KR100270559B1 - 배터리 등가화 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈의 임피던스에 의한 충전 상태 불균형이 발생하였을 경우 배터리 충전 중 각 배터리 모듈의 충전 상태를 균형화 시키는 배터리 등가화 방법에 관한 것으로, 충전 직전 방전 데이터에 따라 모듈 전압 순서가 변화되었는지를 판단하여 모듈 전압 순서가 변화되었으면 전압 순서가 변화된 모듈을 각각 등가화 목표 모듈과 등가화 기준 모듈로 선정한 후 그 용량차에 따라 등가화 목표 모듈을 보충전함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하고, 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료하고, 모듈 전압 순서가 변화되지 않았으면 충전 상태가 불균형인 모듈을 확인하여 등가화 기준 모듈로 선정하며, 균형 상태인 다른 모듈을 등가화 기준 모듈로 선정한 후 충전 모드에 따라 등가화 목표 모듈을 보충전하여 등가화 함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하고, 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료함으로써, 배터리 충전 및 방전 중의 각 모듈 임피던스에 따른 정확한 충전 상태에 의해 충전 상태가 불균형인 모듈을 확인하여 보충전을 통해 등가화 함으로써 배터리의 사용 가능한 에너지를 증가시켜 전기자동차의 주행 거리를 연장시킬 수 있다.

Description

배터리 등가화 방법
본 발명은 전기자동차의 배터리 등가화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 임피던스에 의한 충전 상태 불균형이 발생하였을 경우 배터리 충전 중 각 배터리 모듈의 충전 상태를 균형화 시키는 배터리 등가화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 모듈화되어 있는 배터리의 한정된 에너지를 이용하여 주행하는 것으로, 배터리의 한정된 에너지가 소모되면 외부 전원에 의해 배터리를 충전하여야 한다.
이러한 전기자동차의 배터리 각각의 모듈은 초기 제조 규격 및 모듈의 온도, 모듈의 임피던스 또는 계속적인 충방전 사이클에 따라 사용 가능한 전류량(전하량)에 대한 인가된(충전된) 전류량의 비율로 나타내어지는 충전 상태(SOC : STATE OF CHARGING)가 달라지는 현상이 발생한다.
즉, 배터리를 방전하였을 경우 충전 상태가 0일 때의 배터리 팩을 구성하고 있는 각 모듈들의 전압이 달라진다.
이러한 배터리 각 모듈의 충전 상태 불균형은 사용할 수 있는 배터리 에너지의 감소를 가져온다.
일 예로 충전 전압이 같을 경우 임피던스가 높은 모듈은 임피던스가 낮은 모듈보다 충전 전류량(전하량)이 작기 때문에 그만큼 배터리 에너지의 사용 시간이 감소되고, 그에 따라 전기자동차의 주행 거리가 단축되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 배터리 각 모듈의 충전 상태 불균형을 등가화 시켜 이용할 수 있는 배터리의 에너지를 증가시키는 데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 전기자동차의 등가화 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예인 배터리 등가화 방법을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예인 배터리 등가화 방법에 있어서 보호 루틴을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,
도 4는 전기자동차 배터리 각 모듈의 등가화를 설명하기 위한 충전 상태를 도시한 그래프이고,
도 5는 전기자동차 배터리 모듈의 충전 상태가 불균형인 상태를 도시한 그래프이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배터리 충전 신호가 있으면 충전 직전 방전 데이터에 따라 모듈 전압 순서가 변화되었는지를 판단하여 모듈 전압 순서가 변화되었으면 전압 순서가 변화된 모듈을 각각 등가화 목표 모듈과 등가화 기준 모듈로 선정한 후 그 용량차를 검출한다.
검출된 용량차에 따라 소정의 정전류로 등가화 목표 모듈을 보충전함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하여 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료한다.
배터리 충전 신호가 있으면 충전 직전 방전 데이터에 따라 모듈 전압 순서가 변화되었는지를 판단하여 모듈 전압 순서가 변화되지 않았으면 충전 상태가 불균형인 모듈을 확인하여 등가화 기준 모듈로 선정하며, 충전 상태가 균형인 모듈을 등가화 기준 모듈로 선정한 후 충전 모드를 확인한다.
확인된 각 충전 모드에 따라 등가화 목표 모듈을 보충전하여 등가화 함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하여 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료한다.
