KR20190023388A - 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

전기 자동차의 충전 시 배터리의 상태에 따라 충전 모드를 제어하여, 대용량 배터리의 특정 셀 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되어 안전성 및 셀 수명이 감소하는 것을 방지하도록 한 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 대용량 배터리 팩에 내장된 복수의 배터리 모듈의 셀의 상태를 확인하여, 이상 셀이 검출되면 배터리 보호를 위해 배터리 충전 모드를 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 관리 시스템(BMS) 및 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하는 충전 장치를 포함하여, 전기 자동차의 충전 제어장치를 구현한다.

Description

전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법{Charging control device of electric vehicle and method thereof}
본 발명은 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 전기 자동차의 충전 시 배터리의 상태에 따라 충전 모드를 제어하여, 대용량 배터리의 특정 셀 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되어 안전성 및 셀 수명이 감소하는 것을 방지하도록 한 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 순수 전기 자동차, 주행거리 확장형 전기 자동차 혹은 하이브리드 전기 자동차와 같은 친환경 자동차는 배터리를 이용하여 차량을 구동시킨다.
배터리의 전기 에너지는 차량 바퀴(Drive wheels)에 구름력을 전달하는 구동용 모터(Motor)에 전력을 공급하는 인버터(Inverter)에 공급이 되고, 에너지가 남는 경우 고전압 배터리를 충전하게 된다. 반대로 엔진 발전기에서 생성되는 전기에너지가 구동용 모터가 필요로 하는 에너지보다 작은 경우 부족한 전기에너지는 배터리로부터 공급하게 된다. 고전압 배터리에 전기에너지가 공급되는 경우 배터리의 충전율(SOC; State of Charging)이 상승하게 되고, 반대로 배터리에서 전기에너지가 빠져나가는 경우 배터리의 충전율은 하락하게 된다.
이러한 전기 자동차는 고전압 배터리로 대용량 배터리 팩이 마련되며, 대용량 배터리 팩에는 다수의 배터리 모듈이 연결되어 있다. 여기서 다수의 배터리 모듈은 배터리 셀을 직/병렬로 연결하여 구성된다. 고전압 배터리의 충전 효율은 결과적으로 전기 자동차의 운행 가능 거리에 직결되므로, 고전압 배터리의 충전율을 높이는 것은 전기 자동차에서 매우 중요한 부분 중 하나이다.
전기 자동차에서 고전압 배터리의 충전율을 높이기 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 리튬-이온(Li-ion) 배터리로 이루어진 저전압 배터리의 충전 상태(SOC)를 검출하는 단계, 검출한 저전압 배터리의 충전 상태와 저전압 전력변환기(Low DC-DC Converter)를 제어하기 위해 미리 설정된 기준 값(ref)을 비교하는 단계, 상기 비교 결과에 따라 전력변환기의 구동을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하여, 친환경 자동차의 전력변환 제어방법을 구현한다.
이러한 구성을 통해, 저전압용 배터리를 리튬-이온(Li-ion) 배터리로 대체하여 충·방전 효율을 개선하고, 상기 리튬-이온 배터리의 충전 상태를 실시간 감시하여 일정 수준 이상이면 전력변환기(DC-DC converter)를 오프시켜 전력변환에 따른 손실을 줄여 에너지 효율 향상을 도모한다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 복수의 배터리 셀을 포함하는 제1 배터리 모듈과 연결되고, 차량의 시동이 온(on) 되면, 제1 배터리 모듈의 전력을 소비하는 제1 조정 회로, 상기 제1 배터리 모듈과 연결되고, 상기 차량의 시동이 오프(off)된 경우 상기 제1 배터리 모듈의 전력을 소비하는 제2 조정 회로, 제2 배터리 모듈과 연결되어 상기 제2 배터리 모듈로부터 전력을 공급받는 전원 회로 및 상기 전원 회로에 연결되어 상기 제2 배터리 모듈에서 상기 전원 회로로 공급된 전력만큼의 제1 배터리 모듈의 전력을 상기 제1 조정 회로를 통해 소모시키는 제어부를 포함하여 전압 균일화 장치를 구현한다.
이러한 구성을 통해, 차량의 시동 온/오프 여부에 따라 배터리 모듈에서 공급하는 전력의 양을 다르게 조정하여 복수의 배터리 모듈 간 전압을 균일화하게 된다.
또한, <특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 웨이크-업 전원 라인의 진단을 요청하는 진단 요청 메시지를 단말로부터 수신하는 단계, 웨이크-업 전원 라인을 통해 BMS에 전원을 공급하는 단계, 웨이크-업 전원 라인을 통해 공급되는 전원의 전압을 측정하는 단계, 옥스를 통해 공급되는 전원의 전압 정보를 획득하는 단계, 및 웨이크-업 전원 라인을 통해 공급되는 전원의 전압과 옥스를 통해 공급되는 전원의 전압을 비교하는 단계를 포함한다.
