KR101857468B1 - 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 복수 개의 공조 사용량에 대한 공조장치의 실제 소모 전력 값과 예측 값을 획득하는 단계; 상기 공조장치의 예측 값으로부터 회귀식을 연산하고, 결정계수 값을 연산하는 단계; 상기 회귀식 값과 상기 공조장치의 예측 값을 상기 결정계수 값의 기 설정된 상관성에 따라 반영 비율을 산정하여, 두 값을 블렌딩하는 단계; 및 상기 블렌딩하여 얻은 주행 연비로부터 주행가능 거리를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법을 제공한다.

Description

회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법 {DTE estimation method of electric vehicle using a regression equation}

본 발명은 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것으로서, 전기자동차의 주행 가능한 배터리의 에너지량을 획득하기 위한 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법에 관한 것이다.

자동차의 배출가스를 줄이기 위한 다양한 연구들이 지속적으로 진행되고 있으며, 업계에서는 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 개발이 진행되고 있다.

이러한 연구들과 개발의 결과로서 배출가스를 발생하지 않는 전기자동차의 사용화가 부분적으로 시도되고 있다.

이러한 전기자동차의 구성은 크게 일반 자동차와 동일한 구성요소를 갖는 자동차의 기본적인 기능부와 함께, 크게 전기에 의해 구동되어 자동차를 운행시키기 위한 구동모터와, 그 구동모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.

따라서, 전기자동차는 배터리에 전기를 충전하고, 충전된 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써, 배터리 온도와 배터리 SOC(State Of Charge) 등에 관한 배터리 상태를 확인하고, 이러한 배터리 상태가 일정한 수준 이상을 유지할 수 있도록 관리하는 것이 매우 중요하다.

이에 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System : BMS)은 배터리 내구성 저하에 따른 수명 단축을 방지하는 한편, 총합 제어를 수행하는 차량 제어기에 배터리의 SOC정보를 알려줌으로써, 배터리 상태를 고려한 차량 주행이 이루어질 수 있도록 보조한다.

그러므로, 고전압 배터리를 사용하는 전기자동차에서는 배터리 SOC를 파악하는 것이 매우 중요하며, 또한 주행 중에 배터리의 잔존 용량을 파악하여 운전자에게 알려주는 기술도 필요하다.

종래의 기술에 따라 전기자동차의 주행 가능한 거리(DTE : Distance To Empty)를 예측시 사용되는 공조장치 사용량의 예측은 공조장치의 실제 전력 사용량을 학습하는 방법이나, 외 기온 일사량 등의 정보를 기반으로 획득되는 공조장치의 예측 사용량에 따른 두 가지 예측 방법이 있다.

따라서, 공조장치의 실제 전력 사용량에 따른 주행 가능한 거리를 획득하는 방법은 실제 전력 사용량을 기반으로 예측하기 때문에 오차가 적어지지만 전기자동차가 외 기온과 일사량이 다른 조건에서 주행함에 따른 오차가 발생한다는 문제점이 끊임없이 재기되고 있다.

공개특허 특1988-017055호 (1998. 06. 05.)

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 보다 상세하게는, 전기자동차에 구비되는 공조장치의 실제 전력 사용량과, 외 기온과 일사량을 기반으로 획득되는 예측 사용량을 학습하여, 복수의 데이터의 상관 관계에 따라 전기자동차의 주행가능거리를 획득하는 것을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전기자동차의 복수 개의 공조 사용량에 대한 공조장치의 실제 소모 전력 값과 예측 값을 획득하는 단계; 상기 공조장치의 예측 값으로부터 회귀식을 연산하고, 결정계수 값을 연산하는 단계; 상기 회귀식 값과 상기 공조장치의 예측 값을 상기 결정계수 값의 기 설정된 상관성에 따라 반영 비율을 산정하여, 두 값을 블렌딩하는 단계; 및 상기 블렌딩하여 얻은 주행 연비로부터 주행가능 거리를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법을 제공한다.

상기 공조장치의 실제 소모 전력 값과 예측 값은 상기 전기자동차의 공조장치의 실제 전력 사용량 및 예측 사용량 따른 값에 대한 평균 값을 각각 산출하여, 산출된 평균 값에 따라 배터리의 평균 사용량을 산출할 수 있다.

상기 배터리의 평균 사용량의 산출값은 공조장치의 실제 소모 전력 값과 설정된 공조장치의 미사용 가정 값에 각각 가중 값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식으로 산출할 수 있다.

