KR102062962B1 - 전기 동력 자동차의 배터리의 soc 판단 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법은 상기 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 상기 배터리의 제1 SOC를 산출하는 단계 (a); 상기 제동이 유지되는 경우, 특정 시간 간격 별로 상기 배터리의 전류를 산출하는 단계 (b); 상기 제동이 종료되는 경우, 상기 측정된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 제2 SOC를 산출하는 단계 (c); 및 상기 제1 SOC, 상기 제2 SOC 및 상기 실측된 SOC를 이용하여 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 최종 SOC 값을 판단하는 단계 (d);를 포함한다.

Description

전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치 및 방법{Apparatus and Method for determining battery SOC of electric powered vehicle}

본 발명의 실시예들은 오차없이 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단할 수 있는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기 동력 자동차는 2차 전치인 배터리에서 출력되는 전기 에너지에 의해 구동되는 모터에 의해 구동되는 자동차이다. 전기 동력 자동차의 일례로, 내연기관과 전기모터로 구성되는 하이브리드 자동차, 모터만으로 구동되는 전기 자동차 및 수소와 산소를 연속적으로 공급하여 연료 전지 스택 내의 화학 반응을 일으켜 전기 에너지를 발생하는 수소 연료 전지 자동차 등이 있다.

즉, 전기 동력 자동차는 충전과 방전이 가능한 여러 개의 2차 전지 셀과 모듈을 하나의 팩(pack)으로 형성한 배터리를 주 에너지원으로 이용한다. 따라서, 배터리의 성능이 전기 동력 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치며, 이에 따라 전기 동력 자동차는 배터리의 충전과 방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(battery management system)을 구비하고 있다.

현재 대부분의 배터리 관리 시스템에서는 배터리의 충전 상태(SOC, State Of Charge)를 판단하기 위해 배터리 전류 적산에 의해 SOC를 추정하는 방식을 사용하고 있다. 또한, 개방 전압(open loop voltage) 또는 방전 전압과 내부 저항, 온도, 방전 전류 등의 인자들과 SOC의 관계를 미리 파악하고, 적어도 2가지 인자를 검출하여 SOC를 검출하는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 이와 같은 기존 방식에 따른 SOC 추정 방법은 전류 적산에 의한 오차가 발생할 수 있으며, 배터리의 종류 별 특성을 고려하여 관련 파라미터들과 SOC의 관계를 복잡한 실험적인 방법으로 산출해야 하는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 오차없이 배터리의 SOC(State Of Charge)를 판단할 수 있는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 프로세서가 포함된 장치에서 수행되는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC(State Of charge) 판단 방법에 있어서, 상기 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 상기 배터리의 제1 SOC를 산출하는 단계 (a); 상기 제동이 유지되는 경우, 특정 시간 간격 별로 상기 배터리의 전류를 산출하는 단계 (b); 상기 제동이 종료되는 경우, 상기 측정된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 제2 SOC를 산출하는 단계 (c); 및 상기 제1 SOC, 상기 제2 SOC 및 상기 실측된 SOC를 이용하여 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 최종 SOC 값을 판단하는 단계 (d);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법이 제공된다.

상기 단계 (d)는, 상기 실측된 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제1 차이값 및 상기 제2 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제2 차이값을 산출하고, 상기 제1 차이값과 미리 저장되어 있는 제3 차이값의 차이의 절대값인 제1 절대값이 설정된 제1 임계값보다 작은지 여부를 판단하고, 상기 제1 차이값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값의 차이의 절대값인 제2 절대값이 기 설정된 제2 임계값보다 작은지 여부를 판단하고, 상기 제2 절대값이 상기 제2 임계값보다 작은 경우, 상기 실측된 SOC를 상기 배터리의 최종 SOC 값으로 판단할 수 있다.

상기 단계 (a)는 상기 제동이 시작되는 시점에서의 상기 전기 동력 자동차의 속도를 더 산출하고, 상기 제3 차이값은, 제3 SOC와 제4 SOC의 차이값이며, 상기 제3 SOC는 상기 산출된 전기 동력 자동차의 속도와 특정 이전 시점에서의 상기 전기 동력 자동차의 속도가 동일한 상황에서 상기 제동이 시작되는 시점의 상기 배터리의 SOC이고, 상기 제4 SOC는 상기 동일한 상황에서 상기 제동이 종료되는 시점의 실측된 상기 배터리의 SOC일 수 있다.

