KR20240068901A - 경로이력지수기반 전기차 에너지 최적화 주행경로 분석시스템 - Google Patents

경로이력지수기반 전기차 에너지 최적화 주행경로 분석시스템 Download PDF

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KR20240068901A
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Abstract

본 발명은 실제 주행경로의 특성을 반영하여 실제 전기차의 상태를 정확하게 예측하여 운전에 도움을 주고 주행환경과 전기차의 상태를 객관적으로 나타낼 수 있는 데이터를 얻을 수 있는 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은, 전기차의 상태정보를 수신하는 전기차상태검출부; 주행경로를 설정하는 경로설정부; 상기 주행경로상의 노드위치를 결정하고, 상기 노드 사이의 경사도를 산출하는 경사도측정부; 배터리상태량을 포함한 전기차의 상태를 예측하는 전기차상태예측부; 전기차의 상태데이터를 실시간으로 검출하는 전기차상태검출부를 포함하여 구성되며, 상기 전기차상태예측부는 상기 경사도 및 전기차상태검출부에 의한 상태데이터를 이용하여 배터리상태량을 산출하는 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 주행경로에 대한 구체적인 데이터를 이용하여 보다 정확하게 전기차의 상태를 예측함으로써 운전자에게 정확한 정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템{Electric Vehicle Condition Prediction and Analysis System Using GIS Slope Data}
본 발명은 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템에 관한 것이며, 구체적으로 실제 주행경로의 특성을 반영하여 실제 전기차의 상태를 정확하게 예측하여 운전에 도움을 주고 주행환경과 전기차의 상태를 객관적으로 나타낼 수 있는 데이터를 얻을 수 있는 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템에 관한 것이다.
최근 전기차 관련 전력전자기술과 배터리 기술의 비약적인 발전으로 이산화탄소가 배출되지 않는 전기차 개발과 보급에 대한 관심이 전 세계적으로 크게 증가하고 있다.
전기차의 성능을 향상시키고 안전운전에 도움을 주기 위해서는 전기차의 상태를 정확하게 예측할 수 있는 도구가 필요하다. 기존에도 전기차의 예상 배터리 수명을 나타내 주는 장치가 개발되어 있지만, 배터리를 포함한 전기차의 상태는 주행상황에 따라 그 변동이 크기 때문에 단순 주행거리만으로 전기차의 상태를 예상하는 것은 그 오차 범위가 크다.
종래기술인 등록특허 제10-2017837호(전기차의 충전을 관리하는 서버 및 방법)에 의하면, 전기차 충전 관리 서버는 운전자 단말로부터 출발지 및 도착지에 대한 정보를 수신하는 정보 수신부, 수신된 정보에 기초하여 전기차가 출발지로부터 도착지까지 운행하는 동안 소모되는 배터리 소모량을 산출하는 산출부, 전기차의 배터리 잔량 및 전기차의 배터리 목표 충전량을 비교하여 출발지의 충전소에서 전기차가 충전할 제 1 충전량을 결정하고, 도착지의 충전소에서 전기차가 충전할 제 2 충전량을 결정하는 충전량 결정부 및 도착지의 충전소로 제 2 충전량 및 도착지에 대한 정보를 포함하는 전기차에 대한 충전 예약을 수행하는 충전 예약 수행부를 포함한다.
이러한 종래기술에 의하면 전기차의 출발지 및 도착지에 대한 정보에 기초하여 전기차의 배터리 소모량을 산출하고, 산출된 배터리 소모량을 통해 출발지의 충전소 및 도착지의 충전소 각각에서 전기차가 충전할 충전량을 결정하고, 도착지의 충전소로 결정된 충전량을 포함하는 전기차에 대한 충전 예약을 수행할 수 있는 이점은 있다.
하지만, 단지 출발지 및 도착지에 대한 정보만 주어질 뿐, 그 중간과정의 환경에 대한 정보는 주어지지 않아 어느 경로로 주행을 하는지에 따라 그 오차범위가 커질 수 밖에 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 주행경로에 대한 구체적인 데이터를 이용하여 보다 정확하게 전기차의 상태를 예측함으로써 운전자에게 정확한 정보를 제공하기 위한 것이다.
또한, 일정구간을 주행하는 전기차의 상태를 수집하여 통계적으로 분석함으로써 주행환경과 전기차의 상태와의 상관관계를 명확하게 규명할 수 있는 데이터를 확보하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전기차의 상태정보를 수신하는 전기차상태검출부; 주행경로를 설정하는 경로설정부; 상기 주행경로상의 노드위치를 결정하고, 상기 노드 사이의 경사도를 산출하는 경사도측정부; 배터리상태량을 포함한 전기차의 상태를 예측하는 전기차상태예측부; 전기차의 상태데이터를 실시간으로 검출하는 전기차상태검출부를 포함하여 구성되며, 상기 전기차상태예측부는 상기 경사도 및 전기차상태검출부에 의한 상태데이터를 이용하여 배터리상태량을 산출하는 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템을 제공한다.
