KR20210035444A - 차량용 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 관리 장치에 관한 것으로, 구체적으로 배터리의 상태를 확인하고, 상태에 따라 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있는 차량용 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리 관리 장치는 차량에 장착된 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 배터리, 상기 배터리 및 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 알터네이터, 상기 배터리의 상태 정보를 검출하는 배터리 검출부, 시동 온 시 상기 배터리의 초기 상태 정보를 이용하여 초기 충전 상태(State of Charge)를 생성하며, 상기 배터리의 전압값과 전류값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 생성하고, 시동이 오프 시 상기 배터리의 주행 상태 정보, 배터리 충전 효율 및 상기 초기 충전 상태를 이용하여 제1 충전 상태를 생성하며, 시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상이면 상기 배터리의 오프 상태 정보를 이용하여 제2 충전 상태를 생성하고, 상기 제1 충전 상태 및 상기 제2 충전 상태를 기반으로 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 배터리 제어기, 및 상기 배터리 제어기로부터 배터리 충전 효율을 제공받고, 상기 배터리 충전 효율을 기반으로 상기 알터네이터를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 차량 제어기를 포함한다.

Description

차량용 배터리 관리 장치 및 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS FOR VEHICLE AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 차량용 배터리 관리 장치에 관한 것으로, 구체적으로 배터리의 상태를 확인하고, 상태에 따라 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있는 차량용 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 차량에는 엔진의 시동 장치나, 점화장치의 전장품을 비롯해 전조등, 라디오, 공조 장치, 내비게이션, 전방 및 후방 감시 카메라 등의 많은 전기장치(즉, 전장 부하)가 구비된다. 이에 차량에는 전장 부하에 전력을 공급하는 전원으로 배터리와 알터네이터가 설치된다.
일반적으로 전장 부하에 전력을 공급하는 배터리는 저전압 배터리(예를 들어, 12V 배터리)로, 납산 배터리가 주로 사용되고 있다.
납산 배터리는 내구성이나 연비 측면에서 리튬 배터리에 비해 열등하지만, 비용적인 측면에서 상대적으로 매우 저렴하기 때문에 지금까지 배터리의 주류를 형성하고 있다.
이러한 배터리는 전조등, 에어컨 등의 전장 부하를 작동시키기 위한 보조 기능에서 연비 개선을 위한 다양한 시스템으로 활용 범위가 넓어짐에 따라 배터리의 노화 정도를 예측하기 위한 기술 개발이 필요하게 되었다.
그러나, 배터리는 적용되는 환경의 특성상 배터리의 노화 상태를 판단하기 어렵다. 즉, 배터리는 항상 부하와 연결된 상태이므로 무부하 상태가 존재하지 않고, 변화하는 부하에 의해 일정한 시간 동안 일정한 전류를 이용하여 충전되기 어려우므로 배터리의 노화 상태의 판단이 쉽지 않다.
또한, 종래의 경우에는 배터리의 상태를 주행 중에 모니터링할 수 없기 때문에 배터리의 노화 정도 및 성능 변화를 확인할 수 없어 운전자에게 시동 불능 등의 불편함을 제공하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 주행 중에 배터리의 충전 상태 및 노화 상태를 모니터링할 수 있는 차량용 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.
