KR20060071279A - 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘 - Google Patents

Abstract

본 발명의 특징적인 구성은 차량의 키 온 신호가 입력되어 배터리제어기가 동작하면 이전의 충전상태 모드와 각 모드의 동작 시간을 메모리에 불러들이는 단계와; 통상 충전상태 보전 모드에서는 배터리 기준용량인 배터리의 기준 전류용량(Ah_basic)을 그대로 사용하여 HCU_SOC(차량제어기로 전송하는 충전상태 데이터값)를 계산하고, 고 충전상태 확장 모드에서는 충전시 Ah_basic보다 큰값을 방전시 Ah_basic보다 작은 값을 사용하여 HCU_SOC를 계산하며, 저 충전상태 확장모드에서는 충전시 Ah_basic보다 작은값을 방전시 Ah_basic보다 큰값을 사용하여 HCU_SOC를 계산한 후 차량제어기에게 HCU_SOC를 전송하는 단계; 및 통상 충전상태 모드에서 일정 시간 이상 동작하면 저 충전상태 확장 모드로 진하고, 저 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이하까지 사용하면 고 충전상태 확장모드로 진입하며, 고 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이상까지 동작하면 통상 충전상태 모드로 진입하여 모든 충전상태 모드에서도 배터리의 실제 충전상태를 계산하기 위해 배터리 기준용량을 사용한 실제 충전상태를 계산하여 충전상태 모드의 진입조건을 판단하는 단계를 포함하여서 된 것이다.

차량, 배터리, 하이브리드, 충전상태, 메모리 효과

Description

메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘{Memory effect prevention of battery charging state calculation Algorithm}

도 1은 종래 배터리 충전상태를 나타낸 파형도.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전상태를 나타낸 파형도.

도 3은 본 발명에 따른 메모리 효과 방지방법을 설명하기 위한 흐름도.

본 발명은 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 설치된 배터리의 전원을 일정구간에서 반복적으로 사용하여 발생하여 발생되는 메모리 효과로 인한 배터리 사용 에너지 감소를 미연에 방지할 수 있는 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘에 관한 것이다.

일반적으로 차량이 주행하기 위해서는 화석 연료를 사용하게 되는 바, 이러한 화석 연료는 그 매장량이 한정되어 있으므로 차량을 주행시키기 위한 에너지의 개발이 진행되고 있다.

최근에는 전기적인 힘을 이용하여 차량을 주행할 수 있는 하이브리드 자동차 가 개발되었으며, 이러한 하이브리드 자동차는 차량의 내부에 전원을 충전하는 배터리가 내장되어 있고, 주행시에는 상기 배터리에 충전된 전원을 이용하는 것이다.

한편, 하이브리드 전기자동차는 고전압 배터리의 충전상태(SOC : state of charge)에 따라 모터 구동 및 엔진 구동을 하는 알고리즘을 기반으로 연비 저하 및 동력 성능을 향상시킨다.

도 1은 시내 주행과 같은 통상 주행 시 하이브리드 차량제어기의 배터리제어기가 계산한 충전상태를 기준으로 Base SOC에서 ±5% 영역을 계속 사용하는 경우를 나타낸 것이다.

상기 배터리 충전 상태는 수학식1을 이용하여 계산된다.

[수학식1]

여기에서

SOC : 충전 상태, I : 배터리로 충전/방전되는 전류

Ah_basic : 배터리의 기본 전류 용량이다.

상기 도 1에 나타낸 바와 같이 하이브리드 자동차가 통상적인 시내 주행 모드를 지속적으로 반복하면, 배터리는 메모리 효과가 발생하여 정격 용량을 100% 사용 못 하는 경우가 발생한다.

상기 메모리 효과란 Ni계 배터리에서 발생하는 것으로 배터리의 100% 용량을 사용하지 않고 일정 영역에서만 지속적으로 사용시 배터리가 지금 현재 사용하는 영역을 100% 용량으로 착각하여 실제 사용할 수 있는 최대 용량이 줄어드는 현상을 말한다.

