KR20230040659A - 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법 - Google Patents

배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법 Download PDF

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KR20230040659A
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battery conditioning
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electric vehicle
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이혜주
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리의 충전 시간 단축과 주행 성능의 향상을 위해, 배터리의 관리모드를 미리 설정한 프로그램에 따른 추천 모드, 사용자가 상기 프로그램이 적용하는 조건을 수정한 프로그램에 따른 커스텀 모드 및 사용자의 강제 의사에 따른 프리 모드로 관리 모드를 구분하여 배터리 컨디션 관리를 수행하는 전기 자동차 및 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 제안한다. 상기 전기 자동차는 헤드 유닛, CCS 서버, VCU 및 BMS를 이용하여 미리 설정한 배터리 관리모드에 따라 전기 자동차에 설치된 배터리의 온도를 제어한다.

Description

배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법 {An electric car managing a battery condition and managing battery conditioning method}
본 발명은 배터리를 관리하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 배터리의 관리모드를 미리 설정한 프로그램에 따른 추천 모드, 사용자가 상기 프로그램이 적용하는 조건을 수정한 프로그램에 따른 커스텀 모드 및 사용자의 강제 의사에 따른 프리 모드로 관리 모드를 구분하여 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기동력 자동차(이하 전기 자동차)는 일반적인 내연기관 자동차와는 달리, 전기 모터(구동 모터)로 차량을 구동하는데, 구동 전원을 공급하는 고전압 배터리를 이용한다. 고전압 배터리, 즉, 전기자동차용 리튬이온 배터리는, 그 구성요소인 물질의 화학적 특성상 외기의 온도에 따라 성능 및 효율이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 배터리가 냉각되면 출력이 제한되기 때문에 출력 성능을 향상시키기 위해서는 배터리가 적정한 온도로 유지되어야 할 필요가 있다.
배터리의 온도가 배터리의 출력에 주는 영향 이외에도, 배터리의 온도는 배터리의 충전 시간과도 상관관계가 있다. 예를 들어, 배터리의 온도가 -5℃ 이하일 때의 충전 시간이 약 50분이 소요된다고 할 때 상온인 20℃일 때의 충전 시간은 약 18분 정도로 배터리의 온도에 따라 충전시간에 큰 차이가 난다. 따라서 배터리의 온도가 내려가면 충전 시간이 오래 걸리기 때문에 배터리 온도를 특정 온도 이상으로 관리하는 것이 필요하다.
대한민국 공개 특허: 10-2015-0034857(2015년4월6일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리의 충전 시간 단축과 주행 성능의 향상을 위해, 배터리의 관리모드를 미리 설정한 프로그램에 따른 추천 모드, 사용자가 상기 프로그램이 적용하는 조건을 수정한 프로그램에 따른 커스텀 모드 및 사용자의 강제 의사에 따른 프리 모드로 관리 모드를 구분하여 배터리 컨디셔닝을 수행하도록 하는 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 배터리의 충전 시간 단축과 주행 성능의 향상을 위해, 배터리의 관리모드를 미리 설정한 프로그램에 따른 추천 모드, 사용자가 상기 프로그램이 적용하는 조건을 수정한 프로그램에 따른 커스텀 모드 및 사용자의 강제 의사에 따른 프리 모드로 관리 모드를 구분하여 배터리 컨디셔닝을 수행하도록 하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차는, 헤드 유닛, VCU 및 BMS를 포함한다. 상기 헤드 유닛은 배터리 관리모드의 설정 및 변경을 수행하며 상기 배터리 관리모드에 따라 배터리에 수행되는 배터리 컨디셔닝 동작과 관련된 정보를 디스플레이한다. 상기 VCU는 상기 배터리 관리모드에 따른 배터리 컨디셔닝 과정을 제어한다. 상기 BMS는 상기 배터리의 상태 정보를 생성하여 상기 헤드 유닛에 전달하며, 상기 배터리의 온도 검출과 상기 배터리의 가열 및 냉각을 수행하며, 상기 배터리 컨디셔닝 동작의 개시 및 중단 값을 관리한다. 상기 배터리 관리모드는, 미리 설정된 설정 조건에 따라 상기 VCU 및 상기 BMS가 배터리 컨디셔닝을 수행하는 자동 모드와 사용자가 강제로 배터리 컨디셔닝을 수행하는 수동 모드를 포함하고, 상기 배터리의 상태 정보는 상기 배터리의 SOC 및 배터리 컨디셔닝 동작 정보를 포함하며, 상기 배터리 컨디셔닝 동작 정보는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 목표 온도 달성을 위한 SOC 레벨까지의 예상 소모 전력, 및 예상 소요 시간 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 관리 방법은, 미리 설정한 배터리 관리모드에 따라 배터리의 온도를 제어하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법에 관한 것으로, 전기 자동차의 사용이 예상되는 원격제어의 존부 및 상기 전기 자동차의 운행 목적지 또는 경유지에 충전소가 설정되었는 지의 여부를 트리거 조건으로 VCU 및 BMS가 미리 설정한 프로그램에 따라 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하는 추천 모드 및 상기 추천 모드의 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하는 프로그램에 반영된 조건 중 상기 전기 자동차의 사용자가 임의로 변경한 조건으로 상기 VCU 및 상기 BMS가 배터리 컨디셔닝 과정을 포함한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 스마트 관리 시스템 및 배터리 컨디셔닝 관리 방법은, 기존에 사용되고 있는 장치를 이용하므로 별도의 추가 비용이 요구되지 않으며, 사용자가 별도의 관심을 두지 않아도 자동으로 배터리 컨디셔닝을 수행할 수 있거나, 특히 차량의 배터리 관리 상황을 육안으로 모니터할 수 있도록 함으로써 사용자가 적극적으로 개입하여 사용자 본인이 원하는 배터리 운영 방법을 선택할 수 있고, 경우에 따라서는 강제로 배터리 컨디셔닝을 수행하는 방식을 선택할 수 있도록 함으로써 사용자의 다양한 기호를 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차의 일 실시 예이다.
