KR20190001421A - 충방전을 제어하는 전기자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 VCU와 BMS에서 배터리팩의 사용사이클별로 최적의 충전량(SOC, State of Charge)을 산출하여 충전기에 정보를 전송하고, BMS는 셀의 상태별로 충전량을 조절하고 VCU는 셀의 상태에 따라 DOD를 조절하도록 구현된다.

Description

충방전을 제어하는 전기자동차{Electronic Vehicle controlling SoC and DOD}
본 발명은 배터리팩 내부 리튬이온셀의 수명을 연장하기 위해 충전, 방전을 제어하는 방법에 관한 것이다.
전기자동차 등에 사용되는 리튬 이차 전지는 고에너지 밀도와 단시간에 고출력을 발휘할 수 있는 특성을 가져야 함과 아울러 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차 전지보다 월등히 우수한 출력 특성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다.
기존에는 전기자동차에서 사용되는 리튬 BATTERY PACK 내부 CELL 상태에 관계없이 동일한 충전량으로 충전을 하여 배터리팩의 수명연장을 위한 최적 상태의 관리가 어려웠다.
동일한 충전량이란 충전전압, 충전전류 및 충전시간이 항상 동일한 커브로 출력되는 것을 의미한다. 셀의 상태를 고려하지 않은 채 동일한 충전을 수행할 경우 또한 셀의 상태를 고려하지 않은 채 동일한 사용조건으로 차량 주행을 하는 경우 셀의 수명이 단축될 수 있는 문제가 있다.
KR 10-2017-0054764 A
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 배터리팩의 충전 싸이클 및 배터리팩 내부 리튬이온셀의 상태(SOH)를 체크하여 상태별로 배터리의 사용가능 전력량을 제어하고, 또한 차량주행(DOD)을 제어함으로써 배터리팩의 수명을 연장하고자 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 충방전을 제어하는 전기자동차는 적어도 하나의 셀(Cell)이 병렬로 연결된 배터리팩; 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하고, 저장된 충전 싸이클 횟수 및 상기 배터리팩을 구성하는 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH, State of Health)를 실시간으로 모니터링하여 예상수명을 예측하고, 그에 따라 상기 배터리팩의 충전량(SOC, State of Charge)을 설정하는 BMS(Battery Management System); 상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 충전량을 기초로 충전기에서 상기 배터리팩을 충전하도록 제어하고, 또한 상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 예상수명을 기초로 상기 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 BMS는 병렬로 연결된 상기 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 경사도를 기초로 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 BMS는 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값 이하인 경우, 상기 배터리팩을 제 1 충전량까지 충전하여 상기 충전기의 수명을 연장하고, 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 제 1 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리팩의 충전량을 제 1 충전량을 10% 이상 초과하도록 충전을 수행하여 주행거리를 보상하며, 이 경우 상기 제 1 충전량은 상기 배터리팩의 최대충전량보다 작은 값인 것을 특징으로 한다. 제 1 기준값은 최대충전량의 70%로 설정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 배터리팩의 사용사이클을 저장하고, 사용횟수 별로 최적 충전량으로 충전을 수행하여 셀(cell) 수명을 확보할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 VCU와 BMS에서 배터리팩의 사용사이클별로 최적의 충전량(SOC, State of Charge)을 산출하여 충전기에 정보를 전송하고, BMS는 셀의 상태별로 충전량을 조절하고 VCU는 셀의 상태에 따라 DOD를 조절하도록 구현된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, BMS는 배터리팩 내부 리튬이온셀의 현상태와 예상수명을 실시간으로 파악하고, 셀 상태(SOH)를 체크하여 상태별로 배터리의 사용가능 전력량을 제한하도록 구현된다.
CELL 의 사용이 정상적이고, 관리상태가 좋은상태에서는 CELL 수명 한계영역 (해당 CYCLE 구간) 을 정확히 파악하여 SOC%량을 늘려서 '조기방전 (초기대비 40%이상 급격한 방전)' 에 대한 불편함을 줄이는 제어를 수행한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 충방전을 제어하는 전기자동차(100)의 내부 구성도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 25도씨 온도조건 하에서 충전량(SoC)과 사용가능 전력량(DOD)의 변경에 따라 배터리의 수명변화를 도시한다.