상기 블렌딩하는 단계는 상기 결정계수 값이 1에 가까울수록 상기 공조장치의 예측 값을 통하여 획득되는 회귀식에 대한 반영 비율을 높일 수 있다.

상기 블렌딩하는 단계는 상기 결정계수 값이 0에 가까울수록 상기 공조장치의 실제 소모 전력 값을 통하여 주행가능거리를 획득할 수 있다.

상기 블렌딩하는 단계는 상관성이 높은 경우, 상기 회귀식을 이용하여 획득되는 상기 공조장치의 예측 값을 적용하여 주행가능거리의 오차 범위를 감소시킬 수 있다.

상기 블렌딩하는 단계는 상관성이 낮은 경우, 상기 공조장치의 실제 사용 값을 이용하여 주행가능거리의 오차 범위를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법은, 공조장치의 실제 전력 사용량과, 예측 사용량의 회귀식을 이용하여, 운전자에 따른 추가적인 소모 에너지가 있는 경우에 보다 정확한 전기자동차의 주행가능거리를 정확한 값으로 예측이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값의 획득 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

본 발명은 전기자동차의 충전 후 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값의 평균 값을 통하여 획득되는 주행가능거리(DTE : Distance To Empty)와 상기 공조장치의 예측 값과 실제 사용 값의 결정계수 값을 연산하여, 상기 결정계수 값에 따라 반영비를 산정하고, 두 값을 블렌딩(Blending)하여 보다 정확한 주행가능거리를 획득 가능 한 점에 주안점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값의 획득 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법은, 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값을 연산하는 단계(S1)와, 결정계수 값을 연산하는 단계(S2)로 구분된다.

이어서, 상기 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법은 블렌딩(Blending) 단계(S3)와, 주행가능거리를 획득하는 단계(S4)를 수행한다.

상기 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값을 연산하는 단계(S1)는 누적된 공조장치의 소모 전력을 연산하는 단계(S1a)와, 누적된 주행 시간을 연산하는 단계(S1b)와, 충전 후 공조장치의 실제 소모 전력 및 예측 값을 연산하는 단계(S1c)를 포함한다.

이러한 본 발명에서, 상기한 산출 과정의 주체는 각 과정의 연산을 수행하는 연산과 저장수단을 갖는 제어기가 되며, 이때 최종 산출된 주행가능거리를 클러스터에 표시해야 하므로, 상기 제어기는 차량의 트립 컴퓨터이거나, 또는 주행가능거리를 산출하고 트립 컴퓨터에 전송하는 별도의 제어기가 포함될 수 있다.

또한, 상기 제어기는 배터리 SOC 정보를 이용해야 하므로 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 SOC 정보를 입력받도록 구비됨은 물론, 공조제어기로부터 공조장치의 온/오프 신호 및 작동상태 등의 정보를 입력하도록 구비된다.

상기한 '회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법'을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기 공조장치의 실제 사용 값 및 예측 값을 연산하는 단계(S1)를 수행하기 위해, 상기 누적된 공조장치의 소모 전력을 연산하는 단계(S1a), 누적된 주행 시간을 연산하는 단계(S1b), 충전 후 공조장치의 실제 소모 전력 및 예측 값을 연산하는 단계(S1c)를 수행한다.

상기 누적된 공조장치의 소모 전력을 연산하는 단계(S1a)는 누적된 공조장치의 평균 소모 전력(R_AC)(%)의 상기 전기자동차의 주행 중 소모되는 공조 전력의 평균 값을 산출하는데, 상기 전기자동차의 주행 종료시 공조장치의 평균 소모 전력을 산출하여, 복수의 공조장치의 소모 전력을 기반으로 평균 값을 산출한다.

여기서, 상기 전기자동차의 주행 중 소모되는 공조 전력 비율(%)은 주행 중 배터리 소모량 대비 공조장치의 소모 전력의 비율로 정의될 수 있다.

상기와 같이 계산되는 복수의 공조장치의 소모 전력 값들은 저장수단 내 n개의 버퍼에 저장되는데, n개의 버퍼에 상기 전기자동차의 주행 중 공조장치의 소모 전력 비율 값이 저장됨에 있어서, 공조장치의 소모 전력 값에 대한 데이터를 실시간으로 저장시마다 가장 오래된 공조장치의 소모 전력 값의 데이터를 삭제할 수 있다.