그리고 본 발명의 실시 예는 배터리의 노화 상태를 확인하고, 배터리의 노화 상태에 따라 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있는 차량용 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 차량에 장착된 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 배터리; 상기 배터리 및 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 알터네이터; 상기 배터리의 상태 정보를 검출하는 배터리 검출부; 시동 온 시 상기 배터리의 초기 상태 정보를 이용하여 초기 충전 상태(State of Charge)를 생성하며, 상기 배터리의 전압값과 전류값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 생성하고, 시동이 오프 시 상기 배터리의 주행 상태 정보, 배터리 충전 효율 및 상기 초기 충전 상태를 이용하여 제1 충전 상태를 생성하며, 시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상이면 상기 배터리의 오프 상태 정보를 이용하여 제2 충전 상태를 생성하고, 상기 제1 충전 상태 및 상기 제2 충전 상태를 기반으로 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 배터리 제어기; 및 상기 배터리 제어기로부터 배터리 충전 효율을 제공받고, 상기 배터리 충전 효율을 기반으로 상기 알터네이터를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 차량 제어기를 포함하는 차량용 배터리 관리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 배터리 제어기는 시동 오프 시 상기 주행 상태 정보에 포함된 전류값을 기반으로 차량이 주행하는 동안의 전류 적산값을 생성하며, 상기 전류 적산값, 상기 배터리의 충전 시간, 상기 배터리의 방전 시간, 상기 초기 충전 상태 및 배터리 용량을 이용하여 제1 충전 상태를 생성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 제어기는 시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 상기 배터리로 전류가 공급된 시간에 대해 전류를 누적한 충전 전류 적산값 및 시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 상기 배터리에서 전류가 차감된 시간에 대해 전류를 누적한 방전 전류 적산값을 생성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 제어기는 시동 오프 후 오프 시간이 설정 시간 이상이면 상기 오프 상태 정보에 포함된 상기 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 기반으로 상기 제2 충전 상태를 생성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 제어기는 상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태의 차이값이 설정값 이상이면 상기 배터리 충전 효율을 재설정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 제어기는 상기 내부저항이 초기 내부저항 대비 기준값 이상 차이나거나, 상기 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하이면 배터리 교체 알림 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리 관리 장치는 상기 배터리 교체 알림 정보를 출력하는 출력 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리 관리 장치는 상기 배터리 검출부에서 검출한 상태 정보, 상기 배터리 제어기에서 생성한 초기 충전 상태, 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 배터리 충전 효율 중 적어도 하나를 저장하는 저장 유닛을 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 차량에 장착된 복수의 전장 부하에 전압을 공급하는 배터리 및 엔진의 동력으로 전압을 발전하여 복수의 전장 부하 및 상기 배터리에 공급하는 알터네이터를 포함하는 차량용 배터리 관리 장치에서 배터리를 관리하는 방법에 있어서, 시동 온 시 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 이용하여 상기 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge)를 생성하는 단계; 상기 전압값 및 전류값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 생성하는 단계; 시동 오프 시 상기 배터리의 주행 상태 정보를 확인하고, 상기 초기 충전 상태, 상기 주행 상태 정보 및 배터리 충전 효율을 이용하여 제1 충전 상태를 생성하는 단계; 시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상인지를 판단하는 단계; 상기 오프 시간이 기준 시간 이상이면 상기 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 이용하여 제2 충전 상태를 생성하는 단계; 및 상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태의 차이값을 확인하고, 상기 차이값이 설정값 이상이면 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 단계를 포함하는 차량용 배터리 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량의 주행 중 배터리의 충전 상태 및 노화 상태를 모니터링할 수 있으므로 배터리의 내구성을 증대시킬 수 있다.
또한, 배터리의 노화 상태를 확인하고, 배터리의 노화 상태에 따라 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있으므로 연료 소모를 최소화할 수 있어 연비를 향상시킬 수 있고, 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치가 적용된 차량을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법의 효과를 설명하기 위한 예시도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 관리 장치 및 방법에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치가 적용된 차량을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량은 엔진(110), 변속기(120), 차동기어장치(125), 구동휠(130), 알터네이터(140), 배터리(150) 및 전장부하(160)를 포함한다.
엔진(110)은 연료를 연소하여 토크를 생성한다. 즉, 엔진(110)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다.
이러한 엔진(110)은 가솔린 엔진, 디젤 엔진, LPI(liquefied petroleum injection) 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 사용될 수 있다.
차량의 동력 전달은 엔진(110)의 토크가 변속기(120)의 입력축에 전달되고, 변속기(120)의 출력축으로부터 출력된 토크가 차동기어장치(125)를 경유하여 차축에 전달된다. 차축이 구동휠(130)을 회전시킴으로써 엔진(110)의 토크에 의해 차량이 주행하게 된다.
변속기(120)는 엔진(110)의 토크를 구동휠(130)에 전달시켜 차량이 주행될 수 있도록 한다.
이러한 변속기(120)는 자동 변속기 또는 수동 변속기일 수 있다.
자동 변속기는 차량의 속도 및 가속 페달의 위치 등에 따라 다수의 솔레노이드 밸브를 구동시켜 유압을 제어함으로써 목표 기어단의 변속 기어가 작동되어 자동으로 변속이 이루어진다.