도 2는 추천 모드의 배터리 컨디셔닝 수행 조건의 일 실시 예이다.
도 3은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 추천 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
도 4는 추천 모드 중 제1 추천 서브모드의 일 실시 예이다.
도 5는 추천 모드 중 제2 추천 서브모드의 일 실시 예이다.
도 6은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 커스텀 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
도 7은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 수동 모드 또는 프리 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는 본 발명에서 전기 자동차의 배터리의 온도를 관리하는 과정으로, 배터리 컨디셔닝, 배터리 컨디셔닝 과정 및 배터리 컨디셔닝 동작을 혼용하여 사용할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차의 일 실시 예이다.
도 1을 참조하면, 배터리 컨디션을 관리하는 전기 자동차(100, 이하 전기 자동차)는, 헤드 유닛(110), 클러스터(120), VCU(130), BMS(140), 및 배터리(150) 중 일부 또는 전체를 포함하여 구현할 수 있다.
헤드 유닛(110)은 전기 자동차의 사용자 또는 제조사가 배터리 관리모드를 설정하거나 변경하는 수단을 제공하며, 설정된 배터리 관리모드에 따라 배터리에 대해 수행되는 배터리 컨디셔닝 동작과 관련된 정보를 디스플레이할 수 있다. 헤드 유닛(110)은 제1 EV 앱(111), 내비게이션 장치(112), 제1 CAN 신호처리 마이컴(113) 및 통신 유닛(114)을 포함한다.
제1 EV 앱(111)은, 헤드 유닛(110)이 설치된 전기 자동차(도 1의 일 점 쇄선 사각형)의 배터리 컨디셔닝 서비스의 제공의 설정 여부를 확인하여 사용자 설정 인터페이스를 제공한다.
내비게이션 장치(112)는 제1 EV 앱(111)에 설정된 배터리 컨디셔닝 설정 정보를 확인하여, 배터리 컨디셔닝 설정이 활성화되었을 때, 목적지나 경유지로 충전소가 설정되었는지의 여부, 충전소까지의 잔여시간 및 주행거리와 충전소의 충전 타입 정보 중 적어도 하나를 제공한다. 여기서 충전 타입은 충전 전류가 AC 또는 DC 중 하나인 것을 의미한다. 제1 CAN 신호처리 마이컴(113)은 VCU(130) 및 BMS(140)로부터 수신한 배터리의 상태 정보를 포함한 제어신호를 제1 EV 앱(111)으로 전달하고, 내비게이션 장치(112)에서 생성된 정보를 CAN(Controller Area Network)을 통해 외부로 송출한다. 통신 유닛(114)은 제1 CAN 신호처리 마이컴(113)으로부터 수신한 배터리의 상태 정보를 CCS 서버(160)로 전송한다.
클러스터(120, Cluster)는 전기 자동차의 주행 중 배터리 컨디셔닝의 동작을 표시하는 아이콘을 활성화하거나 배터리 컨디셔닝과 관련된 정보를 디스플레이하며, 제2 EV 앱(121) 및 제2 CAN 신호처리 마이컴(122)을 포함한다. 제2 EV 앱(121) 및 제2 CAN 신호처리 마이컴(122)의 기능은 제1 EV 앱(111) 및 제1 CAN 신호처리 마이컴(113)의 기능과 유사하므로 여기서는 설명을 생략한다.
