WO2022080828A1 - 차량용 배터리 과충전 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

차량용 배터리 과충전 방지 시스템 및 방법 Download PDF

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이종우
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Definitions

  • the present invention relates to a method for preventing overcharging of a vehicle battery, and more particularly, to a method for preventing overcharging of a battery used in a vehicle equipped with an E-TPO.
  • E-PTO Electric Power Take Off
  • the battery of the electric vehicle is fully charged. Even after that, if the charger and the electric vehicle are continuously connected, the power not consumed by the E-PTO may overcharge the battery.
  • Patent Document 2 KR2019-0062824 A
  • Patent Document 3 JP4831179 B2
  • Patent Document 4 KR1610507 B1
  • An object of the present invention is to provide a control system and method for improving efficiency in a fully charged state of a battery and preventing overcharging in an electric vehicle equipped with an E-PTO.
  • An overcharge prevention method includes an overcharge detection step of detecting overcharge of a battery; a reduced output power calculating step of calculating an average input power input to the battery in an overcharged state of the battery, and calculating power to be reduced and output by the charger based on the calculated average input power; an output power reduction request step of requesting a reduction in output power to a charger based on the calculated reduced output power; a reduced power output step of outputting the reduced power by the charger receiving the output power reduction request; an overcharged battery power consumption step in which the reduced charging power output in the reduced power output step is input only to the E-PTO, and the insufficient power of the E-PTO is supplied from the battery to consume the overcharged battery; a normal power output step in which the charger outputs normal power again when the power of the overcharged battery is consumed and the charging state of the battery is not the overcharged state; and repeating the reduced power output step and the normal power output step based on the battery charge state.
  • the overcharge detection step includes a charging state checking step of confirming the overcharge state of the battery; and an overcharge current input detection step of detecting and measuring an overcharge current input input to the battery when the overcharge of the battery is confirmed. .
  • the reduced output power calculation step includes an input power calculation step of calculating overcharge power using the detected overcharge current input value; and an average input power calculation step of calculating an average input power using the calculated overcharge power and detection time and a reduced output power calculating step of calculating the reduced output power requested by the charger based on the calculated average input power, wherein the reduced output power is the average input power from the power required by the E-PTO It is characterized in that more than 1 time of power is subtracted by 2 times.
  • the charging power reduction request step includes an output power reduction request step of requesting the charger to reduce the output power based on the reduced power amount.
  • the overcharge state is 101% of the full charge state, and the non-overcharged state is set to 99% or less of the full charge state, and the state of charge of the battery is maintained close to 100%.
  • a system for preventing overcharging of an electric vehicle battery configured to supply power to a driving motor and an E-PTO of an electric vehicle, the electric vehicle comprising: a battery for storing electric energy supplied from a charger; a motor driven by receiving electric energy from the battery; E-PTO receiving electric energy from the charger or battery and supplying electric power to electronic equipment having a function other than driving; and an overcharge control unit for controlling power input to the battery and the E-PTO and power output from the charger, wherein the overcharge control unit includes: a charging state detection unit for checking a charging state of the battery; a current detection unit detecting an input current applied to the battery when the battery is overcharged; Calculating input power based on the input current, calculating average input power using the input power and detection time, and calculating the amount of reduced power to be reduced and output by the charger based on the average input power wealth; and a power reduction requesting unit that requests the calculated amount of hidden power from the charger.
  • the overcharge control unit may be a component of a Battery Management System (BMS) designed integrally with a battery or a component of a Vehicle Control Unit (VCU).
  • BMS Battery Management System
  • VCU Vehicle Control Unit
  • the amount of reduced power to be reduced and output calculated by the power calculator is characterized by subtracting twice the average input power from the power required by the E-PTO.
  • the electric vehicle detects the input current when the battery is overcharged and calculates the average input power by arranging an overcharge control unit including a charge state detection unit, a current detection unit, a power calculation unit and a power reduction request unit in the VCU, and , request the charger to reduce the output power based on the calculated result.
  • an overcharge control unit including a charge state detection unit, a current detection unit, a power calculation unit and a power reduction request unit in the VCU, and , request the charger to reduce the output power based on the calculated result.
  • the VCU controls the output power of the charger so that the battery supplies a part of the requested power required by the E-PTO when the battery is overcharged, thereby consuming the overcharged battery power and preventing the battery from overcharging. It can improve battery charging efficiency than technology.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an entire system of the present invention according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method for preventing overcharging of a battery according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention includes an electric vehicle 200 including a VCU (Vehicle Control Unit), an E-PTO, and a battery, and a charger 100 for supplying electric energy to the electric vehicle 200 .
  • VCU Vehicle Control Unit
  • E-PTO Electronic Device Control Unit
  • a battery for supplying electric energy to the electric vehicle 200 .
  • the battery 240 stores electrical energy received from the external charger 100 and supplies it to the motor 241 when driving.
