KR20180069627A - 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법 - Google Patents

차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법 Download PDF

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Abstract

예약 충전 설정 시 측정된 외부 전력 공급 장치의 전압과 실제 차량의 배터리를 충전하는 과정에서 차량 탑재 충전기에 인가되는 전압차에 의한 충전 소요 시간 예측의 오차를 감소시킬 수 있는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법이 개시된다. 상기 예약 충전 방법은, 외부 전력 공급 장치에서 차량 탑재 충전기로 입력되는 입력 전압을 검출하고, 입력 전류를 추정하는 단계; 상기 검출된 입력 전압 및 상기 입력 전류를 기반으로 충전 전압 마진값을 결정하는 단계; 및 상기 검출된 입력 전압에 상기 충전 전압 마진값을 적용하여 충전 설정 전압을 결정하고, 상기 충전 설정 전압과 상기 추정된 입력 전류 및 배터리의 충전 요구량을 기반으로 충전 소요 시간을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법{METHOD FOR ESTIMATING CHARGING REQUIRED TIME OF VEHICLE AND RESERVING CHARGING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예약 충전 설정 시 측정된 외부 전력 공급 장치의 전압과 실제 차량의 배터리를 충전하는 과정에서 차량 탑재 충전기에 인가되는 전압차에 의한 충전 소요 시간 예측의 오차를 감소시킬 수 있는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기차 또는 플러그인 하이브리드 차량 등의 친환경 차량은 배터리를 충전하기 위한 전력을 공급하는 외부의 전력 공급 장치(예를 들어, EVSE(Electric Vehicle Service Equipment) 또는 ICCB(In Cable Control Box))로부터 전력을 공급받아 차량에 구비된 배터리를 충전하기 위한 전력으로 변환하는 차량 탑재 충전기(On Board Chager: OBC)를 포함한다.
한편, 친환경 차량의 충전은 전기 요금이 저렴한 심야 시간에 이루어지는 것이 유리하므로, 운전자가 미리 외부 전력 공급 장치와 차량 탑재 충전기를 전기적으로 연결해 두고 출발 시간 및 전기 요금이 저렴한 시간 대를 고려하여 예약 충전을 설정하는 방식으로 이루어지고 있다.
이러한 예약 충전을 설정하는 과정에서 배터리의 충전 요구량을 기반으로 충전 소요 시간을 예측함으로써 충전이 개시되는 시각이 결정될 수 있다. 종래에는 충전 소요 시간을 예측하기 위해, 운전자가 외부 충전 설비의 커넥터를 차량의 인렛에 결합하면 차량 탑재 충전기로 인가되는 전압을 검출하여 이를 기반으로 차량 탑재 충전기에 의한 충전 소요 시간을 예측하는 방법이나 프리 차지를 수행하여 차량 탑재 충전기의 출력 파워를 측정하는 방법을 적용하였다.
그러나 인가 전압을 검출하여 충전 소요 시간을 예측하는 종래의 방법은 차량 탑재 충전기가 최대 출력으로 동작할 때의 부하를 고려하지 않은 것이다. 이에 따라, 실제 충전 시 차량 탑재 충전기가 동작하게 되는 경우 입력 전압에 부여되는 차량 탑재 충전기에 의한 부하에 의해 입력 전압의 강하가 발생함으로써 예측된 충전 소요 시간과 실제 충전 소요 시간에 오차가 발생하게 된다.
또한, 프리 차지 과정을 이용하여 충전 소요 시간을 예측하는 종래의 방법 역시 실제 충전 시 발생하는 오차뿐만 아니라 프리 차지 과정에서 차량 탑재 충전기를 동작 시켜야 하므로 차량 탑재 충전기에 포함된 파워 스위치 등의 소자 수명이 감소하고 제어가 복잡해지는 문제가 발생한다.
상기의 배경기술로서 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.
