KR20240017946A - 전기 자동차의 고전압 배터리용 보호 장치 - Google Patents

전기 자동차의 고전압 배터리용 보호 장치 Download PDF

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프란츠 슈빙하머
루카스 볼프
크리스티안 카르게스
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바이에리쉐 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 고전압 배터리를 충전하기 위한 충전 연결부, 및 자동차가 주차된 상태에서 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 충전하는 동안 고전압 배터리의 충전 상태를 모니터링하고 조절하도록 설계된 전자식 제어 유닛을 갖는, 전기 자동차 내의 고전압 배터리용 보호 장치에 관한 것이다. 제어 유닛은 자동차의 위치를 찾아내기 위한 차량 내부의 기능 모듈과 연결되어 있고, 차량 사용자의 이동 단말기와 무선으로 연결되어 있으며, 단말기는 사용자의 위치를 찾아내기 위한 기능 모듈을 구비하며, 그리고 제어 유닛은, 자동차로부터 사용자의 거리가 사전 설정된 한계값보다 큰 경우에는, 적어도 이 거리를 재현하는 이동 단말기의 데이터를 수신하도록 설계되어 있다.

Description

전기 자동차의 고전압 배터리용 보호 장치
본 발명은, 장기간 동안 충전 상태가 높은 경우에는 전기 자동차 배터리의 심각한 노화가 이루어진다는 인식으로부터 출발한다. 전기 자동차(예컨대 하이브리드 차량 또는 순수한 전기 차량)를 구동할 때에 사용되는 전기 에너지원에 대한 "배터리"라는 용어는 여기에서 고전압 저장 장치 또는 견인 축전지에 대해서도 간략하게 사용된다.
전기 차량 내에서는 주로 리튬 이온 배터리가 사용되는데, 이 배터리는 물리적인 조건에 의해 노화될 수 있다. 캘린더 노화와 주기적 노화 간에는 구별이 있다. 이 경우에는, 저장 충전 상태 및 고전압 배터리의 온도가 높을수록 캘린더 노화는 그만큼 더 심각하다.
통상적으로, 충전 케이블이 연결되어 있고 차량 사용자가 100%의 충전 상태를 충전 목표로서 설정한 경우, 고전압 저장 장치는 가급적 완전히 충전된다. 종래 기술에 따르면, 수동 입력 장치가 사용자에 의한 구체적인 재시동 시간의 프로그래밍을 가능하게 하는 경우 외에, 완전 충전은 일반적으로 차량의 예상되는 재시동에 대한 지능적인 예측 없이 실행된다. 전기 차량이 오랫동안 연결된 상태로 움직이지 않으면, 배터리는 불필요할 정도로 심하게 노화되는데, 특히 예를 들어 몇 주 동안 자리를 비울 경우(휴가, 출장 등)에는 더욱 그렇다.
기본적으로, 최대 충전 상태가 대략 80%일 때에 배터리가 훨씬 덜 노화된다는 내용은 이미 공지되어 있다. 이와 관련하여 마모를 줄이기 위한 한 가지 가능한 방법은 예를 들어 DE 10 2019 119 761 A1호에 공지되어 있다. 이 간행물로부터 공지된 방법은 다수의 충전 상태 한계값에 초점을 맞추고 있다.
본 발명의 과제는, 지속 가능성의 증가 및 비용 절감의 이유에서 조기 배터리 교체를 방지하기 위하여, 간단하고 신뢰할 수 있는 방식으로 배터리의 노화를 더욱 줄이는 것이다.
상기 과제는 특허 청구항 1의 특징부에 의해서 해결된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들은 종속 특허 청구항들의 대상이다.
본 발명은, 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 고전압 배터리를 충전하기 위한 충전 연결부, 및 자동차가 주차된 상태에서 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 충전하는 동안 고전압 배터리의 충전 상태를 모니터링 하고 조절하도록 설계된 전자식 제어 유닛을 갖는, 전기 자동차 내의 고전압 배터리용 보호 장치에 관한 것이다. 제어 유닛은 자동차의 위치를 찾아내기 위한 차량 내부의 기능 모듈과 연결되어 있고, 차량 사용자의 이동 단말기와 무선으로 연결되어 있으며, 단말기는 사용자의 위치를 찾아내기 위한 기능 모듈을 구비하며, 그리고 제어 유닛은, 자동차로부터 사용자의 거리가 사전 설정된 한계값보다 큰 경우에는, 적어도 이 거리를 재현하는 이동 단말기의 데이터를 수신하도록 설계되어 있다.