그리고, 보호 루틴은 배터리 충전 모드가 정전력 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈 전압과 등가화 기준 모듈 전압의 차가 정전력 모드에서의 허용 전압차 범위인지를 판단하여 허용 전압차 범위이면 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전하며, 그렇지 않을 경우에는 보충전을 중단하고 제 1정전류 모드에서 보충전을 다시 시작한다.
제 1정전류 또는 제 2정전류 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈 전압과 등가화 기준 모듈 전압에 따라 각 모듈의 충전 상태를 확인하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태가 등가화 기준 모듈의 충전 상태 이상이면 보충전을 중단하여 등가화를 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전한다.
충전 종료 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈의 전압과 설정된 전압 기준값을 비교하여 등가화 목표 모듈의 전압이 기준값보다 크면 보충전을 중단하여 등가화를 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 전기자동차의 배터리 등가화 장치는 배터리 제어부(10)와 충전부(20), 릴레이 박스(40), 전압 검출부(50)로 이루어진다.
배터리 제어부(10)는 각 배터리 모듈(30)의 상태를 파악하며, 그에 따라 배터리(30) 충전 및 등가화를 위한 소정의 신호를 출력한다.
충전부(20)는 외부에서 인가되는 전원을 직류 전원으로 변환하여 스위치(S)가 온 되었을 때 배터리(30) 충전을 위한 6KW의 전기적인 신호를 출력하는 제 1정류기(21)와, 외부에서 인가되는 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(30)의 각 모듈을 보충전 시키기 위한 40W의 전기적인 신호를 출력하는 제 2정류기(22)로 이루어지며, 배터리 제어부(10)의 신호에 따라 배터리(30) 충전 및 배터리(30) 각 모듈을 보충전 시키기 위한 소정의 전기적인 신호를 출력한다.
릴레이 박스(40)는 배터리(30) 각 모듈 전압 검출선의 양측에 제 2정류기(22)의 + 출력단과 연결된 +접점과, 제 2정류기(22)의 - 출력단과 연결된 -접점이 각각 형성되어 있는 릴레이로 이루어지며, n번째의 배터리(30) 모듈을 보충전 시킬 경우 n-1번째의 릴레이 접점은 +접점에 접속되고, n번째의 릴레이 접점은 -접점에 접속되어 제 2정류기(22)의 전기적인 신호에 의해 n번째의 배터리 모듈을 보충전 시킨다.
전압 검출부(50)는 릴레이 박스(40)의 접점 선택에 따라 보충전 되는 배터리 모듈의 전압을 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.
이와 같이 이루어진 전기자동차의 배터리 등가화 장치에서 본 발명의 일 실시예인 배터리 등가화 방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
배터리의 등가화란 배터리 팩을 구성하고 있는 모듈 또는 셀 들의 사용 가능한 전하량을 등가화 시키는 것으로, 도 4에서와 같이 충전 상태(SOC)가 0%에서 각 모듈 또는 셀 들의 컷오프(CUTOFF) 전압이 동일하도록 하는 것이다.
이를 정확히 구현하기 위해서는 C/3(모듈의 사용 가능한 전하량/3)으로 충전 상태를 0%까지 방전을 하여야 한다. 그러나, 전기자동차의 주행시 이는 현실적으로 불가능하므로 전기자동차의 배터리 충전 직전 방전 데이터 중 C/3 방전 전류와 전압 데이터를 근거로 충전 용량이 부족한 모듈을 확인하여 배터리 충전중 소정의 정전류로 보충전을 한다.
이와 같은 보충전을 위해 먼저, 전기자동차의 운행중 배터리 제어부(10)는 배터리(30)에서 방전되는 전류가 C/3일 경우 릴레이 박스(40)의 모듈 전압 검출선을 이용하여 배터리(30)의 각 모듈 전압을 검출하고, 검출된 모듈 전압에 따라 다음의 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 배터리(30) 각 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인하여 배터리 충전 직전 방전 데이터를 설정한다.
이때, 검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이상이면 수학식 1에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인하고, 검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이내이면 수학식 2에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인하고, 검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이하이면 수학식 3에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인한다. 그리고, 검출되는 각 모듈의 전압에 따라 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 확인된 각 모듈의 충전 상태와 검출된 모듈 전압의 순서에 의해 배터리 충전 직전의 방전 데이터를 설정한다.