수동 변속기는 클러치 페달을 밟고 기어 레버를 원하는 기어단으로 움직이는 운전자의 조작에 의해서 변속이 이루어진다.
알터네이터(140)는 엔진(110)의 동력으로 전류를 발전한다. 이러한 알터네이터(140)는 복수의 전장부하(160)에 전류를 공급하고, 잉여의 전류를 배터리(150)에 충전 전류로 공급한다.
배터리(150)는 저전압 배터리(150)일 수 있다. 예를 들어, 배터리(150)는 12V의 납산 배터리(150)일 수 있다.
배터리(150)는 차량의 시동에 필요한 전류를 공급하거나, 전장 부하에서 요구되는 전류를 공급한다. 즉, 배터리(150)는 엔진(110)의 시동 시, 재 시동 시 전류를 공급한다. 배터리(150)는 알터네이터(140)의 발전량이 낮은 가속, 정속 및 아이들 시에 저장된 전류를 복수의 전장부하(160)에 필요한 공급한다.
전장부하(160)는 차량에 장착되어 알터네이터(140) 또는 배터리(150)로부터 공급받은 전류에 의해 구동되는 복수의 부품을 포함한다. 예를 들어, 전장부하(160)는 공조 장치, 라디오, 내비게이션, 전방 및 후방 카메라, 와이퍼, 전조등, 열선 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 관리 장치는 배터리(150), 알터네이터(140), 배터리 센서(210), 저장 유닛(220), 시동 검출부(230), 배터리 제어기(240), 차량 제어기(250) 및 출력 유닛(260)을 포함한다.
배터리(150)는 알터네이터(140)로부터 전류를 공급받아 충전하고, 복수의 전장부하(160)에 전류를 공급하여 방전된다.
알터네이터(140)는 차량 제어기(250)의 제어에 따라 발전량이 조절된다.
배터리 센서(210)는 배터리(150)의 전압, 전류, 온도 등으로 포함하는 상태 정보를 검출한다.
배터리 센서(210)는 배터리 제어기(240)의 제어에 따라 상태 정보를 검출하거나, 미리 설정된 시간 마다 상태 정보를 검출할 수 있다. 이러한 배터리 센서(210)는 주행 중일 때, 시동 오프 후 주차 상태일 때 각각 상이하게 상태 정보를 검출할 수 있다.
배터리 센서(210)는 검출한 상태 정보를 저장 유닛(220)에 제공한다.
저장 유닛(220)은 배터리 관리 장치의 구성 요소에 생성하거나 필요한 정보를 저장한다. 즉, 저장 유닛(220)은 배터리 센서(210)에서 검출한 상태 정보를 저장한다.
또한, 저장 유닛(220)은 배터리 제어기(240)에서 생성한 정보를 저장한다. 예를 들어, 저장 유닛(220)은 배터리 제어기(240)에서 생성한 배터리(150)의 충전 상태(이하, SoC(State of Charge)로 통칭함), 배터리 충전 효율, 내부저항 등을 저장할 수 있다.
시동 검출부(230)는 엔진(110)의 시동 온(on) 및 오프(off)에 대한 정보를 검출하고, 검출한 시동 정보를 배터리 제어기(240)에 제공한다.
배터리 제어기(240)는 저장 유닛(220)으로부터 배터리 센서(210)에서 검출한 정보를 제공받고, 제공받은 정보를 기반으로 배터리(150)의 SoC를 생성하며, 배터리(150)의 SoC를 기반으로 배터리 충전 효율을 재설정하고, 재설정한 배터리 충전 효율을 차량 제어기(250)에 제공한다. 이러한 배터리 제어기(240)는 IBU(Intelligent Battery Unit)일 수 있다.
구체적으로, 배터리 제어기(240)는 시동 검출부(230)로부터 시동 정보를 제공받는다. 배터리 제어기(240)는 시동 정보를 기반으로 엔진(110)의 시동 온을 확인하며, 시동 온 시 배터리(150)의 초기 상태 정보를 이용하여 초기 SoC를 생성한다. 배터리 제어기(240)는 시동 온 시 배터리(150)의 전압값과 전류값을 이용하여 배터리(150)의 내부저항(Internal Resistance: IR)을 생성한다.
