KR102394627B1

KR102394627B1 - 전기차용 배터리 충전 제어방법

Info

Publication number: KR102394627B1
Application number: KR1020170101630A
Authority: KR
Inventors: 홍의선
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2022-05-06
Also published as: KR20190017189A

Abstract

본 발명은 배터리 내 이상 열화셀 발생시 배터리 충전성능을 확보하기 위한 전기차용 배터리 충전 제어방법에 관한 것으로, CP 또는 CC 충전 단계, 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계, 배터리 진단 및 충전 종료 단계를 순차적으로 수행하며, CP 또는 CC 충전 중 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지하여 배터리의 충전성능이 저하되지 않도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법은 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지함으로써 배터리의 충전성능 저하없이 충전이 가능하도록 한다. 이에 따라, 차량의 성능 및 연비가 저하되지 않도록 유효하게 배터리를 사용할 수 있다.

Description

전기차용 배터리 충전 제어방법{Control Method for EV's Battery Charging}

본 발명은 전기차용 배터리 충전 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 내 이상 열화셀 발생시 배터리 충전성능을 확보하기 위한 전기차용 배터리 충전 제어방법에 관한 것이다.

친환경차에서 배터리의 역할은 매우 중요하다. 특히, 전기차의 경우 배터리의 열화에 따라 충전성능 및 연비가 저하되게 되는데, 배터리는 열화에 따라 셀 내부의 저항이 증가하게 되므로 배터리의 보호를 위해 CP(Constant Power) 또는 CC(Constant Current) 충전 중 셀전압이 제어전략적으로 수립해 놓은 일정 전압에 도달하게 되면 CV(Constant Voltage) 충전으로 진입하도록 제어하고 있다.

하지만, 이러한 종래의 충전 제어방법은 배터리 내 특정 셀의 비정상적인 열화가 발생하는 경우 본의 아니게 배터리 전체의 충전성능을 저하시키게 된다.

도 1은 배터리 내 이상 열화가 발생한 특정 셀 존재시 배터리 충전성능의 저하 사례를 도시한 도면이다. 도 1의 (a)를 참조하면, 이상 열화가 발생한 특정 셀은 방전시 다른 정상적인 열화셀과 대비하여 전압 변화가 큰 특징이 있다. 이러한 이상 열화셀이 존재하는 경우, 도 1의 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 충전시 이상 열화가 발생한 특정 셀이 CV 진입 상한전압에 걸려서 만충전이 되지 못하고 충전이 종료되게 된다. 즉, 종래의 충전 제어방법은 비정상적인 이상셀의 전압값에 의해 배터리 충전에 제한이 발생하게 되고, 이상셀을 제외한 나머지 셀들은 정상적인 수준임에도 불구하고 배터리의 충전을 제한하게 되는 불합리한 제어를 하게 되는 것이다.

이러한 불합리한 제어에 따른 배터리 전체의 충전성능 저하는 결국 차량이 모터로만 주행하는 CD(Charge Depleting)구간 주행거리의 단축을 유발시키게 되어 전기차의 성능 및 연비를 크게 저하시키게 된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지함으로써 배터리의 충전성능 저하없이 충전이 가능하도록 한 전기차용 배터리 충전 제어방법을 제공하는데 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법은 CP 또는 CC 충전 단계, 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계, 배터리 진단 및 충전 종료 단계를 순차적으로 수행하며, CP 또는 CC 충전 중 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지하여 배터리의 충전성능이 저하되지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 CP 또는 CC 충전 단계는 배터리를 완속충전(CP) 또는 급속충전(CC)으로 충전한다.

상기 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계는 상기 CP 또는 CC 충전 중 제일 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달하면, 배터리의 BMS 전셀 전압을 사용하여 최고 전압셀과 그 다음으로 높은 전압셀의 전압 차이를 확인하고, 그 차이가 일정 전압값으로 설정된 기준값 이하이면 배터리 셀의 전체적인 일반적 열화로 판단하여 CV 충전으로 진입할 수 있다.

또한, 상기 전압 차이가 설정된 기준값 이상이면 최고 전압에 해당하는 셀에 이상 열화가 발생한 것으로 판단하여 바로 CV 충전으로 진입하지 않고 두 번째 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달할 때까지 CP 또는 CC 충전을 지속할 수 있다.

상기 기준값은 0.12V 내지 0.2V의 범위 내에서 설정될 수 있다.

상기 배터리 진단 및 충전 종료 단계는 일반 충전 종료 조건 도달시 충전을 종료하거나, CV 충전 중 BMS에서 사용 가능한 최대 상한 전압에 최고 전압셀의 전압값이 도달시 배터리 진단과 동시에 충전을 종료하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법은 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지함으로써 배터리의 충전성능 저하없이 충전이 가능하도록 한다. 이에 따라, 차량의 성능 및 연비가 저하되지 않도록 유효하게 배터리를 사용할 수 있다.

또한, 차량의 주행거리가 증가함에 따라 이상 셀의 열화가 증가하여 더이상 사용하기 어려운 수준에 도달시에도 진단로직에 의해 배터리의 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 배터리 내 이상 열화가 발생한 특정 셀 존재시 배터리 충전성능의 저하 사례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법의 순서도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법은 CP 또는 CC 충전 단계(S100), 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계(S200), 배터리 진단 및 충전 종료 단계(S300)를 포함한다.

상기 CP 또는 CC 충전 단계(S100)는 배터리를 완속충전(CP) 또는 급속충전(CC)으로 충전하는 단계이다.

