KR20110139476A - 차량의 발전 제어 장치 및 그 배터리 충전상태 초기화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 초기 충전상태(SOC)를 보다 정확하게 계산할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명은 배터리의 초기 충전상태를 계산시 부하가 연결된 상태에서 실측된 배터리 전압을 그대로 오픈회로전압으로 사용하지 않고 부하에 의한 배터리의 누설전류 및 배터리 전해액의 온도 변화에 따라 보상된 배터리 전압을 오픈회로전압으로 사용함으로써 보다 정확하게 초기 충전상태를 계산할 수 있도록 해준다.

Description

차량의 발전 제어 장치 및 그 배터리 충전상태 초기화 방법{Power control apparatus of vehicle and battery state of charge initialization method of the same}

본 발명은 차량의 발전 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차에서 배터리의 충전상태(State Of Charge; 이하 'SOC'라 함)를 파악하기 위한 초기 SOC 계산시 외부 요인에 의한 전압차가 보상된 배터리 전압을 오픈회로전압으로 사용함으로써 보다 정확하게 배터리 SOC를 파악할 수 있도록 해주는 발전 제어 장치 및 그 배터리 SOC 초기화 방법에 관한 것이다.

전기 차량에는 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착되며, 이는 차량 운행 중에 충/방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하게 된다.

전기 차량에서는 고전압 배터리의 충전상태(State Of Charge; 이하, 'SOC'라 함)에 따라 모터를 구동하는 알고리즘을 기반으로 연비 저하 및 동력 성능을 향상시킨다.

이러한 고전압 배터리를 사용하는 전기 차량에서는 배터리의 SOC를 파악하는 것이 매우 중요하다.

주행 중에 배터리의 SOC를 계산하는 방법으로는 충전 및 방전 전류량을 측정하여 현재의 SOC를 계산하는 것이 통상적으로 이용되고 있는데, 특정 SOC를 기준으로 충/방전 전류량을 적산하여 현재의 SOC를 추정 및 갱신하게 된다.

이와 같이 SOC를 계산하는 과정에서는 충/방전 전류량을 적산하기 위한 기준이 되는 SOC, 즉 주행에 앞서 배터리의 SOC 초기값(이하, '초기 SOC'라 함)을 적절하게 설정하는 기술이 필요하며, 초기 SOC는 보통 오픈회로전압(Open Circuit Voltage; 이하, 'OCV'라 함)을 이용하여 설정되고 있다.

이러한 초기 SOC를 계산함에 있어서, 종래에는 차량의 시동키를 온(key on) 시킨 직후 배터리의 전압을 측정하고 그 측정된 전압값을 그대로 OCV로 사용하여 초기 SOC를 계산하였다.

그런데, OCV는 말 그대로 부하가 연결되지 않은 상태에서의 전압값을 의미하는데, 실제 차량에서는 모터 및 여러 가지 전자장치들이 배터리와 연결되어 있는 상태이기 때문에 시동키를 오프(Key off) 한 경우에도 그러한 전자장치들에 의한 누설전류가 발생하게 된다.

이처럼 누설전류가 발생하게 되면, 도 1에서와 같이 실제 측정된 배터리의 전압은 무부하 상태에서의 전압인 OCV와 차이가 발생하게 되며, 그 차이는 누설전류의 크기에 따라 좌우된다. 또한, 도 2에서와 같이 동일한 누설전류에 대해서도 배터리 전해액의 온도차에 따라 그 전압 차이가 발생하게 된다.

따라서, 시동 직후에 실제 측정된 배터리 전압을 그대로 OCV 값으로 사용하여 초기 SOC를 계산하게 되면, 초기 SOC 계산시 오차가 발생하게 되며 이로 인해 배터리 SOC를 정확하게 파악할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 전기 자동차에서 초기 SOC 계산시 외부 요인에 의한 오차 발생을 최소화하여 보다 정확하게 배터리 SOC를 예측할 수 있도록 함으로써 배터리 전원의 효율적인 관리가 이루어질 수 있도록 하며 이를 통해 연비를 향상시킬 수 있도록 해준다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 발전 제어 장치는 배터리의 상태정보를 감지하는 배터리 센서 및 상기 배터리 센서로부터 상기 상태정보를 제공받아 기 설정된 배터리 충전상태(SOC) 예측 알고리즘에 따라 차량의 발전 전압을 제어하며, 상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 배터리 오픈회로전압을 구하고 상기 배터리 오픈회로전압을 이용하여 배터리의 초기 충전상태를 계산하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 차량의 발전 제어 장치에서 제어부는 키 오프 후 배터리가 안정화되면, 상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 배터리 오픈회로전압을 구하며, 배터리의 누설전류 또는 배터리 전해액의 온도 변화에 따른 전압차를 보상해준다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 발전 제어 장치의 배터리 충전상태 초기화 방법은 차량의 상태정보를 획득하는 제 1 단계, 배터리가 안정화 시, 배터리의 전압을 측정하는 제 2 단계, 상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 상기 배터리 전압을 보상하여 오픈회로전압을 구하는 제 3 단계 및 상기 오픈회로전압을 이용하여 배터리의 초기 충전상태(SOC)를 계산하는 제 4 단계를 포함한다.