배터리 제어기(240)는 주행 중 배터리(150)의 주행 상태 정보를 기반으로 배터리(150)의 주행 SoC를 생성한다.
배터리 제어기(240)는 시동 검출부(230)로부터 시동 정보를 제공받고, 시동 정보를 기반으로 엔진(110)의 시동 오프를 확인한다. 배터리 제어기(240)는 시동 오프 시 배터리(150)의 주행 상태 정보, 배터리 충전 효율, 초기 충전 상태를 이용하여 제1 SoC를 생성한다.
배터리 제어기(240)는 시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상이면 배터리(150)의 오프 상태 정보를 이용하여 제2 SoC를 생성한다.
배터리 제어기(240)는 제1 SoC 및 제2 SoC를 기반으로 배터리 충전 효율을 재설정한다. 배터리 제어기(240)는 재설정한 배터리 충전 효율을 차량 제어기(250)에 제공한다.
이러한 목적을 위하여 배터리 제어기(240)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술한 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 관리 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다. 이러한 배터리 제어기는 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
한편, 도 2에서는 배터리 제어기(240)가 저장 유닛(220)을 통해 배터리 센서(210)와 연결되는 것을 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않으며, 배터리 제어기(240)가 배터리 센서(210)와 직접 연결되어 배터리 센서(210)를 제어할 수도 있다.
차량 제어기(250)는 배터리 관리 장치의 구성 요소인 배터리 제어기(240) 및 알터네이터(140)를 제어한다.
다시 말하면, 차량 제어기(250)는 배터리 제어기(240)로부터 배터리 충전 효율을 제공받는다. 차량 제어기(250)는 배터리 충전 효율을 기반으로 알터네이터(140)를 제어하여 배터리(150)를 충전시킨다.
이러한 차량 제어기(250)는 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.
출력 유닛(260)은 차량 제어기(250)의 제어에 따라 배터리 교체 알림 정보를 출력한다. 한편, 여기서는 출력 유닛(260)이 차량 제어기(250)의 제어에 따라 배터리 교체 알림 정보를 출력한다고 예를 들어 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 배터리 제어기(240)의 제어에 따라 배터리 교체 알림 정보를 출력할 수도 있다.
출력 유닛(260)은 표시부(263), 스피커(265), 램프부(267) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
표시부(263)는 배터리 교체 알림 정보를 문자 또는 그림 등을 통해 표시한다. 이러한 표시부(263)는 배터리 교체 알림 정보를 표시할 수 있으면 그 종류는 무관하다. 예를 들어, 표시부(263)는 운전자의 휴대폰, 태플릿 PC 등과 같은 통신 단말, 클러스터, 내비게이션 중 어느 하나일 수 있다.
스피커(265)는 배터리 교체 알림 정보를 소리를 통해 출력한다.
램프부(267)는 배터리 교체 알림 정보를 빛을 통해 출력한다. 예를 들어, 램프부(267)는 배터리(150)를 교체해야 할 경우에 빨강색 빛을 출력하여 운전자에게 알릴 수 있다. 이러한 색은 미리 설정된 규칙에 의해 설정되거나, 작업자에 의해 설정될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 제어기(240)는 시동 온 시 배터리(150)의 초기 상태 정보를 이용하여 초기 SoC를 생성한다(S310).
구체적으로, 시동 검출부(230)는 엔진(110)이 시동 온되면 시동 정보를 생성하여 배터리 제어기(240)에 제공한다.
배터리 제어기(240)는 시동 정보를 기반으로 시동 온을 확인하고, 배터리 센서(210)에서 검출한 초기 상태 정보를 확인한다. 즉, 배터리 센서(210)는 배터리(150)의 전압값을 검출한다. 배터리 센서(210)는 검출한 전압값을 포함하는 초기 상태 정보를 저장 유닛(220)에 제공하고, 저장 유닛(220)은 배터리 센서(210)로부터 제공받은 초기 상태 정보를 저장한다. 배터리 제어기(240)는 저장 유닛(220)에 저장된 초기 상태 정보를 확인한다.