상기 단계 (d)는, 상기 제1 절대값이 상기 제1 임계값을 초과하고, 상기 제2 절대값이 상기 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값의 평균값을 산출하고, 상기 평균값에서 상기 제1 SOC을 뺀 값을 상기 최종 SOC로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 상기 배터리의 제1 SOC를 산출하고, 상기 제동이 유지되는 경우 특정 시간 간격 별로 상기 배터리의 전류를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 경우 상기 측정된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 제2 SOC를 산출하는 산출부; 및 상기 제1 SOC, 상기 제2 SOC 및 상기 실측된 SOC를 이용하여 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 최종 SOC 값을 판단하는 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 오차없이 배터리의 SOC를 판단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법의 전체 흐름도를 도시한 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOC 판단 장치(100)는 회생제동을 이용하여 배터리의 SOC을 판단할 수 있는 장치로서, 프로세서를 포함하는 장치일 수 있으며, 저장부(110), 산출부(120) 및 판단부(130)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.

저장부(110)는 이전 시점의 전기 동력 자동차의 특정 정보를 저장한다. 이 때, 특정 정보는 전기 동력 자동차의 속도 정보 및 이에 따른 SOC(State Of charge) 정보를 포함할 수 있다.

산출부(120)는 배터리의 SOC를 판단하기 위한 여러 정보들을 산출한다. 특히, 산출부(120)는 회생제동과 관련된 정보들을 산출한다.

그리고, 판단부(130)는 산출부(120)에서 산출된 여려 정보들을 이용하여 배터리의 SOC를 판단한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리의 SOC 판단 장치(100)의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치(100)의 동작인 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 이하, 각 단계 별로 수행되는 과정을 설명한다.

먼저, 단계(210)에서, 산출부(120)는 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 배터리의 SOC인 제1 SOC를 산출한다. 이 때, 제1 SOC는 종래의 SOC 판단 방법을 통해 산출할 수 있다. 또한, 단계(210)에서, 산출부(120)는 제동이 시작되는 시점에서의 전기 동력 자동차의 속도를 더 산출할 수 있다.

다음으로, 단계(220)에서, 산출부(120)는 전기 동력 자동차의 제동이 유지되는 시점에서, 특정 시간 간격 별로 배터리의 전류를 연속적으로 산출한다.

계속하여, 단계(230)에서, 산출부(120)는 전기 동력 자동차의 제동이 종료되는 경우, 상기 연속적으로 측정된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출한다. 또한, 단계(230)에서, 산출부(120)는 전기 동력 자동차의 제동이 종료되는 시점에서의 배터리의 제2 SOC를 산출한다. 이 때, 제2 SOC 역시 종래의 SOC 판단 방법을 통해 산출할 수 있다.

마지막으로, 단계(240)에서, 판단부(130)는 제1 SOC, 제2 SOC 및 실측된 SOC를 이용하여 전기 동력 자동차의 제동이 종료되는 시점에서의 배터리의 최종 SOC 값을 판단한다.

도 3은 단계(240)의 상세한 단계를 도시한 도면이다.

먼저, 단계(241)에서, 판단부(130)는 실측된 SOC와 제1 SOC의 차이값인 제1 차이값 및 제2 SOC와 제1 SOC의 차이값인 제2 차이값을 산출한다. 제1 차이값 및 제2 차이값은 아래의 수학식 1 및 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 제1 차이값,

는 실측된 SOC,

는 제1 SOC,

는 제2 차이값,

는 제2 차이값을 각각 의미한다.

다음으로, 단계(242)에서, 판단부(130)는 제1 차이값과 저장부(110)에 미리 저장되어 있는 제3 차이값의 차이의 절대값인 제1 절대값이 기 설정된 제1 임계값보다 작은지 여부를 판단한다. 이는 아래의 수학식 3와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 제1 절대값,

는 제3 차이값,

는 제1 임계값을 각각 의미한다.

그리고, 제3 차이값은 현재 시점 전의 특정 이전 시점(일례로, 직전 시점)에서, 제1 차이값과 동일한 조건에서 산출된 값을 의미한다. 즉, 제3 차이값은, 제3 SOC와 제4 SOC의 차이값이되, 제3 SOC는 단계(210)에서 산출된 전기 동력 자동차의 속도와 특정 이전 시점에서의 전기 동력 자동차의 속도가 동일한 상황에서 제동이 시작되는 시점의 배터리의 SOC이고, 제4 SOC는 상기 동일한 상황에서 제동이 종료되는 시점의 실측된 배터리의 SOC이다.

만약, 단계(242)에서 제1 절대값이 제1 임계값보다 작은 것으로 판단한 경우, 단계(243)에서, 판단부(130)는 제1 차이값과 제2 차이값의 차이의 절대값인 제2 절대값이 기 설정된 제2 임계값보다 작은지 여부를 판단한다. 이는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 제2 절대값,

는 제2 임계값을 의미한다.