VCU(130, Vehicle Control Unit)는 설정된 배터리 관리모드에 따라 후술하는 BMS(140)와 함께 배터리(150)에 대해 배터리 컨디셔닝 동작을 제어한다.
BMS(140, Battery Management System)는 배터리 상태정보를 생성하여 헤드 유닛(110)에 전달하고, 배터리(150)의 온도 검출과 배터리(150)의 가열 및 냉각을 수행하며, 배터리 컨디셔닝 동작의 개시 및 중단 값을 관리한다.
전기 자동차(100)의 내부에 설치된 기능 블록과 통신을 수행하며, 전기 자동차(100)의 배터리 관리모드를 수행하는데 보조하는 기능 블록으로 CCS 서버(160) 및 모바일 폰(170)을 사용하는 실시 예가 가능하다.
CCS 서버(160, Connected Car Services)는 배터리(150)의 상태정보를 헤드 유닛(110, Head Unit)으로부터 수신하여 저장하고, 모바일 폰(170, Mobile Phone)의 폰 앱에 서비스를 제공하는 폰앱 서버(미도시)로 배터리 상태정보를 실시간으로 전달한다. 여기서 배터리의 상태정보는, 배터리의 SOC(State Of Charge) 및 배터리 컨디셔닝 동작 정보를 포함한다. 배터리 컨디셔닝 동작 정보는, 배터리의 온도, 배터리의 목표 온도 달성을 위한 SOC 레벨까지의 예상 소모 전력 및 예상 소요 시간을 포함한다.
모바일 폰(170)은 CCS 서버(160)로부터 배터리의 상태 정보를 수신하여 디스플레이하거나, VCU(130), BMS(140) 및 헤드 유닛(110) 중 적어도 한 곳으로부터 수신한 배터리 컨디셔닝 동작의 활성화 정보를 이용하여 배터리 컨디셔닝 동작이 활성화되었다는 표시를 디스플레이하거나, 사용자가 배터리의 충전 예약, 배터리 관리모드의 설정의 변경, 및 충전의 원격 조정을 수행하도록 한다. 도 1에서 모바일 폰(170)은 전기 자동차(일 점 쇄선 사각형의 내부)의 외부에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 전기 자동차의 내부에 위치하는 실시 예도 가능하다.
본 발명에서 제안하는 배터리의 관리모드는 자동 모드와 수동 모드로 구분할 수 있다. 자동 모드는 미리 설정된 프로그램 그대로 또는 사용자의 변경에 따라 VCU(130) 및 BMS(140)가 자동으로 수행한다는 의미이고, 수동 모드(또는 프리 모드, free mode)는 사용자 즉 전기 자동차의 운전자가 배터리의 온도와 관련된 정보를 확인한 후 사용자 임의로 배터리 컨디셔닝 과정을 직접 지시하는 모드를 의미한다.
자동 모드는 추천 모드와 커스텀 모드로 구분할 수 있다.
추천 모드는 전기 자동차의 제조사에서 제조 당시 설정해 놓거나 사용자가 미리 설정해 놓은 프로그램에 따라 배터리 컨디셔닝을 수행하도록 하는 것이고, 커스텀 모드는 프로그램에 포함되는 복수의 실행 조건 중 적어도 하나를 사용자가 변경하여 배터리 컨디셔닝을 수행하도록 하는 것이다.
상술한 프로그램은, 주차 중 및 주행 중 각각에 대하여, 설정 인터페이스, 트리거 조건, 배터리 목표 온도, 배터리 컨디셔닝 활성화 조건, 동작 중 표시 주체, 차량의 전원 조건 및 배터리 컨디셔닝 동작 중지 조건 중 적어도 하나의 조건을 반영하여 상기 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하도록 하도록 한다. 커스텀 모드에서 사용자가 변경할 수 있는 실행 조건도 프로그램에서 반영하는 조건 중 하나이다.
도 2는 추천 모드의 배터리 컨디셔닝 수행 조건의 일 실시 예이다.
도 2를 참조하면, 트리거 조건(trigger condition)은, 주차 중일 때는 예약 충전/공조 및 즉시 충전/공조가 설정되어 있는가이고, 주행 중일 때는 목적지 또는 경유지로 충전소가 설정되어 있는지 이다. 배터리 목표 온도는 주차 중일 때는 10℃ 내외이고 주행 중에는 20℃ 내외이다. 배터리 컨디셔닝 참고 조건은 주차 중일 때는 전기 자동차의 출발시각이고, 주행 중일 때는 충전소까지의 잔여거리/잔여시간 및 충전소의 충전 타입 정보의 존재이다. 동작 중 표시 주체는 주차 중일 때는 사용자가 상기 전기 자동차의 외부에 있는 것을 전제로 할 때 모바일 폰(170)이고, 주행 중일 때는 클러스터(120)이다. 배터리 컨디셔닝 동작 중지 조건은, 배터리 SOC 레벨이 미리 설정한 특정 레벨인, 예를 들면, 20% 이하인 때이다.