KR 10-2014-0084369 A KR 10-2013-0090678 A
이에 본 발명은, 예약 충전 설정 시 측정된 외부 전력 공급 장치의 전압과 실제 차량의 배터리를 충전하는 과정에서 차량 탑재 충전기에 인가되는 전압차에 의한 충전 소요 시간 예측의 오차를 감소시킬 수 있는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
외부 전력 공급 장치에서 차량 탑재 충전기로 입력되는 입력 전압을 검출하고, 입력 전류를 추정하는 단계;
상기 검출된 입력 전압 및 상기 입력 전류를 기반으로 충전 전압 마진값을 결정하는 단계; 및
상기 검출된 입력 전압에 상기 충전 전압 마진값을 적용하여 충전 설정 전압을 결정하고, 상기 충전 설정 전압과 상기 추정된 입력 전류 및 배터리의 충전 요구량을 기반으로 충전 소요 시간을 산출하는 단계;
를 포함하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 입력단에 션트 연결된 커패시터의 양단 전압을 상기 입력 전압으로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 전력 변환 동작이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 차량 탑재 충전기의 입력 전압을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 외부 전력 공급 장치에서 상기 차량 탑재 충전기로 제공되는 컨트롤 파일럿 신호의 듀티를 기반으로 상기 입력 전류를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압 및 상기 추정된 입력 전류를 기반으로 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류를 판단하고, 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 서로 다른 충전 전압 마진값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 사전 저장된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치 별 충전 전압 마진값을 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 판단된 외부 전력 공급 장치가 가정용 전력 공급 장치인 경우, 상기 검출된 입력 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 큰 경우 사전 저장된 상기 가정용 전력 공급 장치에 대한 충전 전압 마진값을 선택하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 작은 경우 상기 차량 탑재 충전기의 최소 충전 전압을 상기 충전 설정 전압으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 작은 경우 사전 설정된 시간이 경과한 후 상기 입력 전압을 재검출하고 상기 재검출한 입력 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 단계를 더 포함하며, 상기 재검출한 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 큰 경우 상기 사전 저장된 상기 가정용 전력 공급 장치에 대한 충전 전압 마진값을 선택하는 단계를 실행하고, 상기 재검출한 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 작은 경우 상기 차량 탑재 충전기의 최소 충전 전압을 상기 충전 설정 전압으로 결정하는 단계를 실행할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량의 출발 시각 및 시간 대별 전기 요금 정보를 입력 받는 단계;
외부 전력 공급 장치의 커넥터를 상기 차량의 충전구에 연결하는 단계; 및
상기 차량의 충전 소요 시간 예측 방법에 의해 산출된 충전 소요 시간과 상기 출발 시각 및 상기 전기 요금 정보를 기반으로 충전 개시 시각을 결정하는 단계;
를 포함하는 차량의 예약 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 전력 변환 동작이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 차량 탑재 충전기의 입력 전압을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 외부 전력 공급 장치에서 상기 차량 탑재 충전기로 제공되는 컨트롤 파일럿 신호의 듀티를 기반으로 상기 입력 전류를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압 및 상기 추정된 입력 전류를 기반으로 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류를 판단하고, 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 서로 다른 충전 전압 마진값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 결정된 충전 개시 시간에 상기 차량 탑재 충전기가 웨이크업 되어 상기 외부 전력 공급 장치에서 입력되는 전력을 변환하여 상기 배터리로 제공하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 따르면, 충전 소요 시간을 추정하는데 있어서 단순히 외부 전력 공급 장치에서 인가되는 입력 전압을 적용하는 것이 아니라, 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 기반하여 실제 전력 변환 시 부하 인가에 따른 전압 강하에 대응되는 마진을 입력 전압에 적용하여 충전 소요 시간을 추정함으로써 더욱 정확한 충전 소요 시간 추정이 가능하다.
