KR20140048613A

KR20140048613A - 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법

Info

Publication number: KR20140048613A
Application number: KR1020120114774A
Authority: KR
Inventors: 이상규; 한대웅
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-24
Also published as: KR101897297B1

Abstract

본 발명은 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 전원과, 고전압배터리의 잔여용량 및 LDC 소모 전류 등을 함께 고려하여 보다 정확한 충전 소요시간을 추정할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 보다 정확한 충전 소요시간을 제시할 수 있도록 하는 등 차량의 상품성 향상에 기여할 수 있도록 한다.

Description

차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법{ESTIMATING METHOD FOR HIGH VOLTATGE BATTERY CHARGING TIME OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기차나 플러그인 하이브리드 차량과 같은 환경차량에 탑재되는 고전압배터리를 충전할 때 소요되는 시간을 보다 정확하게 추정할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

환경차(PHEV, EV 등)의 고전압 배터리 충전방식은 대용량전원을 사용한 급속충전과 가정용전원을 사용한 완속충전이 있다.

현재 고전압배터리의 열화문제와 사용 편의성 때문에 급속충전보다는 완속충전이 많이 사용되고 있다.

급속충전의 충전시간은 30분 이내이지만, 완속충전의 충전시간은 5시간 정도로서, 장시간 충전을 하는 완속충전은 사용자의 편의성 및 상품성 향상을 위하여 보다

정확히 충전시간을 추정하는 기술이 필요하다.

일반적으로 배터리의 충전시간 예측은 배터리의 남은 용량을 충전용량으로 나누는 간단한 방식을 사용한다.

그러나, 전기자동차에서의 배터리 충전 시간은 AC입력 전원의 변화와 충전 중 차량 제어기 구동 및 냉각장치에 필요한 전장부하 소모량 등의 영향을 받기 때문에 기존의 단순한 충전시간 추정방법으로는 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 전원과, 고전압배터리의 잔여용량 및 LDC 소모 전류 등을 함께 고려하여 보다 정확한 충전 소요시간을 추정할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 보다 정확한 충전 소요시간을 제시할 수 있도록 하는 등 차량의 상품성 향상에 기여할 수 있도록 한 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법은

충전해야 할 고전압배터리의 잔존충전량을 고려하여 배터리충전목표량을 구하는 충전량산출단계와;

상기 고전압배터리를 충전하는 충전기의 출력전류를 구하는 출력전류산출단계와;

상기 고전압배터리를 탑재한 차량의 전장부하가 소모하는 전류량을 산출하는 소모전류산출단계와;

상기 충전기의 출력전류로부터 상기 전장부하가 소모하는 전류량을 차감하여 상기 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 배터리충전전류를 산출하는 충전전류산출단계와;

상기 배터리충전목표량을 상기 배터리충전전류로 나누어 충전시간을 산출하는 충전시간산출단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법의 실시예를 설명한 순서도,
도 2는 AC입력 전압에 따른 충전기의 출력파워곡선을 도시한 그래프,
도 3은 충전시간의 경과에 따른 배터리 평균충전전압의 의미를 설명한 그래프,
도 4는 본 발명 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법의 원리를 설명한 블록도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법의 실시예는 충전해야 할 고전압배터리의 잔존충전량을 고려하여 배터리충전목표량을 구하는 충전량산출단계(S10)와; 상기 고전압배터리를 충전하는 충전기의 출력전류를 구하는 출력전류산출단계(S20)와; 상기 고전압배터리를 탑재한 차량의 전장부하가 소모하는 전류량을 산출하는 소모전류산출단계(S30)와; 상기 충전기의 출력전류로부터 상기 전장부하가 소모하는 전류량을 차감하여 상기 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 배터리충전전류를 산출하는 충전전류산출단계(S40)와; 상기 배터리충전목표량을 상기 배터리충전전류로 나누어 충전시간을 산출하는 충전시간산출단계(S50)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 출력전류산출단계(S20)를 통해 충전기에서 출력하는 전류를 구하고, 이로부터 상기 소모전류산출단계(S30)에서 구해진 전장부하가 소모하는 전류량을 차감하여, 순수하게 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 배터리충전전류를 구한 후, 이것으로 배터리충전목표량을 나누어 충전시간을 산출함으로써, 충전기로 입력되는 전원과 전장부하가 소모하는 에너지 및 고전압배터리의 잔존충전량을 모두 고려하여 보다 정확한 충전시간의 추정이 가능하도록 한 것이다.