또한, 저장수단 내 1개의 버퍼에 기 설정되는 공조장치의 미사용 가정 값(0%)이 저장되고, 공조장치의 소모 전력 값과 미사용 가정 값(0%)을 사용하여 누적된 공조장치의 소모 전력 값(R_AC)을 산출한다.

공조장치의 소모 전력 비율의 평균 값 산출은 각 소모 전력 비율과 공조장치의 미사용 가정 값에 각각 가중 값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식이 적용될 수 있으며, 예컨대 아래의 수학식 1에 나타낸 바와 같다.

여기서, R_AC는 누적된 공조장치의 소모 전력 비율을 A1, A2, A3, An, B는 가중 값을 나타내고, a[0], a[1], a[2], a[n-1]은 각 각각의 공조장치의 소모 전력을 나타내며, b[0]는 공조장치의 미사용 가정 값을 나타낸다.

상기 누적된 주행 시간을 연산하는 단계(S1b)는 과거 주행 평균 연비(R0)(km/%)의 상기 전기자동차의 주행 중 소모되는 연비의 평균 값을 산출하는데, 상기 전기자동차의 주행 종료시 연비(km/%)를 산출하여, 복수의 연비 정보를 기반으로 평균 값을 산출한다.

이어서, 상기 전기자동차의 연비(km/%)는 주행에 따른 누적 주행거리(km)/△SOC(%)로 계산된다. 여기서, △SOC(%) = 이전 충전 직후 SOC(%) - 현재 충전 직전 SOC(%)를 나타낸다.

상기와 같이 계산되는 연비는 저장수단 내 n개의 버퍼에 저장되는데, n개의 버퍼에 상기 전기자동차의 주행 연비가 저장됨에 있어서, 연비 데이터를 실시간으로 저장시마다 가장 오래된 이전의 연비 데이터를 삭제할 수 있다.

또한, 저장수단 내 1개의 버퍼에 공인 연비가 저장되고, 주행 연비와 공인 연비를 사용하여 누적된 주행 평균 연비(R0)를 산출한다.

연비 평균 값 산출은 각 연비에 가중 값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식이 적용될 수 있으며, 예컨대 아래의 수학식 2에 나타낸 바와 같다.

여기서, R0는 누적된 주행 평균 연비를 C1, C2, C3, Cn, D는 가중 값을 나타내고, c[0], c[1], c[2], c[n-1]은 각각의 주행 연비를 나타내며, d[0]는 공인 연비를 나타낸다.

상기 충전 후 공조장치의 실제 소모 전력 및 예측 값을 연산하는 단계(S1c)는 상기 전기자동차에 구비되는 공조장치를 작동시켰을 때 공조장치에 의해 소모되는 전력으로 차량을 주행할 수 있는 연비를 산출하는 과정이다.

상기 공조장치의 소모 전력은 냉방기 또는 난방기로부터 소모하는 전력이 될 수 있으며, 공조장치의 소모 전력에 대응하는 연비는 아래의 수학식 3에 의해 산출된다.

여기서, Func2는 테이블로 구현될 수 있고, 소모 전력에 따라 대응하는 연비 값이 기 설정된 테이블로부터 산출된다.

이어서, 상기 공조장치의 예측 값 연산은 외 기온과 일사량이 다른 조건에서 주행할 때 상기 전기자동차의 냉방 또는 난방 요구를 계산할 수 있으며, 차량의 외부 온도와 내부 온도의 차이, 표준 승객 쾌적 온도와 차량내 내부 온도의 차이를 바탕으로 상기 공조장치의 예측 값을 획득할 수 있다.

따라서, 상기 공조장치의 예측 값은 상기 전기자동차의 냉방 또는 난방의 수행이 필요하여 공조장치를 구동시켜야하는 것으로 판단되는 경우, 모니터링 수행 결과로 산출되는 전력 공급 여유도를 검사하여 공조장치에 대한 소모 전력 예측 값을 획득하는 것이다.

상기 결정계수 값을 연산하는 단계(S2)는 공조장치의 실제 소모 전력 값과, n개의 예측 값을 회귀식을 통하여 결정계수를 구할 수 있다.

이어서, 상기 회귀식은 아래의 수학식 4에 의해 산출된다.

여기서, x는 공조장치의 n개의 예측 값이고, y는 공조장치의 실제 소모 전력 값을 나타낸다.