SOC[%]=-230/(1+e((VM-12.88)/0.499552))+100.78
SOC[%]=-97.95/(1+e((VM-13.876)/0.27481))+114.05
SOC[%]=-88/(1+e((VM-13.902)/0.72421))+86.578
이후, 사용자가 전기자동차의 배터리(30)를 충전하기 위하여 외부 3상 교류 전원을 인가하여 스위치(S)가 "온" 되면 배터리 제어부(10)는 충전기(20)의 제 1정류기(21)를 통해 외부 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환시켜 배터리(30)를 충전시킨다.
이와 동시에 배터리 제어부(10)는 설정된 충전 직전 방전 데이터를 분석하여(S1) 각 모듈의 검출된 전압 순서가 변화되었는지를 판단한다(S2).
이때, 도 5에서와 같이 n번째 모듈 전압( Vn )과 n+1번째 모듈 전압( Vn+1 )의 순서가 변화되었으면 배터리 제어부(10)는 n번째 모듈을 등가화 목표 모듈( Vem )로 설정하고(S3), n+1번째 모듈을 등가화 기준 모듈( Vrm )로 설정한다(S4). 그리고, 충전 직전 방전 데이터를 분석하여 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 연산된 충전 상태에 따라 n번째 모듈( Vem )과 n+1번째 모듈( Vrm ) 사이의 용량차(SOC[ Vn+1 ]-SOC[ Vn ])를 검출한다(S5).
그리고, 배터리 제어부(10)는 릴레이 박스(40)의 n-1번째 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 +단자에 연결된 +접점에 접속하고, n번째 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 -단자에 연결된 -접점에 접속하여 제 2정류기(22)에서 직류 전원으로 변환된 소정의 정전류를 이용하여 등가화 목표 모듈( Vem )을 보충전시켜 등가화 한다(S6).
이와 동시에 배터리 제어부(10)는 보호 루틴을 실행하여(S7) 배터리 충전 모드가 정전력 충전인 CP모드일 경우(S21) 수학식 VemVrm+0.1 에 의해 CP모드에서의 허용 전압차를 판단한다(S23). 이때 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )과 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압차가 CP모드에서의 허용 전압차 범위이면 등가화 루틴을 실행하여(S25) 등가화 목표 모듈( Vem )을 소정의 정전류로 보충전하고(S6), 보충전 중 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )과 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압차가 CP모드에서의 허용 전압차 범위를 벗어나면 배터리 제어부(10)는 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화 목표 모듈( Vem )의 보충전을 중단하고 9A의 정전류 충전인 CC1모드일 경우 보충전을 다시 시작한다(S24).
정전력 충전인 CP모드가 종료되고 9A의 정전류 충전인 CC1모드가 되면 배터리 제어부(10)는 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 다음의 수학식 4에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고(S26), 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 다음의 수학식 5에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다(S27). 그리고, 연산된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])와 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 비교하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되었는지를 판단한다(S28).
SOC[%]=[-164/(1+e((VM-15.136)/0.28549))]+120.87
SOC[%]=[-157.6/(1+e((VM-15.185)/0.27708))]+119.79
등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈(SOC[ Vrm ])의 충전 상태보다 작으면 배터리 제어부(10)는 등가화 루틴을 실행하여(S25) 제 2정류기(22)를 통한 보충전을 계속하며(S6), 보충전된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈(SOC[ Vrm ])의 충전 상태 이상이 되면(S28) 배터리 제어부(10)는 등가화 목표 모듈의 보충전 용량이 목표 용량에 근접하였는지를 판단하여(S29) 목표 용량에 근접하였으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고(S30), 목표 용량에 근접하지 않았으면 등가화 목표 모듈의 상태에 따른 히스토리 데이터를 확인하여(S31) 모듈의 고장 여부를 판단한다(S32). 이때, 배터리 고장이라 판단되면 사용자에게 경보(S33)를 함과 동시에 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고, 그렇지 않으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료한다.
또한, 9A의 정전류 충전인 CC1모드가 종료되고 4.5A의 정전류 충전인 CC2모드가 되면(S21) 배터리 제어부(10)는 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 다음의 수학식 6에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고(S26), 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 다음의 수학식 7에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다(S27). 그리고, 연산된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])와 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 비교하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되었는지를 판단한다(S28).