상기 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계(S200)는 상기 CP 또는 CC 충전 중 제일 높은 셀전압(V_{max_1})이 CV 진입 전압에 도달하면(S210), 배터리의 BMS(Battery Management System) 전셀 전압을 사용하여 최고 전압셀(V_{max_1})과 그 다음으로 높은 전압셀(V_{max_2})의 전압 차이를 확인하고(S220), 그 차이가 일정 전압값(0.12~0.2V)으로 설정된 기준값(A) 이하이면 배터리 셀의 전체적인 일반적 열화로 판단하여 CV 충전으로 진입하고(S250), 설정된 기준값(A) 이상이면 최고 전압(V_{max_1})에 해당하는 셀에 이상 열화가 발생한 것으로 판단하여 바로 CV 충전으로 진입하지 않고 두 번째 높은 셀전압(V_{max_2})이 CV 진입 전압에 도달할 때까지 CP 또는 CC 충전을 지속하는(S230 및 S240) 단계이다.

상기 배터리 진단 및 충전 종료 단계(S300)는 일반 충전 종료 조건 도달시 충전을 종료하거나(S330), CV 충전 중 BMS에서 사용 가능한 최대 상한 전압(B)에 최고 전압셀의 전압값(V_{max_1})이 도달시(S310), 차량의 주행거리가 증가하면서 셀의 열화가 증가하여 배터리 진단이 필요한 경우로 판단하여, 배터리 진단과 동시에 충전을 종료하도록 하는(S320) 단계이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 전기차용 배터리 충전 제어방법에 의하면, 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지함으로써 배터리의 충전성능 저하없이 충전이 가능하도록 하며, 이에 따라 차량의 성능(일회 충전 주행거리) 및 연비가 저하되지 않도록 유효하게 배터리를 사용할 수 있게 된다.

또한, 차량의 주행거리가 증가함에 따라 셀의 열화가 증가하여 더이상 사용하기 어려운 수준(BMS에서 허용하는 셀 최대 상한 전압)에 도달시에는 진단로직에 의하여 배터리의 안전성을 확보할 수 있게 된다.

S100: CP 또는 CC 충전 단계
S200: 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계
S210: 최고 셀전압이 CV 진입 전압에 도달하였는지 판단하는 단계
S220: 최고 셀전압과 두 번째 높은 셀전압의 차이가 기준값 이상인지 판단하는 단계
S230: CP 또는 CC 충전 지속 단계
S240: 두 번째 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달하였는지 판단하는 단계
S250: CV 충전 단계
S300: 배터리 진단 및 충전 종료 단계
S310: 최고 셀전압이 BMS의 최대 상한 전압 이상인지 판단하는 단계
S320: 배터리 진단 적용 및 충전 종료 단계
S330: 일반 충전 종료 조건 도달시 충전 종료 단계

Claims

CP 또는 CC 충전 단계, 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계, 배터리 진단 및 충전 종료 단계를 순차적으로 수행하며,
상기 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계는,
상기 CP 또는 CC 충전 중 제일 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달하면, 배터리의 BMS 전셀 전압을 사용하여 최고 전압셀과 그 다음으로 높은 전압셀의 전압 차이를 확인하고, 그 차이가 일정 전압값으로 설정된 기준값 이하이면 배터리 셀의 전체적인 일반적 열화로 판단하여 CV 충전으로 진입하고,
상기 전압 차이가 설정된 기준값 이상이면 최고 전압에 해당하는 셀에 이상 열화가 발생한 것으로 판단하여 바로 CV 충전으로 진입하지 않고 두 번째 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달할 때까지 CP 또는 CC 충전을 지속하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 CP 또는 CC 충전 단계는 배터리를 완속충전(CP) 또는 급속충전(CC)으로 충전하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 기준값은 0.12V 내지 0.2V의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 진단 및 충전 종료 단계는 일반 충전 종료 조건 도달시 충전을 종료하거나, CV 충전 중 BMS에서 사용 가능한 최대 상한 전압에 최고 전압셀의 전압값이 도달시 배터리 진단과 동시에 충전을 종료하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
배터리를 완속충전(CP) 또는 급속충전(CC)으로 충전하는 CP 또는 CC 충전 단계;
CP 또는 CC 충전 중 이상 열화셀에 의한 CV 진입을 방지하여 배터리의 충전성능이 저하되지 않도록 하는 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계; 및
일반 충전 종료 조건 도달시 충전을 종료하거나, CV 충전 중 BMS에서 사용 가능한 최대 상한 전압에 최고 전압셀의 전압값이 도달시 배터리 진단과 동시에 충전을 종료하도록 하는 배터리 진단 및 충전 종료 단계; 를 순차적으로 수행하고,
상기 이상 열화셀 판단 및 CV 충전 단계는,
상기 CP 또는 CC 충전 중 제일 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달하면, 배터리의 BMS 전셀 전압을 사용하여 최고 전압셀과 그 다음으로 높은 전압셀의 전압 차이를 확인하고, 그 차이가 일정 전압값으로 설정된 기준값 이하이면 배터리 셀의 전체적인 일반적 열화로 판단하여 CV 충전으로 진입하고,
상기 전압 차이가 설정된 기준값 이상이면 최고 전압에 해당하는 셀에 이상 열화가 발생한 것으로 판단하여 바로 CV 충전으로 진입하지 않고 두 번째 높은 셀전압이 CV 진입 전압에 도달할 때까지 CP 또는 CC 충전을 지속하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
청구항 7에 있어서,
CV 충전 중 BMS에서 사용 가능한 최대 상한 전압에 최고 전압셀의 전압값이 도달시, 차량의 주행거리가 증가하면서 셀의 열화가 증가하여 배터리 진단이 필요한 경우로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 기준값은 0.12V 내지 0.2V의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 충전 제어방법.