이에 따라, 상기 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 따르면, 예약 충전을 통해 차량의 배터리를 충전하는 경우에 설정한 출발 시간 이전에 배터리가 완충되지 못하는 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법이 적용되는 차량 충전 시스템을 간략히 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 적용되는 충전 전압 마진값을 결정하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법이 적용되는 차량 충전 시스템을 간략히 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법이 적용되는 차량 충전 시스템은, 차량 내에 구비된 차량 탑재 충전기(10)와 배터리(30) 및 배터리(30)를 충전하기 위한 전력을 차량의 외부에서 공급하는 외부 전력 공급 장치(20)를 포함할 수 있다.
차량 탑재 충전기(10)는 차량에 탑재되어 외부에서 입력되는 교류의 충전 전력을 배터리(30)에 인가될 수 있는 적정 전압을 갖는 직류 전력으로 변환하기 위한 전력 변환 장치이다. 차량 탑재 충전기(10)는 대개 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 역률 보정(Power Factor Correction: PFC) 회로(11)와 직류-직류 컨버터 회로(12) 및 두 회로(11, 12)를 제어하기 위한 컨트롤러(13)를 포함할 수 있다.
PFC 회로(11)는 외부 전력 공급 장치(20)로부터 제공되는 교류 전압을 직류로 변환하여 출력하되 전달되는 전력의 역률을 조정하는 요소이다. 예를 들어, PFC 회로(11)는 인덕터와 스위칭 소자 및 다이오드로 구성되는 부스트 컨버터의 토폴로지를 적용하여 구성될 수 있으나, 당 기술 분야에서 알려진 다양한 다른 토폴로지를 적용하여 구현될 수 도 있다.
직류-직류 컨버터 회로(12)는 PFC 회로(11)로부터 입력되는 직류 전압을 변환하여 배터리(30)의 충전에 적절한 크기의 전압 생성하고 이를 배터리(30)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 직류-직류 컨버터 회로(12)는 전기적 절연을 위해 변압기를 포함하는 절연형 직류-직류 컨버터 회로의 토폴로지로 구현될 수 있다.
컨트롤러(30)는 PFC 회로(11)와 직류-직류 컨버터 회로(12)의 동작을 제어하기 위해 마련될 수 있다. PFC 회로(11) 및 직류-직류 컨버터 회로(12)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 위한 스위칭 소자를 포함하는 형태로 구현될 있으며, 컨트롤러(30)는 PFC 회로(11)와 직류-직류 컨버터 회로(12)에 포함된 스위칭 소자로 듀티가 제어된 PWM 제어 신호를 제공하여 이들을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에서, 컨트롤러(30)는 배터리(30)의 예약 충전을 위한 충전 소요 시간을 추정하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 충전 소요 시간을 추정하는 컨트롤러(30) 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
외부 전력 공급 장치(20)는 차량 탑재 충전기(10)로 전력을 공급하기 위해 마련된 장치로서, 다수의 차량을 동시 충전할 수 있도록 마련된 충전소에 구비되는 EVSE(Electric Vehicle Service Equipment) 또는 가정에 공급되는 상용 전원을 차량으로 공급하기 위해 마련되는 ICCB(In Cable Control Box) 등이 이에 해당한다. 외부 전력 공급 장치(20)에서 제공되는 충전 전력의 전압 및 전류는 충전 전력을 생산하는 국가나 외부 전력 공급 장치(20)의 종류에 따라 서로 차이가 난다. 따라서, 충전 전력의 전압 및 전류를 고려하면 전력 생산 국가나 외부 전력 공급 장치(20)의 종류를 파악할 수 있다.
배터리(30)은 2차 전지와 같이 전기 에너지를 저장할 수 있는 요소로서, 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차에서는 차량 구동용 모터에 전력을 공급하기 위해 마련되는 고전압 배터리(또는 메인 배터리, 주 배터리라고도 함)일 수 있다.
