KR20150001982A - 배터리 파워 제한방법 - Google Patents

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Abstract

온도구간마다 최소방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계; 배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계; 및 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 방전제한조정단계;를 포함하는 배터리 파워 제한방법이 소개된다.

Description

배터리 파워 제한방법 {METHOD FOR LIMITING POWER OF BATTERY}
본 발명은 고전압배터리 정상 전압영역 확보를 통한 내구 향상과 적절한 파워제한 슬루레이트(slew rate) 적용을 통한 차량 성능 향상을 꾀할 수 있는 배터리 파워 제한방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 등의 고전압 배터리를 이용하는 친환경 차량은 배터리제어기에서 송신하는 파워제한값 안에서 차량의 충방전파워(모터의 assist/regen)를 결정한다. 고전압 배터리의 가용파워의 경우, 배터리 셀전압에 의존하므로 셀전압이 높으면 충전파워가 제한되며, 셀전압이 낮으면 방전파워가 제한된다. 이를 위해 배터리제어기의 파워제한제어는 제한을 위한 제한전압치와 파워가회복되는 회복전압치를 설정하여 수행된다. 물론 채터링 방지를 위해 제한전압과 회복전압은 히스테리시스를 갖고 제어하게 된다.
배터리 전압이 제한전압에 도달하면 배터리제어기(BMS)의 파워제한값을 감소시킨다. 그리고, 배터리제어기의 파워제한값은 배터리전압이 회복전압에 도달할 때까지 계속 감소하게 되고, 회복전압에 도달한 후에는 다시 배터리제어기의 파워제한값을 증가시킨다. 그러나, 상기와 같이 순간적인 전압 상승 및 하강에 의해 배터리제어기의 파워제한값이 급격히 하강함에 따라, 하이브리드 차량의 충·방전량을 급격히 변화시켜 차량의 쇼크를 유발시키는 문제점이 있다.
즉, 순간적인 전압상승 및 하강에 의해 배터리제어기의 파워제한값이 급격히 하강하다가 다시 회복전압에 도달하면 파워제한값이 상승하게 된다.
종래에는 배터리특성 및 온도에 무관하게 BMS 파워제한 slew rate 일괄적용하고 있었으나, 저온에서 상온과 동일한 slew rate로 파워제한 변동 시 고전압배터리 정상 전압영역에서 이탈될 가능성이 큰 문제가 발견되었다. 따라서, 상온에서 저온과 동일한 slew rate로 파워제한 변동 시 과도한 파워제한이 수행되어 차량성능 저하가 우려되는 상황이었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1028018 B1
본 발명은 고전압배터리 정상 전압영역 확보를 통한 내구 향상과 적절한 파워제한 슬루레이트(slew rate) 적용을 통한 차량 성능 향상을 꾀할 수 있는 배터리 파워 제한방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최소방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계; 배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계; 및 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 방전제한조정단계;를 포함한다.
배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시킨 결과값이 0보다 작은 경우에는 배터리 방전파워제한값을 0으로 산출하는 컷오프단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최대충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계; 배터리셀의 최대전압을 측정하는 전압측정단계; 및 배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최대충전전압기준값보다 클 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 충전제한조정단계;를 포함한다.
배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 감소시킨 결과값이 0보다 작은 경우에는 배터리 충전파워제한값을 0으로 산출하는 컷오프단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최대방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계; 배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계; 및 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최대방전전압기준값보다 클 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 방전제한조정단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최소충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계; 배터리셀의 최대전압을 측정하는 전압측정단계; 및 배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최소충전전압기준값보다 작을 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 충전제한조정단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 감소가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 증가가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 파워 제한방법에 따르면, 배터리 특성 및 환경조건에 따른 최적의 파라미터를 적용하여 배터리 내구성을 만족할 수 있고, 외부 조건에 따라 배터리가용파워 능동제어를 수행하여 사용 가능한 배터리 최대파워를 사용가능토록 할 수 있다.
특히, 특정 온도구간에서 나타나는 셀 전압 저하의 현상을 사전에 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 파워 제한방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 파워 제한방법의 블록도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 파워 제한방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 파워 제한방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 파워 제한방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 감소가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 증가가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 증가시킬 수 있다.
즉, 차량용 고출력 배터리의 경우 충전상황과 방전상황에서 각각에 파워를 제한하는 충전파워제한값과 방전파워제한값을 운용하는데, 본 발명의 경우 다양한 상황에 따라 이러한 충전파워제한값과 방전파워제한값을 변동시키는 것에 관한 것이다.
충전파워제한값과 방전파워제한값의 변동은 단계적인 변동을 통하여 배터리 셀의 전압 안정화를 추구하는바, 일정한 슬루레이트(SLEW RATE)를 가지고 단계적으로 파워제한값을 변화시킨다.