  • the battery 240 of the present invention serves to supply power not only to the driving motor 241 but also to the E-PTO 230 .
  • the motor 241 receives electric energy from the battery 241 and outputs it as driving power of the electric vehicle 200 .
  • the E-PTO 230 receives electric energy from the external charger 100 or the battery 240 and outputs it as power required to drive the external electronic equipment of the electric vehicle 200 .
  • the electronic equipment 231 is mounted on the electric vehicle 200 and receives power output from the E-PTO 230 to perform functions other than driving. It includes a variety of electronic equipment 231, such as a driving device and a lifting device for high-place work.
  • the VCU (Vehicle Control Unit) 210 controls the power between the charger 100 , the battery 240 and the E-PTO 230 in the electric vehicle 200 , and an overcharge state through the overcharge control unit 220 . Calculating the power input for a predetermined unit time supplied to the battery 240 and the input power to be reduced based on this, and transmitting it to the charger 100, a request to reduce the charging power is performed.
  • the overcharge control unit 220 is configured to include a charging state detection unit 221, a current detection unit 222, a power calculation unit 223, and a power reduction request unit 224, and the BMS ( It may be one configuration of the Battery Management System) or one configuration of the VCU 210 .
  • the state of charge detection unit 221 detects the state of overcharge of the battery 240 by checking the state of charge of the battery 240 , that is, the SOC of the battery 240 in real time. It is determined that the overcharged state of the battery 240 exceeds a predetermined upper limit value of SOC, for example, 101%.
  • the upper limit of the SOC of the battery 240 may be set variously according to system requirements, for example, an SOC exceeding 100% of the SOC of the battery 240 may be set as the upper limit of the charging capacity.
  • the lower limit of the charging capacity can be set to less than 100%.
  • the current detection unit 222 detects the current value input to the battery 240 when the battery 240 is in a fully charged state, that is, even when the SOC measurement value of the battery 240 is greater than or equal to a predetermined reference value, for example, 101% or greater. detect
  • the detected input current value is a current that continuously flows into the battery 240 even though the battery 240 is equal to or greater than a predetermined reference SOC value, it is determined as an overcharge current.
  • the input current values are detected, and the voltage applied to the battery 240 is also measured and transmitted to the power calculator 223 .
  • the power calculator 223 calculates the average input power, ie, the amount of overcharge power, for a predetermined time period detected by using the overcharge input current input to the overcharged battery 240 and the voltage at this time. In addition, the reduced power to request reduction from the charger 100 is calculated based on the calculated average input power.
  • the battery 240 is in an overcharged state due to excessive power input for the predetermined time period. 240) of overcharging power must be consumed.
  • the power output from the charger 100 is distributed and supplied to the E-PTO 230 and the battery 240 , and charging power output from the charger 100 is a method for consuming the power of the battery 240 .
  • the E-PTO 230 requests the charger to output less power than the required power.
  • the reduced output power requested from the charger 100 is not only the overcharge power, which is the average input power input to the overcharge battery 240 from the required power of the E-PTO 230, but a larger power as the reduced output power. can be calculated.
  • the reduced charging power requesting an output from the charger may be calculated by limiting twice the average input power (overcharging power) of the overcharged state battery 240 from the required power of the E-PTO 230 .
  • the power reduction request unit 224 transmits, to the charger 100 , to output the reduced charging power obtained by reducing the calculated reduced output power.
  • the SOC of the battery 240 detected by the state of charge detection unit 221 is detected to be less than or equal to a predetermined value, for example, 99%, the reduction output request is stopped and a normal charging is requested.
  • the charger 100 is connected to the electric vehicle 200 and receives and outputs a reduced output or a normal output request according to the SOC state of the battery 240 detected by the overcharge control unit 220 of the VCU 210 .
  • the SOC state of the battery 240 detected by the overcharge control unit 220 of the VCU 210 For example, when the SOC is 101% or more, the reduced charging power obtained by reducing the calculated reduced output power is output to prevent overcharging, and when the SOC is less than 99%, the battery 240 SOC can be maintained close to 100% by outputting the normal power. there is.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for preventing overcharging of the battery 240 of the electric vehicle 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery 240 is charged by connecting the charger 100 and the electric vehicle 200 .
  • the overcharge detection step is a procedure for detecting a state in which the battery is overcharged, and detecting that a charging current continuously flows into the battery in the overcharge state.
  • This may be configured to include an overcharge state checking step and an overcharge current input detection step.
  • the current detection unit 222 of the overcharge control unit 220 checks the state of charge of the battery 240 , that is, the SOC of the battery 240 in real time to confirm the state of charge.
  • the overcharge current input detection step is a step of detecting and measuring an overcharge current input through which a charging current is continuously input to the battery even in an overcharged state as a result of checking in the overcharge state checking step.
  • the current detection unit 222 detects a current input to the battery 240 at this time. Since the detected input current value is a current that continuously flows into the battery 240 even though the battery 240 is above a predetermined reference SOC, it is determined as an overcharge current, and is input for a predetermined time period to calculate the input overcharge power amount. The current values are detected, and the voltage applied to the battery 240 is also measured and transmitted to the power calculator 223 .