도 3 내지 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 배터리팩의 충전량을 적응적으로 조절하는 일 실시예를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, VCU에서 배터리팩의 충전 싸이클 횟수, 배터리팩을 구성하는 적어도 하나의 셀의 상태를 기초로 DOD를 제어하는 일 실시예를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 전기자동차에서 충방전을 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 충방전을 제어하는 전기자동차(100)의 내부 구성도를 도시한다.
전기자동차(100)는 배터리팩(110), BMS(Battery Management System)(120), VCU(Vehicle Control Unit)(140) 및 충전기(150)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 전기자동차(100)는 배터리팩(110) 내부 리튬이온셀의 상태(SOH, State of Health)와 배터리팩(110)의 사용 싸이클 회수를 기초로 배터리팩(110)의 유효수명구간을 연장시키도록 구동되는 특징이 있다.
전기자동차(110)는 배터리팩(110) 내부 리튬이온셀의 상태(SOH, State of Health)를 실시간으로 파악하고, 또한 배터리팩(110)의 충전 싸이클 회수를 기초로 배터리팩(110)의 수명연장을 확보하는 것을 특징으로 한다.
배터리팩(110)은 적어도 하나의 셀(Cell)(111~116)이 병렬로 연결되어 있다. 셀은 배터리 팩의 전력원을 형성하는 부품으로 원통형 전지형태 혹은 파우치, 각형타입일 수 있다. 또한 일 실시예로서, 리튬이온 셀을 이용할 수 있다. 리튬 이온 셀은 특정 점도 및 이온 전도도 범위에 속하는 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로서 음극의 저항 특성이 개선되고 충전 심도가 높은 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 셀은 1kW의 용량을 가진 모듈일 수 있고, 도 1 을 참고하면 6개의 셀이 병렬방식으로 연결되어 총 6KW의 배터리팩(110)의 용량을 형성할 수 있다.
BMS(120)는 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하고, 저장된 충전 싸이클 횟수 및 배터리팩(110)을 구성하는 상기 적어도 하나의 셀(111~116)의 상태를 실시간으로 모니터링하여 예상수명을 예측하고, 그에 따라 배터리팩(110)의 충전량(SOC, State of Charge)을 설정할 수 있다. 이에 대해서는 도 3 내지 5의 실시예를 참고할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 BMS(120)는 1분 단위로 배터리팩의 충전량을 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, BMS(120)에서 설정한 충전량에 도달할 경우 VCU(140)에 충전 OFF 요청하여 Relay를 오픈할 수 있다. 또한, VCU(140)에서 충전기(150)에서 BMS(120)에서 설정한 배터리팩의 충전량에 도달하면 BMS(120)에 릴레이를 오픈하여 충전을 완료시키도록 제어신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, BMS(120)에서 배터리팩의 충전 싸이클 횟수에 따라 충전량을 조절할 수 있다. BMS(120)는 셀(111~116)의 사용량이 얼마되지 않은 상태에서는, 예를 들어 1000 CYCLE 미만, 충전량을 70%로 설정하여 수명을 최대한 확보할 수 있다. BMS(120)는 셀(111~116)을 오래 사용한 경우, 예를 들어 3000 CYCLE 이상, 충전량을 80%로 설정하여 주행거리를 보상할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, BMS(120)에서 셀(111~116)의 상태(SoH)에 따라 충전량을 조절할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 내지 5를 참고한다.
BMS(120)는 셀상태판단부(130), 주요정보저장부(122) 및 통신부(124)를 포함한다. 셀상태판단부(130)는 셀의 상태(SOH, State of Health)를 실시간으로 모니터링하여 예상수명을 예측할 수 있다. 셀상태판단부(130)는 각각의 셀(111~116)의 상태를 판단하는 판단부(131~136)를 포함할 수 있다. 각각의 판단부(131~136)는 일 예로서, 각 셀에 연결된 저항값 등을 측정하여 각 셀의 상태를 판단할 수 있다.