배터리 제어기(240)는 초기 상태 정보에 포함된 전압값을 이용하여 초기 SoC를 생성한다. 이때, 배터리 제어기(240)는 미리 설정된 복수의 전압에 배터리(150)의 잔류 용량에 대한 제어맵을 확인한다. 이러한 제어맵은 OCV(Open Circuit Voltage) 맵일 수 있다. 배터리 제어기(240)는 제어맵을 기반으로 초기 상태 정보에 포함된 전압값에 매칭된 잔류 용량을 추출하여 초기 SoC를 생성한다.
그리고 차량 제어기(250)는 배터리 제어기(240)로부터 초기 SoC를 제공받아 확인하고, 주행 시 배터리(150)의 SoC가 제어값 이상이 되도록 제어할 수 있다.
즉, 차량 제어기(250)는 주행 중 배터리(150)의 SoC가 제1 제어값 이상이 되도록 알터네이터(140)를 통해 배터리(150)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 이때, 제1 제어값은 배터리(150)의 내구성을 최대한으로 유지시키는 동시에 연비에 도움이 되기 위해 기준이 되는 값일 수 있으며, 미리 설정된 값이다. 예를 들어, 제1 제어값은 92%일 수 있다.
또한, 차량 제어기(250)는 주행 중 배터리(150)의 SoC가 제2 제어값 이상이 되도록 알터네이터(140)를 통해 배터리(150)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 이때, 제2 제어값은 연비를 향상시키기 위해 기준이 되는 값일 수 있으며, 미리 설정된 값이다. 예를 들어, 제2 제어값은 86%일 수 있다.
배터리 제어기(240)는 시동 온 시 전압값과 전류값을 이용하여 배터리(150)의 내부저항을 생성한다(S315).
다시 말하면, 배터리 제어기(240)는 저장 유닛(220)에 저장된 초기 상태 정보를 기반으로 시동이 시작할 때부터 시동이 완료될 때까지 전류 및 전압 각각의 변화되는 값을 확인하고, 확인한 전류 및 전압 변화를 기반으로 전류 변화값과 전압 변화값을 생성한다.
배터리 제어기(240)는 전류 변화값 및 전압 변화값을 이용하여 배터리(150)의 내부저항을 생성한다. 즉, 배터리 제어기(240)는 하기의 [수학식 1]을 통해 배터리(150)의 내부저항을 생성할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, IR은 내부저항을 나타내고, ΔV는 전압 변화값을 나타내며, ΔI는 전류 변화값을 나타낼 수 있다.
그리고 배터리 제어기(240)는 내부저항이 초기 내부저항 대비 기준값 이상 차이 나는지를 판단한다. 여기서, 초기 내부저항은 차량에 배터리(150)가 장착되었을 때 생성된 내부저항을 나타낼 수 있다. 이러한 초기 내부저항은 저항 유닛에 저장되어 관리될 수 있다.
배터리 제어기(240)는 내부저항이 초기 내부저항 대비 기준값 이상 차이나면 운전자에게 배터리 교체를 유도하기 위한 배터리 교체 알림 정보를 생성한다. 이때, 기준값은 배터리 교체를 알리기 위해 생성된 값일 수 있다. 기준값은 미리 설정된 값으로, 배터리(150)의 종류, 차종 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준값은 1.5배일 수 있다.
이러한 배터리 교체 알림 정보는 출력 유닛(260)을 통해 출력되어 운전자에게 알릴 수도 있고, 운전자가 정비소, 서비스센터 등을 방문했을 때 운전자에게 알릴 수도 있다.
배터리 제어기(240)는 차량이 주행 중일 때 주행 상태 정보를 기반으로 주행 SoC를 생성한다(S320).
다시 말하면, 배터리 제어기(240)는 차량이 주행 중일 때 배터리 센서(210)에서 검출한 주행 상태 정보를 기반으로 배터리(150)의 전류값을 확인한다. 그리고, 배터리 제어기는 시동이 온된 시점부터 주행 SoC를 생성하는 시점까지 차량이 주행하는 동안에 배터리(150)로 전류가 공급된 시간에 대해 전류를 누적한 충전 전류 적산값 및 배터리(150)에서 전류가 차감된 시간에 대해 전류를 누적한 방전 전류 적산값을 생성한다.
