 정상적으로 제어될 때 전류센서로부터 측정되는 전류값에 상기 데드 타임 동안 측정되어 평균한 옵셋값을 보정값으로 적용하도록 함으로써 메인 배터리 전류의 측정에 신뢰성을 제공하여 각종 한계값 설정과 모터 제어 및 배터리 잔존 용량의 산출에 안정성 및 신뢰성을 제공하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정장치에 대한 일 실시예의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정을 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 메인 배터리 전류 측정값과 종래의 방식에서 적용되는 메인 배터리 전류 측정값을 보인 그래프.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시스템의 인에이블이 검출되면 컨텍터가 인에이블되기까지의 데드 타임 동안 설정된 시간 간격으로 전류센서의 옵셋값을 측정하여 적산하는 과정과; 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하였는지를 판단하는 과정과; 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하지 않은 상태이면 옵셋값의 측정을 반복하여 적산하고, 설정된 시간이 경과한 것으로 판단되면 적산된 옵셋값의 평균값을 추출하는 과정과; 상기 추출된 평균값을 전류센서의 옵셋값으로 플래그 설정하는 과정 및; 컨텍터의 인에이블로 시스템의 모든 부분이 정상 제어되는 상태에서 검출되는 전류센서의 전류값에 상기 설정된 옵셋값을 보정값으로 적용하여 현재의 전류값으로 추출하는 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 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정장치는 주 동력원인 메인 배터리(10)와, 구동력을 발생하는 모터(M)의 토오크, 구동 속도 등의 거동을 제어하는 모터 제어기(20)와, 운전자의 시온 온 또는 주행 요구시 상위 프로세서의 제어에 따라 스위칭되어 메인 배터리(10)의 전압 및 전류를 모터 제어기(20)측에 공급하는 컨텍터(30)와, 상기 컨텍터(30)와 메인 배터리(10)의 파워 라인에 접속되어 메인 배터리(10)의 전류를 검출하는 전류센서(40) 및 상기 전류센서(40)에서 측정되는 전류값을 설정된 알고리즘을 통해 연산하여 각종 한계값의 설정과 모터 제어, 배터리 잔존 용량(SOC) 산출, 배터리 용량(Ah) 산출 등을 수행하며, 이그니션 키 온 또는 충전 포트가 접속되는 시스템 작동후 컨텍터(30)가 인에이블(스위칭 온)되기까지의 데드 타임 동안 전류 센서(40)의 옵셋값을 일정시간 측정하여 그 값을 평균한 다음 데드 타임 이후 모든 시스템이 정상적으로 제어될 때 전류 센서(40)로부터 측정되는 전류값에 상기 데드 타임 동안 측정되어 평균한 옵셋값을 보정값으로 적용하여 실질적인 전류값을 측정하는 배터리 관리장치(50)로 구성된다.

전술한 바와 같은 기능을 갖는 본 발명의 구성에서 메인 배터리 전류를 측정하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

배터리 관리장치(50)에 도시되지 않은 이그니션 접점이 오프 상태에서 온 접점으로 선택되거나 메인 배터리(10)의 충전을 위한 충전 포트가 온으로 되는 시스템의 인에이블(Enable)이 검출되는지를 판단한다(S100).

상기 S100에서 시스템의 인에이블이 검출되지 않은 상태이면 초기의 과정으로 리턴하고, 시스템의 인에이블이 검출되면 상위 프로세서의 제어에 따라 컨텍터(30)가 인에이블(스위칭 온)되기까지의 데드 타임 동안 설정된 시간 간격, 대략 10msec 간격으로 전류센서(40)로부터 출력되는 신호를 판독하여 전류센서(40)의 옵셋값을 측정하며, 시간의 경과에 따라 전류 옵셋값의 측정이 종료하였는지 (Curr_offset_end)를 검출한다(S110).

상기 S110에서 전류센서(40)의 전류 옵셋값의 측정이 종료되지 않은 상태이면 상기와 같이 설정된 시간 간격, 반복적인 실험을 통해 추출한 가장 이상적인 결과 값인 대략 10msec의 간격으로 전류 옵셋값 측정을 유지하며, 전류 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 배터리 관리장치(50)내의 프로세서 는 타이머 카운터를 업(offset_msec_timer++)한다(S120).