SOC[%]=[-120.994/(1+e((VM-15.2701)/0.22285)]+120.8309
SOC[%]=[-116.006/(1+e((VM-15.234)/0.244)]+117.78
등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈(SOC[ Vrm ])의 충전 상태보다 작으면 배터리 제어부(10)는 등가화 루틴을 실행하여(S25) 제 2정류기(22)를 통한 보충전을 계속하며(S6), 보충전된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈(SOC[ Vrm ])의 충전 상태 이상이 되면(S28) 배터리 제어부(10)는 등가화 목표 모듈의 보충전 용량이 목표 용량에 근접하였는지를 판단하여(S29) 목표 용량에 근접하였으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고(S30), 목표 용량에 근접하지 않았으면 등가화 목표 모듈의 상태에 따른 히스토리 데이터를 확인하여(S31) 모듈의 고장 여부를 판단한다(S32). 이때, 배터리 고장이라 판단되면 사용자에게 경보(S33)를 함과 동시에 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고, 그렇지 않으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료한다.
이후, 배터리 충전이 완료되면 배터리 제어부(10)는 스위치(S)를 "오프"시켜 배터리 충전을 종료하고 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압을 검출하여 설정된 기준값보다 큰지를 판단한다(S22). 이때, 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압이 기준값 이하이면 등가화 루틴을 실행하여(S25) 등가화 목표 모듈( Vem )을 소정의 정전류로 보충전하여 등가화하고(S6), 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압이 기준값보다 크면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 보충전을 통한 등가화를 완료한다(S30).
이와 같은 보호 루틴을 실행하여(S7) 목표 모듈의 등가화가 완료되면(S8) 배터리 제어부(10)는 등가화할 다른 배터리가 있는지를 판단하여(S9) 등가화할 다른 배터리가 있으면 상기와 같은 방법에 의해 선택된 모듈을 등가화 시키고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 종료한다.
이와는 달리 배터리 충전을 위한 스위치(S)가 "온"될 때, 충전 직전 방전 데이터 분석(S1)을 통한 각 모듈의 검출 전압 순서가 변화되지 않으면(S2) 배터리 제어부(10)는 충전중 검출된 각 모듈의 전압에 따라 상기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 연산된 충전 상태를 파악하여 충전 상태가 불균형인 등가화 목표 모듈( Vem )을 설정하고(S10), 충전 상태가 균형인 다른 하나의 모듈을 등가화 기준 모듈( Vrm )로 설정한다(S11). 그리고, 제 1정류기를 통해 배터리(30)를 충전하는 충전 모드를 파악하여(S12) 정전력 충전인 CP모드이면 보충전을 하지 않는다.
이후, CP모드에 의한 배터리 충전이 종료되고 9A의 정전류 충전인 CC1모드가 되면(S12) 배터리 제어부(10)는 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 수학식 4에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고, 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 수학식 5에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다. 그리고, 연산된 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])와 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])에 따른 용량차(SOC[ Vrm ]-SOC[ Vem ])를 검출한다(S13).
그리고, 배터리 제어부(10)는 릴레이 박스(40)의 등가화 목표 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 +단자에 연결된 +접점에 접속하고, 등가화 목표 모듈 직전 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 -단자에 연결된 -접점에 접속하여 제 2정류기(22)에서 직류 전원으로 변환된 소정의 정전류를 이용하여 등가화 목표 모듈( Vem )을 보충전시켜 등가화 한다(S14).
이와 동시에 배터리 제어부(10)는 보호 루틴을 실행하여(S15) 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 수학식 4에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고(S26), 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 수학식 5에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다(S27). 그리고, 연산된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])와 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 비교하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되었는지를 판단한다(S28). 이때, 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])보다 작으면 배터리 제어부(10)는 등가화 루틴을 실행하여(S25) 제 2정류기(22)를 통한 보충전을 계속하며(S14), 보충전된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되면(S28) 배터리 제어부(10)는 등가화 목표 모듈의 보충전 용량이 목표 용량에 근접하였는지를 판단하여(S29) 목표 용량에 근접하였으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고(S30), 목표 용량에 근접하지 않았으면 등가화 목표 모듈의 상태에 따른 히스토리 데이터를 확인하여(S31) 모듈의 고장 여부를 판단한다(S32). 이때, 배터리 고장이라 판단되면 사용자에게 경보(S33)를 함과 동시에 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고, 그렇지 않으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료한다(S30).
또한, 9A의 정전류 충전인 CC1모드가 종료되고 4.5A의 정전류 충전인 CC2모드가 되면(S12) 배터리 제어부(10)는 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 수학식 6에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고, 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 수학식 7에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다. 그리고, 연산된 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])와 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])에 따른 용량차(SOC[ Vrm ]-SOC[ Vem ])를 검출한다(S13).
