KR20170010968A - 차량의 배터리 충전 시간 계산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법은, 입력 전원으로부터 충전기에 인가되는 입력 전압을 측정하는 단계; 미리 저장된 제1 룩업테이블을 참조하여, 상기 입력 전압에 대응되는 상기 충전기의 출력 전력을 도출하는 단계; 및 상기 충전기의 출력 전력, 저전압 직류변환기의 입력 전력 및 배터리의 충전요구에너지를 이용하여, 상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 배터리 충전 시간 계산 방법{CALCULATING METHOD FOR BATTERY CHARGING TIME OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 배터리 충전 시간 계산 방법에 관한 것으로서, 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법에 관한 것이다.

전기차(Electric Vehicle) 등 친환경차량에 구비된 고전압 배터리는 다양한 충전 방식으로 충전될 수 있다. 충전 방식은 크게는 대용량 전원을 사용한 급속 충전 방식과 가정용 전원을 사용한 완속 충전 방식으로 나뉠 수 있다.

급속 충전 방식은 충전 시간이 30 분 이내로서 상대적으로 짧지만, 고전압 배터리의 열화, 사용 편의성 문제 등이 있어, 완속 충전 방식이 많이 사용되고 있다. 완속 충전 방식에서 충전 시간은 5 시간 이내로서 상대적으로 길다.

장시간 소요되는 완속 충전 방식에서는 사용자의 편의 및 상품성을 위해 보다 정확한 충전 시간을 신속하게 제공하는 것이 중요하다. 하지만 기존의 완속 충전 방식에서는 충전기의 출력 전류 및 배터리 충전 상태만을 이용하여 충전 시간을 계산하므로, 충전 시간에 영향을 끼칠 수 있는 다양한 요인(입력 전원의 전류전압 특성, 다른 전장 부하의 전력 소모 등)을 고려하지 못한 문제점이 있다.

또한 기존의 완속 충전 방식에서는 충전기 기동 후 최대 출력 전력으로 상승할 때까지 약 3초 정도 소요되므로 사용자에게 충전 예상 시간을 신속하게 제공하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정확하고 신속한 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법은, 입력 전원으로부터 충전기에 인가되는 입력 전압을 측정하는 단계; 미리 저장된 제1 룩업테이블을 참조하여, 상기 입력 전압에 대응되는 상기 충전기의 출력 전력을 도출하는 단계; 및 상기 충전기의 출력 전력, 저전압 직류변환기의 입력 전력 및 배터리의 충전요구에너지를 이용하여, 상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계를 포함한다.

외기온을 측정하는 단계; 및 미리 저장된 제2 룩업테이블을 참조하여, 상기 외기온에 대응되는 상기 저전압 직류변환기의 입력 전력을 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계는, 상기 충전요구에너지를 상기 출력 전력 및 입력 전력의 차로 나눔으로써 계산될 수 있다.

상기 제1 룩업테이블에는 각각의 상기 입력 전압에 일대일 대응되는 각각의 상기 출력 전력이 기록되어 있을 수 있다.

상기 제2 룩업테이블에는 각각의 상기 외기온에 일대일 대응되는 각각의 입력 전력이 기록되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 정확하고 신속한 차량의 고전압 배터리 충전 시간 계산 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템은 입력 전원(100), OBC(200), 고전압 배터리(300), LDC(400) 및 전장 부하(500)를 포함한다.

입력 전원(100)은 110V, 220V 등의 상용 AC 전원으로 구성될 수 있다. 전기차의 고전압 배터리(300)를 충전하고자 할 때, 입력 전원(100)의 입력 전압이 OBC(200)의 입력단에 인가된다.

OBC(On-board Battery Charger)(200)는 친환경차량 내부에 구비되는 완속 충전기이다. OBC(200)는 입력 전원(100)의 입력 전압에 따라 대응되는 출력 전력(210)을 출력한다.

고전압 배터리(300)는 출력 전력(210)의 일부를 입력받아 충전된다. 필요시, 고전압 배터리(300)는 인버터(미도시)에 직류 고전압을 공급하고, 인버터는 이를 교류 전압으로 변환하여 모터(미도시)에 구동력을 전달한다.

LDC(Low-voltage DC/DC converter)(400)는 저전압 직류변환기로서, 고전압 배터리(300)가 취하지 않는 출력 전력(210)의 나머지를 입력 전력(410)으로서 입력받는다. LDC(400)는 직류 저전압을 출력하여 전장 부하(500)에 공급한다. 전장 부하(500)는 차량에서 사용되는 전기전자 장치를 총칭한다. 전장 부하(500)에는 EWP(Electronic Water Pump), 라디에이터 등 냉난방 장치도 포함된다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 좌측에는 입력 전원의 입력 전압에 따른 OBC의 출력 전력이 그래프 형태로 도시되어 있고, 우측에는 제1 룩업테이블(1000)이 도시되어 있다.

입력 전원의 입력 전압이 통상 110V 내외 또는 220V 내외가 될 것이라는 점에서, 입력 전압에 따른 OBC의 출력 전력은 도 2의 그래프와 같이 도시될 수 있다. 즉, 충전 장소에 따라 입력 전원의 입력 전압이 최대 10V 이상 차이날 수 있다. 그래프에서 100V 내지 120V 구간에서는 출력 전력이 선형적으로 증가하지만, 120V 부터 출력 전력이 1.6kW로 제한된다. 출력 전력의 제한은 OBC에 입력되는 입력 전류를 제한함으로써 달성될 수 있다. 마찬가지로, 그래프에서 195V 내지 230V 구간에서는 출력 전력이 선형적으로 증가하지만, 230V 부터 출력 전력이 3.3kW로 제한된다. 이는 일반적으로 입력 전원이 가정용 전원이고, 가정용 전원의 최대 부하량이 3.3kW로 제한되어 있기 때문이다. 도 2의 그래프의 수치는 예시적인 것이며, OBC의 구체적인 스펙 및 차량 설계에 따라 달라질 수 있다.