셀상태판단부(130)는 또한 적어도 하나의 셀(111~116)이 병렬로 연결된 배터리팩(110)에 걸리는 전압곡선(도 3, 310 참고)을 기초로 배터리팩(110)의 상태를 파악할 수 있다.
셀상태판단부(130)는 배터리팩(110)에 걸리는 전압곡선의 기울기를 기초로 배터리팩(110)의 유효수명구간 내지 예상수명을 예측할 수 있다. 본 발명에서 예상수명은 배터리팩(110)을 사용할 수 있는 기간을 의미하며, 유효수명구간은 예상수명 구간 중 배터리팩(110)에 걸리는 전압곡선의 기울기가 기설정된 값 이상인 구간을 의미한다.
셀상태판단부(130)에서는 적어도 하나의 셀(111~116)의 상태가 좋은지, 급격하게 악화되거나 오래된 경우인지 등을 판단할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 셀상태판단부(130)에서 실시간으로 판단한 적어도 하나의 셀(111~116)의 상태에 따라 충전량을 상이하게 설정할 수 있다.
주요정보저장부(122)는 셀상태판단부(130)에서 실시간으로 적어도 하나의 셀(111~116)을 모니터링하는 과정에서 발생하는 정보를 저장한다. 정보의 예로는 온도, 충전량(SoC, State of Charge), 사용량(DoD, Depth of Discharge,심방전도) 등이 있다.
통신부(124)는 충전기(150) 및 VCU(140)와 통신을 수행한다.
충전기(150)는 전기자동차(100) 내부에 위치하며, VCU(140)와 BMS(120)와의 통신을 통해 적어도 하나의 셀(111~116)의 상태 및 배터리팩(110)의 예상수명에 따라 충전을 수행한다.
VCU(140)는 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 충전량을 기초로 충전기에서 상기 배터리팩을 충전하도록 제어하고, 또한 BMS(120)로부터 수신한 배터리팩(110)의 예상수명을 기초로 배터리팩(110)의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어하도록 구현된다. VCU(140)에서 배터리팩(110)의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어하는 일 예는 도 6을 참고한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 25도씨 온도조건 하에서 충전량(SoC)과 사용가능 전력량(DOD)의 변경에 따라 배터리의 수명변화를 도시한다.
도 2에서 SOC 90% , DOD 100% 일 때 배터리팩을 1500Cycles 까지 사용이 가능하다고 하면(210), SOC를 10% 하향조정하여 SOC 80% , DOD 100% 일 때 배터리팩을 3000Cycles 까지 사용이 가능하다(220). 또한, SOC를 추가로 10%하향조정하고, DOD를 10% 하향조정하여 SOC 70% , DOD 90% 일 때 배터리팩을 4500Cycles 까지 사용이 가능하다. 도 2 의 일 실시예와 같이 이론적으로 SOC를 10% 하향 조절할 때 이론적으로 최대 50% 정도까지 배터리팩의 수명확보가 가능함을 알 수 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 배터리팩의 충전량을 적응적으로 조절하는 일 실시예를 도시한다.
도 3 의 일 실시예는 배터리의 충전 싸이클 횟수를 기초로 유효수명구간(320)을 설정한 일 예를 도시한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 일반적으로 배터리의 충전 싸이클 횟수가 3000 Cycle 인 경우 셀 상태 및 수명 상태를 나타내는 그래프(310)의 기울기가 급감한다. 이 경우, BMS는 유효수명구간(320)을 배터리의 충전 싸이클 횟수가 3000 Cycle 까지로 설정할 수 있다. BMS는 배터리의 충전싸이클 횟수가 3000 Cycle이 되는 유효수명구간(320)까지는 배터리팩을 70~80%까지 충전하도록 충전량을 설정할 수 있다(311). 그리고 배터리의 충전싸이클 횟수가 3000Cycle을 초과하는 경우, 배터리팩을 80~90%까지 충전하도록 충전량을 10%정도 상향조절한다(S322).