이러한 구성을 통해, 전기 자동차에 포함된 배터리 팩의 상태를 진단하고, 배터리 팩을 효율적으로 관리한다.
대한민국 공개특허 10-2017-0025605(2017.03.08. 공개)(친환경 자동차의 전력변환 제어방법) 대한민국 공개특허 10-2017-0070557(2017.06.22. 공개)(전압 균일화 장치 및 방법) 대한민국 공개특허 10-2017-0035229(2017.03.30. 공개)(배터리 진단 장치 및 방법)
그러나 상기와 같은 종래기술은 고전압 배터리인 대용량 배터리 팩 충전 중에 내부의 일부 배터리 모듈 또는 셀 문제(Fuse melting, Open circuit 등)로 인해 단선될 경우, 고전력 충전 에너지가 주변 모듈 또는 셀로 급격히 전도되어, 셀의 수명을 감소하거나 과충전에 의해 덴드라이트(Dendrite) 생성으로 발화를 유발하는 문제점을 발생하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 전기 자동차에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 전기 자동차의 충전 시 배터리의 상태에 따라 충전 모드를 제어하여, 대용량 배터리의 특정 셀 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되어 안전성 및 셀 수명이 감소하는 것을 방지하도록 한 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어장치는 내장된 복수의 배터리 모듈의 셀의 상태를 확인하여, 이상 셀이 검출되면 배터리 보호를 위해 배터리 충전 모드를 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 관리 시스템(BMS); 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하는 충전 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 배터리 관리 시스템은 내장된 복수의 배터리 모듈의 각각의 셀의 전압을 검출하여 배터리 상태를 확인하는 배터리 상태 확인부; 상기 배터리 상태 확인부에서 확인한 배터리 상태 값이 정상적이면 일반 충전 모드로 배터리 충전 모드를 결정하고, 상기 확인한 배터리 상태 값이 비정상적이면 보호 충전 모드를 결정하고 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 충전모드 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 충전장치는 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경되고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전류 충전모드(Constant Current)에서 고정 전압 충전모드(Constant Voltage)로 변경하여 배터리를 충전하는 완속충전장치; 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 충전 모드가 보호 충전 모드로 결정되고 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하고, 연동하는 외부 충전기에 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전달하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 충전제어장치 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어방법은 (a) 충전 시 대용량 배터리를 이루는 배터리 모듈 내의 각각의 셀의 상태를 확인하는 단계; (b) 상기 각각의 셀 중 이상이 발생한 셀이 존재하면, 충전 모드를 일반 충전 모드에서 보호 충전 모드로 변경하는 단계; (c) 상기 보호 충전 모드로 변경한 상태에서, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀을 감시하여, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀이 감지되면 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하는 단계; (d) 상기 산출한 목표 배터리 팩 전압 값을 충전 장치로 전송하여 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하도록 하여, 배터리 셀의 수명을 보호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계의 충전 장치는 완속충전장치(OBC) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)를 포함하고, 상기 충전제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값이 수신되면 외부 충전기로 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전송하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전기 자동차에서 충전 시 배터리의 상태에 따라 충전 모드를 제어하여, 대용량 배터리의 특정 셀 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되는 것을 방지함으로써, 안전성 및 셀 수명이 감소하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 특정 셀의 이상 시에도 정상적인 배터리 셀들의 용량을 최대로 충전할 수 있어, 전기 자동차의 운행 가능 거리를 최대화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어방법은 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 제어장치의 블록 구성도로서, 배터리 관리 시스템(BMS)(10), 완속충전장치(OBC)(20) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)(30)로 이루어진 충전장치(40) 및 외부 충전기(50)를 포함한다.
여기서 배터리 관리 시스템(10)과 상기 충전장치(40)와 캔 버스(CAN bus)를 통해 접속되고, 상기 충전제어장치(30)와 외부 충전기(40)는 PLC 또는 WLAN에 의해 접속된다.
상기 배터리 관리 시스템(10)은 내장된 복수의 배터리 모듈의 셀의 상태를 확인하여, 이상 셀이 검출되면 배터리 보호를 위해 배터리 충전 모드를 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 충전장치(40)로 출력하는 역할을 한다.