  • a predetermined upper limit value for example, 101% or more
  • the upper limit of the SOC of the battery 240 may be set variously according to system requirements, and for example, an SOC exceeding 100 of the SOC of the battery 240 may be set as the upper limit of the charging capacity.
  • the lower limit of the charging capacity can be set to less than 100%.
  • the average input power for a predetermined time period detected that is, the amount of overcharge power, is calculated using the measured overcharge input current and the voltage at this time.
  • a reduced output power (amount of power hidden) to request a reduction in the charger 100 is calculated based on the calculated average input power.
  • the battery 240 is in an overcharged state due to excessive input of power for the predetermined time period.
  • the power output from the charger 100 is distributed and supplied to the E-PTO 230 and the battery 240 , and as a method for consuming the power of the battery 240 , the power output from the charger 100 is applied to the E-PTO. (230) Outputs with power smaller than the required power.
  • the power output from the charger 100 is distributed and supplied to the E-PTO 230 and the battery 240 , and as a method for consuming the power of the battery 240 , the power output from the charger 100 is E -PTO 230 outputs a power smaller than the required power.
  • the reduced charging power requested from the charger 100 is calculated by subtracting a larger power from the reduced output power, not just the average input power of the overcharged battery 240 from the E-PTO 230 requirement.
  • the reduced charging power requested by the charger may be calculated by limiting twice the average input power of the battery 240 from the required power of the E-PTO 230 .
  • the power reduction request unit 224 requests the charger 100 to output the reduced charging power obtained by reducing the calculated reduced output power from the required power of the E-PTO 230 .
  • the charging power reduction request may be stopped and a normal charging may be requested.
  • the charger 100 outputs the reduced charging power requested by the power reduction requesting unit 224 .
  • the reduced output request may be stopped and output as normal power.
  • the reduced power input from the charger 100 receiving the reduced output request to the electric vehicle 200 is input only to the E-PTO 230 by the E-PTO 230 required power. Accordingly, the battery 240 is no longer overcharged, and the charger 100 does not transmit all of the power required by the E-PTO 230 , so the E-PTO 230 receives the insufficient power from the battery 240 . is supplied, and thus the overcharged battery consumes power to get out of the overcharged state.
  • the SOC is reduced due to power consumption of the battery 240 , and the SOC of the battery 240 is a predetermined lower limit value, for example, 99% or less. If it is confirmed, the VCU 210 stops the charging power reduction request transmitted to the charger 100 to perform normal charging.
  • the system and charging method of the present invention periodically repeat the above process according to the state of charge of the battery 240 .
  • the battery 240 may prevent overcharging by maintaining an SOC state of a predetermined lower limit to an upper limit value, for example, 99% to 101%, and is maintained close to a fully charged state.

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 시, 배터리의 충전상태를 확인하여 과충전을 감지하여, 과충전된 배터리의 전력을 소모하는 과충전 배터리 전력 소비 단계와, 상기 배터리 전력의 소비로 인하여 충전 상태가 설정된 충전 상태 이하에서는, 다시 정상 전력으로 출력하는 정상 전력 출력 단계와, 배터리 충전 상태에 기반하여 상기 감축 전력 출력 단계와 상기 정상 전력 출력 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 방법에 관한 것이다.

Description

차량용 배터리 과충전 방지 시스템 및 방법
본 발명은 차량용 배터리의 과충전을 방지하는 방법 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 E-TPO를 장착하는 차량에서 사용되는 배터리의 과충전을 방지하기 위한 방법 관한 것이다.
최근 환경 오염 문제로 자동차 배출가스에 관련한 규제가 강화되면서 친환경 자동차의 수요가 증가하고 있으며. 이러한 이유에서 외부에서 전기에너지를 공급받아 배터리에 충전한 후, 배터리가 공급하는 전기에너지로 모터를 구동시켜 동력을 얻는 전기자동차에 관한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이러한 전기자동차의 배터리는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지가 하나의 팩으로 형성되며, 외부 충전기로부터 배터리를 충전해야 하기 때문에 배터리의 용량과 충전 상태에 따라서 전기자동차의 주행거리에 미치는 영향이 크다.
또한 전기를 동력으로 사용하면서 냉장 장비 또는 리프팅 장비 등 특수한 목적을 수행하는 부수 장비 및 외부 장비가 장착된 전기자동차들은 이러한 부수 장비 및 외부 장비에 전력을 공급하기 위한 전기식 동력인출장치(E-PTO, Electric Power Take Off)를 구성한다.