도 1에서 참조부호 'I'는 차량의 충전구(inlet)와 외부 전력 공급 장치(30)의 커넥터가 결합되는 영역을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법을 도시한 흐름도이다. 특히 도 2에 도시된 전체 단계(S11-S16)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예약 충전 방법에 해당하고, 그 중 단계(S12-15)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 소요 시간 예측 방법에 해당한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법은, 외부 전력 공급 장치(20)의 커넥터가 차량의 충전구에 연결되면(S12) 충전구로부터 전력을 공급 받는 차량 탑재 충전기(OBC)에서 입력 전압(Vc)을 검출하고 입력 전류를 추정한다(S13).
입력 전압을 검출하고 입력 전류를 추정하기 위해서는, 단계(S12)에서 예약 충전을 위해 운전자가 외부 전력 공급 장치(20)의 커넥터를 차량의 충전구에 연결한 후, 스위치 조작에 의해 차량을 충전 대기 상태로 설정하는 과정이 필요할 수 있다. 즉, 단계(S12)서 운전자에 의해 스위치 조작이 이루어지면, 차량 탑재 충전기(10)의 컨트롤러(13)를 외부 전력 공급 장치(20)와의 커넥터 연결을 확인하기 위한 동작을 수행할 수 있으며, 외부 전력 공급 장치(20)로부터 컨트롤 파일럿(Control Pilot: CP) 신호를 입력 받아 충전 대기 상태임을 확인하고 및 충전 전류의 크기를 추정할 수 있는 상태가 된다.
여기서, 차량을 충전 대기 상태로 설정하기 위한 스위치 조작은 특정 충전 설비의 경우에는 충전 요금을 지불하기 위한 입력으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 가정용 충전기인 ICCB 경우에는 별도의 충전 요금을 지불할 필요가 없지만, 차량 충전을 위해 마련된 충전 설비인 EVSE의 경우에는 충전 요금의 지불이 필요하다. 따라서, EVSE와 차량의 충전기가 연결된 후 운전자에 의한 스위치 조작이 이루어지는 것은 EVSE로부터 충전을 위해 공급되는 전력량에 대한 요금의 결제를 요청하는 것으로 사용될 수 있다.
컨트롤 파일럿 신호는 차량의 충전 제어를 위해 사용되는 신호로서 듀티를 갖는 펄스 전압의 형태를 가질 수 있다. 특히, 컨트롤 파일럿 신호는 펄스 전압의 피크값으로 충전 상태(예를 들어, 충전 대기 상태, 충전 진행 상태 등)를 확인할 수 있으며, 듀티로 충전을 위해 입력되는 입력 전류의 크기를 추정할 수 있다. 이러한 컨트롤 파일럿 신호의 특징은 차량 충전 시스템을 위한 국제적 표준으로 결정되어 당 기술분야에 이미 공지된 것이므로 더 이상의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 단계(S13)에서, 컨트롤러(13)는 차량 탑재 충전기(10)의 입력단에 션트 연결된 커패시터(C)의 양단 전압을 입력 전압(Vc)으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(13)은 운전자에 의한 스위치 조작을 통해 외부 전력 공급 장치(20)의 커넥터가 차량의 충전구에 연결된 것이 확인되면 차량 탑재 충전기(10)의 입력단에 션트 연결된 커패시터(C)의 양단 전압을 검출할 수 있다. 이 때, 차량 탑재 충전기(10)는 전력 변환 동작을 수행하지 않고 단지 외부 전력 공급 장치(20)의 커넥터가 차량의 충전구에 연결된 상태에서 커패시터(C)의 양단 전압을 검출하게 된다.
단계(S13)에서 검출되는 입력 전압(Vc)은 차량 탑재 충전기(10)의 전력 변환 동작이 수행되지 않는 무부하 상태에서 검출되는 전압이다. 이 후, 실제 전력 공급이 이루어져 차량의 배터리(30)가 충전되는 과정에서는 외부 전력 공급장치(20)의 전력이 입력되는 입력단에는 충전기(10) 회로의 동작에 의한 부하가 인가되는 상태가 되므로 무부하 상태에서 검출된 입력 전압과는 다른 값의 전압이 인가된다. 충전 시간의 예측은 실제 충전이 이루어지기 이전의 무부하 상태에서 검출된 입력 전압(Vc)에 의해 이루어지므로, 실제 충전 시간과는 오차가 발생할 수 있게 되는 것이다. 본 발명의 여러 실시형태는 이러한 오차를 사전에 고려하여 전압 마진을 설정하고 그에 따라 충전 시간의 예측을 수행하고자 하는 것이다.