배터리 제어기(240)는 충전 전류 적산값, 방전 전류 적산값 배터리 충전 효율 및 초기 SoC를 이용하여 주행 SoC를 생성한다. 이때, 배터리 충전 효율은 배터리(150)의 노화에 따라 상이하게 설정될 수 있으며, 초기에는 1로 설정될 수 있다.
즉, 배터리 제어기(240)는 하기의 [수학식 2]를 통해 주행 SoC를 생성할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, SoCd는 주행 SoC를 나타내고, SoCi는 초기 SoC를 나타내며, α는 배터리 충전 효율을 나타내고, Ahcha는 배터리(150)의 충전 전류 적산값을 나타내며, Ahdis는 배터리(150)의 방전 전류 적산값을 나타내고, B는 배터리 용량을 나타낼 수 있다.
배터리 제어기(240)는 시동 오프 시 배터리(150)의 주행 상태 정보, 배터리 충전 효율, 및 초기 SoC를 기반으로 제1 SoC를 생성한다(S325).
구체적으로, 배터리 제어기(240)는 시동 검출부(230)로부터 시동 정보를 제공받고, 시동 정보를 기반으로 시동 오프를 확인한다. 배터리 제어기(240)는 시동 오프 시 주행 상태 정보를 확인한다. 배터리 제어기(240)는 주행 상태 정보를 기반으로 시동 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 배터리(150)로 전류가 공급되는 시간에 대해 전류를 누적한 충전 전류 적산값을 생성하고, 시동 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 배터리(150)에서 전류가 차감된 시간에 대해 전류를 누적한 방전 전류 적산값을 생성한다.
배터리 제어기(240)는 초기 SoC, 충전 전류 적산값, 방전 적류 적산값, 배터리 충전 효율 및 배터리 용량을 이용하여 제1 SoC를 생성한다.
즉, 배터리 제어기(240)는 하기의 [수학식 3]을 통해 제1 SoC를 생성할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, SoC1은 제1 SoC를 나타내고, SoCi는 초기 SoC를 나타내며, α는 배터리 충전 효율을 나타내고, Ahcha는 충전 전류 적산값을 나타내며, Ahdis는 방전 전류 적산값을 나타내고, B는 배터리 용량을 나타낼 수 있다.
배터리 제어기(240)는 시동 오프 후 오프된 시간을 카운터하여 오프 시간을 확인한다(S330).
배터리 제어기(240)는 오프 시간이 기준 시간 이상인지를 판단한다(S335). 이때, 기준 시간은 배터리(150)에 가전압이 제거되기 위해 기준이 되는 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기준 시간은 6시간일 수 있다.
한편, 배터리 제어기(240)는 오프 시간이 기준 시간 미만이면 단계 S330으로 리턴하여 오프 시간을 확인한다.
배터리 제어기(240)는 오프 시간이 기준 시간 이상이면 제2 SoC를 생성한다(S340).
다시 말하면, 배터리 제어기(240)는 배터리 센서(210)로부터 검출된 오프 상태 정보를 확인하고, 오프 상태 정보에 포함된 배터리(150)의 전압값을 확인한다.
배터리 제어기(240)는 제어맵을 기반으로 전압값에 매칭된 잔류 용량을 추출하여 제2 SoC를 생성한다.
배터리 제어기(240)는 제1 SoC와 제2 SoC의 차이값이 설정값 이상인지를 판단한다(S345). 여기서, 설정값은 배터리(150)의 노후 상태를 판단하기 위해 설정된 값으로, 미리 설정된 값일 수 있다. 예를 들어, 설정값은 10%일 수 있다.
한편, 배터리 제어기(240)는 차이값이 설정값 미만이면 미리 저장된 배터리 충전 효율을 차량 제어기(250)에 제공하여 알터네이터(140)를 제어한다.
배터리 제어기(240)는 차이값이 설정값 이상이면 배터리 충전 효율을 재설정한다(S350).
다시 말하면, 배터리 제어기(240)는 차이값이 설정값 이상이면 차이값을 이용하여 배터리 충전 효율을 재설정한다. 즉, 배터리 제어기(240)는 하기의 [수학식 4]를 통해 배터리 충전 효율을 재설정할 수 있다.