외부충전기로부터 상기의 배터리와 상기의 E-PTO에 전기에너지를 공급받는 방법에 있어서, E-PTO에 소요되는 전력을 배터리와 함께 충전기로부터 동시에 공급받는 시스템일 경우, 전기자동차의 배터리가 완전 충전된 이후에도 계속 충전기와 전기자동차가 연결되어 있으면 E-PTO에서 소비하지 못한 전력이 배터리를 과충전시키는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 종래에는 E-PTO에서 소비되는 필요한 전력을 전기자동차의 배터리로부터 공급받는 방법으로 과충전을 방지하게 된다. 하지만 이는 배터리가 완전 충전된 상태에서 전기자동차가 장기간 주차하는 경우 배터리에서 E-PTO로 공급되는 전력으로 인해 출발 시 배터리가 완전 충전되지 않은 상태가 됨으로써 전기자동차 충전의 효율성이 떨어진다는 단점을 발생시킨다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
(특허문헌 1) KR1490958 B1
(특허문헌 2) KR2019-0062824 A
(특허문헌 3) JP4831179 B2
(특허문헌 4) KR1610507 B1
본 발명은 E-PTO를 탑재한 전기자동차에서 배터리 완전 충전 상태에서의 효율성 향상과, 과충전을 방지하는 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 과충전 방지 방법은, 배터리의 과충전을 감지하는 과충전 감지 단계; 배터리의 과충전 상태에서, 상기 배터리에 입력되는 평균 입력 전력을 산출하고, 산출된 평균 입력 전력에 기반하여 충전기가 감축하여 출력할 전력을 산출하는 감축 출력 전력 산출 단계; 상기 산출된 감축 출력 전력을 기반하여 충전기로 출력 전력의 감축을 요청하는 출력 전력 감축 요청 단계; 상기 출력 전력 감축 요청을 받은 충전기가 감축된 전력을 출력하는 감축 전력 출력 단계; 상기 감축 전력 출력 단계에서 출력된 감축된 충전 전력은 E-PTO로만 입력되며, E-PTO의 모자란 전력은 배터리로부터 공급받아 과충전된 배터리를 소모하는 과충전 배터리 전력 소비 단계; 상기 과충전 배터리의 전력이 소비되어 배터리의 충전 상태가 과충전 상태가 아닌 경우, 충전기가 다시 정상 전력으로 출력하는 정상 전력 출력 단계; 를 포함하여 구성되고, 배터리 충전 상태에 기반하여 상기 감축 전력 출력 단계와 상기 정상 전력 출력 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 과충전 감지 단계는 상기 배터리의 과충전 상태를 확인하는 충전 상태 확인 단계;와 배터리의 과충전 확인시, 배터리로 입력되는 과충전 전류 입력을 감지하고 측정하는 과충전 전류 입력 감지 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 감축 출력 전력 산출 단계는 상기 감지된 과충전 전류 입력 값을 이용하여 과충전 전력을 산출하는 입력 전력 산출 단계;와 상기 산출된 과충전 전력과 검출 시간을 이용하여 평균 입력 전력을 산출하는 평균 입력 전력 산출 단계;와 상기 산출된 평균 입력 전력을 기반으로 충전기에 요청하는 감축되어 출력할 전력을 산출하는 감축 출력 전력 산출 단계;를 포함하여 구성되며 상기 감축 출력 전력은 E-PTO에서 요구하는 전력에서 상기 평균 입력 전력의 1배를 초과하여 2배를 제하는 것을 특징으로 한다.
상기 충전 전력 감축 요청 단계는, 상기 감축 전력량에 기반하여 충전기로 출력 전력 감축을 요청하는 출력 전력 감축 요청 단계;를 포함한다.
상기 과충전 상태는 완전 충전 상태의 101% 이며, 상기 과충전 상태가 아닌 것은 완전 충전 상태의 99% 이하로 설정하여, 배터리의 충전 상태를 100%에 가깝게 유지하는 것을 특징으로 한다.