이 밖에도 차량의 전원 조건은 주차 중일 때는 완속 충전기 연결 조건인 IGN3이고 주행 중에는 시동 조건인 EV Ready 이다.
여기서 IGN3는 완속 충전기와 차량이 연결되고 차량에서는 예약 충전이나 공조 가능하도록 충전 관련 제어기, 공조 관련 제어기, 및 헤드 유닛(110)을 웨이크 업(wake up) 된 상태로 유지하는 상태를 의미한다. 또한, EV Ready는 이그니션이 온 된 상태와 동일한 상태로, 주행 중이라는 것은 이그니션이 온 된 상태이다.
예약 충전은 차량에 완속 충전기를 연결해두고, 예약 충전이나 충전시작시간, 충전량, 충전종료시간, 및 공조시작시간 등 공조와 관련된 값들을 입력하고 차량에서 이탈하는 상태를 전제로 한다. 예를 들어, 밤 10시에 완속 충전기를 연결해 놓고 차량을 이탈하면서 밤 12시에 충전을 시작하여 아침 7시에 100%의 충전을 종료하도록 하는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 관리 방법에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 배터리 관리모드는 자동 모드와 수동 모드를 포함하고, 자동 모드는 추천 모드 및 커스텀 모드를 포함한다고 설명하였다. 이하에서는, 추천 모드 및 커스텀 모드를 순차적으로 설명한다.
이하의 설명에서 추천 모드 및 커스텀 모드는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 스마트 관리 시스템(100)에서 수행하는 것으로 가정한다.
도 3은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 추천 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 추천 모드(300)는 배터리(150), VCU(130), BMS(140), 헤드 유닛(110) 및 클러스터(120)/모바일 폰(170)에 의해 수행된다는 것을 알 수 있다.
VCU(130) 및 BMS(140)는 헤드 유닛(110)과 함께 배터리 컨디셔닝 동작 조건을 만족하는가를 판단(310)한다. 배터리 컨디셔닝 동작 조건은 좁게는 트리거 조건이라고도 할 수 있다.
배터리 컨디셔닝 동작 조건을 만족한다고 판단 한때, VCU(130) 및 BMS(140)는 배터리(150)의 온도를 검출하고, 배터리(150)의 현재 온도와 배터리 컨디셔닝 동작 조건에 포함된 배터리 목표 온도를 비교한 후(320), 비교 결과에 따라 배터리 컨디셔닝 동작을 실행(330)한다.
배터리 컨디셔닝 동작을 실행한 때, VCU(130) 및 BMS(140)는 실행 과정 및 관리 정보를 헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170) 중 적어도 한 곳에 전달(340)하여 디스플레이하도록(350) 함으로써, 사용자가 헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170) 중 하나를 선택하여 배터리 컨디셔닝 과정을 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170)에 디스플레이되는 정보는, 예를 들면, 배터리(150)의 현재 온도, 목표 온도, 배터리 온도 컨트롤에 필요한 소비전력, 배터리 컨디셔닝 완료 후의 예상 주행가능거리(DTE) 및 배터리의 충전 예상 시간 중 적어도 하나를 포함한다.
추천 모드는, 전기 자동차가 주차 중에 수행되는 제1 추천 서브모드와 전기 자동차가 주행 중에 수행되는 제2 추천 서브모드를 포함한다. 추천 모드에 따른 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하기 위해서는, 아래와 같은 사전 조건을 충족하여야 한다.
제1 추천 서브모드는, 전기 자동차가 주차 중이어야 하고, 전기 자동차의 사용자가 자신의 모바일 폰과 계정연동 및 계통을 완료한 상태이며, 사용자가 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 수행하는 기능을 활성화시켜 놓은 상태가 기본이 된다. 상기의 기본 조건을 만족하는 상태에서, 사용자가 출발시각을 입력해 놓았거나, 예약 충전을 사전에 입력해 놓았거나, 모바일 폰(170)의 앱을 통해 예약충전(공조) 및 즉시충전(공조)을 실행시킨 상태이어야 한다. 또한, 전기 자동차의 전원 조건으로 완속 충전기 연결 조건이 되는 IGN3 상태인 것이 바람직하다.
제2 추천 서브모드는, 전기 자동차가 주행 중이어야 하고, 사용자가 내비게이션 상에서 차량의 목적지 또는 경유지로 충전소를 설정해 놓아야 한다. 전기 자동차가 주행 중이라는 조건을 만족하기 위해서는, 전기 자동차의 전원 조건이 시동 조건인 EV ready상태 여야 한다.