만약, 단계(243)에서 제2 절대값이 제2 임계값보다 작은 것을 판단한 경우, 단계(244)에서, 판단부(130)는 실측된 SOC를 배터리의 최종 SOC 값으로 판단한다.

반대로, 단계(242)에서 제1 절대값이 제1 임계값을 초과한 것으로 판단하고, 단계(243)에서 제2 절대값이 제2 임계값을 초과하는 것을 판단한 경우, 판단부(130)는 단계(245)에서 제1 차이값(

)과 제2 차이값(

)의 평균값을 산출하고, 단계(246)에서 평균값에서 제1 SOC(

)을 뺀 값을 배터리의 최종 SOC로 판단할 수 있다.

한편, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법의 전체 흐름도를 도시하고 있다.

요컨대, 본 발명은 실제 전기 동력 자동차의 제동 시, 제동 감속 구간별(저속, 중속, 고속) 및 제동 시작 때의 SOC 별로 배터리의 충전 전류량을 계측하여 적산함으로써, 전류 적산에 의한 오차를 줄일 수 있다. 이를 통해 전기 동력 자동차의 회생제동에 따른 배터리의 SOC를 정확하게 산출하고, 연비 표시를 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 프로세서가 포함된 장치에서 수행되는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC(State Of charge) 판단 방법에 있어서,
   상기 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 상기 배터리의 제1 SOC를 산출하는 단계 (a);
   상기 제동이 유지되는 경우, 특정 시간 간격 별로 상기 배터리의 전류를 산출하는 단계 (b);
   상기 제동이 종료되는 경우, 상기 산출된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 제2 SOC를 산출하는 단계 (c); 및
   상기 제1 SOC, 상기 제2 SOC 및 상기 실측된 SOC를 이용하여 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 최종 SOC 값을 판단하는 단계 (d);를 포함하되,
   상기 단계 (d)는,
   상기 실측된 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제1 차이값 및 상기 제2 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제2 차이값을 산출하고,
   상기 제1 차이값과 미리 저장되어 있는 제3 차이값의 차이의 절대값인 제1 절대값이 설정된 제1 임계값보다 작은지 여부를 판단하고,
   상기 제1 차이값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값의 차이의 절대값인 제2 절대값이 기 설정된 제2 임계값보다 작은지 여부를 판단하고,
   상기 제2 절대값이 상기 제2 임계값보다 작은 경우, 상기 실측된 SOC를 상기 배터리의 최종 SOC 값으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (a)는 상기 제동이 시작되는 시점에서의 상기 전기 동력 자동차의 속도를 더 산출하고,
   상기 제3 차이값은, 제3 SOC와 제4 SOC의 차이값이며,
   상기 제3 SOC는 상기 산출된 전기 동력 자동차의 속도와 특정 이전 시점에서의 상기 전기 동력 자동차의 속도가 동일한 상황에서 상기 제동이 시작되는 시점의 상기 배터리의 SOC이고,
   상기 제4 SOC는 상기 동일한 상황에서 상기 제동이 종료되는 시점의 실측된 상기 배터리의 SOC인 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (d)는,
   상기 제1 절대값이 상기 제1 임계값을 초과하고, 상기 제2 절대값이 상기 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값의 평균값을 산출하고, 상기 평균값에서 상기 제1 SOC을 뺀 값을 상기 최종 SOC로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 방법.
5. 전기 동력 자동차의 제동이 시작되는 시점에서의 배터리의 제1 SOC를 산출하고, 상기 제동이 유지되는 경우 특정 시간 간격 별로 상기 배터리의 전류를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 경우 상기 산출된 배터리의 전류를 누적하여 실측된 SOC를 산출하고, 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 제2 SOC를 산출하는 산출부; 및
   상기 제1 SOC, 상기 제2 SOC 및 상기 실측된 SOC를 이용하여 상기 제동이 종료되는 시점에서의 상기 배터리의 최종 SOC 값을 판단하는 판단부;를 포함하되,
   상기 판단부는,
   상기 실측된 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제1 차이값 및 상기 제2 SOC와 상기 제1 SOC의 차이값인 제2 차이값을 산출하고,
   상기 제1 차이값과 미리 저장되어 있는 제3 차이값의 차이의 절대값인 제1 절대값이 설정된 제1 임계값보다 작은지 여부를 판단하고,
   상기 제1 차이값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값의 차이의 절대값인 제2 절대값이 기 설정된 제2 임계값보다 작은지 여부를 판단하고,
   상기 제2 절대값이 상기 제2 임계값보다 작은 경우, 상기 실측된 SOC를 상기 배터리의 최종 SOC 값으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 동력 자동차의 배터리의 SOC 판단 장치.

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