이러한 배터리 관리 시스템(10)은 내장된 복수의 배터리 모듈의 각각의 셀의 전압을 검출하여 배터리 상태를 확인하는 배터리 상태 확인부(11), 상기 배터리 상태 확인부(11)에서 확인한 배터리 상태 값이 정상적이면 일반 충전 모드로 배터리 충전 모드를 결정하고, 상기 확인한 배터리 상태 값이 비정상적이면 보호 충전 모드로 결정하고 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 충전모드 관리부(12)를 포함한다.
또한, 상기 충전장치(40)는 상기 배터리 관리 시스템(10)과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경되고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하는 역할을 한다.
이러한 충전장치(40)는 상기 배터리 관리 시스템(10)과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경되고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전류 충전모드(Constant Current)에서 고정 전압 충전모드(Constant Voltage)로 변경하여 배터리를 충전하는 완속충전장치(OBC)(20), 상기 배터리 관리 시스템(10)과 연동하여 충전 모드가 보호 충전 모드로 결정되고 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하고, 연동하는 외부 충전기(50)에 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전달하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 충전제어장치(30) 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 대용량 배터리 팩인 고전압 배터리의 충전 시 외부 충전기(50)와 충전 장치(40)를 PLC 또는 WLAN과 같은 네트워크로 연결하고, 충전장치(40)와 배터리 관리 시스템(10) 간에 연동을 통해 고전압 배터리인 대용량 배터리 팩을 충전한다.
여기서 대용량 배터리 팩은 다수의 배터리 모듈이 내장되며, 각각의 배터리 모듈은 다수의 셀들로 이루어진다.
여기서 초기 충전 모드는 고정 전류 충전 모드(Constant Current)인 일반 충전 모드를 이용하여 고전류로 충전을 하게 된다.
대용량 배터리 팩의 충전이 시작되면, 배터리 관리 시스템(10) 내의 배터리 상태 확인부(11)는 배터리 모듈 내의 각각의 셀의 상태를 확인한다. 여기서 각각의 셀의 상태를 확인하는 방법은 셀의 전압 산포도를 추출하고, 이를 기준 전압 산포도와 비교하여 기준 전압 산포도의 범위를 벗어나는 셀이 존재하는지를 확인한다. 여기서 산포도란 평균값과의 차이 정도를 의미한다.
상기 각각의 셀의 상태를 확인한 결과, 기준 전압 산포도의 범위를 벗어나는 셀이 존재하면 해당 셀을 이상 셀로 판단하고, 배터리 충전 모드 관리부(12)에 이를 알린다.
상기 배터리 충전 모드 관리부(12)는 이상 셀이 검출되면 충전 모드를 일반 충전 모드에서 보호 충전 모드로 변경한다. 여기서 보호 충전 모드는 충전 시 배터리 셀을 보호하기 위한 고전류 충전을 중단하는 충전 모드를 의미한다.
상기 보호 충전 모드가 활성화되면, 배터리 충전 모드 관리부(12)는 상기 배터리 상태 확인부(11)를 통해 각각의 셀의 전압 값을 검출하여, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀이 존재하는지를 지속적으로 검출한다. 상기 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀의 존재 유무를 검출하는 도중에, 특정 셀 전압이 제한 전압 값에 도달하면, 목표 배터리 팩 전압 값(최저 셀 전압 × 직렬 연결수)을 산출한다.
여기서 목표 배터리 팩 전압 값은 특정 셀이 제한 전압 값에 도달하는 시점에 모든 셀의 전압 중 가장 낮은 전압을 이용하여 전체 팩 전압을 산정한 것이다. 산정한 목표 배터리 팩 전압 값은 충전장치(40) 내의 완속 충전장치(OBC)(20) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)(30)로 전달한다.
상기 충전장치(40) 내의 완속 충전장치(20)는 목표 배터리 팩 전압 값이 수신되면, 고정 전류 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경하여 배터리 셀의 수명을 보호하고, 정상 동작중인 셀들의 충전량은 최대로 충전되도록 한다.
마찬가지로, 충전 제어장치(30)도 충전 모드를 고전 전압 충전 모드로 변경한다. 여기서 충전 제어장치(30)는 AC 충전을 제어하는 충전 제어장치(EVCC) 또는 DC 충전을 제어하는 충전 제어장치(PLC 유닛)가 별도로 마련되거나, 함께 구현될 수 있다. AC 충전을 제어하는 충전 제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값을 수신하면 상기 완속 충전장치(20)와 동일하게 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경하여 배터리 셀의 수명을 보호함과 동시에 정상 동작 중인 셀들의 충전량을 최대화한다. 이와는 달리 DC 충전을 제어하는 충전 제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값을 수신하면, 외부 충전기(50)로 고전류 충전을 중지하는 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전달하여, 배터리 셀의 수명을 보호하고, 정상 동작 중인 셀들의 충전량을 최대화하게 된다.