도 4는 추천 모드 중 제1 추천 서브모드의 일 실시 예이다.
도 4를 참조하면, 제1 추천 서브모드(400)는 전기 자동차의 사용자가 입력한 출발시각, 예약 충전 및 모바일 폰의 앱을 통해 예약 충전(공조), 및 즉시 충전(공조)의 실행 중 적어도 하나를 포함하는 제1 트리거 조건 만족 여부를 판단하는 단계(410), 제1 트리거 조건을 만족한다고 판단한 때(Yes), 배터리 온도가 미리 설정한 최적온도에 비해 저온인지 고온인지를 비교하는 단계(420), 배터리의 온도에 따라 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(430), 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(430)에서 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 것으로 결정하였을 때(Yes) 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계(440) 및 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계(440)가 시작되었을 때, 이를 모바일 폰(170)의 앱에 표시하는 단계(450)를 포함한다.
특히, 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(430)는, 출발시각까지 배터리(150)의 온도를 최적온도로 컨디셔닝 할 때 소요되는 시간 및 전력을 더 계산하는 과정을 더 수행한다.
도 5는 추천 모드 중 제2 추천 서브모드의 일 실시 예이다.
도 5를 참조하면, 제2 추천 서브모드(500)는 전기 자동차의 목적지 및 경유지 중 적어도 한 곳에 충전소가 설정되어 있는가를 포함하는 제2 트리거 조건의 만족 여부를 판단하는 단계(510), 제2 트리거 조건을 만족한다고 판단한 때(510, Yes), 배터리 온도가 미리 설정한 목표 온도(또는 최적 온도)에 비해 저온인지 고온인지를 비교하는 단계(520), 배터리의 온도에 따라 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(530), 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(530)에서 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 것으로 결정하였을 때(Yes) 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계(540) 및 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계가 시작되었을 때, 이를 클러스터(120)에 표시하는 단계(550)를 포함한다.
특히, 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계(530)는, 충전소까지의 잔여거리, 잔여시간 및 상기 충전소의 충전 타입 중 적어도 하나를 더 계산한다. 전기 자동차의 충전소의 도착시각에 맞춰 최소 충전 시간을 만들기 위한 온도의 셋팅 과정을 더 포함할 수 있다.
배터리 컨디셔닝은 배터리(150)의 온도를 상승시키거나 강하시킬 때 소비되는 전력으로 인해 전기 자동차의 주행가능거리(DTE)가 감소할 수는 있다. 본 발명에서 제안하는 추천 모드는, 충전 시간은 줄어들지만 주행가능거리가 더 중요하거나 충전이 급하지 않지만 주차장의 충전소를 이용하는 사용자의 이용습관을 반영할 수 있는 장점이 있다.
커스텀 모드에 따른 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하기 위해서는, 아래와 같은 사전 조건을 충족하여야 한다.
전기 자동차의 사용자가 자신의 모바일 폰과 계정연동 및 계통을 완료한 상태이며, 사용자가 본 발명에 따른 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 수행하는 기능을 활성화하여 놓은 상태가 기본이 된다.
상기의 기본 조건을 만족하는 상태에서, 사용자가 출발시각을 입력해 놓았거나, 예약 충전을 사전에 입력해 놓았거나, 모바일 폰(170)의 앱을 통해 예약충전(공조) 및 즉시충전(공조)을 실행시킨 상태이어야 한다. 또한, 전기 자동차의 전원 조건으로 완속 충전기 연결 조건이 되는 IGN3 상태인 것이 바람직하다.
도 6은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 커스텀 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 커스텀 모드(600)는 배터리(150), VCU(130), BMS(140), 헤드 유닛(110) 및 클러스터(120)/모바일 폰(170)에 의해 수행된다는 것을 알 수 있다.
사용자는 헤드 유닛(110)이나 모바일 폰(170)을 이용하여 미리 설정되어 있던 배터리 컨디셔닝 동작 조건을 변경(610)한다. 여기서 미리 설정되어 있던 배터리 컨디셔닝 동작 조건은, 별도로 설정하여 저장하는 예도 가능하지만, 추천 모드에서 이미 설정되어 있는 배터리 컨디셔닝 동작 조건(도 2)을 의미할 수 있다.
VCU(130) 및 BMS(140)는 헤드 유닛(110)과 함께 사용자가 변경한 조건을 포함하는 배터리 컨디셔닝 동작 조건을 만족하는가를 판단(620)한다. 배터리 컨디셔닝 동작 조건은 좁게는 트리거 조건이라고도 할 수 있다.