전기자동차의 구동 모터 및 E-PTO에 전력을 공급하도록 구성된 전기자동차 배터리의 과충전을 방지하는 시스템에 있어서, 상기 전기자동차는, 충전기로부터 공급받은 전기에너지를 저장하는 배터리; 상기 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 구동하는 모터; 상기 충전기 또는 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 주행 이외의 기능을 하는 전자 장비에 전력을 공급하는 E-PTO; 및 배터리와 E-PTO에 입력되는 전력과 충전기가 출력하는 전력을 제어하는 과충전 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 과충전 제어부는, 배터리의 충전 상태를 확인하는 충전 상태 검출부; 상기 배터리의 과충전시 배터리로 인가되는 입력 전류를 감지하는 전류 검출부; 상기 입력되는 전류를 기반으로 입력 전력을 산출하며, 상기 입력된 입력 전력과 검출 시간을 이용하여 평균 입력 전력을 산출하고, 상기 평균 입력 전력을 기반으로 충전기가 감축 출력해야할 감축 전력량을 산출하는 전력산출부; 및 상기 산출된 감출 전력량을 충전기로 요청하는 전력 감축 요청부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과충전 제어부는, 배터리와 일체형으로 설계되는 BMS(Battery Management System)의 일 구성 또는 VCU(Vehicle Control Unit)의 일 구성일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 산출부에서 산출하는 감축 출력해야할 감축 전력량은, E-PTO에서 요구하는 전력에서 상기 평균 입력 전력의 2배를 제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전기자동차는 구성하는 VCU에 충전 상태 검출부, 전류 검출부, 전력 산출부 전력 감축 요청부를 포함하는 과충전 제어부를 배치함으로써 배터리 과충전시 입력 전류를 감지하여 평균 입력 전력을 산출하고, 산출된 결과를 기반으로 충전기에 출력 전력 감축을 요청한다. 그 결과 과충전 상태에서의 배터리는 VCU를 통하여 외부 충전기로부터 전기자동차로 공급되는 전력을 제한함으로써 E-TPO가 요구하는 전력을 일시적으로 외부 충전기와 배터리로부터 공급받을 수 있다. 즉, VCU가 충전기의 출력 전력을 제어하여 배터리의 과충전시 E-PTO가 요구하는 요청 전력의 일부를 배터리가 공급하도록 함으로써, 과충전된 배터리의 전력을 소모시켜 배터리의 과충전을 방지할 수 있으며 종래의 기술보다 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 전체 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 과충전 방지 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 VCU(Vehicle Control Unit), E-PTO, 배터리를 포함하는 전기자동차(200)와, 상기 전기자동차(200)에 전기에너지를 공급하는 충전기(100)로 구성된다.
1. 본 발명의 전기자동차의 구성
가. 배터리
배터리(240)는 외부 충전기(100)로부터 받은 전기에너지를 저장하여 주행시 모터(241)로 공급한다. 본 발명의 배터리(240)는 주행 모터(241) 뿐만 아니라 E-PTO(230)에도 전력을 공급하는 역할을 수행한다.
나. 모터
모터(241)는 배터리(241)로부터 전기에너지를 공급받아 전기자동차(200)의 주행 동력으로 출력한다.
다. E-PTO
E-PTO(230)는 외부 충전기(100) 또는 배터리(240)로부터 전기에너지를 공급받아 전기자동차(200) 외부의 전자장비를 구동시키는데 필요한 동력으로 출력한다.
라. 전자장비
전자장비(231)는 전기자동차(200)에 장착되어 E-PTO(230)가 출력하는 전력을 전달받아 주행 이외의 기능을 수행하는 것으로서, 예를 들어 냉동탑차용 냉장고, 소방용 워터펌프, 윙바디 개폐용 구동장치 및 고소작업용 승강장치 등 다양한 전자 장비(231)들을 포함한다.
마. VCU
VCU(Vehicle Control Unit)(210)는 전기자동차(200) 내에서 충전기(100), 배터리(240)와 E-PTO(230) 사이에서의 전력을 제어하며, 과충전 제어부(220)를 통해 과충전 상태의 배터리(240)로 공급되는 소정의 단위 시간 동안 입력되는 전력과 이를 바탕으로 감축해야 할 입력 전력을 산출하고 이를 충전기(100)에 전송하여, 충전 전력의 감축 요청을 수행한다.
(1) 과충전 제어부
과충전 제어부(220)는 충전 상태 검출부(221), 전류 검출부(222), 전력 산출부(223), 전력 감축 요청부(224)를 포함하여 구성되며, 배터리(240)와 일체형으로 설계되는 BMS(Battery Management System)의 일 구성 또는 VCU(210)의 일 구성일 수 있다.
(2) 충전 상태 검출부
충전 상태 검출부(221)는 배터리(240)의 충전 상태, 즉 배터리(240)의 SOC를 실시간으로 확인하여 배터리(240)의 과충전 상태를 감지한다. 배터리(240)의 과충전 상태는 소정의 SOC 상한 값, 예를 들어 101%를 초과하는 것으로 판단한다.
상기 배터리(240) SOC 상한 값은 시스템 요구사항에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 예를 들어 배터리(240) 완충 SOC의 100%를 초과하는 SOC를 상한 충전용량으로 설정할 수 있으며. 하한 충전용량은 100% 미만으로 설정할 수 있다.
(3) 전류 검출부
전류 검출부(222)는 배터리(240)가 완전 충전 상태인 경우, 즉 배터리(240)의 SOC 측정값이 소정의 기준값 이상, 예를 들어 101% 이상인 경우에도 배터리(240)로 입력되는 전류값을 검출한다.
상기 검출된 입력 전류값은 배터리(240)가 소정의 기준 SOC 값 이상임에도 지속적으로 배터리(240)로 유입되는 전류이므로 과충전 전류로 판단하며, 입력된 과충전 전력량을 산출하기 위하여 소정의 시간 구간 동안의 입력 전류값들을 검출하고, 이 때 배터리(240)에 인가되는 전압을 함께 측정하여 이를 전력 산출부(223)로 전달한다.