상기 전기차상태예측부는 상기 주행경로 및 경사도에 기초하여 예상 배터리 소모량을 산출하고, 상기 전기차상태검출부에서는 실제 배터리 소모량을 검출하며, 상기 경사도측정부에서는 상기 실제 배터리 소모량과 예상 배터리 소모량의 차이를 산출하여 노드위치를 재설정할 수 있다.
상기 전기차 상태 예측 및 분석시스템은 상기 주행경로에 기초하여 경로이력지수를 산출하는 경로이력지수산출부를 더 포함할 수 있으며, 상기 경로이력지수산출부는 주행경로 중 일정구간에서 경사도, 전기차의 속도 및 배터리 소모량을 전송받아 각각의 평균 및 상관관계를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 경로이력지수산출부는 일정구간마다 전기차의 경로이력지수를 아래와 같이 산출하여 저장할 수 있다.
경로이력지수 =
Figure pat00001
본 발명에 의하면, 주행경로에 대한 구체적인 데이터를 이용하여 보다 정확하게 전기차의 상태를 예측함으로써 운전자에게 정확한 정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 일정구간을 주행하는 전기차의 상태를 수집하여 통계적으로 분석함으로써 주행환경과 전기차의 상태와의 상관관계를 명확하게 규명할 수 있는 데이터를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전기차 상태 예측 및 분석시스템의 구성도.
본 발명에 의한 구체적인 실시예의 구성 및 작용에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 전기차 상태 예측 및 분석시스템은 단말기 또는 서버형태로 이루어질 수 있으며, 경로설정부(100), 경사도측정부(200), 전기차상태검출부(300), 전기차상태예측부(400), 경로이력지수산출부(500), 저장부(600)를 포함하여 구성된다.
상기 경로설정부(100)는 지도상에서 출발점과 도착점을 기준으로 하여 전기차가 주행할 경로를 결정하는 역할을 하며, 최소시간, 최소거리 등의 기준으로 경로가 설정될 수 있다. 또한, 상기 경로설정부(100)에서는 설정된 경로에 대해 예상 배터리소모량 및 주행가능거리를 산출하여 표시하여 줄 수 있으며, 복수의 경로에 대해 예상 배터리소모량을 산출하고 이 중 가장 최소배터리소모량으로 예측되는 경로를 디스플레이부에 표시하여 줄 수 있다.
상기 경사도측정부(200)는 설정된 주행경로에 대해 지면의 기울어진 정도를 측정하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 경사도측정부(200)에서는 주행경로 상에 복수 개의 노드를 설정하고, 각 노드 사이의 경사도를 산출한다. 이때, 상기 경사도측정부(200)에서는 저장부(600)에 저장된 GPS 및 GIS 데이터를 이용하여 주행경로에 매칭되는 지점의 고도데이터를 전송받아 경사도를 산출한다.
우선, 경사도측정부(200)에서는 주행경로상에서 저장부에 저장된 복수 개의 노드를 배치하고, 상기 복수 개의 노드를 이용하여 노드 사이의 경사도를 산출한다. 이때, 주행경로에 따라 오르막길인 경우 경사도는 +, 내리막길인 경우 경사도는 -로 표시될 수 있다.
상기 전기차상태검출부(300)는 각종 센서나 OBD2모듈과 같은 장비를 이용하여 전기차의 주행 중 발생되는 상태정보들을 실시간으로 수신한다. 예를 들어, 전기차상태검출부(300)에서는 전기차 BMS(Battery Management System)에서 전송되는 배터리 상태정보들을 수신하여 배터리의 전압, 전류, 온도, SOC, SOH와 같은 상태데이터를 수신할 수 있으며, GPS 또는 GIS 등을 이용하여 차량의 위도, 경도 및 고도와 같은 상태데이터를 수신할 수 있다. 또한, 실시간으로 모터의 RPM, 액셀러레이터 및 브레이크 작동시간 등에 대한 상태데이터를 수신하여 저장부에 저장한다.
상기 전기차상태예측부(400)는 전기차의 주행후 배터리소모량을 포함한 전기차의 상태를 예측하는 역할을 한다.
구체적으로, 저장부(600)에는 경사도에 따른 배터리 소모량을 추정할 수 있는 상태추정데이터베이스가 설치되며, 상기 전기차상태예측부는 설정된 복수 개의 노드를 이용하여 노드 사이의 구간마다 평면거리 및 경사도를 산출하고, 상태추정데이터베이스에 저장된 경사도 및 거리에 따른 배터리 소모량 및 SOC를 검출하여 각 노드 사이의 구간마다 예상 배터리소모량을 산출한다.
상기 상태추정데이터베이스에는 경사도에 따른 평균 배터리 충전률, 평균 배터리 방전률, SOC 등의 데이터가 저장되어 있으며, 전기차상태예측부는 이러한 데이터를 기초로 하여 보간법을 이용하여 주행경로에 따른 전기차의 상태를 예측한다.