[수학식 4]
α = (1 - D)α
여기서, α는 배터리 충전 효율을 나타내며, D는 차이값을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1 SoC와 제2 SoC의 차이값이 13%이면, α = (1 - 0.13)α = 0.87 α이므로 배터리 충전 효율은 1에서 0.87로 변경될 수 있다.
그리고, 배터리 제어기(240)는 재설정한 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하인지를 판단한다. 이때, 설정 효율은 배터리 교체를 알리기 위해 기준이 되는 값으로, 미리 설정될 수 있다. 이러한 설정 효율은 배터리(150)의 종류, 차종 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
배터리 제어기(240)는 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하이면 배터리 교체 알림 정보를 생성한다. 출력 유닛(260)은 배터리 제어기(240)에서 생성한 배터리 교체 알림 정보를 출력하여 운전자에게 배터리 교체를 알릴 수 있다.
차량 제어기(250)는 배터리 충전 효율을 기반으로 알터네이터(140)를 제어한다(S355).
즉, 차량 제어기(250)는 배터리 제어기(240)로부터 배터리 충전 효율을 제공받는다. 차량 제어기(250)는 제공받은 배터리 충전 효율을 기반으로 알터네이터(140)를 제어하여 상기 배터리(150)로 공급되는 전류량을 조절한다.
예를 들어, 배터리 충전 효율이 0.87일 경우에, 알터네이터(140)를 통해 배터리(150)에 100Ah를 충전시키면 배터리(150)의 노화로 인해 87Ah가 충전되므로 차량 제어기(250)는 알터네이터(140)를 제어하여 113Ah를 배터리(150)에 충전하도록 제어할 수 있다.
한편, 여기서는 배터리 제어기(240) 및 차량 제어기(250) 각각에서 본 발명에 따른 배터리 관리 방법을 수행한다고 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 배터리 제어기(240)에서 수행할 수도 있고, 차량 제어기(250)에게 수행할 수 있으며, 차량에 설치된 별도 제어기가 수행할 수도 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법의 효과를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 종래의 경우(410)에는 배터리(150)의 노화가 진행됨에 따라 배터리(150)의 충전량이 부족한 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 관리 방법(420)을 적용할 경우에는 배터리(150)의 상태를 모니터링하여 배터리(150)가 노화됨을 인식하고, 배터리(150)의 노화에 따라 배터리(150)의 충전량을 증가시켜 제어하므로 배터리(150)의 내구성을 증대시킬 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 종래의 경우(510)에는 배터리 충전 효율을 일정하게 설정되어 있으므로 배터리(150)의 노화 상태를 확인할 수 없다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 관리 방법(520)을 적용할 경우에는 배터리(150)의 노화에 따라 배터리 충전 효율을 상이하게 제어할 수 있으며, 배터리(150)의 성능 저하를 감지할 수 있다. 그리고, 본 발명은 설정 효율(530) 미만이 될 경우에 교체를 운전자에게 알릴 수 있으므로 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있고, 배터리(150)로 고장으로 인해 발생하는 차량 사고를 미리 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 엔진
120: 변속기
140: 알터네이터
150: 배터리
160: 전장부하
210: 배터리 센서
220: 저장 유닛
230: 시동 검출부
240: 배터리 제어기
250: 차량 제어기
260: 출력 유닛

Claims (15)

  1. 차량에 장착된 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 배터리;
    상기 배터리 및 복수의 전장 부하에 전류를 공급하는 알터네이터;
    상기 배터리의 상태 정보를 검출하는 배터리 검출부;
    시동 온 시 상기 배터리의 초기 상태 정보를 이용하여 초기 충전 상태(State of Charge)를 생성하며, 상기 배터리의 전압값과 전류값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 생성하고, 시동이 오프 시 상기 배터리의 주행 상태 정보, 배터리 충전 효율 및 상기 초기 충전 상태를 이용하여 제1 충전 상태를 생성하며, 시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상이면 상기 배터리의 오프 상태 정보를 이용하여 제2 충전 상태를 생성하고, 상기 제1 충전 상태 및 상기 제2 충전 상태를 기반으로 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 배터리 제어기; 및
    상기 배터리 제어기로부터 배터리 충전 효율을 제공받고, 상기 배터리 충전 효율을 기반으로 상기 알터네이터를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 차량 제어기;
    를 포함하는 차량용 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는
    시동 오프 시 상기 주행 상태 정보에 포함된 전류값을 기반으로 차량이 주행하는 동안의 전류 적산값을 생성하며, 상기 전류 적산값, 상기 초기 충전 상태 및 배터리 용량을 이용하여 제1 충전 상태를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는
    시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 상기 배터리로 전류가 공급된 시간에 대해 전류를 누적한 충전 전류 적산값 및 시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지 상기 배터리에서 전류가 차감된 시간에 대해 전류를 누적한 방전 전류 적산값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는
    시동 오프 후 오프 시간이 설정 시간 이상이면 상기 오프 상태 정보에 포함된 상기 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 기반으로 상기 제2 충전 상태를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는
    상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태의 차이값이 설정값 이상이면 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는
    상기 내부저항이 초기 내부저항 대비 기준값 이상 차이나거나, 상기 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하이면 배터리 교체 알림 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 교체 알림 정보를 출력하는 출력 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 검출부에서 검출한 상태 정보, 상기 배터리 제어기에서 생성한 초기 충전 상태, 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 배터리 충전 효율 중 적어도 하나를 저장하는 저장 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 장치.