이러한 본 발명에 따르면 대용량 배터리 팩의 특정 셀의 이상이 발생하면, 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경함으로써, 특정 셀의 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되어 안전성 및 셀 수명이 감소하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 특정 셀의 이상 시에도 정상적인 배터리 셀들의 용량을 최대로 충전할 수 있어, 전기 자동차의 운행 가능 거리를 최대화할 수 있게 되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어방법을 보인 흐름도로서, (a) 배터리 관리 시스템(10)에서 대용량 배터리 팩의 충전 시 대용량 배터리를 이루는 배터리 모듈 내의 각각의 셀의 상태를 확인하는 단계(S11), (b) 상기 각각의 셀 중 이상이 발생한 셀이 존재하면, 충전 모드를 일반 충전 모드에서 보호 충전 모드로 변경하고, 셀 이상이 발생하지 않으면 일반 충전 모드를 유지하는 단계(S12 ~ S14), (c) 상기 보호 충전 모드로 변경한 상태에서, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀을 감시하여, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀이 감지되면 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하는 단계(S15 ~ S17), (d) 상기 산출한 목표 배터리 팩 전압 값을 충전 장치(40)로 전송하여 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하도록 하여, 배터리 셀의 수명을 보호하는 단계(S18 ~ S19)를 포함한다.
상기 (d)단계의 충전 장치는 완속 충전장치(OBC) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)를 포함하고, 상기 충전제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값이 수신되면 외부 충전기로 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전송하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S11에서 대용량 배터리 팩인 고전압 배터리의 충전 시 외부 충전기(50)와 충전 장치(40)를 PLC 또는 WLAN과 같은 네트워크로 연결하고, 충전장치(40)와 배터리 관리 시스템(10) 간에 연동을 통해 고전압 배터리인 대용량 배터리 팩을 충전한다. 여기서 대용량 배터리 팩은 다수의 배터리 모듈이 내장되며, 각각의 배터리 모듈은 다수의 셀로 이루어진다. 초기 충전 모드는 고정 전류 충전 모드(Constant Current)인 일반 충전 모드를 이용하여 고전류로 충전을 하게 된다.
대용량 배터리 팩의 충전이 시작되면, 단계 S11에서 배터리 관리 시스템(10) 내의 배터리 상태 확인부(11)는 배터리 모듈 내의 각각의 셀의 상태를 확인한다. 여기서 각각의 셀의 상태를 확인하는 방법은 셀의 전압 산포도를 추출하고, 이를 기준 전압 산포도와 비교하여 기준 전압 산포도의 범위를 벗어나는 셀이 존재하는지를 확인한다. 여기서 산포도란 평균값과의 차이 정도를 의미한다.
이어, 단계 S12에서 상기 각각의 셀의 상태를 확인한 결과, 셀이 정상적이면 단계 S13으로 이동하여 현재 충전 모드인 일반 충전 모드를 유지하고, 이와는 달리 기준 전압 산포도의 범위를 벗어나는 셀이 존재하면 해당 셀을 이상 셀로 판단하고, 배터리 충전 모드 관리부(12)에 이를 알린다.
상기 배터리 충전 모드 관리부(12)는 단계 S14에서 이상 셀이 검출되면 충전 모드를 일반 충전 모드에서 보호 충전 모드로 변경한다. 여기서 보호 충전 모드는 충전 시 배터리 셀을 보호하기 위한 고전류 충전을 중단하는 충전 모드를 의미한다.
상기 보호 충전 모드가 활성화되면, 배터리 충전 모드 관리부(12)는 단계 S15에서 상기 배터리 상태 확인부(11)를 통해 각각의 셀의 전압 값을 검출하여, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀이 존재하는지를 지속적으로 검출한다. 상기 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀의 존재 유무를 검출하는 도중에, 단계 S16과 같이 특정 셀 전압이 제한 전압 값에 도달하면, 단계 S17로 이동하여 목표 배터리 팩 전압 값(최저 셀 전압 × 직렬 연결 수)을 산출한다.
여기서 목표 배터리 팩 전압 값은 특정 셀이 제한 전압 값에 도달하는 시점에 모든 셀의 전압 중 가장 낮은 전압을 이용하여 전체 팩 전압을 산정한 것이다.
다음으로, 단계 S18에서 산정한 목표 배터리 팩 전압 값을 충전장치(40) 내의 완속 충전장치(OBC)(20) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)(30)로 전달한다.