(4) 전력 산출부
전력 산출부(223)에서는 과충전 상태의 배터리(240)로 입력되는 상기 과충전 입력 전류와 이때의 전압을 이용하여 검출된 소정의 시간 구간 동안의 평균 입력 전력, 즉 과충전 전력량을 산출한다. 또한 산출된 평균 입력 전력을 기반으로 충전기(100)에 감축을 요청할 감축 전력을 산출한다.
이 때, 배터리(240)의 SOC가 예를 들어 101% 이상임에도 불구하고 상기 소정의 시간 구간 동안의 전력이 초과 입력되어 배터리(240)가 과충전 상태가 되었으므로, 이를 정상상태로 되돌리기 위해서는, 배터리(240)의 과충전 전력을 소비해야 한다. 본 발명은 충전기(100)에서 출력되는 전력이 E-PTO(230)와 배터리(240)에 분배되어 공급되는데, 배터리(240)의 전력을 소비시키기 위한 방법으로 충전기(100)에서 출력하는 충전전력에 대하여 감축을 요청하여, E-PTO(230) 요구 전력보다 더 작은 전력으로 출력하도록 충전기에 요청한다. 그 결과 E-PTO(230) 요구 전력보다 더 작게 출력되는 감축된 충전 전력은 모두 E-PTO(230)로 공급되고, 또한 E-PTO(230)가 요구하는 E-PTO(230) 요구 전력에서 모자란 전력은 배터리(240)로부터 E-PTO(230)로 입력되어 공급됨으로써 과충전 상태의 배터리(240) 전력을 소비한다.
한편, 충전기(100)에 요청하는 감축 출력 전력은 E-PTO(230) 요구전력에서 과충전 배터리(240)로 입력되는 평균 입력 전력인 과충전 전력만이 아닌, 더 큰 전력을 감축 출력 전력으로 제하여 산출할 수 있다. 예를 들어 충전기로 출력을 요청하는 감축 충전 전력은 E-PTO(230) 요구전력에서 과충전 상태 배터리(240)의 평균 입력 전력(과충전 전력)의 2배를 제한 전력으로 산출될 수 있다. 시스템 요구사항에 따라서 2배가 아닌 1배 이상의 다른 배수를 제한 전력을 감축 요청할 수도 있다.
(5) 전력 감축 요청부
전력 감축 요청부(224)는 산출된 감축 출력 전력을 감축한, 감축 충전전력을 출력할 것을 충전기(100)로 전달한다. 또한 충전 상태 검출부(221)에서 검출된 배터리(240)의 SOC가 소정의 값, 예를 들어 99%이하로 검출되는 경우, 감축 출력 요청을 중단하고 정상 충전할 것을 요청한다.
바. 충전기
충전기(100)는 전기자동차(200)와 연결되어 VCU(210)의 과충전 제어부(220)에서 감지하는 배터리(240)의 SOC상태에 따라 감축 출력 또는 정상 출력 요청을 전달받아 출력한다. 예를 들어 SOC가 101%이상에서는 산출된 감축 출력 전력을 감축한 감축 충전전력을 출력하여 과충전을 방지하고, 99% 이하에서는 정상 전력으로 출력하여, 배터리(240) SOC를 100%에 가깝게 유지할 수 있다.
2. 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 과충전 방지 방법
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차(200) 배터리(240)의 과충전 방지 방법을 도시한 흐름도이다.
각각의 절차를 설명하면 다음과 같다.
가. 과충전 감지 단계(S10)
먼저 충전기(100)와 전기자동차(200)를 연결하여 배터리(240)를 충전한다.
과충전 감지 단계는 배터리가 과충전되는 상태를 감지하고, 과충전 상태에서 지속적으로 배터리로 충전전류가 유입되는 것을 감지하는 절차이다.
이는 과충전 상태 확인단계와 과충전 전류 입력 감지단계를 포함하여 구성될 수 있다.
(1) 과충전 상태 확인단계
충전 시, 과충전 제어부(220)의 전류 검출부(222)에서 배터리(240)의 충전 상태, 즉 배터리(240) SOC를 실시간으로 확인하여 충전 상태를 확인한다.
충전 상태 확인 결과, SOC 가 소정의 SOC 상한 값, 예를들어 101% 이상이 되면 과충전 상태로 판단한다.
(2) 과충전 전류 입력 감지단계
과충전 전류 입력 감지단계는, 상기 과충전 상태 확인단계에서의 확인 결과 과충전 상태임에도 지속적으로 배터리로 충전전류가 입력되는 과충전 전류 입력을 감지하고 측정하는 단계이다.
배터리(240)의 SOC가 소정의 상한 값, 예를 들면 101% 이상으로 초과하게 되면 전류 검출부(222)에서 이때의 배터리(240)에 입력되는 전류를 검출한다. 상기 검출되는 입력 전류값은 배터리(240)가 소정의 기준 SOC 이상임에도 지속적으로 배터리(240)로 유입되는 전류이므로 과충전 전류로 판단하며, 입력된 과충전 전력량을 산출하기 위하여 소정의 시간 구간 동안 입력된 전류값들을 검출하고 이때 배터리(240)에 인가되는 전압을 함께 측정하여 이를 전력 산출부(223)로 전달한다.