이어, 컨트롤러(13)는 검출된 입력 전압과 추정된 입력 전류에 기반하여 충전 전압 마진값을 결정하고(S14), 결정된 충전 전압 마진값을 입력 전압에 적용하여 충전 소요 시간의 산출 시 사용되는 충전 설정 전압을 결정할 수 있다(S15).
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 예측 방법 및 이를 적용한 예약 충전 방법에 적용되는 충전 전압 마진값을 결정하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 외부전력 공급장치(20)의 커넥터가 차량에 연결되고 운전자의 스위치 입력을 통해 충전 대기 상태가 되면, 컨트롤러(13)가 컨트롤 파일럿 신호(CP) 입력 받아 입력 전류를 추정하고 입력 전압을 제공받으면(S141), 컨트롤러(13)는 입력 전압 및 입력 전류를 기반으로 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류를 판단할 수 있다(S142).
예를 들어, 단계(S142)에서, 컨트롤러(13)는 입력 전압의 크기가 가정용 교류 전압 보다 크고 입력 전류의 크기가 사전 설정된 값 보다 큰 경우(컨트롤 파일럿 신호의 듀티가 설정된 기준 보다 큰 경우) 외부 전력 공급 장치(20)가 고용량의 EVSE인 것으로 결정할 수 있으며, 입력 전압의 크기가 가정용 교류 전압 보다 크고 입력 전류의 크기가 사전 설정된 값 보다 작은 경우(컨트롤 파일럿 신호의 듀티가 설정된 기준 보다 작은 경우) 외부 전력 공급 장치(20)가 저용량의 EVSE인 것으로 결정할 수 있다. 또한, 컨트롤러(13)는 입력 전압의 크기가 가정용 교류 전압에 해당하고 입력 전류의 크기가 EVSE임을 판단하는데 사용되는 기준값보다 일정 수준 이상 더 작은 경우, 외부 전력 공급 장치(20)가 가정용 교류 전력을 사용하는 ICCB인 것으로 결정할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 단계(S142)에서, 컨트롤러(13)는 국가별로 사용하는 계통 전압값 및 그 품질이 다르다는 점을 고려하여 전력 생산 국가를 결정할 수 있다.
이어, 컨트롤러(13)는 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 서로 다른 충전 전압 마진값을 결정할 수 있다(S143-S149). 컨트롤러(13)는, 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치 별 충전 전압 마진값을 사전에 저장할 수 있으며, 단계(S142)에서 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 저장된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치 별 충전 전압 마진값을 선택함으로써 충전 마진 전압을 결정할 수 있다.
예를 들어, 단계(S142)에서 컨트롤러(13)가 외부 전력 공급 장치(20)를 저용량의 EVSE로 판단한 경우에는 사전 설정된 제1 전압마진을 충전 전압 마진값으로 결정할 수 있으며(S143), 컨트롤러(13)가 외부 전력 공급 장치(20)를 고용량의 EVSE로 판단한 경우에는 사전 설정된 제2 전압마진을 충전 전압 마진값으로 결정할 수 있다(S144).
