KR20150018187A - 보조배터리 전력충전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

보조배터리의 전력을 충전하는 제어방법에 있어서, 차량 시동의 오프시 시동 오프 시점의 배터리 용량과 암전류를 측정하여 저장하는 저장단계; 시동의 온 또는 충전기가 연결될 경우 측정된 암전류에 따른 방전전력을 산출하고, 방전전력에 따른 최종 배터리 용량을 적산하는 계산단계; 및 상기 최종 배터리 용량을 기준값과 비교하고, 최종 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC의 동작됨에 따라 고전압배터리의 전력으로 보조배터리의 충전을 수행하는 충전단계;를 포함하는 보조배터리 전력충전 제어방법이 소개된다.

Description

보조배터리 전력충전 제어방법 {METHOD FOR AUXILARY BATTERY POWER CHARGE CONTROL}
본 발명은 친환경 차량에 있어서, 저전압 배터리의 상태를 최적화하여 주행거리에 영향을 미치지 않는 보조배터리 전력충전 제어방법에 관한 것이다.
최근에는 전기를 구동원으로 하는 전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등 친환경차량의 개발이 진행중이다. 이러한 친환경차량은 전기를 주 동력원으로 하는바, 고전압배터리가 구비되고, 각종 전장부품의 제어를 위해 보조배터리(저전압배터리)가 마련된다.
여기서, 보조배터리의 경우 고전압배터리로부터 전력을 전달받아 충전을 수행하는바, 고전압배터리의 높은 전력으로 보조배터리의 충전을 위해 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)가 마련된다.
즉, LDC를 통해 고전압배터리의 300V이상의 높은 전압을 13V정도로 감압하여 보조배터리를 충전함으로써 각종 전장 부품을 구동할 수 있도록 한다. 이러한 시스템은 고전압배터리를 이용하여 차량 구동에너지 및 보조배터리의 에너지를 모두 공급하고 있는바, 보조배터리의 전장부하 전원관리가 비효율적이면 주행거리가 감소되는 문제가 생긴다.
특히, 종래에는 전기 차량의 전력 충전시 LDC를 항상 작동하며, 정전압 제어를 수행하고 있으므로, 보조배터리 충전전류 기준으로 판단했을 경우 도 2에 도시된 바와 같이, LDC는 주로 낮은 효율 영역에서 작동하게 되었다. 즉, 보조배터리의 충전전류는 통상적으로 10A 이하 수준에 머물게 된다.
이렇게, 충전 중 LDC의 낮은 효율영역의 상시 사용은 고전압배터리의 변환효율 저하 및 보조배터리의 불필요한 충전으로 고전압배터리의 전력에너지가 과소비되어 전기자동차의 연비에 악영향을 미치는 문제가 발생되었다.
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.
KR10-2006-0003520A (2006.01.11)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전기 자동차의 전력 충전시 보조배터리의 충전 효율을 최적화하여 불필요한 전기에너지가 추가적으로 충전되는 것을 방지함으로써 전기 자동차의 주행거리를 확보하여 연비를 향상시킬 수 있는 보조배터리 전력충전 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보조배터리의 전력을 충전하는 제어방법에 있어서, 차량 시동의 오프시 시동 오프 시점의 배터리 용량과 암전류를 측정하여 저장하는 저장단계; 시동의 온 또는 충전기가 연결될 경우 측정된 암전류에 따른 방전전력을 산출하는 계산단계; 상기 방전전력에 따른 최종 배터리 용량을 산출하고, 최종 배터리 용량을 기준값과 비교하는 판단단계; 및 상기 최종 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC의 동작됨에 따라 고전압배터리의 전력으로 보조배터리의 충전을 수행하는 충전단계;를 포함한다.
상기 저장단계는 시동 오프 시점의 오프시간을 저장하고, 상기 계산단계에서는 시동 오프시간으로부터 시동 온된 시간 또는 충전기의 연결시간까지의 지난 시간을 암전류값과 적산하여 방전전력을 산출할 수 있다.
상기 계산단계는 시동 오프시간으로부터 시동 온된 시간 또는 충전기 연결시간까지의 지난 시간과 암전류값을 곱하여 방전전력을 산출할 수 있다.