그리고, 배터리 제어부(10)는 릴레이 박스(40)의 등가화 목표 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 +단자에 연결된 +접점에 접속하고, 등가화 목표 모듈 직전 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 -단자에 연결된 -접점에 접속하여 제 2정류기(22)에서 직류 전원으로 변환된 소정의 정전류를 이용하여 등가화 목표 모듈( Vem )을 보충전시켜 등가화 한다(S14). 그리고, 상기와 같이 보호 루틴을 실행하여(S15) 검출되는 등가화 기준 모듈( Vrm )의 전압에 따라 수학식 6에 의해 등가화 기준 모듈( Vrm )의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 연산하고(S26), 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 수학식 7에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태(SOC[ Vem ])를 연산한다(S27). 그리고, 연산된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])와 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])를 비교하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되었는지를 판단한다(S28).
이때, 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ])보다 작으면 배터리 제어부(10)는 등가화 루틴을 실행하여(S25) 제 2정류기(22)를 통한 보충전을 계속하며(S6), 보충전된 등가화 목표 모듈의 충전 상태(SOC[ Vem ])가 등가화 기준 모듈의 충전 상태(SOC[ Vrm ]) 이상이 되면(S28) 배터리 제어부(10)는 등가화 목표 모듈의 보충전 용량이 목표 용량에 근접하였는지를 판단하여(S29) 목표 용량에 근접하였으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고(S30), 목표 용량에 근접하지 않았으면 등가화 목표 모듈의 상태에 따른 히스토리 데이터를 확인하여(S31) 모듈의 고장 여부를 판단한다(S32). 이때, 배터리 고장이라 판단되면 사용자에게 경보(S33)를 함과 동시에 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료하고, 그렇지 않으면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 등가화를 완료한다(S30).
그리고, 4.5A의 정전류 충전인 CC2모드가 종료되면 배터리 제어부(10)는 스위치(S)를 "오프"시켜 배터리 충전을 종료하고 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압에 따라 다음의 수학식 8에 의해 등가화 목표 모듈( Vem )의 충전 상태를 확인하며 소정의 정전류로 보충전하여 등가화한다(S18).
SOC[%]=125.86-35.79e(-(VM-15.4)/0.2447)
이와 동시에 배터리 제어부(10)는 보호 루틴을 실행하여(S15) 검출되는 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압이 설정된 기준값보다 큰지를 판단한다(S22). 이때, 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압이 기준값 이하이면 등가화 루틴을 실행하여(S25) 등가화 목표 모듈( Vem )을 소정의 정전류로 보충전하여 등가화하고(S18), 등가화 목표 모듈( Vem )의 전압이 기준값보다 크면 릴레이 박스(40)의 접점을 "오프"시켜 보충전을 통한 등가화를 완료한다(S30).
이와 같은 보호 루틴을 실행하여(S15) 목표 모듈의 등가화가 완료되면(S16) 배터리 제어부(10)는 등가화할 다른 배터리가 있는지를 판단하여(S17) 등가화할 다른 배터리가 있으면 상기와 같은 방법에 의해 선택된 모듈을 등가화시키고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 종료한다.