차량 사용자가 여러 명인 경우, 바람직한 방식으로 "사용자"는 또한 메인 사용자로도 정의될 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용에 대한 - 특히 그 다음 시동에 대한 - 지능적인 예측을 보장할 수 있기 위하여, 다양한 기준을 전자식 제어 유닛 내로 (예컨대 "Shy-Tech"-기능으로서) 판독 입력하는 것이 제안된다. 가동 중단 시간이 더 길어질 것(예를 들어 2일 이상)으로 예측되는 경우, 고전압 저장 장치의 충전 상태는 사전 설정된 한계값으로 감소한다. 본 발명에 따르면, 이와 같은 예측은 차량으로부터 차량 사용자의 거리를 결정함으로써 실행된다.
바람직한 방식으로, 배터리 충전 상태의 한계값은 80%이다. 이 한계값이 초과되면, 충전 상태가 증가함에 따라 리튬 이온 배터리의 노화가 기하급수적으로 증가한다. 원칙적으로, 사전 설정된 한계값까지 줄이기 위한 결정을 내리기 위해서는 다음과 같은 기준이 제안된다:
- 배터리 충전 상태가 한계값(예컨대 80%)보다 높다.
- 차량 정지 상태가 사전 설정된 기간(예컨대 2일)보다 길다.
- 충전 케이블이 연결되어 있거나 배터리가 전력 네트워크와 연결되어 있다.
- 차량으로부터 사용자의 거리가 정의된 거리 임계값(예컨대 500 km)보다 크다. 이 거리는, 상응하게 프로그래밍 된 기능 모듈(예컨대 "앱")을 사용하여, 다시 말해 차량의 위치뿐만 아니라 사용자의 위치까지도 찾아내는 애플리케이션을 사용하여, 사용자가 휴대하는 이동 단말기(예컨대 스마트폰)를 통해서 결정된다.
- 보완적으로는, 상응하는 크기의 거리에 장소가 명시된 약속에 대하여 사용자의 캘린더 입력 사항과의 비교가 실행될 수 있다.
이와 같은 기준을 토대로 하여, 더 가까운 미래에 사용자 자신이 차량을 운전하지 않을 것이라는 내용이 추론될 수 있다. 이로써, 단기적으로는 배터리의 높은 전기적 유효 범위 또는 높은 충전 상태가 전혀 필요치 않게 된다.
또한, 다른 사람(“공동 사용자”, 예컨대 가족 구성원)도 차량을 사용하지 않을 것이라는 인식도 제공될 수 있다. 예를 들어, 한 명의 메인 사용자와 여러 명의 공동 사용자가 정의될 수 있으며, 이 경우에는 다만 메인 사용자만이 충전 상태를 강하하기 위한 동의를 승인할 수 있다. 공동 사용자는 바람직한 방식으로 다만 충전 상태를 강하하는 것에 대해서만 예를 들어 마찬가지로 이동 단말기의 사용을 통해서 또는 차량 내에서의 정보 디스플레이를 통해서 정보를 제공받는다. 대안적으로 또는 추가로는, 원래 메인 사용자에 의해 동의 된 충전 상태의 강하를 재차 비활성화할 수 있는 공동 사용자를 위한 하위 기능이 제공될 수도 있다. 이 하위 기능은 예를 들어 마찬가지로 이동 단말기의 사용을 통해서 또는 차량 내 HMI(인간-기계 인터페이스)를 통해서 실현될 수 있다.
언급된 기준이 존재하는 경우에는, HV-저장 장치의 저장 충전 상태를 사전 설정된 한계값으로 줄이기 위하여, 바람직한 방식으로 수동 사전 설정을 위한 두 가지 이상의 시나리오가 제안된다:
1. 사전 설정 1: 차량으로부터 사용자의 거리가 사전 설정된 한계값을 초과할 때마다 또는 이 거리가 적어도 사전 설정된 기간 동안 사전 설정된 한계값을 초과할 때마다, 이동 단말기를 사용하여 사전 설정된 한계값으로 충전 상태를 강하시키기 위한 사용자-동의가 문의된다. 이에 대하여, 차량 사용자 또는 차량 소유자는 필요에 따라 저장 충전 상태의 강하에 동의할지의 여부를 스스로 결정할 수 있다.