VCU에서는 배터리의 충전싸이클 횟수가 3000Cycle을 초과하는 경우 충전기의 출력을 10% 상향조절해달라고 요청하며(S322), BMS에서는 VCU에서 요청한 충전량에 도달한 경우 VCU에 충전 OFF 요청을 하여 최적 충전을 구현할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 도 3 의 일 실시예와 같이 배터리팩의 충전 싸이클을 저장하고, 충전 싸이클의 횟수에 따라 충전량을 상이하게 설저알 수 있다. 유효수명구간(320)까지는 배터리팩의 충전량을 70~80%까지로 설정하여 배터리팩의 수명을 연장시키고, 유효수명구간(320)을 넘어서서 셀의 수명한계구간에 도달할 경우에는 충전량을 10%정도 증가(322)시켜 주행속도를 보완하도록 구현될 수 있다.
도 4의 일 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 배터리의 충전 싸이클 횟수와 셀의 상태를 모두 고려한 예를 도시한다. 도 4에서 유효수명구간(420)은 배터리의 충전 싸이클 횟수를 기초로 설정할 수 있다. 도 3 의 일 실시예와 같이 배터리의 충전 싸이클 횟수 3000 Cycle 까지를 유효수명구간(420)으로 설정할 수 있다. 그러나, 사용자의 운전 습관이나, 관리등이 잘 되어 셀의 상태 및 수명이 양호한 것으로 판단될 수 있다. 셀의 상태 및 수명은 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 기초로 결정한다.
일 예로서, 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 경사도를 기초로 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 모니터링할 수 있다. 셀의 전압 출력값(410) 곡선의 기울기가 급격히 하강하는 지점(430)까지를 셀 상태 및 수명 양호 구간으로 설정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, BMS는 유효수명구간(420)을 넘어서서도 실시간으로 모니터링하는 셀의 상태(SOH)(410)가 양호한 경우에는 충전량을 70~80%로 유지할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 유효수명구간(420) 이내에서 셀의 상태(SOH)가 좋은 경우에는 기설정된 제 1 충전량 값(Default)로 충전량을 70~80%로 설정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, BMS는 유효수명구간(420)을 넘어선 이후, 실시간으로 모니터링하는 셀의 상태(SOH)(410)가 나뻐지는 지점(430)부터는 충전량을 10% 상향시켜 80~90%로 유지하여 주행속도를 보상할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 유효수명구간(520) 이내에서 셀의 상태(SOH)가 급격히 노화되는 경우 충전량을 설정하는 일 예를 도시한다.
유효수명구간(520)은 배터리팩의 사양에 따라, 충전 방식에 따라 다양하게 설정이 가능하다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 배터리팩의 충전싸이클이 3000Cycle인 경우를 예로 든다.
도 5 를 참고하면, BMS는 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 기초로 배터리팩의 사용량을 판단하고, 또한 배터리팩을 구성하는 적어도 하나의 셀의 상태를 실시간으로 판단하여 배터리팩의 예상수명을 결정한다.
BMS에서는 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 기초로 유효수명구간(520) 이내인지를 판단하고, 셀의 상태를 실시간으로 판단하며 추가로 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값을 확인한다.
BMS는 도 5의 일 실시예와 같이 유효수명구간(520) 이내에서 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값이 급격하게 강하되는 지점(511)이 발생하면 급격한 셀의 노화 내지 배터리 팩의 급격한 수명저하가 발생하였다고 판단한다. 급격한 셀의 노화 내지 배터리 팩의 급격한 수명저하는 온도조건, DOD 조건 등이 셀 제조사의 권장범위를 벗어난 형태로 사용자가 전기자동차를 자주 사용할 경우 발생할 수 있다. 급격한 셀의 노화 내지 배터리 팩의 급격한 수명저하의 일 예는 초기충전량 대비 40%이상의 방전이 있는 경우를 들 수 있다.
이 경우 BMS는 배터리팩의 조기손상을 방지하기 위해 충전량을 제한한다. BMS에서는 셀의 상태가 좋고, 유효수명구간(520)이내에서 설정한 기본 충전값보다 10% 이상 충전량을 하향조정한다. 기본 충전값의 일 예는 70~80%이다.
도 5 를 참고하면, BMS는 유효수명구간(520) 이내에서 셀상태 및 수명이 양호한 구간에서는 충전량을 70~80%로 설정한다(521). 그러나, BMS에서는 유효수명구간(520) 이내임에도 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값이 급격하게 강하되는 지점(511)이 발생하는 지점부터 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 기울기가 완화되는 지점(512)까지 충전량을 하향조정(522)한다. 이 경우 10% 단위로 하향 조정을 시도할 수 있다.