저장단계는, 측정된 암전류 값을 기준 암전류 값과 비교판단하고, 측정된 암전류 값이 기준 암전류 값보다 10mA이상으로 차이날 경우 측정된 암전류 값을 기준 암전류값으로 저장하는 업데이트단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단단계는, 충전기 연결시 보조배터리의 전압값을 측정하고, 보조배터리의 전압값에 따른 배터리용량에 대한 사전 검사된 데이터테이블과 비교판단하여 최종 배터리 용량을 판단하는 체크단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 충전단계는 판단단계에서 산출된 최종 배터리용량과 체크단계에서 판단된 최종 배터리용량을 비교하고, 각각의 최종 배터리 용량 중 낮은 배터리 용량으로 LDC의 동작을 판단할 수 있다.
상기 충전단계는 LDC의 충전전류를 조절하여 고효율 전류값으로 정전류 충전을 수행할 수 있다.
상기 LDC의 고효율 전류값은 30A이상일 수 있다.
상기 충전단계는 최종 배터리 용량이 기준값 이상일 경우 LDC의 동작없이 고전압배터리의 충전만을 수행하도록 할 수 있다.
상기 충전단계는 최종 배터리용량이 기준값 이하일 경우 충전기가 미연결되어도 LDC가 동작되어 보조배터리의 충전을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 보조배터리 전력충전 제어방법은 전기 자동차의 전력 충전시 보조배터리의 충전 효율을 최적화하여 최단시간에 최대충전 수입성을 확보하여, 고전압배터리의 불필요한 전력소모를 감소함으로써 전기 자동차의 주행거리를 확보하여 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조배터리 전력충전 제어방법의 순서도.
도 2는 LDC의 전류량에 따른 효율을 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보조배터리 전력충전 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조배터리 전력충전 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 LDC의 전류량에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 보조배터리의 전력을 충전하는 제어방법에 있어서, 차량 시동의 오프시(S120) 시동 오프 시점의 배터리 용량과 암전류를 측정하여 저장하는 저장단계(S100); 시동의 온 또는 충전기가 연결될 경우(S320) 측정된 암전류에 따른 방전전력을 산출하고, 방전전력에 따른 최종 배터리 용량을 적산하는 계산단계(S300); 및 상기 최종 배터리 용량을 기준값과 비교하고(S520), 최종 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC의 동작됨에 따라 고전압배터리의 전력으로 보조배터리의 충전을 수행하는 충전단계(S500);를 포함한다.
본 발명은 보조배터리의 배터리 용량에 따라 LDC를 제어하여 고전압배터리의 전력을 이용해 보조배터리를 충전하되 배터리 용량에 따라 LDC의 충전전류를 제어함으로써 충전 효율을 최적화하여 불필요한 에너지의 소모를 방지할 수 있다.
일반적으로 시동이 오프된 상태에서 추후 차량의 시동이 다시 온되거나 배터리의 충전이 필요하여 충전기가 연결될 경우 LDC를 제어하도록 한다. 이때, 종래의 전기자동차의 경우 충전시 매번 LDC가 작동되고, 정전압 제어를 수행함에 따라 LDC는 주로 낮은 효율 영역에서 작동하게 되었다. 이에 따라, 전기자동차의 연비에 악영향을 주었다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 차량의 시동이 오프되었을 경우 시동 오프 시점의 배터리 용량과 암전류를 측정하여 저장하는 저장단계(S100)를 수행한다.
이러한 저장단계(S100)는 차량의 시동이 오프된 시점에서 보조배터리의 최종적인 배터리용량값을 측정하여 저장하고, 아울러 암전류값을 확인한 후 저장한다. 여기서, 암전류값이라 함은 차량 초기 설계시 배터리 사양에 따라 발생될 수 있는 사전 검사된 암전류값이 될 수 있으며, 이는 차량 초기 공정에서 암전류값에 대한 정보가 저장될 수 있다.
그러나, 암전류는 블랙박스와 같은 전장부품이 추가적으로 설치됨에 따라 변경될 수 있는바, 암전류 값을 측정하여 기준 암전류 값과 비교판단하도록 한다. 여기서, 기준 암전류 값은 위에서 설명된 초기 공정에서 사전 검사된 암전류값이 될 수 있으며, 이전에 설정된 암전류 값이 될 수 있다.
이렇게, 시동 오프시 측정된 암전류 값과 기준 암전류 값을 비교하고(S220), 측정된 암전류 값이 기준 암전류 값보다 10mA 이상으로 차이날 경우 측정된 암전류 값을 기준 암전류값으로 저장하는 업데이트단계(S200);를 수행하도록 한다.