상기와 같이 설정된 시간 간격, 대략 10msec간격으로 전류센서(40)의 옵셋값이 측정되는 상태에서 배터리 관리장치(50)내 프로세서의 타이머 카운터 업 시간이 옵셋값 측정 종료 제어를 위해 설정된 기준시간, 반복적인 실험을 통해 추출한 가장 이상적인 실험 결과값인 대략 50msec 이상을 경과하였는지(op_timer = 500msec)를 판단한다(S130).

상기에서 타이머의 카운터 업 시간이 설정된 기준시간, 대략 500msec를 경과하지 않은 상태이면 설정된 시간 간격, 대략 10msec 간격으로 전류센서(40)로부터 출력되는 옵셋값을 연속적으로 판독(Curr_rd = = curr_offset_val)하고(S140), 상기와 같이 설정된 시간 간격, 대략 10msec 간격으로 연속 판독되는 옵셋값을 적산하여 메모리 영역에 적산([i++ store curr_offset_val(i)]한다(S150).

상기와 같이 옵셋값의 적산이 진행되는 과정에서 옵셋값 측정 종료 제어를 위해 설정된 기준시간, 대략 50msec 이상이 경과한 것으로 판단되면 상기 적산된 옵셋값의 평균값(cal curr_offset_average)을 추출한 다음(S160), 추출된 평균값을 전류센서(40)의 현재 옵셋값으로 설정(Curr_offset==curr_offset_average) 하며 (S170), 옵셋값의 플래그를 '1'로 설정(Curr_offset_end=1)한다(S180).

상기와 같이 전류센서(40)의 현재 옵셋값이 설정된 이후에 상위 프로세서의 제어에 따라 스위칭되는 컨텍터(30)의 인에이블이 검출되면 현재 전류센서(40)로부터 측정되는 전류값에 상기의 과정을 통해 설정된 옵셋값을 보정값으로 적용하여 그 결과를 메인 베터리(10)의 현재 전류값(Curr_val = Curr_rd - curr_offset)으로 인식한다(S190).

상기한 바와 같은 전류센서(40)의 옵셋값 설정은 차량의 운행 환경에 따라 전류센서(40)의 옵셋값이 변화되므로, 이그니션 온 접점의 선택시나 충전 포트가 온되는 시스템의 인에이블시 항상 설정하도록 한다.

따라서, 도 3의 "A"에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 전기자동차에서는 -0.35 내지 -0.65 정도값으로 전류 센서의 옵셋값이 결정되었으나, 상기와 같이 시스템의 인에이블 이후 컨텍터가 인에이블되는 데드 타임 동안 전류센서(40)의 옵셋값 검출을 통해 보정을 수행함으로서 도 3의 "B"와 같이 전류값이 '0'에서 수렴함으로 메인 배터리(10)의 전류 검출에 신뢰성이 제공되며, 이를 통한 각종 한계값설정과 모터 제어 및 충전 상태의 산출에 신뢰성이 제공된다.

상기에서는 전기자동차에 대하여 예를들어 설명하였으나, 배터리를 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기자동차의 경우에도 본 발명의 범위에 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전류센서의 옵셋값 보정으로 메인 배터리의 상태를 안정되고 정확하게 측정함으로써, 각종 한계값의 설정과 모터 제어, 충전상태의 검출 및 배터리 용량 산출에 신뢰성을 제공한다.

Claims (4)

1. 시스템의 인에이블이 검출되면 컨텍터가 인에이블되기까지의 데드 타임 동안 설정된 시간 간격으로 전류센서의 옵셋값을 측정하여 적산하는 과정과;

   상기 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하였는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간이 경과하지 않은 상태이면 옵셋값의 측정을 반복하여 적산하고, 설정된 시간이 경과한 것으로 판단되면 적산된 옵셋값의 평균값을 추출하는 과정과;

   상기 추출된 평균값을 전류센서의 옵셋값으로 플래그 설정하는 과정 및;

   컨텍터의 인에이블로 시스템의 모든 부분이 동작되는 상태에서 검출되는 전류센서의 전류값에 상기 설정된 옵셋값을 보정값으로 적용하여 현재의 전류값으로 추출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 데드 타임 동안의 전류센서 옵셋값 측정 간격은 10msec로 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 옵셋값 측정 종료 제어를 위하여 설정된 시간은 50msec로 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전류센서의 옵셋값은 시스템이 인에이블되는 경우 매번 실행하여 현재의 옵셋값으로 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 메인 배터리 전류 측정방법.