상기 배터리(240) SOC 상한 값은 시스템 요구사항에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 예를 들어 배터리(240) 완충 SOC의 100를 초과하는 SOC를 상한 충전용량으로 설정할 수 있으며. 하한 충전용량은 100% 미만으로 설정할 수 있다.
나. 감축 출력 전력 산출 단계(S20)
상기 측정한 과충전 입력 전류와 이때의 전압을 이용하여 검출된 소정의 시간 구간 동안의 평균 입력 전력, 즉 과충전 전력량을 산출한다. 또한 산출된 평균 입력 전력을 기반으로 충전기(100)에 감축을 요청할 감축 출력 전력(전력 감출량)을 산출한다.
이 때, 배터리(240)의 SOC가 100%임에도 불구하고 상기 소정의 시간 구간 동안의 전력이 초과 입력되어 배터리(240)가 과충전 상태가 되었으므로, 이를 정상상태로 되돌리기 위해서는 배터리(240)의 과충전 전력을 소비해야 한다. 충전기(100)에서 출력되는 전력이 E-PTO(230)와 배터리(240)에 분배되어 공급되는데, 배터리(240)의 전력을 소비시키기 위한 방법으로 충전기(100)에서 출력하는 전력을 E-PTO(230) 요구 전력보다 더 작은 전력으로 출력한다. 그 결과 충전기(100)에서 출력되는 전력이 E-PTO(230)와 배터리(240)에 분배되어 공급되는데, 배터리(240)의 전력을 소비시키기 위한 방법으로 충전기(100)에서 출력하는 전력을 E-PTO(230) 요구 전력보다 더 작은 전력으로 출력한다.
따라서, 충전기(100)에 요청하는 감축된 충전 전력은 E-PTO(230) 요구 조건에서 과충전 배터리(240)의 평균 입력 전력만이 아닌, 더 큰 전력을 감축 출력 전력으로 제하여 산출한다. 예를 들어 충전기로 요청하는 감축 충전전력은 E-PTO(230) 요구 전력에서 배터리(240)의 평균 입력 전력의 2배를 제한 전력으로 산출될 수 있다. 시스템 요구사항에 따라서 2배가 아닌 1배 이상의 다른 배수로 감축 요청할 수도 있다.
다. 충전 전력 감축 요청 단계(S30)
전력 감축 요청부(224)는 E-PTO(230) 요구 전력에서 상기 산출된 감축 출력 전력을 감축한, 감축 충전전력을 출력할 것을 충전기(100)에 요청한다. 또한 충전 상태 검출부(221)에서 검출된 배터리(240)의 SOC가 소정의 하한 값, 예를 들어 99%이하로 검출되는 경우, 충전 전력 감축 요청을 중단하고 정상 충전할 것을 요청할 수 있다.
라. 감축 충전전력 출력 단계(S40)
충전기(100)는 상기 전력 감축 요청부(224)에서 요청받은 감축 충전 전력을 출력한다. 또한 충전 상태 검출부(221)에서 검출된 배터리(240)의 SOC가 소정의 하한 값, 예를 들어 99%이하로 검출되는 경우, 감축 출력 요청을 중단 받아 정상 전력으로 출력할 수 있다.
마. 과충전 배터리 전력 소비 단계(S50)
상기 감축 출력 요청을 받은 충전기(100)로부터 전기자동차(200)로 입력되는 감축 전력은 E-PTO(230) 요구 전력에 의해 E-PTO(230)로만 입력된다. 따라서 배터리(240)는 더 이상 과충전 되지 않으며, 또한 충전기(100)는 E-PTO(230)에서 요구하는 전력을 모두 전송하지 않으므로, E-PTO(230)는 모자라는 전력을 배터리(240)로부터 공급받고, 이로 인하여 과충전된 배터리는 전력을 소모하여 과충전 상태를 벗어나게 된다.
바. 정상 전력 충전 단계(S60)
배터리(240)의 과충전 상태에서 상기 감축 충전전력 출력 단계가 지속되면, 배터리(240)의 전력 소모로 인하여 SOC가 줄어들게 되는데, 배터리(240)의 SOC가 소정의 하한 값, 예를 들어 99% 이하로 확인되면 VCU(210)에서 충전기(100)로 전달하는 충전전력 감축 요청을 중단하여 정상 충전을 실시한다.
본 발명의 시스템 및 충전방법은 배터리(240)의 충전 상태에 따라 상기 과정을 주기적으로 되풀이한다. 결국 배터리(240)는 소정의 하한값 내지 상한값, 예를 들면 99% 내지 101%의 SOC 상태를 유지함으로써, 과충전을 방지할 수 있으며 완충전 상태에 가깝게 유지되게 된다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서 표시한 도면의 부호의 각 명칭은 아래와 같다.