  9. 차량에 장착된 복수의 전장 부하에 전압을 공급하는 배터리 및 엔진의 동력으로 전압을 발전하여 복수의 전장 부하 및 상기 배터리에 공급하는 알터네이터를 포함하는 차량용 배터리 관리 장치에서 배터리를 관리하는 방법에 있어서,
    시동 온 시 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 이용하여 상기 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge)를 생성하는 단계;
    상기 전압값 및 전류값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 생성하는 단계;
    시동 오프 시 상기 배터리의 주행 상태 정보를 확인하고, 상기 초기 충전 상태, 상기 주행 상태 정보 및 배터리 충전 효율을 이용하여 제1 충전 상태를 생성하는 단계;
    시동 오프 후 오프 시간이 기준 시간 이상인지를 판단하는 단계;
    상기 오프 시간이 기준 시간 이상이면 상기 배터리의 전압값을 확인하고, 상기 전압값을 이용하여 제2 충전 상태를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태의 차이값을 확인하고, 상기 차이값이 설정값 이상이면 상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 단계;
    를 포함하는 차량용 배터리 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 충전 상태를 생성하는 단계는
    시동 오프 시 상기 주행 상태 정보에 포함된 전류값을 기반으로 시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지의 전류 적산값을 생성하며, 시동이 온된 시점부터 시동이 오프된 시점까지의 상기 배터리의 충전 시간 및 방전 시간을 확인하는 단계; 및
    상기 초기 충전 상태, 상기 전류 적산값, 상기 배터리의 충전 시간, 상기 배터리의 방전 시간, 배터리 용량을 이용하여 상기 제1 충전 상태를 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 충전 상태를 생성하는 단계는
    하기의 [수학식 1]을 통해 상기 제1 충전 상태를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00004

    여기서, 상기 SoC1은 제1 충전 상태를 나타내고, 상기 SoCi는 초기 충전 상태를 나타내며, 상기 α는 배터리 충전 효율을 나타내고, 상기 Ahcha는 충전 전류 적산값을 나타내며, 상기 Ahdis는 방전 전류 적산값을 나타내고, 상기 B는 배터리 용량을 나타냄.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 충전 상태를 생성하는 단계는
    미리 설정된 복수의 전압에 배터리의 잔류 용량에 대한 제어맵을 확인하는 단계; 및
    상기 제어맵을 기반으로 오프 시간에 해당하는 배터리의 전압값에 매칭된 잔류 용량을 추출하여 상기 제2 충전 상태를 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 내부저항을 생성하는 단계 이후에,
    상기 내부저항이 초기 내부저항 대비 기준값 이상 차이나는지를 판단하는 단계; 및
    상기 기준값 이상 차이나면 배터리 교체 알림 정보를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 단계 이후에,
    상기 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하인지를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 충전 효율이 설정 효율 이하이면 배터리 교체 알림 정보를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 충전 효율을 재설정하는 단계 이후에,
    상기 배터리 충전 효율을 기반으로 상기 알터네이터를 제어하여 상기 배터리로 공급되는 전류량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 관리 방법.
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