즉, 도 1과 같이 Base SOC를 기준으로 ±5% 지속 사용시 최종적으로는 배터리 최대 용량이 줄어들어 배터리 수명을 감소시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 하이브리드 자동차에 설치된 배터리를 일정구간에서 반복적으로 사용시 발생되는 메모리 효과를 방지하여 배터리 사용 에너지 감소를 미연에 방지할 수 있는 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘은 차량의 Key On 신호가 입력되어 배터리제어기가 동작하면 이전의 충전상태 모드와 각 모드의 동작 시간을 메모리에 불러들이는 단계와; 통상 충전상태 보전 모드에서는 배터리 기준용량인 Ah_basic을 그대로 사용하여 HCU_SOC를 계산하고, 고 충전상태 확장 모드에서는 충전시 Ah_basic보다 큰값을 방전시 Ah_basic보다 작은 값을 사용하여 HCU_SOC를 계산하며, 저 충전상태 확장모드에서는 충전시 Ah_basic보다 작은값을 방전시 Ah_basic보다 큰값을 사용하여 HCU_SOC를 계산한 후 차량제어기에게 HCU_SOC를 전송하는 단계와; 및 통상 충전상태 모드에서 일정 시간 이상 동작하면 저 충전상태 확장 모드로 진하고, 저 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이하까지 사용하면 고 충전상태 확장모드로 진입하며, 고 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이상까지 동작하면 통상 충전상태 모드로 진입하여 모든 충전상태 모드에서도 배터리의 실제 충전상태를 계산하기 위해 배터리 기준용량을 사용한 실제 충전상태를 계산하여 충전상태 모드의 진입조건을 판단하는 단계를 포함하여서 된 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전상태를 나타낸 파형도이고, 도 3은 본 발명에 따른 메모리 효과 방지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 배터리의 메모리 효과를 방지할 수 있도록 충전상태를 계산하는 방법에 관한 것으로서, 하이브리드 자동차가 일정영역을 반복 주행할 때 발생하는 메모리 현상을 방지할 수 있도록 수학식2에 의해서 충전상태를 계산하게 된다.

[수학식2]

여기에서

SOC : 충전 상태, I : 배터리로 충전/방전되는 전류

Ah_basic : 배터리의 기본 전류 용량이다.

상기 수학식2와 수학식1의 차이점은 배터리의 기본 전류 용량인 Ah_basic 변수를 통상 충전상태 영역 보존 모드와 고 충전상태 영역 확장 모드 및 저 충전상태 영역 확장 모드 등으로 구분하여 배터리 충전 방전에 따라 값을 틀리게 하는 것이다.

각 모드의 기준전류 용량은 표1에 나타낸 바와 같다.

[표1]

여기에서 나타낸 바와 같이 통상 충전상태 보존 모드에서는 Ah_basic이 충전/방전 모드시 같으므로 통상 충전상태를 유지할 수 있고, 고 충전상태 영역 확장 모드에서는 Ah_basic에 충전시에는 a의 이득계수를 곱하며, 방전시에는 b의 이득 계수를 곱한다.

예를 들어 a를 1.1 b를 0.9로 설정하여 식2와 같이 충전상태를 계산하면 충전시 차량제어기에 보내주는 충전상태는 실제 충전된 양보다 적게 계산되고 방전시에는 실제 방전된 양보다 많게 계산되어 실제 배터리는 고충전상태(High SOC)로 유도 된다.

이와 같은 방식으로 저 충전상태 영역 확장 모드에서는 충전시에는 배터리에 실제 충전되는 양보다 많게 계산되고 방전시에는 실제 방전되는 양보다 적게 계산 되어 실제 배터리는 저 충전상태 영역으로 확장된다.

상술한 각 모드의 진입 판단 조건은 다음과 같다.

통상 충전상태 보존 구간에서 충전상태 증감 싸이클이 일정 횟수를 초과하면 저 충전상태 영역 확장 모드로 진입하고, 저 충전상태 영역에서 일정 횟수를 반복시 고 충전상태 영역 확장 모드로 진입한다. 이 후 고 충전상태 영역 확장 모드에서 일정 구간을 반복하면 통상 충전상태 보전 모드로 진입하여 정상 충전상태를 계산한다.