한편, 단계(S142)에서 컨트롤러(13)가 외부 전력 공급 장치(20)를 가정용인 ICCB인 것으로 결정한 경우, 단계(S143, S144)에서와 같이 즉시 충전 전압 마진값을 결정하지 않고 검출된 입력 전압과 기준 전압을 비교하여(S146) 입력 전압이 기준 전압보다 큰 경우에 사전 저장된 ICCB에 해당하는 제3 전압마진을 충전 전압 마진값으로 결정할 수 있다(S148). 만일, 단계(S145)에서 입력 전압이 기준 전압보다 작거나 같은 경우에는 사전 설정된 기준 시간이 경과한 후(S146), 입력 전압과 기준 전압을 다시 비교한다(S147). 다시 비교한 결과(S147), 입력 전압이 기준 전압보다 큰 경우에 사전 저장된 ICCB에 해당하는 제3 전압마진을 충전 전압 마진값으로 결정하고(S148), 여전히 입력 전압이 기준 전압보다 작거나 같은 경우에는 전압 마진을 설정하는 과정을 생략하고, 충전 소요 시간 추정에 사용되는 충전 설정 전압을 최저 충전 전압으로 설정한다(S149).
여기서, 제3 전압마진은 충전 대기 상태에서 검출된 입력 전압의 크기 및/또는 입력 전류의 크기에 따라 그 크기가 변동될 수 있다. 컨트롤러(13)는 제3 전압마진을 결정하기 위한 데이터 맵을 사전에 저장할 수 있다. 이 데이터 맵은 충전 대기 상태에서 검출된 입력 전압의 크기 및/또는 입력 전류의 크기를 입력으로 하고 입력에 대응되는 사전 결정된 제3 전압마진의 값을 저장하는 형태로 제작될 수 있다.
이러한, 단계(S146 내지 S149)와 같이 입력 전압과 기준 전압을 비교하고 그 결과에 따라 충전 전압 마진값을 결정하거나 충전 설정 전압을 최저 충전 전압으로 설정하는 과정을 수행하는 것은, 가정용 상용 전력의 공급이 원활하지 못한 상황이나 가정용 상용 전력의 품질 편차 등에 따라 일시적으로 전력 공급이 적절하게 이루어지지 못하는 경우가 발생할 수 있음을 고려하여 2회 이상 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 과정 통해 정확하게 충전 설정 전압을 결정하기 위한 것이다.
이어, 충전 전압 마진값이 결정되면, 입력 전압에 결정된 충전 전압을 차감하여 충전 설정 전압을 결정하고, 충전 설정 전압과 추정된 입력 전류 및 배터리(30)의 충전 요구량을 고려하여 충전 소요 시간을 추정한다(S15).
예를 들어, 충전 소요 시간의 추정은, 충전 설정 전압과 추정된 입력 전류 및 차량 탑재 충전기의 효율을 곱셈한 값(차량 탑재 충전기의 출력 파워에 해당)으로 배터리(30)의 충전 요구량을 나눔으로써 충전 소요 시간이 추정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 예약 충전 방법은, 전술한 것과 같은 충전 소요 시간 추정 방법(S12-S15)을 수행하기 이전에, 운전자로부터 차량의 출발 시간 및 전기 요금 정보를 입력 받고 충전에 유리한 시간 대를 설정하는 단계(S11)와, 충전 소요 시간 추정 방법(S12-S15)에 의해 추정된 충전 소요 시간과 단계(S11)에서 결정된 충전 시간 대를 기반으로 충전 개시 시각을 결정하는 단계(S16)을 더 포함할 수 있다.
단계(S16)에서 충전 개시 시각이 결정되면, 컨트롤러(13)는 슬립 상태로 진입한 후 단계(S16)에서 결정된 충전 개시 시간에 웨이크업 되어 PFC 회로(11)와 직류-직류 컨버터 회로(12)를 제어함으로써 외부 전력 공급 장치(20)에서 입력되는 전력을 변환하여 상기 배터리로 제공하여 상기 배터리를 충전하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 추정 방법 및 이를 이용한 예약 충전 방법은, 충전 소요 시간을 추정하는데 있어서 단순히 외부 전력 공급 장치에서 인가되는 입력 전압을 적용하는 것이 아니라, 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 기반하여 실제 전력 변환 시 부하 인가에 따른 전압 강하에 대응되는 마진을 입력 전압에 적용하여 충전 소요 시간을 추정함으로써 더욱 정확한 충전 소요 시간 추정이 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 충전 소요 시간 추정 방법 및 이를 이용한 예약 충전 방법은, 예약 충전을 통해 차량의 배터리를 충전하는 경우에 설정한 출발 시간 이전에 배터리가 완충되지 못하는 문제를 개선할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시형태에 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.