즉, 시동 오프시 측정된 암전류 값이 기존의 기준 암전류 값보다 10mA이상 차이날 경우 블랙박스와 같은 전방부품이 추가적으로 설치된 것으로 판단하며, 기준 측정된 암전류 값을 기준 암전류 값으로 새로 저장하여 이후 방전전력 및 배터리 용량을 적산시 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 측정된 암전류 값과 기준 암전류 값의 차이를 10mA로 기준을 두었으며, 이러한 이유는 보통 암전류 값과 기준 암전류 값의 차이가 10mA 이하일 경우 암전류 값에 의한 오류 발생이 미비하며, 전장부품의 추가설치시 적어도 10mA 이상의 암전류 값이 차이가 발생되는바, 업데이트단계(S200)에서는 10mA 이상으로 기준을 두었다. 물론, 이는 차량의 설계 및 배터리 사양에 따라 변경되어 적용될 수 있을 것이다.
상기의 저장단계(S100)는 시동 오프 시점의 오프시간을 저장하고, 상기 계산단계(S300)에서는 시동 오프시간으로부터 시동이 온 되는 시간 또는 충전기의 연결시간까지의 지난 시간을 암전류값과 적산하여 방전전력을 산출할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 시동 오프 시점의 배터리 용량, 암전류, 시동 오프시간을 저장하고, 이를 토대로 암전류에 의한 시간에 따른 방전전력을 산출하도록 한다. 본 발명에서는 충전기의 연결시 보조배터리를 상시 충전하는 것이 아닌, 암전류와 시간에 따른 방전전력을 산출하여 배터리 용량을 적산 후 이를 기반으로 LDC의 작동을 통해 보조배터리의 충전을 수행하도록 한다.
여기서, 방전전력을 산출하기 위한 식으로는 시동 오프시간으로부터 시동이 온된 시간 또는 충전기 연결시간까지의 지난 시간과 암전류값을 곱하여 방전전력을 산출할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 상기 방전전력을 구하는 것 대해서 예를 들어 설명하고자 한다. 보조배터리의 배터리 용량이 45Ah이고, 이를 배터리 용량의 100%상태로 충전된 상태로 하며, 이러한 보조배터리를 탑재한 전기자동차가 주행 및 전장 부품의 전력을 소모 후 시동이 오프될 경우 최종적으로 남은 배터리의 용량과 암전류를 측정하여 이를 저장한다. 아울러, 차량의 시동이 오프될 경우 차량 시동오프 시간도 저장하도록 한다.
여기서, 시동 오프시 측정된 배터리 용량, 암전류 값, 시동 오프시간은 측정된 배터리용량이 80%이고, 암전류 값이 20mA이며, 시동 오프시간이 2013년 07월 11일 PM10시로 가정하도록 하겠다.
이러한 상태에서, 충전기가 연결될 경우 충전기가 연결된 시간을 체크하도록 한다. 여기서 충전기가 연결된 시간은 2013년 07월 13일 PM10시로 가정하도록 하겠다. 이와 같이 충전기가 연결되면 우선적으로 시동 오프시간으로부터 시동이 온 되는 시간 또는 충전기의 연결시간까지의 지난 시간을 암전류 값을 이용하여 방전전력 값을 계산하도록 한다.
본 발명에서는 시동 오프시간으로부터 시동이 온된 시간 또는 충전기 연결시간까지의 지난 시간과 암전류값을 곱하여 방전전력를 구할 수 있으며, 이를 토대로 방전전류를 계산하면 20mA * 48h = 0.96Ah의 값이 나온다. 즉, 배터리용량은 2.7%정도가 방전된 것으로, 시동 오프시 측정된 배터리 용량인 80%에서 약 77%정도로 감소된 것을 알 수 있다.
이처럼 시동 오프 후 충전기 연결시 또는 시동 온 작동시 배터리의 방전전력을 산출하고, 이후 설명할 기준값과 비교함으로써 LDC의 동작을 통해 보조배터리의 충전 여부를 확인하는 것이다.
추가적으로, 상기 계산단계(S300)는, 충전기 연결시 보조배터리의 전압값을 측정하고, 보조배터리의 전압값에 따른 배터리용량에 대한 사전 검사된 데이터테이블과 비교판단하여 최종 배터리 용량을 판단하는 체크단계(S400);를 더 포함할 수 있다.