또한, 상기 전기차상태예측부(400)에서는 저장부에 저장된 운전자의 운전이력데이터를 참조하여 해당 주행경로 상에서 브레이크 작동시간을 검출한다. 이러한 브레이크 작동시간은 이전에 전기차상태검출부(300)에 의해 수신된 데이터에 기초하여 저장될 수 있으며, 각 노드 사이마다 평균 브레이크 작동시간이 산출되어 저장될 수 있다.
해당 주행경로 상에서 운전자의 운전이력데이터가 없는 경우에는 저장부에 저장된 다른 운전자들의 브레이크 작동시간이 검출되어 사용될 수 있다.
전기차상태예측부(400)에서는 검출된 브레이크 작동시간에 기초하여 배터리충전량을 산출한다. 상기 상태추정데이터베이스에는 브레이크 작동시간에 따른 배터리충전량이 저장되며, 전기차상태예측부는 이러한 데이터를 기초로 하여 보간법을 이용하여 배터리충전량을 예측한다.
그리고, 전기차상태예측부(400)에서는 주행경로에 따른 예측배터리소모량 및 예측브레이크 작동시간에 따른 배터리충전량을 합산하여 예측배터리상태량을 산출한 후, 경로설정부로 전송하여 디스플레이상에 표시하도록 한다.
한편, 전기차상태예측부(400)에서는 예측배터리상태량이 최소량 이하인 경우 상기 최소량으로 예측된 위치인 최소예측위치를 GPS좌표등을 이용하여 경로설정부로 전송하여 준다.
또한, 경로설정부(100)에서는 출발위치부터 상기 최소예측위치까지의 거리를 산출하여 디스플레이상에 표시하여 줄 수 있다.
전기차의 주행 중에는 상기 전기차상태검출부(300)에 의해 실제배터리상태량이 검출되며, 상기 배터리상태량은 각 노드 단위로 검출되어 저장된다.
이후, 전기차의 주행이 종료되면 전기차상태예측부(400)에서는 실제배터리상태량과 예측배터리상태량과의 차이를 계산하며, 실제배터리상태량이 예측배터리상태량보다 크고 오차범위를 넘은 경우 예측 브레이크 작동시간 대신 전기차상태검출부에 의해 저장된 실제 브레이크 작동시간을 이용하여 예측배터리상태량을 다시 산출하고 실제배터리상태량과 예측배터리상태량과의 차이를 2차로 다시 계산한다.
2차 계산후에도 실제배터리상태량과 예측배터리상태량과의 차이가 오차범위를 넘으면 전기차상태예측부(400)에서는 저장부에 오차데이터를 저장한다. 이러한 오차데이터들은 나중에 상태추정데이터베이스에 저장된 경사도 및 거리에 따른 배터리 소모량 및 SOC 등의 데이터 수정에 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 전기차 예측 및 분석시스템의 경로이력지수산출부에서는 전기차의 운행데이터를 수집하여 경사도에 따른 배터리소모량 등 각종 데이터를 업데이트하여 실제 운행데이터와의 오차를 줄일 수 있도록 한다.
또한, 상기 경로이력지수산출부에서는 주행경로 중 일정구간에서 경사도, 전기차의 속도 및 배터리소모량 데이터를 전송받아 각각의 평균 및 상관관계를 산출한다. 이러한 작업을 통해 일정구간을 주행하는 전기차의 평균적인 상태변화를 추론할 수 있다.
그리고, 상기 경로이력지수산출부에서는 전기차가 도착위치에 도달하여 주행을 종료하면 전기차가 운행된 주행경로에 기초하여 경로이력지수를 산출한다. 상기 경로이력지수는 특정 전기차가 운행된 주행경로의 경사도를 반영하여 경사진 길을 얼만큼 주행했는지를 추정할 수 있는 데이터가 되며, 아래와 같은 식을 이용하여 산출될 수 있다.
경로이력지수 =
Figure pat00002
즉, 각 노드 사이의 경사도, 거리 및 전기차가 주행한 속도를 이용하여 전기차가 특정 경사도인 경로를 주행한 시간이 산출될 수 있으며, 동일 시간 작동된 배터리라 하더라도 주행한 경로에 따라 경로이력지수가 달라질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 경로설정부 200 : 경사도측정부
300 : 전기차상태검출부 400 : 전기차상태예측부
500 : 경로이력지수산출부 600 : 저장부

Claims (2)

  1. 전기차의 상태정보를 수신하는 전기차상태검출부;
    주행경로를 설정하는 경로설정부;
    상기 주행경로상의 노드위치를 결정하고, 상기 노드 사이의 경사도를 산출하는 경사도측정부;
    배터리상태량을 포함한 전기차의 상태를 예측하는 전기차상태예측부;
    전기차의 상태데이터를 실시간으로 검출하는 전기차상태검출부를 포함하여 구성되며,
    상기 전기차상태예측부는 상기 경사도 및 전기차상태검출부에 의한 상태데이터를 이용하여 배터리상태량을 산출하는 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기차 상태 예측 및 분석시스템은 주행경로 중 일정구간에서 경사도, 전기차의 속도 및 배터리 소모량을 전송받아 각각의 평균 및 상관관계를 산출하는 경로이력지수산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GIS 경사도 데이터를 이용한 전기차 상태 예측 및 분석시스템.
KR1020220149302A 2022-11-10 경로이력지수기반 전기차 에너지 최적화 주행경로 분석시스템 KR20240068901A (ko)

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