10: 차량 탑재 충전기(OBC) 11: PFC 회로
12: 직류-직류 컨버터 13: 컨트롤러
20: 외부 전력 공급 장치 30: 배터리

Claims (13)

  1. 외부 전력 공급 장치에서 차량 탑재 충전기로 입력되는 입력 전압을 검출하고, 입력 전류를 추정하는 단계;
    상기 검출된 입력 전압 및 상기 입력 전류를 기반으로 충전 전압 마진값을 결정하는 단계; 및
    상기 검출된 입력 전압에 상기 충전 전압 마진값을 적용하여 충전 설정 전압을 결정하고, 상기 충전 설정 전압과 상기 추정된 입력 전류 및 배터리의 충전 요구량을 기반으로 충전 소요 시간을 산출하는 단계;
    를 포함하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 입력단에 션트 연결된 커패시터의 양단 전압을 상기 입력 전압으로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 전력 변환 동작이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 차량 탑재 충전기의 입력 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 외부 전력 공급 장치에서 상기 차량 탑재 충전기로 제공되는 컨트롤 파일럿 신호의 듀티를 기반으로 상기 입력 전류를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 검출된 입력 전압 및 상기 추정된 입력 전류를 기반으로 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류를 판단하고, 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 서로 다른 충전 전압 마진값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 사전 저장된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치 별 충전 전압 마진값을 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 판단된 외부 전력 공급 장치가 가정용 전력 공급 장치인 경우, 상기 검출된 입력 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 큰 경우 사전 저장된 상기 가정용 전력 공급 장치에 대한 충전 전압 마진값을 선택하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 작은 경우 상기 차량 탑재 충전기의 최소 충전 전압을 상기 충전 설정 전압으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 사전 설정된 기준 전압보다 작은 경우 사전 설정된 시간이 경과한 후 상기 입력 전압을 재검출하고 상기 재검출한 입력 전압을 상기 기준 전압과 비교하는 단계를 더 포함하며,
    상기 재검출한 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 큰 경우 상기 사전 저장된 상기 가정용 전력 공급 장치에 대한 충전 전압 마진값을 선택하는 단계를 실행하고, 상기 재검출한 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 작은 경우 상기 차량 탑재 충전기의 최소 충전 전압을 상기 충전 설정 전압으로 결정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 차량의 충전 소요 시간 예측 방법.
  9. 차량의 출발 시각 및 시간 대별 전기 요금 정보를 입력 받는 단계;
    외부 전력 공급 장치의 커넥터를 상기 차량의 충전구에 연결하는 단계; 및
    상기 청구항 1의 차량의 충전 소요 시간 예측 방법에 의해 산출된 충전 소요 시간과 상기 출발 시각 및 상기 전기 요금 정보를 기반으로 충전 개시 시각을 결정하는 단계;
    를 포함하는 차량의 예약 충전 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 차량 탑재 충전기의 전력 변환 동작이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 차량 탑재 충전기의 입력 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 예약 충전 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 외부 전력 공급 장치에서 상기 차량 탑재 충전기로 제공되는 컨트롤 파일럿 신호의 듀티를 기반으로 상기 입력 전류를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 예약 충전 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 검출된 입력 전압 및 상기 추정된 입력 전류를 기반으로 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류를 판단하고, 상기 판단된 전력 공급 국가 또는 외부 전력 공급 장치의 종류에 따라 서로 다른 충전 전압 마진값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 예약 충전 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 결정된 충전 개시 시간에 상기 차량 탑재 충전기가 웨이크업 되어 상기 외부 전력 공급 장치에서 입력되는 전력을 변환하여 상기 배터리로 제공하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 예약 충전 방법.
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