시내 통상 주행 모드시 차량제어기가 배터리 충전상태는 도 1과 같이 운영된다. 차량제어기는 충전상태에 따른 주행 전략을 구사하지만 상기의 충전상태 계산 알고리즘(저 충전상태 영역 확장 및 고 충전상태 영역 확장)을 적용하게 되면 배터리의 실제 충전 상태는 도 2에 나타낸 바와 같이 넓은 충전상태 영역을 동작하여 메모리 현상 발생을 억제한다.

한편, 도 3은 메모리 효과를 방지하기 위한 충전상태 계산 방법을 나타낸 것이다.

차량의 Key On 신호가 입력되어 배터리제어기가 동작하면 이전의 충전상태 모드와 각 모드의 동작 시간을 메모리에 불러들인다. 이후 각 충전상태 모드에 맞는 상태로 로직을 수행한다.

예를 들어 통상 충전상태 보전 모드에서는 배터리 기준용량인 Ah_basic을 그대로 사용하여 HCU_SOC(차량제어기로 전송하는 충전상태 데이터값)를 계산하고 고 충전상태 확장 모드에서는 충전시 Ah_basic보다 큰값을 방전시 Ah_basic보다 작은 값을 사용하여 HCU_SOC를 계산하고, 저 충전상태 확장모드에서는 충전시 Ah_basic보다 작은값을 방전시 Ah_basic보다 큰값을 사용하여 HCU_SOC를 계산한 후 차량제어기에게 HCU_SOC를 전송한다.

또한 어떤 충전상태 모드에서도 배터리의 실제 충전상태를 계산하기 위해 배터리 기준용량을 사용한 실제 충전상태를 계산하고 충전상태 모드의 진입조건을 판단한다.

즉, 통상 충전상태 모드에서 일정 시간 이상 동작하면 저 충전상태 확장 모드로 진입한다. 또한 저 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이하까지 사용하면 고 충전상태 확장모드로 진입하고 마찬가지로 고 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이상까지 동작하면 통상 충전상태 모드로 진입한다.

이와 같이 본 발명은 하이브리드 자동차에 설치된 배터리를 일정구간에서 반복적으로 사용하여도 메모리 효과가 방지될 수 있도록 충전상태를 모드를 변경하게 되므로 메모리 효과로 인한 배터리 사용 에너지 감소를 미연에 방지하게 됨은 물론, 차량 효율 개선 및 배터리 수명을 연장시킬 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 차량의 키 온 신호가 입력되어 배터리제어기가 동작하면 이전의 충전상태 모드와 각 모드의 동작 시간을 메모리에 불러들이는 단계와;

   통상 충전상태 보전 모드, 고 충전상태 확장 모드, 저 충전상태 확장모드에서 HCU_SOC(차량제어기로 전송하는 충전상태 데이터값)를 계산한 후 차량제어기에게 HCU_SOC를 전송하는 단계와; 및

   통상 충전상태 모드, 저 충전상태 확장모드, 고 충전상태 확장모드에서 배터리의 실제 충전상태를 계산하여 충전상태 모드의 진입조건을 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통상 충전상태 보전 모드에서는 배터리 기준용량인 배터리의 기준 전류용량(Ah_basic)을 그대로 사용하여 HCU_SOC(차량제어기로 전송하는 충전상태 데이터값)를 계산하고, 고 충전상태 확장 모드에서는 충전시 Ah_basic보다 큰값을 방전시 Ah_basic보다 작은 값을 사용하여 HCU_SOC를 계산하며, 저 충전상태 확장모드에서는 충전시 Ah_basic보다 작은값을 방전시 Ah_basic보다 큰값을 사용하여 HCU_SOC를 계산한 후 차량제어기에게 HCU_SOC를 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통상 충전상태 모드에서 일정 시간 이상 동작하면 저 충전상태 확장 모드로 진하고, 저 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이하까지 사용하면 고 충전상태 확장모드로 진입하며, 고 충전상태 확장모드에서 일정 충전상태 이상까지 동작하면 통상 충전상태 모드로 진입하여 모든 충전상태 모드에서도 배터리의 실제 충전상태를 계산하기 위해 배터리 기준용량을 사용한 실제 충전상태를 계산하여 충전상태 모드의 진입조건을 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 메모리효과를 방지하기 위한 배터리 충전상태 계산 알고리즘.

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