100: 충전기
200: 전기자동차
210: VCU
220: 과충전 제어부
221: 충전 상태 검출부
222: 전류 검출부
223: 전력 산출부
224: 전력 감축 요청부
230: E-PTO
231: 전자 장비
240: 배터리
241: 모터

Claims (9)

  1. 전기자동차의 구동 모터 및 E-PTO에 전력을 공급하도록 구성된 전기자동차 배터리의 과충전을 방지하는 방법에 있어서,
    배터리의 과충전을 감지하는 과충전 감지 단계;
    배터리의 과충전 상태에서, 상기 배터리에 입력되는 평균 입력 전력을 산출하고, 산출한 평균 입력 전력에 기반하여 충전기가 감축하여 출력할 전력을 산출하는 감축 출력 전력 산출 단계;
    상기 산출된 감축 출력 전력을 기반하여 충전기로 충전 전력의 감축을 요청하는 층전 전력 감축 요청 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전력 감축 요청을 받은 충전기가 감축된 충전전력을 출력하는 감축 충전전력 출력 단계;
    상기 감축 충전전력 출력 단계에서 출력된 감축된 충전 전력은 E-PTO로만 입력되며, E-PTO의 모자란 전력은 배터리로부터 공급받아 과충전된 배터리를 소모하는 과충전 배터리 전력 소비 단계;
    상기 과충전 배터리의 전력이 소비되어 배터리의 충전 상태가 과충전 상태가 아닌 경우, 충전기가 다시 정상 전력으로 출력하는 정상 전력 출력 단계; 를 추가로 포함하며,
    배터리 충전 상태에 기반하여 상기 감축 충전전력 출력 단계와 상기 정상 전력 출력 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 과충전 감지 단계는,
    상기 배터리의 과충전 상태를 확인하는 충전 상태 확인 단계;
    배터리의 과충전 확인시, 배터리로 입력되는 과충전 전류 입력을 감지하고 측정하는 과충전 전류 입력 감지 단계; 를 포함하는 배터리 과충전 방지 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 감축 출력 전력 산출 단계는,
    상기 감지된 과충전 전류 입력 값을 이용하여 과충전 전력을 산출하는 입력 전력 산출 단계;
    상기 산출된 과충전 전력과 과충전 전류입력의 검출 시간을 이용하여 평균 입력 전력을 산출하는 평균 입력 전력 산출 단계;
    상기 산출된 평균 입력 전력을 기반으로 충전기에 감축을 요청할 감축 출력 전력을 산출하는 감축 출력 전력 산출 단계;
    를 포함해서 구성되며,
    상기 감축 출력 전력은 상기 평균 입력 전력보다 더 큰 전력인 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    충전 전력 감축 요청 단계는,
    E-PTO 요구 전력에서 상기 산출된 감축 출력 전력을 제한, 감축 충전전력을 출력할 것을 충전기에 요청하는 것;인 배터리 과충전 방지 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 과충전 상태는 완전 충전 상태의 101% 이며, 상기 과충전 상태가 아닌 것은 완전 충전 상태의 99% 이하로 설정하여, 배터리의 충전 상태를 100%에 가깝게 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 방법.
  7. 전기자동차의 구동 모터 및 E-PTO에 전력을 공급하도록 구성된 전기자동차 배터리의 과충전을 방지하는 시스템에 있어서,
    상기 전기자동차는,
    충전기로부터 공급받은 전기에너지를 저장하는 배터리;
    상기 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 구동하는 모터;
    상기 충전기 또는 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 주행 이외의 기능을 하는 전자 장비에 전력을 공급하는 E-PTO; 및
    배터리와 E-PTO에 입력되는 전력과 충전기가 출력하는 전력을 제어하는 과충전 제어부를 포함하여 구성되며,
    상기 과충전 제어부는,
    배터리의 충전 상태를 확인하는 충전 상태 검출부;
    상기 배터리의 과충전시 배터리로 인가되는 입력 전류를 감지하는 전류 검출부;
    상기 입력되는 전류를 기반으로 입력 전력을 산출하며, 상기 입력된 입력 전력과 검출 시간을 이용하여 평균 입력 전력을 산출하고, 상기 평균 입력 전력을 기반으로 충전기가 충전전력을 감축해야 할 감축 전력량을 산출하는 전력산출부; 및
    상기 산출된 감출 전력량을 상기 E-PTO가 요구하는 전력으로부터 제한 감축 충전전력을 출력할 것을 충전기로 요청하는 전력 감축 요청부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 과충전 제어부는,
    배터리와 일체형으로 설계되는 BMS(Battery Management System)의 일 구성 또는 VCU(Vehicle Control Unit)의 일 구성일 수 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 과충전 방지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 산출부에서 산출하는 감축 전력량은,
    상기 평균 입력 전력보다 더 큰 전력량인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 과충전 방지 시스템.
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