KR20040005133A - 전기자동차의 배터리 만충전 관리 방법 - Google Patents

Abstract

전기자동차에서 배터리 전압의 만충전 판단에 정확성을 제공하도록 한 것으로, 시동온 상태에서 배터리의 시간당 온도 변화율 산출하여 기준 변화율과 비교하는 과정과, 현재의 시간당 온도 변화율이 기준 변화율 보다 낮은 상태를 유지하면 초기의 과정으로 리턴하고, 높은 상태이면 일정시간 동안의 평균 충전 전류를 산출하여 설정된 기준값과 비교하는 과정과, 평균 충전 전류가 기준값 이상이면 시스템의 정상으로 판단하여 에러 플래그를 리셋시킨 다음 시간당 온도 변화율이 배터리의 만충전으로 검출되는지 판단하는 과정과, 만충전이 검출되면 SOC를 100%로 리셋하는 과정과, 평균 충전 전류가 기준값 이하이면 에러 플래그를 카운터 업 한 다음 적산된 카운터값이 설정된 기준횟수 이상인지를 판단하는 과정과, 적산된 카운터 값이 기준횟수 이하이면 상기의 적산 과정을 반복하고, 기준횟수 이상이면 만충전을 검출에 이상이 있는 것으로 판단하여 운전자에게 지시하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차의 배터리 만충전 관리 방법{BATTERY FULL CHARGE MANAGEMENT METHOD OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차의 충전상태 관리 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리 충전 전압의 만충전 판단에 정확성을 제공하도록 한 전기자동차의 배터리 만충전 관리방법에 관한 것이다.

전기자동차에서 주동력원인 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이다.

따라서, 전기자동차에는 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System ; BMS)이 구비되는데, BMS이 하는 여러 가지의 관리기능 중에서 배터리의 만충전 관리는 배터리의 관리에 있어 매우 중요한 요소이다.

예를들어, BMS에서 배터리의 만충전을 정확하게 판단하지 못하여 배터리가 과충전 되는 경우 배터리의 온도가 심하게 올라가 화재 등의 위험성이 존재하게 되며, 아울러 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 반대로 배터리의 만충전을 정확하게 판단하지 못하여 정상 전압 이하로 충전되는 경우 심방전을 초래하게 되어 배터리의 충/방전 사이클(Cycle)에 지장을 주게되며, 주행중 갑자기 차량이 정지하여 운행이 불가능하게 되는 상황이 발생하게 된다.

따라서, 종래의 전기자동차에서 배터리의 만충전을 판단하기 위한 방법으로, 단위 시간당 온도 변화율에 따른 전류값을 가지고 산출한 기준값(dT/dt_ref)을 맵 데이터로 설정하고, 현재의 온도 변화율(dT/dt_cal)을 검출하여 상기 맵 데이터로 설정된 기준값과의 비교를 통해 배터리의 만충전 여부를 판단하고 있다.

즉, 현재 배터리의 온도 변화율(dT/dt_cal)이 상기 맵 데이터로 설정된 기준값(dT/dt_ref)을 초과하는 상태가 설정된 소정의 횟수 또는 일정시간, 바람직하게는 3회 또는 3초 이상 검출되면 BMS는 배터리의 만충전으로 판단하여 배터리의 잔존용량을 나타내는 충전상태(State Of Charge ; SOC)값을 100%로 리셋하여 배터리의 과충전이 발생되지 않도록 하고 있다.

상기 현재의 온도 변화율(dT/dt_cal)은 하기의 수학식 1을 통해 산출한다.

dT/dt_cal = Tb0 - Tb1 + K(Tb0 - Ta0)

상기에서 Tb0는 현재 배터리 모듈의 최고온도이고, Tb1은 현재의 시점으로부터 일정시간 이전, 바람직하게는 1분전의 배터리 모듈의 최고 온도이며, K는 배터리 셀간 속도에 따른 보정치이고, Ta0는 현재의 배터리 조건에서의 온도이다.

또한, 단위 시간당 온도 변화율에 따른 기준값(dT/dt_ref)은 하기의 수학식 2를 통해 산출된다.

dT/dt_ref = Ibat_avg / 100 * K'

상기에서 Ibat_avg는 설정된 일정시간, 바람직하게는 1분 동안의 평균 충전 전류이고, K'는 전류 주파수에 따른 보정치이다.

상기한 만충전 판단방법을 적용하고 있는 종래의 전기자동차는 충전중에 시스템의 임의의 부분에 고장이 발생하거나 이상이 발생하여 첨부된 도 3의 'B' 포인트에서와 같이 충전 상태의 계산에 에러가 발생하는 경우 첨부된 도 3의 'A' 포인트에서와 같이 충전 전류값이 감소하는 것으로 감지된다.

따라서, BMS는 실제 충전 전압은 만충전이 되지 않았으나, 만충전이 된 것으로 판단하여 첨부된 도 3의 'C'포인트 혹은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 배터리의 SOC를 100%로 리셋시킨다.

따라서, 운전자는 클러스터에 지시되는 배터리의 SOC만을 보고 배터리의 상태를 판단하게 되므로 주행중 배터리 전압의 제한에 의해 차량이 정지되는 난처한입장에 처하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 배터리의 만충전 검출시 배터리의 평균 전류가 설정된 기준값 이상인지의 여부를 한번더 판단하고, 에러 카운터가 설정된 기준횟수 이상이며 배터리 관리 시스템에서 전류 요구가 검출되는 경우 만충전 판단에 이상이 있는 것으로 판단하도록 함으로써 배터리 관리 시스템의 배터리 만충전 판단에 정확성과 신뢰성을 제공하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 만충전 관리 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차에서 배터리 만충전 관리를 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 종래의 전기자동차에서 배터리 만충전 판단시 에러 발생을 보이는 상태 천이 그래프.