이렇게 체크단계(S400)에서 판단된 최종 배터리용량과 계산단계(S300)에서 적산된 최종 배터리용량을 비교하고, 각각의 최종 배터리 용량 중 낮은 배터리 용량으로 LDC의 동작을 판단함이 바람직하다.
상기의 체크단계(S400)는 최종 배터리 용량의 오차값에 의한 오류발생을 미연에 방지하기 위한 것으로, 충전기 연결시 전압값(OCV:Open Circuit Voltage)을 측정하고, 전압값에 따른 배터리 용량에 대한 사전 검사된 데이터테이블에 비교하여 최종 배터리 용량을 더 판단하는 것이다. 이러한 데이터테이블은 일례로 측정된 전압값이 10.5V 일 경우 배터리용량 0%, 11V일 경우 40%, 12V일 경우 60%, 13.2V일 경우 100%와 같이 해당 전기차의 보조배터리 사양에 따라 설계되어 비교 데이터테이블로 사용할 수 있는 것이다.
이처럼 체크단계(S400)를 통해 판단된 최종 배터리용량과 위에서 설명된 계산단계(S300)에서 적산된 최종 배터리용량을 비교하고, 이들 중 최종 배터리 용량이 낮은 배터리 용량으로 기준값과 비교하여 LDC의 동작을 판단하도록 하는 것이다.
이렇게, 체크단계(S400)와 계산단계(S300)를 통해 확인된 최종 배터리 용량 중 낮은 배터리 용량으로 충전단계(S500)를 통해 기준값과 비교함으로써 LDC의 동작 여부를 결정하는 이유는 최종 배터리 용량이 낮을 경우에는 보조배터리에 전력을 충전하는바 큰 문제가 발생되지 않지만, 배터리 용량이 낮음에도 불구하고 배터리 용량이 기준값 이상으로 잘못 판정되면, 보조배터리의 충전이 수행되지 않아 배터리 용량의 부족으로 차량의 정상적인 작동이 수행되지 않을 수 있기 때문이다.
또한, 보조배터리의 배터리 용량이 충분함에도 불구하고 배터리 용량이 낮은 것으로 판단하여 LDC의 동작을 통해 높은 전류로 고효율의 충전을 수행할 경우 배터리 용량의 과충전으로 인해 전력이 낭비되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 체크단계(S400)와 계산단계(S300)를 통해 판단된 최종 배터리 용량 중 낮은 배터리 용량으로 기준값과 비교함으로써 배터리 부족에 의한 오류를 방지할 수 있으며, 전력 과소비로 인해 연비가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 충전단계(S500)는 LDC의 충전전류를 조절하여 고효율 전류값으로 정전류 충전을 수행할 수 있다.
이는, 위에서 설명된 바와 같이 체크단계(S400)와 계산단계(S300)를 통해 최종 배터리 용량을 확인하고, 최종 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC를 동작하여 고전압배터리의 전력을 이용하여 보조배터리를 충전하는데, 이때, LDC의 충전전류를 조절하여 고효율 전류값으로 정전류 충전을 수행하도록 한다.
여기서, LDC의 고효율 전류값은 30A이상으로 함이 바람직하다.
기존에는 충전기가 연결되면 항상 LDC를 작동하고, 정전압 제어를 수행함에 따라 충전전류는 통상적으로 10A정도의 저효율 영역으로 배터리의 충전을 수행하였다. 반면, 본 발명에서는 배터리 용량을 확인하고, 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC를 동작하여 보조배터리의 전력을 충전하되 30A이상의 충전전류로 정전류 충전을 수행함으로써 LDC의 고효율 영역으로 신속한 충전을 수행할 수 있다.
상기의 저효율 영역과 고효율 영역에 대해서 설명하면, 도 2에서 볼 수 있듯이, 전력량이 10A정도의 영역 내에서는 LDC의 효율이 낮은 것을 볼 수 있다. 이처럼, LDC의 낮은 충전효율로 배터리의 충전을 수행함에 따라 불필요한 전력이 소모되어 연비에 악영향을 미치는 문제가 발생된다. 그러나, 본 발명에서는 30A 이상에서는 LDC의 효율이 높은바, 이러한 고효율의 충전전류로 LDC를 통해 배터리를 충전함으로써 배터리의 신속한 충전을 수행할 수 있으며, 높은 충전 효율로 배터리의 충전을 수행함에 따라 불필요한 전력소모를 최소화하여 연비가 향상되도록 할 수 있다.