이때, 상기 제 3 단계는 배터리의 누설전류 또는 배터리 전해액의 온도 변화에 따른 전압차를 보상해주는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 초기 SOC 계산시 외부 요인에 의한 오차 발생을 최소화해줌으로써 배터리 SOC를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 해준다.

도 1은 누설전류의 크기에 따른 배터리 전압과 OCV의 차이를 보여주는 도면.
도 2는 동일한 크기의 누설전류에서 배터리 전해액 온도에 따른 배터리 전압과 OCV의 차이를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 SOC 초기화 방법을 설명하기 위한 순서도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 발전 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.

본 실시 예의 발전 제어 장치는 배터리(10), 배터리 센서(20) 및 제어부(30)를 포함한다.

배터리(10)는 알터네이터(alternator)(미도시)에 의해 발전된 전원을 저장하고 저장된 전원을 모터 및 각 전자장치(부하)에 동작 전원을 공급한다.

배터리 센서(20)는 배터리(10)의 상태정보를 감지하여 제어부(30)에 제공한다. 즉 배터리 센서(20)는 배터리(10)의 전류량, 전압 및 전해액 온도를 감지하여 해당 정보를 제어부(30)에 제공한다.

제어부(30)는 배터리 센서(20)로부터 제공받은 상태정보 및 기 설정된 배터리 SOC 예측 알고리즘에 따라 배터리의 SOC를 파악하여 차량의 발전 전압을 제어한다. 특히, 제어부(30)는 키 오프 후 배터리 센서(20)로부터 제공받은 상태정보 및 기 설정된 OCV 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 배터리의 OCV를 구하고 그 OCV를 이용하여 SOC 값을 새로 계산한 후 이를 배터리 SOC 예측 알고리즘의 초기 SOC 값으로 설정한다. 즉, 키 오프 후 배터리의 전압은 부하에 의한 누설전류 및 배터리 전해액의 온도에 따라 변화되므로, 제어부(20)는 그러한 배터리의 전압 변화를 보상하여 배터리 OCV를 추정하고 추정된 배터리 OCV를 이용하여 초기 SOC를 계산한다. 이러한 초기 SOC 계산은 키 오프 시간이 길어지는 경우 일정 시간 간격으로 반복 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 SOC 초기화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

차량의 키가 오프 된 후, 배터리 센서(20)는 배터리(10)에서 방전되는 전류(누설전류)의 크기를 측정한 후 이를 제어부(30)에 전송한다(단계 410).

제어부(30)는 누설전류의 크기를 기 설정된 차량 소비 전류에 대한 기준값 과 비교한다(단계 420).

비교 결과, 누설전류의 크기가 소비 전류 기준값 보다 큰 경우에는 비록 차량의 키가 오프 되었지만 차량 내의 특정 장치가 정상적으로 계속 동작되고 있는 것이라고 판단할 수 있다. 따라서 제어부(30)는 해당 전류를 누설전류가 아닌 동작 전류로 간주하여 주행시와 마찬가지로 기 설정된 SOC 예측 알고리즘에 따라 현재 배터리의 SOC를 파악한다. 즉, 전류량을 적산하여 현재의 SOC를 갱신한다(단계 430).

이때, SOC 예측 알고리즘 자체는 종래에 사용되고 있는 어떠한 알고리즘을 사용하여도 무방하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

만약 단계 420에서, 배터리(10)의 누설전류가 소비 전류 기준값 보다 작은 경우 제어부(30)는 배터리 센서(20)를 통해 배터리 전해액의 온도를 측정하고 키 오프 시간을 측정한다(단계 440, 450).

이때, 제어부(30)는 누설전류에 대한 정보를 제공받을 때 배터리 전해액의 온도에 대한 정보도 미리 함께 제공받을 수도 있다.