특히, 본 발명의 경우 이러한 슬루레이트를 온도에 따라 달리 가져가겠다는 것인바, 이는 종래와 같이 일정한 슬루레이트를 가지고 이률적으로 파워제한을 변동시킬 경우 배터리셀 전압이 불안정한 상태를 보이며 심하게는 최소전압 이하로 내려가 배터리셀 안정 판단에 오작동을 일으키거나 차량의 성능에 영향을 주는 문제가 발생하였던 것이다. 따라서, 배터리의 성질이 온도에 필연적으로 연동될 수밖에 없는바, 온도구간에 따라 슬루레이트를 실험값으로 하여 적절히 변화시키는 것이다.
배터리는 다수의 셀로 구성되고, 각각의 셀의 전압을 측정하여 배터리에서 최저셀전압과 최대셀전압, 즉 배터리셀의 최저전압과 최대전압을 측정한다. 그리고 기본적으로 방전에 관련된 경우는 최저전압을 기준으로 판단 및 제어하고, 충전에 관련된 것은 최대전압을 기준으로 판단 및 제어함으로써 배터리를 보수적으로 운용하여 내구성을 유지토록 한다.
따라서 우선, 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여둔다. 그리고 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 감소가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 감소시키는 것이다.
혹은, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 증가가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 증가시킴으로써, 결국 온도에 따라 다른 슬루레이트가 적용되는 것이고, 그에 따라 배터리셀의 전압이 안정적으로 운용되는 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최소방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계(S100); 배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계(S200); 및 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 방전제한조정단계(S300);를 포함한다.
먼저, 온도구간마다 최소방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련한다. 만약 배터리셀의 최소전압이 최소방전전압기준값보다 작다면 더 이상 방전을 하면 내구에 악영향을 미치기 때문에 방전파워제한값을 감소시킴으로써 방전을 제한해야 하는 것이다.
따라서, 배터리온도를 측정하고, 배터리온도가 파악되면, 해당 온도구간의 최소방전전압기준값과 배터리셀의 최소전압을 비교하여, 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 것이다.
반대로, 충전의 경우에는 온도구간마다 최대충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최대충전전압기준값보다 클 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 것이다.
즉, 온도 구간마다 방전을 제한할지 또는 충전을 제한할지를 결정하는 최소방전전압기준값과 최대충전전압기준값을 다르게 두고, 그에 따른 슬루레이트 역시 온도에 따라 다르게 둠으로써 최적의 파워제한과 배터리셀의 내구를 보장할 수 있는 것이다.
한편, 이와 같이 슬루레이트를 적용하여 방전파워제한값이나 충전파워제한값을 감소시키는 경우에도 그 감소시킨 결과값이 0보다 작은 경우에는 배터리 방전파워제한값 또는 충전제한값을 0으로 산출하여 오류가 발생되지 않도록 해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 배터리 파워 제한방법은, 온도구간마다 최대방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계(S100); 배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계(S200); 및 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최대방전전압기준값보다 클 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 방전제한조정단계(S300);를 포함한다.
즉, 배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최대방전전압기준값보다 클 경우에는 반대로 방전파워제한값을 상승시켜 더 많은 방전이 필요한 경우 대응할 수 있도록 해야 하는바, 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 것이다. 이러한 제어로직에 따라 배터리는 해당 온도구간에 최적화된 슬루레이트에 따라 방전파워제한값이 단계적으로 감소와 증가를 반복하게 되는 것이다.
한편, 충전의 경우에도 온도구간마다 최소충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서, 배터리온도를 측정하는 온도측정단계(S100); 배터리셀의 최대전압을 측정하는 전압측정단계(S200); 및 배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최소충전전압기준값보다 작을 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 충전제한조정단계(S400);를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 파워 제한방법의 블록도로서, 도시된 바와 같이 먼저 배터리온도 구간을 살피고, 만약 배터리온도가 A보다 크다면 해당 구간의 로직으로 진입한다. 그리고 배터리셀의 최소전압(Vmin)을 측정하고 그 최소전압(Vmin)이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값(Vout_st1)보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값(Pout)을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트(Dch slew rate 1)만큼 감소시키는 것이다. 만약 그러지 않다면 방전파워제한값(Pout)은 변경시키지 않고 종래의 방전파워제한값(Pout_prev)을 그대로 유지하는 것이다.
마찬가지로, 배터리셀의 최대전압(Vmax)을 측정하고, 그 최대전압(Vmax)이 해당 온도구간의 최대충전전압기준값(Vin_st1)보다 클 경우에는 배터리 충전파워제한값(Pin)을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트(Cha slew rate 1)만큼 감소시키는 것이다. 마찬가지로 그러지 않다면 충전파워제한값(Pin)은 변경시키지 않고 종래의 충전파워제한값(Pin_prev)을 그대로 유지하는 것이다.
이러한 점은 배터리셀의 최소전압을 최대방전전압기준값과 비교하여 방전파워제한값을 상승시키거나, 혹은 배터리셀의 최대전압을 최소충전전압기준값과 비교하여 충전파워제한값을 상승시키는 경우에도 마찬가지라고 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 파워 제한방법에 따르면, 배터리 특성 및 환경조건에 따른 최적의 파라미터를 적용하여 배터리 내구성을 만족할 수 있고, 외부 조건에 따라 배터리가용파워 능동제어를 수행하여 사용 가능한 배터리 최대파워를 사용가능토록 할 수 있다.
특히, 특정 온도구간에서 나타나는 셀 전압 저하의 현상을 사전에 방지할 수 있게 된다.
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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100 : 온도측정단계 S200 : 전압측정단계
S300 : 방전제한조정단계 S400 : 충전제한조정단계