배터리 컨디셔닝 동작 조건을 만족한다고 판단한 경우, VCU(130) 및 BMS(140)는 배터리(150)의 온도를 검출하고, 배터리(150)의 현재 온도와 배터리 컨디셔닝 동작 조건에 포함된 배터리 목표 온도를 비교한 후(630), 비교 결과에 따라 배터리 컨디셔닝 동작을 실행(640)한다.
배터리 컨디셔닝 동작을 실행한 때, VCU(130) 및 BMS(140)는 실행 과정 및 관리 정보를 헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170) 중 적어도 한 곳에 전달(650)하여 디스플레이하도록(660) 함으로써, 사용자가 헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170) 중 하나를 선택하여 배터리 컨디셔닝 과정을 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
헤드 유닛(110), 클러스터(120) 및 모바일 폰(170)에 디스플레이되는 정보는, 예를 들면, 배터리(150)의 현재 온도, 목표 온도, 배터리 온도 컨트롤에 필요한 소비전력, 배터리 컨디셔닝 완료 후의 예상 주행가능거리(DTE) 및 배터리의 충전 예상 시간 중 적어도 하나를 포함한다.
도 7은 배터리 컨디셔닝 관리 방법을 구성하는 수동 모드 또는 프리 모드의 작동 메커니즘을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 프리 모드(700)는 배터리(150), VCU(130), BMS(140), 헤드 유닛(110) 및 모바일 폰(170)을 이용하여 수행할 수 있다는 것을 알 수 있다.
사용자는 모바일 폰(170)을 이용하여 헤드 유닛(110)에 배터리의 상태를 조회할 수 있다(710).
헤드 유닛(110)은 VCU(130), 및 BMS(140)로부터 배터리 상태 정보를 수집하여 모바일 폰(170)으로 전송한다(720). 여기서 배터리 상태 정보는, 배터리(150)의 현재 온도, 배터리의 현재 SOC 및 주행가능거리(DTE) 중 적어도 하나를 포함한다.
사용자는 헤드 유닛(110)으로부터 수신한 배터리 상태 정보에 포함된 배터리 온도와 설정된 목표 온도를 비교하여, 배터리가 정상 상태인가 아니면 이상 상태인가를 판단한다(730).
사용자는 현재 배터리가 이상 상태라고 판단한 경우, 헤드 유닛(110)으로 배터리 컨디셔닝을 실행할 것을 요청한다(740). 사용자의 모바일 폰(170)으로부터 배터리 컨디셔닝 실행을 요청받은 헤드 유닛(110)은 이 요청을 VCU(130) 및 BMS(140)로 전송한다.
헤드 유닛(110)으로부터 배터리 컨디셔닝 실행요청을 수신한 VCU(130) 및 BMS(140)는 배터리(150)에 대해 배터리 컨디셔닝을 실행한다(750).
배터리 컨디셔닝 동작을 실행한 때, VCU(130) 및 BMS(140)는 실행 과정 및 관리 정보를 헤드 유닛(110) 및 모바일 폰(170) 중 적어도 한 곳에 전달(760)하여 디스플레이하도록(770) 함으로써, 사용자가 헤드 유닛(110) 및 모바일 폰(170) 중 하나를 선택하여 배터리 컨디셔닝 과정을 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
헤드 유닛(110) 및 모바일 폰(170)에 디스플레이되는 정보는, 예를 들면, 배터리(150)의 현재 온도, 목표 온도, 배터리 온도 컨트롤에 필요한 소비전력, 배터리 컨디셔닝 완료 후의 예상 주행가능거리(DTE) 및 배터리의 충전 예상 시간 중 적어도 하나를 포함한다.
도 3 ~ 도 5에 도시한 추천 모드는 배터리의 온도관리나 성능관리에 촛점을 둔 것으로, 사용자의 사용이 예상되는 원격 제어나 목적지(또는 경유지)로 충전소가 설정된 경우를 트리거 조건으로 설정한 것이 특징이다.
도 6에 도시한 커스텀 모드는 배터리의 온도관리 및 성능관리에 사용자가 적극적으로 개입할 수 있도록 한 것으로, 예를 들면, 주행거리, 충전시간 및 배터리 보호 중 사용자가 특히 관심이 있는 부분을 강하게 보호할 수 있도록 하는 것이 특징이다.
도 7에 도시한 수동 모드 또는 프리 모드는, 기존의 조건으로는 만족을 주지 못하는 트리거 조건을 확인하고 강제로 배터리 켠디셔닝을 수행할 수 있으므로, 예약충전이나 커넥터가 삽입되어 있지 않은 상황에서도 출발 전에 배터리 컨디셔닝이 가능하고, 특히 주차장에 완속 충전기가 미설치되어 있는 경우에도 출발 전 강제로 배터리 컨디셔닝 기능을 사용할 수 있도록 하는 것이 특징이다.