제어부(30)는 키 오프 시간을 기 설정된 배터리 안정화 시간과 비교(단계 460)한 후, 키 오프 시간이 안정화 시간 보다 크면 즉 배터리가 화학적으로 안정화된 상태에 도달하면 배터리 센서(20)를 통해 현재의 배터리 전압을 측정한다(단계 470).

배터리 전압이 측정되면, 제어부(30)는 표 1과 같이 기 설정된 OCV 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 OCV를 구한다(단계 480).

즉, 배터리의 초기 SOC를 보다 정확하게 계산하기 위해서는 배터리가 다른 부하와 연결되지 않은 오픈 상태에서의 전압(OCV)을 측정하고 그 전압을 이용하여 초기 SOC를 계산해야 하지만, 실제 차량에서는 도 3에서와 같이 배터리(10)에 부하가 연결되어 있는 상태이므로 그 부하에 의해 발생되는 누설전류 및 배터리 전해액의 온도 변화에 의한 전압강하를 보상해주어야 한다.

이때, 그 보상 정도는 누설전류의 크기 및 배터리 전해액의 온도에 따라 달라지며 각 조건별 값은 표 1과 같다.

표 1은 각 누설전류 별 배터리 전해액의 온도 변화에 따라 보상해주어야 할 전압 값을 표로 작성한 것으로, 표 1에서 각 조건별 보상전압{V(-2)T, V15T, V25T, V35T, V40T}의 크기는 배터리의 종류별로 배터리가 안정화된 상태에서 배터리에 부하가 연결되지 않은 오픈 상태의 배터리 전압과 표 1의 각 조건에 맞게 누설전류의 크기와 전해액 온도를 변화시키면서 측정해서 얻은 배터리 전압의 차이를 이용하여 구할 수 있다.

다음에, 제어부(30)는 보상된 OCV 값을 이용하여 초기 SOC를 계산한 후 이를 향후 시동 온 후에 사용될 SOC 예측 알고리즘의 초기 SOC 값으로 갱신한다(단계 490).

본 실시 예는 초기 SOC를 계산시 보상된 OCV를 사용한다는 것이 특징으로서, OCV를 이용하여 초기 SOC를 계산하는 방법 자체는 종래에 사용되는 방법을 사용할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

예컨대, 상술한 실시 예에서는 누설전류의 크기 및 전해액의 온도를 고려하여 배터리 전압을 보상해주는 경우를 설명하고 있으나, 이들 중 어느 하나만을 고려하거나 이외에 배터리의 전압 변화에 영향을 줄 수 있는 다른 요소들도 함께 반영할 수 있다.

또한 키 오프 시간이 길어지는 경우, 상술한 초기 SOC 계산 과정을 일정 시간 간격으로 반복 수행하여 초기 SOC를 일정 시간 마다 갱신시킬 수도 있다.

10 : 배터리 20 : 배터리 센서
30 : 제어부

Claims (5)

1. 배터리의 상태정보를 감지하는 배터리 센서; 및
   상기 배터리 센서로부터 상기 상태정보를 제공받아 기 설정된 배터리 충전상태(SOC) 예측 알고리즘에 따라 차량의 발전 전압을 제어하며, 상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 배터리 오픈회로전압을 구하고 상기 배터리 오픈회로전압을 이용하여 배터리의 초기 충전상태를 계산하는 제어부를 포함하는 차량의 발전 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
   키 오프 후 배터리가 안정화되면, 상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 배터리 전압을 보상하여 배터리 오픈회로전압을 구하는 것을 특징을 하는 차량의 발전 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
   배터리의 누설전류 또는 배터리 전해액의 온도 변화에 따른 전압차를 보상해주는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어 장치.
4. 차량의 상태정보를 획득하는 제 1 단계;
   배터리가 안정화 시, 배터리의 전압을 측정하는 제 2 단계;
   상기 상태정보 및 기 설정된 보상정보에 따라 상기 배터리 전압을 보상하여 오픈회로전압을 구하는 제 3 단계; 및
   상기 오픈회로전압을 이용하여 배터리의 초기 충전상태(SOC)를 계산하는 제 4 단계를 포함하는 차량 발전 제어 장치의 배터리 충전상태 초기화 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 3 단계는
   배터리의 누설전류 또는 배터리 전해액의 온도 변화에 따른 전압차를 보상해주는 것을 특징으로 하는 차량 발전 제어 장치의 배터리 충전상태 초기화 방법.

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