참고로, 상기 충전기는 차량에 탑재되어 있는 충전기로서, OBC(On Board Charger)로 칭한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법은 도 4를 참조하면, 다음과 같은 수학식 1에 의해 정리될 수 있는 바,

여기서, C[f_Batt(?SOC)]는 현재 고전압배터리의 충전하여야 할 양으로 단위는[Ah]이며, I_OBC[f(V_ac,?SOC)]는 AC 입력 전압에 따른 충전기의 현재 출력 전류이며, I_LDC[f(?SOC)]는 충전중 차량 전장부하 작동을 위한 LDC의 소모 전류를 의미한다.

상기 충전량산출단계(S10)에서 상기 배터리충전목표량은 상기 수식에서 C[f_Batt(?SOC)]으로서, 고전압배터리의 잔존충전량 ?SOC의 함수로 표현할 수 있는 바, 예컨대 고전압배터리의 잔존충전량에 따른 충전목표량의 맵을 구비해 두고 이 맵으로부터 충전개시 시에 상기 배터리충전목표량을 추출할 수 있다.

상기 출력전류산출단계(S20)는 상기 충전기로 입력되는 전압에 따른 충전기의 출력을 구하는 단계와, 상기 고전압배터리의 충전 개시 때부터 충전 종료 때까지의 충전평균전압을 구하는 단계와, 상기 충전기의 출력을 상기 고전압배터리의 충전평균전압으로 나누어 상기 충전기의 출력전류를 산출하는 단계로 구성된다.

상기 충전기로 입력되는 전압이 통상 110V 내외나 220V 내외가 될 것이라는 점을 감안할 때, 상기 AC입력 전압에 따른 충전기의 출력파워곡선은 도 2와 같이 표시되는데, 도시된 바와 같이 출력파워곡선이 전압에 따라 선형적으로 상승하다가 일정한 값으로 유지되는 것은 상기 충전기로 입력되는 전류를 제한하기 때문으로, 예컨대 상기한 바와 같은 입력전류 제한에 의해 100V 내지 120V 까지는 선형적으로 출력파워가 증가하다가 120V 이상 125V 이하의 범위에서는 1.6KW로 제한되고, 195V 내지 230V 까지는 선형적으로 출력파워가 증가하다가 230V 이상 245V 이하의 범위에서는 3.3KW로 제한됨을 표현하고 있는 바, 본 발명에서는 이와 같은 특성의 데이터를 이용하여 상기 충전기로 입력되는 AC전압에 따라 충전기의 출력을 구한다.

즉, 상기 충전기로 입력되는 입력전류의 제한치에 따라, 입력 전압에 따른 충전기 출력의 최대치를 제한하여 충전기 출력을 구하는 것이다.

또한, 상기 충전평균전압은 고전압배터리의 잔존충전량에 따른 완전충전시까지의 개방전압의 평균값으로 결정된다.

즉, 도 3에 예시한 바와 같이 고전압배터리는 현재의 잔존충전량으로부터 완전충전시까지의 개방전압이 도시된 바와 같이 점진적으로 상승하는 경향을 보이게 되는 바, 현재의 잔존충전량으로부터 통상 고전압배터리의 완전충전으로 보는 SOC 90%지점까지의 전압의 평균값으로 상기 충전평균전압을 결정하는 것이다.