위에는 설명하지 않았지만, 추후 전기 자동차에 신규로 적용되는 기능들과 추가 연계하여 개발한다면, 위에서 언급하지 않은 다른 트리거 조건에서도 배터리 컨디셔닝 기능을 확장 적용할 수 있어 배터리를 보다 효율적으로 관리할 수 있게 될 것이다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 헤드 유닛
111: 제1 EV 앱 112: 내비게이션 장치
113: 제1 CAN 신호처리 마이컴 114: 통신 유닛
120: 클러스터
121: 제2 EV 앱 122: 제2 CAN 신호처리 마이컴
130: VCU(Vehicle Control Unit)
140: BMS(Battery Management System)
150: 배터리
160: CCS 서버
170: 모바일 폰

Claims (18)

  1. 배터리 관리모드의 설정 및 변경을 수행하며 상기 배터리 관리모드에 따라 배터리에 수행되는 배터리 컨디셔닝 동작과 관련된 정보를 디스플레이하는 헤드 유닛;
    상기 배터리 관리모드에 따른 배터리 컨디셔닝 과정을 제어하는 VCU; 및
    상기 배터리의 상태 정보를 생성하여 상기 헤드 유닛에 전달하며, 상기 배터리의 온도 검출과 상기 배터리의 가열 및 냉각을 수행하며, 상기 배터리 컨디셔닝 동작의 개시 및 중단 값을 관리하는 BMS를 포함하며,
    상기 배터리 관리모드는, 미리 설정된 설정 조건에 따라 상기 VCU 및 상기 BMS가 배터리 컨디셔닝을 수행하는 자동 모드와 사용자가 강제로 배터리 컨디셔닝을 수행하는 수동 모드를 포함하고,
    상기 배터리의 상태 정보는 상기 배터리의 SOC 및 배터리 컨디셔닝 동작 정보를 포함하며,
    상기 배터리 컨디셔닝 동작 정보는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 목표 온도 달성을 위한 SOC 레벨까지의 예상 소모 전력, 및 예상 소요 시간 중 적어도 하나를 포함하는 전기 자동차.
  2. 제1항에서, 상기 헤드 유닛은,
    설정된 배터리 컨디셔닝 설정 정보를 확인하여, 상기 배터리 컨디셔닝 설정이 활성화되었을 때, 목적지나 경유지로 충전소가 설정되었는지의 여부, 상기 충전소까지의 잔여시간 및 주행거리와 상기 충전소의 충전 타입 정보 중 적어도 하나를 제공하고, 상기 배터리의 상태 정보를 CCS 서버로 전송하는 전기 자동차.
  3. 제1항에서,
    상기 배터리 컨디셔닝 동작과 관련된 정보를 디스플레이하는 클러스터를 더 포함하는 전기 자동차.
  4. 제3항에서, 상기 클러스터는,
    상기 VCU 및 상기 BMS 중 적어도 한곳으로부터 상기 배터리 컨디셔닝 동작이 활성화되었다는 신호를 수신하거나, 상기 전기 자동차의 주행 중 상기 배터리 컨디셔닝 동작이 활성화되었다는 정보를 수신한 때, 상기 배터리 컨디셔닝 동작의 활성화를 표시하는 아이콘을 활성화하는 전기 자동차.
  5. 제1항에서,
    상기 VCU, 상기 BMS 및 상기 헤드 유닛 중 적어도 하나는 상기 배터리 컨디셔닝 동작이 활성화되었다는 정보를 외부의 모바일 폰에 전송하고,
    사용자가 상기 모바일 폰을 이용하여 상기 배터리의 충전 예약, 상기 배터리 관리모드의 설정의 변경, 및 충전의 원격 조정을 수행할 수 있도록 하는 전기 자동차.
  6. 제1항에서, 상기 자동 모드는,
    미리 설정된 프로그램에 따라 배터리 컨디셔닝을 수행하는 추천 모드; 및
    사용자가 변경하는 설정조건에 따라 배터리 컨디셔닝을 수행하는 커스텀 모드를
    포함하는 전기 자동차.
  7. 제6항에서, 상기 추천 모드의 설정된 프로그램은,
    주차 중 및 주행 중 각각에 대하여, 설정 인터페이스, 트리거 조건, 배터리 목표 온도, 배터리 컨디셔닝 참고 조건, 동작 중 표시 주체, 차량의 전원 조건 및 배터리 컨디셔닝 동작 중지 조건 중 적어도 하나의 조건을 반영하여 상기 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하도록 하는 전기 자동차.