따라서, 상기 수학식 4에서 a와 b의 값을 통하여 결정계수 값을 연산하는 결정계수 식은 아래의 수학식 5에 의해 산출된다.

이에 따라, 상기 결정계수 값을 연산하는 단계(S2)는 결정계수 값이 1에 가까울수록 회귀식에 대한 반영 비율을 높여 상기 전기자동차의 주행가능거리를 획득한다.

또한, 상기 결정계수 값(r²)이 0에 가까울수록 상기 공조장치의 실제 소모되는 전력 값을 통하여 주행가능거리를 획득한다.

상기 블렌딩 단계(S3)는 상기 결정계수 값(r²)을 통하여 획득되는 1 또는 0에 따라 상기 공조장치의 실제 소모 전력 값과, 예측 값의 상관도를 분석하게 되고, 상관성이 높은 경우, 상기 공조장치의 예측 값을 반영하는 것 보다 상기 회귀식을 통하여 획득되는 값으로부터 상기 전기자동차의 주행가능거리의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 상기 블렌딩 단계(S3)는 상기 공조장지의 실제 소모 전력 값과, 예측 값의 설정된 수치 이상 차이가 발생하고, 상관도가 낮은 경우, 상기 회귀식을 이용하는 것 보다 상기 공조장치의 실제 소모 전력 값을 이용하여 정확도를 높일 수 있다.

상기 주행가능거리 획득 단계(S4)는 상기 블렌딩 단계(S3)에서 현재의 공조장치 소모 전력에 대응하는 연비(R4)를 감하여, 최종 연비(R5)(km/%)를 연산하게 되고, 최종 연비(R5)와 현재의 배터리 SOC(%)로부터 주행가능거리(km)를 최종 산출한다.

또한, 상기 주행가능거리 획득 단계(S4)는 상기 블렌딩 단계(S3)에서 상기 공조장치의 실제 소모 전력 값과 예측 값에 대한 결정계수 값(r²)을 반영하여, 보다 정확한 주행가능거리를 획득한다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같은 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (7)

1. 전기자동차의 복수 개의 공조 사용량에 대한 공조장치의 실제 소모 전력 값을 획득하는 단계;
   주행환경에 따른 상기 공조 사용량의 전력 소모 예측 값을 연산하는 단계;
   상기 실제 소모 전력 값 및 상기 전력 소모 예측 값에 대한 회귀식을 통하여 결정계수 값을 연산하는 단계;
   상기 결정계수 값에 대응하여 결정되는 상기 실제 소모 전력 값 및 상기 전력 소모 예측 값의 상관성에 따라, 상기 전력 소모 예측 값에 대한 상기 회귀식의 결과 값과 상기 공조 사용량의 전력 소모 예측 값의 반영 비율을 산정하여, 두 값을 블렌딩하는 단계; 및
   상기 블렌딩하여 얻은 주행 연비로부터 주행가능 거리를 획득하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 공조장치의 실제 소모 전력 값과 전력 소모 예측 값은,
   상기 전기자동차의 공조장치의 실제 전력 사용량 및 예측 사용량 따른 값에 대한 평균 값을 각각 산출하여, 산출된 평균 값에 따라 배터리의 평균 사용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 배터리의 평균 사용량의 산출값은,
   공조장치의 실제 소모 전력 값과 설정된 공조장치의 미사용 가정 값에 각각 가중 값을 적용하여 평균하는 가중평균 방식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 블렌딩하는 단계는,
   상기 결정계수 값이 1에 가까울수록 상기 공조장치의 상기 전력 소모 예측 값을 통하여 획득되는 상기 회귀식의 결과 값에 대한 반영 비율을 높이는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 블렌딩하는 단계는,
   상기 결정계수 값이 0에 가까울수록 상기 공조장치의 상기 실제 소모 전력 값을 통하여 획득되는 상기 회귀식의 결과 값에 대한 반영 비율을 높이는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 주행가능 거리 산출 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 블렌딩하는 단계는,
   상기 상관성에 따라, 상기 회귀식을 이용하여 획득되는 상기 공조장치의 상기 전력 소모 예측 값을 적용하여 주행가능거리의 오차 범위를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 블렌딩하는 단계는,
   상기 상관성에 따라, 상기 공조장치의 상기 실제 소모 전력 값을 이용하여 주행가능거리의 오차 범위를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회귀식을 이용한 전기자동차의 주행가능거리 산출 방법.

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