제1 룩업테이블(1000)에는, 좌측 그래프에 기초하여, 입력 전원의 입력 전압(n)에 일대일 대응되는 OBC의 출력 전력(POBC,n)이 기록되어 있을 수 있다. 제1 룩업테이블(1000)은 컴퓨터가 판독가능한 기록 매체에 데이터 형태로 미리 기록되어 있을 수 있다.

종래에는 OBC의 출력 전력을 도출하는 데 있어서, OBC의 출력 전류를 직접 센싱하였다. 전술한 바와 같이 OBC의 출력 전력이 최대치로 상승하는데 까지 3초 정도 시간이 걸리므로, 배터리 충전 시간 계산에 사용자가 인식가능한 지연이 있게 되는 문제점이 있다.

하지만 본 발명에서는, OBC의 출력 전류가 아닌 입력 전압을 센싱한다. 입력 전압은 고정이므로, 센싱된 입력 전압을 제1 룩업테이블(100)과 즉시 비교하여 도출된 OBC의 출력 전력을 배터리 충전 시간 계산에 이용할 수 있다. 따라서 전술한 시간 지연 요인이 제거되는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 룩업테이블을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 좌측에는 외기온에 따른 LDC의 입력 전력이 그래프 형태로 도시되어 있고, 우측에는 제2 룩업 테이블(2000)이 도시되어 있다.

LDC의 입력 전력은 외기온에 따라 달라질 수 있다. 즉, 외기온이 높을 때는 OBC, LDC 등의 온도상승이 빠르므로, 이를 식히기 위한 EWP 등 냉각 장치의 사용량이 늘어나므로 요구되는 입력 전력이 상대적으로 증가한다. 반대로, 외기온이 낮을 때는 냉각 장치의 사용량이 감소하므로 입력 전력이 상대적으로 감소한다. 외기온이 몇 도일 때 LDC의 입력 전력이 얼마인지는 차량의 전장 부하가 어떻게 구성되어 있는 지에 따라 다르다. 따라서 도 3에 도시된 각각의 수치는 예시적인 것이며, 차량에 따라 달라질 수 있다.

제2 룩업 테이블(2000)에는 외기온(m)에 일대일 대응되는 LDC의 입력 전력(PLDC,m)이 기록되어 있을 수 있다. 제2 룩업 테이블(200)은 컴퓨터가 판독가능한 기록 매체에 데이터 형태로 미리 기록되어 있을 수 있다.

종래에는 LDC의 입력 전력을 도출하는 데 있어서, 외기온에 대한 반영이 없어서 도출된 LDC의 입력 전력에 오차가 있었다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 충전 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 충전 장소의 입력 전원과 충전 대상인 차량의 OBC를 연결한다(S100).

다음으로, 고전압 배터리의 충전요구에너지(

)를 측정한다(S101). 충전요구에너지(

)는 아래 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 1]

SOC(State Of Charge)는 고전압 배터리의 현재 충전 용량으로서 0 내지 1(100%)의 값을 갖는다. 고전압 배터리의 전체 용량 및 충전 요구 에너지(

)는 같은 단위, 예를 들어 kWh를 갖는다.

또한, 입력 전원으로부터 OBC로 입력된 입력 전압을 측정한다(S102). OBC의 출력 전력(

)이 측정된 입력 전압과 제1 룩업테이블을 비교하여 도출된다(S103).

또한, 외기온을 측정한다(S104). LDC의 입력 전력(

)이 측정된 외기온과 제2 룩업테이블을 비교하여 도출된다(S105).

다음으로, 도출된 충전요구에너지(

),출력 전력(

) 및 입력 전력(

)을 이용하여 고전압 배터리의 충전 시간(

)을 다음 수학식 2를 통해 계산한다(S106).

[수학식 2]

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 입력 전원
200: OBC
300: 고전압 배터리
400: LDC
500: 전장 부하

Claims (5)

1. 입력 전원으로부터 충전기에 인가되는 입력 전압을 측정하는 단계;
   미리 저장된 제1 룩업테이블을 참조하여, 상기 입력 전압에 대응되는 상기 충전기의 출력 전력을 도출하는 단계; 및
   상기 충전기의 출력 전력, 저전압 직류변환기의 입력 전력 및 배터리의 충전요구에너지를 이용하여, 상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계를 포함하는
   배터리 충전 시간 계산 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   외기온을 측정하는 단계; 및
   미리 저장된 제2 룩업테이블을 참조하여, 상기 외기온에 대응되는 상기 저전압 직류변환기의 입력 전력을 도출하는 단계를 더 포함하는
   배터리 충전 시간 계산 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 배터리의 충전 시간을 계산하는 단계는,
   상기 충전요구에너지를 상기 출력 전력 및 입력 전력의 차로 나눔으로써 계산되는
   배터리 충전 시간 계산 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 룩업테이블에는 각각의 상기 입력 전압에 일대일 대응되는 각각의 상기 출력 전력이 기록되어 있는
   배터리 충전 시간 계산 방법.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 룩업테이블에는 각각의 상기 외기온에 일대일 대응되는 각각의 입력 전력이 기록되어 있는
   배터리 충전 시간 계산 방법.
   

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