2. 사전 설정 2: 차량 사용자 또는 소유자에 의해 선택된 상응하는 다른 사전 설정을 통해서는, 대안적으로 거리가 사전 설정된 한계값을 초과할 때마다 또는 이 거리가 적어도 사전 설정된 기간 동안 사전 설정된 한계값을 초과할 때마다 동의에 대한 추가 문의 없이, 충전 상태의 자동 강하가 실행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 고전압 저장 장치로부터 인출된 에너지가 고전압 저장 장치를 냉각하기 위해 사용된다. 이와 같은 사용은 여러 날에 걸쳐 분포된 상태에서 다수의 냉각 주기로 이루어질 수 있다. 또한, 이와 같은 사용은 일기 예보와 조합하여 주변 온도에 따라서도 이루어질 수 있다. 이로써, 고전압 저장 장치의 서비스 수명에 추가의 긍정적인 영향을 미치기 위하여, 더운 여름날의 고전압 저장 장치 온도도 더 낮게 유지된다.
도면부에는, 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있다. 도면부에서,
도 1은 본 발명에 따른 제1 사용자 시나리오를 도시하며, 그리고
도 2는 본 발명에 따른 제2 사용자 시나리오를 도시한다.
도 1 및 도 2에 따르면, 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 고전압 배터리를 충전하기 위한 충전 연결부, 및 자동차(F)가 주차된 상태에서 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 충전하는 동안 고전압 배터리의 충전 상태(SOC)를 모니터링 하고 조절하도록 설계된 전자식 제어 유닛(SE)을 갖는, 전기 자동차(F) 내의 고전압 배터리용 보호 장치가 도시되어 있다.
두 가지 시나리오 모두에서, 제어 유닛(SE)은 자동차(F)의 위치를 찾아내기 위한 차량 내부의 기능 모듈과 연결되어 있고, 차량 사용자의 이동 단말기(E)와 무선으로 연결되어 있으며, 이 경우 단말기(E)는 사용자의 위치를 찾아내기 위한 기능 모듈을 구비하며, 그리고 이 경우 제어 유닛(SE)은 이동 단말기(E)의 데이터를 수신하도록 설계되어 있다. 이 데이터는 자동차(F)로부터 사용자의 거리(d)가 사전 설정된 한계값(예를 들어 500 km)보다 큰 경우에 적어도 이 거리(d)를 재현한다.
도 1에 따른 실시예에 따르면, 전자식 제어 유닛(SE)은 또한 이동 단말기(E)로 질문(예를 들어 "보호의 목적으로 고전압 배터리의 SOC를 80%로 줄여야 할까요?" 또는 "2일 이상 부재 중입니까?")을 사용자에게 전송하도록 그리고 이와 같은 질문에 대한 사용자의 답변(예컨대 예/아니오)을 수신하도록 설계되어 있으며, 이 경우 이 질문은 자동차(F)의 의도된 비-작동 기간과 그리고/또는 충전 상태(SOC)를 정의된 보호 임계값(예컨대 80%)으로 줄이는 데 대한 사용자의 동의와 관련이 있다. 거리(d)에 대해 사전 설정된 한계값은 바람직한 방식으로 이로부터 더 긴 장거리 여행이 추론될 수 있을 정도로 크게 설계된다.
도 1에 따르면, 전자식 제어 유닛(SE)은 또한, 다만 이에 대한 사용자의 동의("j")가 이동 단말기(E) 내에서 확인된 경우에만, 수동으로 선택 가능한 제1 사전 설정(V1)에서 충전 상태(SOC)를 정의된 보호 임계값(80%)으로 감소시키는 과정을 실행하도록 설계되어 있다.
도 2에 따른 실시예에 따르면, 전자식 제어 유닛(SE)은, 사용자의 거리가 사전 설정된 한계값(500 km)을 초과하는 경우에는, 동의에 대한 추가 문의 없이 수동으로 선택 가능한 제2 사전 설정(V2)에서 정의된 보호 임계값(80%)으로 충전 상태(SOC)를 감소시키는 과정을 자동으로 실행하도록 설계되어 있다. 이 목적을 위해, 이동 단말기(E)의 기능 모듈(KE)은 상응하는 명령을 자동차(F) 내의 제어 유닛(SE)으로 전송하며, 이 제어 유닛은, 충전 상태(SOC)를 감소시키기 위해 이 명령을 자동으로 실행하도록 설계되어 있다.