Claims (8)

  1. 온도구간마다 최소방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서,
    배터리온도를 측정하는 온도측정단계;
    배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계; 및
    배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최소방전전압기준값보다 작을 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 방전제한조정단계;를 포함하는 배터리 파워 제한방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 감소시킨 결과값이 0보다 작은 경우에는 배터리 방전파워제한값을 0으로 산출하는 컷오프단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 제한방법.
  3. 온도구간마다 최대충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서,
    배터리온도를 측정하는 온도측정단계;
    배터리셀의 최대전압을 측정하는 전압측정단계; 및
    배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최대충전전압기준값보다 클 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 감소시키는 충전제한조정단계;를 포함하는 배터리 파워 제한방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 감소시킨 결과값이 0보다 작은 경우에는 배터리 충전파워제한값을 0으로 산출하는 컷오프단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 제한방법.
  5. 온도구간마다 최대방전전압기준값, 방전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 방전파워 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서,
    배터리온도를 측정하는 온도측정단계;
    배터리셀의 최소전압을 측정하는 전압측정단계; 및
    배터리셀의 최소전압이 해당 온도구간의 최대방전전압기준값보다 클 경우 배터리 방전파워제한값을 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 방전제한조정단계;를 포함하는 배터리 파워 제한방법.
  6. 온도구간마다 최소충전전압기준값, 충전파워 슬루레이트를 마련하고, 온도에 따라 슬루레이트를 달리 적용하는 배터리 파워 제한방법으로서,
    배터리온도를 측정하는 온도측정단계;
    배터리셀의 최대전압을 측정하는 전압측정단계; 및
    배터리셀의 최대전압이 해당 온도구간의 최소충전전압기준값보다 작을 경우 배터리 충전파워제한값을 해당 온도구간의 충전파워 슬루레이트만큼 증가시키는 충전제한조정단계;를 포함하는 배터리 파워 제한방법.
  7. 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 감소가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 제한방법.
  8. 온도구간마다 방전파워 슬루레이트와 충전파워 슬루레이트를 정하여두고, 배터리 방전파워제한값 또는 충전파워제한값의 증가가 필요할 경우에는 해당 온도구간의 방전파워 슬루레이트 또는 충전파워 슬루레이트를 적용하여 단계적으로 방전파워제한값 또는 충전파워제한값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 제한방법.
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