BMS는 유효수명구간(520)을 초과하면, 주행거리를 보상하기 위하여 충전량을기본 충전값 70~80%보다 10% 이상 상향조정한다(523).
도 3 내지 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, BMS에서 배터리팩의 충전 싸이클 횟수, 배터리팩을 구성하는 적어도 하나의 셀의 상태 내지 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 변수를 하나 이상 이용하여 충전량을 적응적으로 조절하는 예시를 제시한 것으로 다양하게 변형이 가능함을 유의하여야 한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, VCU에서 배터리팩의 충전 싸이클 횟수, 배터리팩을 구성하는 적어도 하나의 셀의 상태를 기초로 DOD를 제어하는 일 실시예를 도시한다.
도 1 을 참고하면 VCU(도 1, 140)은 외부 충전기(Charging Gun)(도 1, 160)가 전기자동차에 정상적으로 인입된 회수를 카운트하여 배터리팩(도 1, 110)의 충전 싸이클 횟수를 카운트한다. 전기자동차 내부의 BMS(도 1, 120) 및 VCU(도 1, 140)는 모두 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하도록 구현된다.
VCU는 외부 충전기에서 5~30A의 전류가 10분 이상 입력될 경우 정상충전으로 간주하고, 배터리 팩의 충전 싸이클 횟수를 1회로 카운팅한다. 다만, 이 경우 충전기의 SOC가 10% 이상 상승한 경우에만 배터리 팩의 충전 싸이클 횟수를 1회로 카운팅한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, VCU는 충전시간, 충전 전류, 외부 충전신호를 모두 비교하여 비정상적인 충전시도와 정상적인 충전을 구별하도록 구현된다. 예를 들어, BMS에서 충전량을 10% 정도 상향시킬 때, BMS에서 설정한 충전량에 도달하지 못하는 경우 배터리 충전싸이클 횟수를 BMS 및 VCU에서 카운팅하지 않는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, VCU는 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값, 예를 들어 3000Cycle, 이하인 경우, 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제 1 방전량(621)까지 제어한다. 제 1 방전량(621)의 일 예는 70~80%이다.
VCU 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 제 1 기준값(620)을 초과하는 경우 적어도 하나의 셀의 상태에 따라 배터리팩의 사용가능 전력량을 상기 제 1 방전량보다 더 낮은 값으로 제어한다. 더 낮은 값의 일 예는 60%(622)이다.
마찬가지로, VCU는 적어도 하나의 셀의 상태에 따라 배터리팩의 사용가능 전력량을 순차적으로 또는 동적으로 하향조절할 수 있다(632, 642).
도 7 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 배터리팩 수명 연장을 위해 전기자동차에서 충방전을 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다.
VCU 및 BMS에서 적어도 하나의 셀(Cell)이 병렬로 연결된 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장한다(S710). VCU에서는 외부 충전설비에서 입력되는 PWM 신호가 정상적인 신호인지를 확인한다. VCU에서는 외부 충전기에서 5~30A의 전류가 10분 이상 입력될 경우 정상충전으로 간주하고, 배터리 팩의 충전 싸이클 횟수를 1회로 카운팅하며, 해당 정보를 BMS와 공유한다.
BMS는 저장된 충전 싸이클 횟수 내지 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 실시간으로 모니터링하여 배터리팩의 충전량(SOC)을 설정한다(S720). BMS에서는 셀의 상태가 좋고, 충전 싸이클 횟수가 유효수명구간 이내인 경우에는 충전량의 기본값을 70~80% SOC로 설정할 수 있다. 또한, 유효수명구간 이내에서 셀의 상태가 급격하게 노화되는 경우에는 충전량의 기본값을 10% 단위로 하향조정할 수 있다. BMS는 유효수명구간을 초과한 경우에는 배터리팩의 충전량을 10% 단위로 상향조정할 수 있다.