  8. 제7항에서, 상기 커스텀 모드에서 사용자가 변경하는 설정조건은,
    상기 추천 모드의 설정된 프로그램에 반영된 적어도 하나의 조건을 포함하는 전기 자동차.
  9. 제8항에서, 상기 트리거 조건은,
    상기 주차 중일 때는 예약 충전/공조 및 즉시 충전/공조가 설정되어 있는지이고,
    상기 주행 중일 때는 목적지 또는 경유지로 충전소가 설정되어 있는지가 되는 전기 자동차.
  10. 제8항에서, 상기 배터리 컨디셔닝 참고 조건은,
    상기 주차 중일 때는, 상기 전기 자동차의 출발시각이고,
    상기 주행 중일 때는, 충전소까지의 잔여거리/잔여시간 및 충전소의 충전 타입 정보의 존재인 전기 자동차.
  11. 제8항에서, 상기 동작 중 표시 주체는,
    상기 주차 중일 때는 사용자가 상기 전기 자동차의 외부에 있는 것을 전제로 모바일 폰이고,
    상기 주행 중일 때는 상기 클러스터인 전기 자동차.
  12. 제8항에서, 상기 배터리 컨디셔닝 동작 중지 조건은,
    상기 배터리 SOC 레벨이 미리 설정한 특정 레벨 이하인 때인 전기 자동차.
  13. 미리 설정한 배터리 관리모드에 따라 배터리의 온도를 제어하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법에 관한 것으로,
    전기 자동차의 사용이 예상되는 원격제어의 존부 및 상기 전기 자동차의 운행 목적지 또는 경유지에 충전소가 설정되었는 지의 여부를 트리거 조건으로 VCU 및 BMS가 미리 설정한 프로그램에 따라 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하는 추천 모드를 수행하는 단계; 및
    상기 추천 모드의 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하는 프로그램에 반영된 조건 중 상기 전기 자동차의 사용자가 임의로 변경한 조건으로 상기 VCU 및 상기 BMS가 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하는 커스텀 모드를 수행하는 단계를 포함하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
  14. 제13항에서, 상기 미리 설정한 프로그램은,
    주차 중 및 주행 중 각각에 대하여, 설정 인터페이스, 트리거 조건, 배터리 목표 온도, 배터리 컨디셔닝 활성화 조건, 동작 중 표시 주체, 차량의 전원 조건 및 배터리 컨디셔닝 동작 중지 조건 중 적어도 하나의 조건을 반영하여 상기 배터리 컨디셔닝 과정을 수행하도록 하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
  15. 제14항에서, 상기 추천 모드를 수행하는 단계는,
    상기 전기 자동차가 주차 중에 수행되는 제1 추천 서브모드를 수행하는 단계와 상기 전기 자동차가 주행 중에 수행되는 제2 추천 서브모드를 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 추천 서브모드를 수행하는 단계는,
    상기 전기 자동차의 사용자가 입력한 출발시각, 예약 충전 및 폰 앱을 통해 예약 충전(공조), 및 즉시 충전(공조)의 실행 중 적어도 하나를 포함하는 제1 트리거 조건 만족 여부를 판단하는 단계;
    제1 트리거 조건을 만족한다고 판단한 때, 배터리 온도가 미리 설정한 최적온도에 비해 저온인지 고온인지에 따라 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계에서 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 것으로 결정하였을 때 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계를
    포함하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
  16. 제15항에서, 상기 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계는,
    상기 출발시각까지 상기 배터리의 온도를 상기 최적온도로 컨디셔닝 할 때 소요되는 시간 및 전력을 더 계산하고,
    상기 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계가 시작되었을 때, 이를 폰 앱에 표시하는 단계를 더 포함하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
  17. 제15항에서, 상기 제2 추천 서브모드를 수행하는 단계는,
    상기 전기 자동차의 목적지 및 경유지 중 적어도 한 곳에 충전소가 설정되어 있는가를 포함하는 제2 트리거 조건의 만족 여부를 판단하는 단계;
    제2 트리거 조건을 만족한다고 판단한 때, 배터리 온도가 미리 설정한 최적온도에 비해 저온인지 고온인지에 따라 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계에서 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 것으로 결정하였을 때 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계를
    포함하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
  18. 제17항에서, 상기 배터리 컨디셔닝 동작 여부를 판단하는 단계는,
    상기 충전소까지의 잔여거리, 잔여시간 및 상기 충전소의 충전 타입 중 적어도 하나를 계산하는 단계; 및
    상기 배터리 컨디셔닝 동작을 수행하는 단계가 시작되었을 때 이를 클러스터에 표시하는 단계를
    더 포함하는 배터리 컨디셔닝 관리 방법.
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