보다 실질적으로는 잔존충전량에 대한 충전평균전압의 맵을 구성해 놓고, 이 맵으로부터 현재의 잔존충전량에 해당하는 충전평균전압을 선정하여 구하는 방법이 있을 것이다.

따라서, 상기 출력전류산출단계(S20)에서 구해지는 상기 충전기의 출력전류는 상기 수학식에서 I_OBC[f(V_ac,?SOC)]로 표시되고, AC입력전압과 잔존충전량의 함수임을 알 수 있다.

상기 소모전류산출단계(S30)에서는, 현재 LDC의 소모 에너지를 상기 고전압배터리의 충전평균전압으로 나누어 산출한다.

즉, 현재 차량의 냉방장치 등이 작동되어 LDC가 소모하고 있는 에너지를 상기 충전평균전압으로 나누면, 상기 LDC를 통해 차량의 전장부하들이 소모하고 있는 전류를 구할 수 있는 것으로, 이것이 상기 수학식 1에서는 I_LDC[f(?SOC)]로 표시되고 있으며, 역시 상기 고전압배터리의 잔존충전량의 함수임을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 구해진 상기 충전기의 출력전류로부터 상기 LDC가 소모하는 전류량을 차감하여 순수하게 고전압배터리의 충전에 사용되는 상기 배터리충전전류를 구할 수 있으며, 이 배터리충전전류로 상기 배터리충전목표량을 나누면 궁극적으로 고전압배터리의 충전에 소요되는 시간을 비교적 정확하게 추정할 수 있게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 고전압배터리 충전시간 추정방법은 별도로 구성되는 전자제어유닛에 의해 수행되도록 하거나, 기존의 전자컨트롤러 등에 상기 기능을 겸하여 수행하도록 구성할 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 충전량산출단계
S20; 출력전류산출단계
S30; 소모전류산출단계
S40; 충전전류산출단계
S50; 충전시간산출단계

Claims

충전해야 할 고전압배터리의 잔존충전량을 고려하여 배터리충전목표량을 구하는 충전량산출단계(S10)와;
상기 고전압배터리를 충전하는 충전기의 출력전류를 구하는 출력전류산출단계(S20)와;
상기 고전압배터리를 탑재한 차량의 전장부하가 소모하는 전류량을 산출하는 소모전류산출단계(S30)와;
상기 충전기의 출력전류로부터 상기 전장부하가 소모하는 전류량을 차감하여 상기 고전압배터리를 충전하는 데에 사용되는 배터리충전전류를 산출하는 충전전류산출단계(S40)와;
상기 배터리충전목표량을 상기 배터리충전전류로 나누어 충전시간을 산출하는 충전시간산출단계(S50);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 출력전류산출단계(S20)는
상기 충전기로 입력되는 전압에 따른 충전기의 출력을 구하는 단계와;
상기 고전압배터리의 충전 개시 때부터 충전 종료 때까지의 충전평균전압을 구하는 단계와;
상기 충전기의 출력을 상기 고전압배터리의 충전평균전압으로 나누어 상기 충전기의 출력전류를 산출하는 단계;
로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법.
청구항 2에 있어서,
상기 충전기의 출력을 구하는 단계에서는, 상기 충전기로 입력되는 입력전류의 제한치에 따라, 입력 전압에 따른 충전기 출력의 최대치를 제한하고,
상기 충전평균전압은 고전압배터리의 잔존충전량에 따른 완전충전시까지의 개방전압의 평균값으로 결정되는 것
을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법.
청구항 2에 있어서,
소모전류산출단계(S30)에서는, 현재 LDC의 소모 에너지를 상기 고전압배터리의 충전평균전압으로 나누어 산출하는 것
을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 충전량산출단계(S10)에서 상기 배터리충전목표량은 고전압배터리의 잔존충전량에 따른 충전목표량의 맵으로부터 추출하는 것
을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법.
청구항 1 내지 청구항 5항 중 어느 한 항의 고전압배터리 충전시간 추정방법을 수행하도록 구성된 전자제어유닛.