VCU는 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 충전량을 기초로 충전기에서 배터리팩을 충전하도록 제어한다(S730). 그리고, BMS로부터 수신한 배터리팩의 예상수명을 기초로 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어한다(S730). DOD 량을 제어하는 예는 도 6을 참고한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 셀(Cell)이 병렬로 연결된 배터리팩;
    상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하고, 저장된 충전 싸이클 횟수 및 상기 배터리팩을 구성하는 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH, State of Health)를 실시간으로 모니터링하여 예상수명을 예측하고, 그에 따라 상기 배터리팩의 충전량(SOC, State of Charge)을 설정하는 BMS(Battery Management System);
    상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 충전량을 기초로 충전기에서 상기 배터리팩을 충전하도록 제어하고, 또한 상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 예상수명을 기초로 상기 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit);를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는
    병렬로 연결된 상기 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 경사도를 기초로 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는
    상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값 이하인 경우, 상기 배터리팩을 제 1 충전량까지 충전하여 상기 배터리팩의 수명을 연장하고, 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 제 1 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리팩의 충전량을 제 1 충전량의 10% 이상 초과하도록 충전을 수행하여 주행거리를 보상하며, 이 경우 상기 제 1 충전량은 상기 배터리팩의 최대충전량보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    병렬로 연결된 상기 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값의 경사도 변화량을 기초로 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 모니터링하고, 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값 이하이나, 상기 출력 커브값의 경사도 변화량이 기설정된 값 이상으로 변화되는 경우 상기 배터리팩의 급격한 수명저하가 발생되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 BMS는
    상기 배터리팩의 급격한 수명저하가 발생되었다고 판단하면, 상기 배터리팩의 조기손상 방지를 위해 상기 배터리팩의 충전량을 기설정된 제 1 충전량보다 하향조절하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 BMS는
    상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리팩의 충전량을 기설정된 제 1 충전량보다 상향조절하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는
    상기 배터리팩의 충전량을 디폴트값으로 기설정된 제 1 충전량으로 설정하고, 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값을 초과하고 또한 병렬로 연결된 상기 적어도 하나의 셀의 전압 출력값을 나타내는 출력 커브값이 기설정된 값 이하로 떨어지는 경우, 상기 배터리팩의 수명이 한계에 도달하였다고 판단하여 상기 배터리팩의 충전량을 상기 제 1 충전량보다 상향조절하여 주행거리를 보상하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 VCU는
    상기 충전기에서 상기 BMS에서 설정한 배터리팩의 충전량에 도달하면 상기 BMS에 릴레이를 오픈하여 충전을 완료시키도록 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 VCU는
    외부 충전기(Charging Gun)가 전기자동차에 정상적으로 인입된 회수를 카운트하여 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 카운트하며, 상기 BMS 및 상기 VCU 모두 상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 정상적으로 인입된 회수는
    5 내지 30A의 전류가 10분 이상 입력되어 충전량이 10% 이상 상승한 경우를 나타내는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 VCU는
    상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 배터리팩의 유효수명구간을 표시하는 제 1 기준값 이하인 경우, 상기 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제 1 방전량까지 제어하고,
    상기 배터리팩의 충전 싸이클 횟수가 상기 제 1 기준값을 초과하는 경우 상기 적어도 하나의 셀의 상태에 따라 상기 배터리팩의 사용가능 전력량을 상기 제 1 방전량보다 더 낮은 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 충방전을 제어하는 전기자동차.
  12. 전기자동차에서 충방전을 제어하는 방법으로서,
    VCU 및 BMS에서 적어도 하나의 셀(Cell)이 병렬로 연결된 배터리팩의 충전 싸이클 횟수를 저장하는 단계;
    상기 BMS에서 저장된 충전 싸이클 횟수 내지 상기 배터리팩을 구성하는 상기 적어도 하나의 셀의 상태(SOH)를 실시간으로 모니터링하여 상기 배터리팩의 충전량(SOC)을 설정하는 단계;
    상기 VCU에서 상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 충전량을 기초로 충전기에서 상기 배터리팩을 충전하도록 제어하는 단계;
    상기 VCU에서 상기 BMS로부터 수신한 상기 배터리팩의 예상수명을 기초로 상기 배터리팩의 사용가능 전력량(DOD, Depth of Discharge)을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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