본 발명의 일 개선예에서, 전자식 제어 유닛(SE)은 또한, 사용자 혹은 단말기(E)의 거리(d)가 사전 설정된 제1 한계값을 초과하는 경우에는 또는 사용자 혹은 단말(E)의 거리(d)가 정의된 기간 동안 사전 설정된 제2 한계값 - 여기서 제1 한계값은 제2 한계값보다 큼 - 을 초과하는 경우에는, 동의에 대한 추가 문의 없이 수동으로 선택 가능한 한 가지 사전 설정에서 정의된 보호 임계값(80%)으로 충전 상태(SOC)를 감소시키는 과정을 자동으로 실행하도록 설계될 수도 있다.
제어 유닛(SE)의 본 발명에 따른 "장치"는 바람직한 방식으로 컴퓨터 프로그램 제품(소프트웨어-모듈) 형태의 상응하게 프로그래밍된 기능 모듈에 의해서 실현된다.

Claims (8)

  1. 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 고전압 배터리를 충전하기 위한 충전 연결부, 및 자동차(F)가 주차된 상태에서 차량 외부의 에너지 네트워크를 통해 충전하는 동안 고전압 배터리의 충전 상태(SOC)를 모니터링 하고 조절하도록 설계된 전자식 제어 유닛(SE))을 갖는, 전기 자동차(F) 내의 고전압 배터리용 보호 장치로서,
    상기 제어 유닛(SE)은 자동차(F)의 위치를 찾아내기 위한 차량 내부의 기능 모듈과 연결되어 있고, 차량 사용자의 이동 단말기(E)와 무선으로 연결되어 있으며, 상기 단말기(E)는 사용자의 위치를 찾아내기 위한 기능 모듈을 구비하며, 그리고 상기 제어 유닛(SE)은, 자동차(F)로부터 사용자의 거리(d)가 사전 설정된 한계값보다 큰 경우에는, 적어도 상기 거리를 재현하는 이동 단말기(E)의 데이터를 수신하도록 설계되어 있는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE)은, 이동 단말기(E)로 질문을 사용자에게 전송하도록 그리고 이와 같은 질문에 대한 사용자의 답변을 수신하도록 설계되어 있으며, 상기 질문은 자동차(F)의 의도된 비-작동 기간과 그리고/또는 충전 상태(SOC)를 정의된 보호 임계값으로 줄이는 데 대한 사용자의 동의와 관련이 있는 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE)은, 다만 이에 대한 사용자의 동의(j)가 이동 단말기(E) 내에서 확인된 경우에만, 수동으로 선택 가능한 제1 사전 설정(V1)에서 충전 상태(SOC)를 정의된 보호 임계값(80%)으로 감소시키는 과정을 실행하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE)은, 사용자의 거리(d)가 사전 설정된 한계값을 초과하는 경우에는, 동의에 대한 추가 문의 없이 수동으로 선택 가능한 제2 사전 설정(V2)에서 정의된 보호 임계값으로 충전 상태(SOC)를 감소시키는 과정을 자동으로 실행하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE)은, 사용자의 거리(d)가 사전 설정된 제1 한계값을 초과하는 경우에 또는 사용자의 거리(d)가 정의된 기간 동안 사전 설정된 제2 한계값을 초과하는 경우에, 동의에 대한 추가 문의 없이 수동으로 선택 가능한 한 가지 사전 설정에서 정의된 보호 임계값으로 충전 상태(SOC)를 감소시키는 과정을 자동으로 실행하도록 설계되어 있고, 상기 제1 한계값은 상기 제2 한계값보다 큰 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE) 내에서는 한 명의 메인 사용자 및 한 명 이상의 공동 사용자가 정의될 수 있으며, 충전 상태의 강하는 다만 메인 사용자에 의해서만 활성화될 수 있으며, 그리고 공동 사용자는 다만 충전 상태를 강하하는 것에 대해서만 정보를 제공받을 수 있는 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자식 제어 유닛(SE) 내에서는 한 명의 메인 사용자 및 한 명 이상의 공동 사용자가 정의될 수 있으며, 충전 상태의 강하는 다만 메인 사용자에 의해서만 활성화될 수 있으며, 그리고 상기 제어 유닛(SE)은, 메인 사용자에 의해 활성화된 충전 상태의 강하를 공동 사용자에 의해 재차 비활성화할 때에 이용할 수 있는 하위 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는, 고전압 배터리용 보호 장치.
  8. 제어 장치(SE)용의 그리고/또는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 보호 장치의 이동 단말기(E)용의, 컴퓨터 프로그램 제품.
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