이와 같이 본 발명은 배터리 충전 및 방전 중의 각 모듈 임피던스에 따른 정확한 충전 상태에 의해 충전 상태가 불균형인 모듈을 확인하여 보충전을 통해 등가화함으로써 배터리의 사용 가능한 에너지를 증가시켜 전기자동차의 주행 거리를 연장시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 배터리 충전 신호가 있으면 충전 직전 방전 데이터에 따라 모듈 전압 순서가 변화되었는지를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 모듈 전압 순서가 변화되었으면 전압 순서가 변화된 모듈을 각각 등가화 목표 모듈과 등가화 기준 모듈로 선정한 후 그 용량차를 검출하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 용량차에 따라 소정의 정전류로 등가화 목표 모듈을 보충전함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료하는 단계와;
    상기 단계에서 모듈 전압 순서가 변화되지 않았으면 충전 상태가 불균형인 모듈을 확인하여 등가화 기준 모듈로 선정하며, 충전 상태가 균형인 모듈을 등가화 기준 모듈로 선정한 후 충전 모드를 확인하는 단계와;
    상기 단계에서 확인된 각 충전 모드에 따라 등가화 목표 모듈을 보충전하여 등가화함과 동시에 보호 루틴을 실행하여 목표 모듈의 등가화가 완료되었는지를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 목표 모듈 등가화가 완료되었으면 등가화할 다른 배터리가 있는지를 확인하여 없으면 등가화 루틴을 종료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
  2. 청구항 1 에 있어서, 상기 단계에서 충전 직전 방전 데이터는 배터리 방전 전류가 C/3일 경우 검출되는 각 모듈 전압의 순서와 그 전압에 따라 각 모듈의 충전 상태를 확인하여 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
  3. 청구항 1 에 있어서, 상기 단계에서 충전 모드가 정전력 모드이면 등가화 목표 모듈을 보충전하지 않으며,
    제 1정전류 모드 또는 제 2 정전류 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈과 등가화 기준 모듈의 전압값에 의한 충전 상태를 확인하여 그 용량차를 검출하고, 그에 따라 등가화 목표 모듈을 보충전하며,
    충전 종료 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈의 충전 상태에 따라 보충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
  4. 청구항 1 에 있어서, 상기 보호 루틴은 배터리 충전 모드가 정전력 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈 전압과 등가화 기준 모듈 전압의 차가 정전력 모드에서의 허용전압차 범위인지를 판단하여 허용 전압차 범위이면 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전하며, 그렇지 않을 경우에는 보충전을 중단하고 제 1정전류 모드에서 보충전을 다시 시작하는 단계와;
    제 1정전류 또는 제 2정전류 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈 전압과 등가화 기준 모듈 전압에 따라 각 모듈의 충전 상태를 확인하여 등가화 목표 모듈의 충전 상태가 등가화 기준 모듈의 충전 상태 이상이면 보충전을 중단하여 등가화를 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전하는 단계와;
    충전 종료 모드이면 검출되는 등가화 목표 모듈의 전압과 설정된 전압 기준값을 비교하여 등가화 목표 모듈의 전압이 기준값보다 크면 보충전을 중단하여 등가화를 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 등가화 루틴을 실행하여 등가화 목표 모듈을 계속 보충전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
  5. 청구항 2 에 있어서, 상기에서 검출되는 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이상이면 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=-230/(1+e((VM-12.88)/0.499552))+100.78
  6. 청구항 2 에 있어서, 상기에서 검출되는 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이내이면 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=-97.95/(1+e((VM-13.876)/0.27481))+114.05
  7. 청구항 2 에 있어서, 상기에서 검출되는 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이하이면 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=-88/(1+e((VM-13.902)/0.72421))+86.578
  8. 청구항 3 에 있어서, 상기 충전 종료 모드에서 등가화 목표 모듈의 충전 상태는 다음의 수학식에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=125.86-35.79e(-(VM-15.4)/0.2447)
  9. 청구항 4 에 있어서, 제 1정전류 또는 제 2정전류 모드에서 확인되는 등가화 목표 모듈의 충전 상태가 등가화 목표 모듈의 충전 상태 이상일 경우 보충전 용량과 목표 용량을 비교하는 단계와;
    상기 단계에서 보충전 용량이 목표 용량보다 크면 보충전을 중단하고 등가화를 종료하며, 보충전 용량이 목표 용량 이하이면 충전 상태에 따라 설정된 히스토리 데이터에 의해 등가화 목표 모듈을 점검하여 고장인지를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 고장이면 사용자에게 경보하여 줌과 동시에 보충전을 중단하여 등가화를 종료하며, 고장이 아니면 보충전을 중단하여 등가화를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
  10. 청구항 3 또는 4 에 있어서, 상기 제 1정전류 모드에서 등가화 기준 모듈의 충전 상태는 다음의 수학식에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=[-164/(1+e((VM-15.136)/0.28549))]+120.87
  11. 청구항 3 또는 4 에 있어서, 등가화 목표 모듈의 충전 상태는 다음의 수학식에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=[-157.6/(1+e((VM-15.185)/0.27708))]+119.79
  12. 청구항 3 또는 4 에 있어서, 상기 제 2정전류 모드에서 등가화 기준 모듈의 충전 상태는 다음의 수학식에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=[-120.994/(1+e((VM-15.2701)/0.22285)]+120.8309
  13. 청구항 3 또는 4 에 있어서, 등가화 목표 모듈의 충전 상태는 다음의 수학식에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 등가화 방법.
    SOC[%]=[-116.006/(1+e((VM-15.234)/0.244)]+117.78
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