상기 충전장치(40) 내의 완속 충전장치(20)는 단계 S19에서 목표 배터리 팩 전압 값이 수신되면, 고정 전류 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경하여 배터리 셀의 수명을 보호하고, 정상 동작중인 셀들의 충전량은 최대로 충전되도록 한다. 마찬가지로, 충전 제어장치(30)도 충전 모드를 고전 전압 충전 모드로 변경한다. 여기서 충전 제어장치(30)는 AC 충전을 제어하는 충전 제어장치(EVCC) 또는 DC 충전을 제어하는 충전 제어장치(PLC 유닛)가 별도로 마련되거나, 함께 구현될 수 있다. AC 충전을 제어하는 충전 제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값을 수신하면 상기 완속 충전장치(20)와 동일하게 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경하여 배터리 셀의 수명을 보호함과 동시에 정상 동작 중인 셀들의 충전량을 최대화한다. 이와는 달리 DC 충전을 제어하는 충전 제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값을 수신하면, 외부 충전기(50)로 고전류 충전을 중지하는 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전달하여, 배터리 셀의 수명을 보호하고, 정상 동작 중인 셀들의 충전량을 최대화하게 된다.
이러한 본 발명에 따르면 대용량 배터리 팩의 특정 셀의 이상이 발생하면, 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 즉시 변경함으로써, 특정 셀의 이상으로 인해 주변 셀들에 고전류가 인가되어 안전성 및 셀 수명이 감소하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 특정 셀의 이상 시에도 정상적인 배터리 셀들의 용량을 최대로 충전할 수 있어, 전기 자동차의 운행 가능 거리를 최대화할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명은 전기 자동차에서 고전압 배터리의 대용량 배터리 팩에 내장되는 배터리 모듈 중 특정 셀의 이상 시 충전 모드의 변경을 통해 셀의 수명을 보호하는 기술에 적용된다.
10: 배터리 관리 시스템 11: 배터리 상태 확인부
12: 배터리 충전 모드 관리부 20: 완속 충전장치
30: 충전 제어장치 40: 충전장치
50: 외부 충전기

Claims (5)

  1. 전기 자동차의 충전을 제어하는 장치로서,
    대용량 배터리 팩에 내장된 복수의 배터리 모듈의 셀의 상태를 확인하여, 이상 셀이 검출되면 배터리 보호를 위해 배터리 충전 모드를 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및
    상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경하고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하는 충전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 제어장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 배터리 관리 시스템은 내장된 복수의 배터리 모듈의 각각의 셀의 전압을 검출하여 배터리 상태를 확인하는 배터리 상태 확인부; 상기 배터리 상태 확인부에서 확인한 배터리 상태 값이 정상적이면 일반 충전 모드로 배터리 충전 모드를 결정하고, 상기 확인한 배터리 상태 값이 비정상적이면 보호 충전 모드를 결정하고 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하여 출력하는 배터리 충전모드 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 제어장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 충전장치는 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 배터리 충전 모드가 보호 충전 모드로 변경되고, 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전류 충전모드(Constant Current)에서 고정 전압 충전모드(Constant Voltage)로 변경하여 배터리를 충전하는 완속충전장치; 상기 배터리 관리 시스템과 연동하여 충전 모드가 보호 충전 모드로 결정되고 목표 배터리 팩 전압 값이 전달되면 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하여 배터리를 충전하고, 연동하는 외부 충전기에 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전달하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 충전제어장치 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 제어장치.
  4. 전기 자동차의 충전을 제어하는 방법으로서,
    (a) 배터리 관리 시스템에서 충전 시 대용량 배터리를 이루는 배터리 모듈 내의 각각의 셀의 상태를 확인하는 단계;
    (b) 상기 각각의 셀 중 이상이 발생한 셀이 존재하면, 충전 모드를 일반 충전 모드에서 보호 충전 모드로 변경하는 단계;
    (c) 상기 보호 충전 모드로 변경한 상태에서, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀을 감시하여, 고전류 충전 제한 값에 도달하는 셀이 감지되면 목표 배터리 팩 전압 값을 산출하는 단계;
    (d) 상기 산출한 목표 배터리 팩 전압 값을 충전 장치로 전송하여 충전 모드를 고정 전압 충전 모드로 변경하도록 하여, 배터리 셀의 수명을 보호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 제어방법.
  5. 청구항 4에서, 상기 (d)단계의 충전 장치는 완속 충전장치(OBC) 또는 충전제어장치(EVCC, PLC 유닛)를 포함하고, 상기 충전제어장치는 목표 배터리 팩 전압 값이 수신되면 외부 충전기로 고전류 충전 중지 메시지 또는 최대 충전가능 전류 메시지를 전송하여 배터리 셀의 수명을 보호하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 제어방법.








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