여기서, 배터리 용량이 기준값 이상일 경우에도 고효율 영역으로 배터리를 충전할 수 있지만, 배터리 충전용량이 높을 경우 LDC의 높은 전류로 고효율의 충전시 배터리의 과충전으로 인한 전력이 낭비될 수 있다. 따라서, 배터리 용량이 기준값 이상일 경우 별도의 충전을 수행하지 않으며, 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC의 작동을 통해 정전류 충전을 수행함으로써 고속으로 보조배터리를 충전하고, 충전에너지를 절감하여 연비를 개선할 수 있다.
여기서, 상기 충전단계(S500)는 최종 배터리 용량이 기준값 이상일 경우 LDC의 동작없이 고전압배터리의 충전만을 수행하도록 할 수 있다. 이처럼, 충전기 연결시 배터리 용량이 기준값 이상일 경우 고전압배터리만을 충전하며, 고전압배터리의 충전이 완료되면 보조배터리의 충전을 수행하도록 함이 바람직할 것이다.
한편, 상기 충전단계(S500)는 최종 배터리용량이 기준값 이하일 경우 충전기가 미연결되어도 LDC가 동작되어 보조배터리의 충전을 수행하도록 할 수 있다.
즉, 충전기가 연결되었다가 이탈되거나, 주행중 보조배터리의 용량이 기준값 이하일 경우 LDC가 동작되어 보조배터리를 충전할 수 있다. 이렇게, 배터리 용량에 따라 충전 여부와 상관없이 보조배터리의 충전을 수행함으로써 보조배터리의 전력이 완전 방전되는 것을 방지할 수 있으며, 배터리 부족에 따른 오류를 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 보조배터리 전력충전 제어방법은 전기 자동차의 전력 충전시 보조배터리의 충전 효율을 최적화하여 최단시간에 최대충전 수입성을 확보하여, 고전압배터리의 불필요한 전력소모를 감소함으로써 전기 자동차의 주행거리를 확보하여 연비를 향상시킬 수 있다.
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:저장단계 S200:업데이트단계
S300:계산단계 S400:체크단계
S500:충전단계

Claims (10)

  1. 보조배터리의 전력을 충전하는 제어방법에 있어서,
    차량 시동의 오프시 시동 오프 시점의 배터리 용량과 암전류를 측정하여 저장하는 저장단계;
    시동의 온 또는 충전기가 연결될 경우 측정된 암전류에 따른 방전전력을 산출하고, 방전전력에 따른 최종 배터리 용량을 적산하는 계산단계; 및
    상기 최종 배터리 용량을 기준값과 비교하고, 최종 배터리 용량이 기준값 이하일 경우 LDC의 동작됨에 따라 고전압배터리의 전력으로 보조배터리의 충전을 수행하는 충전단계;를 포함하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장단계는 시동 오프 시점의 오프시간을 저장하고,
    상기 계산단계에서는 시동 오프시간으로부터 시동이 온 되는 시간 또는 충전기의 연결시간까지의 지난 시간을 암전류값과 적산하여 방전전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 계산단계는 시동 오프시간으로부터 시동이 온된 시간 또는 충전기 연결시간까지의 지난 시간과 암전류값을 곱하여 방전전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    저장단계는, 측정된 암전류 값을 기준 암전류 값과 비교판단하고, 측정된 암전류 값이 기준 암전류 값보다 10mA이상으로 차이날 경우 측정된 암전류 값을 기준 암전류값으로 저장하는 업데이트단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 계산단계는, 충전기 연결시 보조배터리의 전압값을 측정하고, 보조배터리의 전압값에 따른 배터리용량에 대한 사전 검사된 데이터테이블과 비교판단하여 최종 배터리 용량을 판단하는 체크단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 체크단계에서 판단된 최종 배터리용량과 계산단계에서 적산된 최종 배터리용량을 비교하고, 각각의 최종 배터리 용량 중 낮은 배터리 용량으로 LDC의 동작을 판단하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력 충전 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전단계는 LDC의 충전전류를 조절하여 고효율 전류값으로 정전류 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 LDC의 고효율 전류값은 30A이상인것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전단계는 최종 배터리 용량이 기준값 이상일 경우 LDC의 동작없이 고전압배터리의 충전만을 수행하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전단계는 최종 배터리용량이 기준값 이하일 경우 충전기가 미연결되어도 LDC가 동작되어 보조배터리의 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 보조배터리 전력충전 제어방법.
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