도 4는 도3에서 C 부분을 확대한 상태 천이 그래프.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시동온 상태에서 배터리의 시간당 온도 변화율 산출하여 기준 변화율과 비교하는 과정과; 현재의 시간당 온도 변화율이 기준 변화율 보다 낮은 상태를 유지하면 초기의 과정으로 리턴하고, 높은 상태이면 일정시간 동안의 평균 충전 전류를 산출하여 설정된 기준값과 비교하는 과정과; 상기에서 평균 충전 전류가 기준값 이상이면 시스템의 정상으로 판단하여 에러 플래그를 리셋시킨 다음 시간당 온도 변화율이 배터리의 만충전으로 검출되는지 판단하는 과정과; 상기에서 만충전이 검출되면 SOC를 100%로 리셋하는 과정과; 평균 충전 전류가 기준값 이하이면 에러 플래그를 카운터 업 한 다음 적산된 카운터값이 설정된 기준횟수 이상인지를 판단하는 과정과; 적산된 카운터 값이 기준횟수 이하이면 상기의 적산 과정을 반복하고, 기준횟수 이상이면 만충전을 검출에 이상이 있는 것으로 판단하여 운전자에게 지시하는 과정을 포함하는 것을 특징으로한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 만충전 관리장치는, 동력원인 메인 배터리(10)와, 메인 배터리(10)내에 포함되어 있는 도시되지 않은 전류센서에서 측정되는 전류값을 설정된 알고리즘을 통해 연산하여 모터 제어, SOC 산출, 배터리 용량(Ah) 산출, SOC와 전압 차이에 따라 최대 방전 허용 전류값 관리, 회생 제동시 온도에 따른 전압값을 설정하여 전류 제한값 설정, 주행시 차량의 출력 전압에 따른 전류 제한 조건 설정 및 배터리 팩의 시간당 온도 변화에 따른 만충전 관리 등을 수행하는 BMS(20)와, 상기 BMS(20)내의 프로세서에서 인가되는 제어신호에 따라 접점이 스위칭 되어 배터리(10)의 전압을 모터(50)측에 공급하는 컨텍터(30)와, 상기 컨텍터(30)를 통해 공급되는 배터리(10)의 전압을 제어하여 구동력을 발생하는 모터(50)의 토오크, 구동 속도 등을 제어하는 모터 제어기(40)로 구성된다.

상기에서 BMS(40)는 배터리(30)의 충전 상태가 80% 이상을 유지하는 경우 매우 높음(Very High SOC)으로 설정하고, 65% 이상 80% 이하를 유지하는 범위에 포함되는 경우 높음(High SOC)으로 설정하며, 40% 이상 65% 이하를 유지하는 범위에 포함되는 경우 보통(Normal SOC)으로 설정하며, 25% 이상 40% 이하를 유지하는 범위에 포함되는 경우 낮음(Low SOC)으로 설정하며, 25% 이하를 유지하는 경우 매우 낮음(Very Low SOC)으로 설정하여 이에 대한 SOC 정보를 운전자에게 제공하여 준다.

상기한 기능을 포함하여 구성되는 전기자동차에서 배터리 만충전을 판단 관리하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

시동 온 주행상태에서(S101) BMS는 배터리의 온도 변화를 검출하여(S102) 상기한 수학식 1을 통해 단위 시간당 온도 변화율(dT/dt_cal)을 산출한다(S103).

이후, 산출된 단위 시간당 온도 변화율(dT/dt_cal)을 맵 데이터로 설정된 온도 변화율의 기준값((dT/dt_ref)과 비교하여 현재의 온도 변화율이 기준 변화율 이상인지를 판단한다(S104).

상기에서 현재의 온도 변화율이 기준 변화율 이상이 아닌 것으로 판단되면 초기의 과정으로 리턴되고, 현재의 온도 변화율이 기준 변화율 이상인 것으로 판단되면 설정된 일정시간, 바람직하게는 1분 동안 평균 충전 전류값(Ibat_avg)을 산출하여(S105), 산출된 평균 충전 전류값(Ibat_avg)이 설정된 기준 전류값 이상인지를 판단한다(S106).

상기에서 산출되는 평균 충전 전류값(Ibat_avg)이 설정된 기준 전류값 이상인 것으로 판단되면 배터리의 만충전 판단을 정상적으로 수행할 수 있는 것으로 판단하여 에러 플래그(Error Flag)를 리셋시킨다(S107).

이후, 배터리 모듈의 시간당 온도 변화율을 검출하여(S108) 만충전 상태인지를 판단하며(S109), 만충전 상태가 아닌 것으로 판단되면 상기 S108의 과정으로 리턴하여 배터리 모듈의 만충전 여부를 연속적으로 검출 판단하고 만충전인 것으로 판단되면 SOC를 100%로 리셋시켜 현재 배터리 모듈이 만충전 상태임을 소정의 방법을 통해 운전자에게 지시하여 준다(S110).

상기 S106의 판단에서 일정시간 동안 산출되는 평균 충전 전류값(Ibat_avg)이 설정된 기준 전류값 이하인 것으로 판단되면 에러 플래그를 카운터 업 한 다음(S111), 적산된 에러 플래그 카운터 값이 설정된 기준횟수, 바람직하게는 3회를 초과하였는지를 판단한다(S112).

상기에서 적산된 에러 플래그 카운터값이 설정된 기준횟수를 초과하지 않은 상태이면 상기의 과정으로 리턴하여 연속적인 에러 플래그 카운터가 수행되도록 하고, 적산된 에러 플래그 카운터값이 설정된 기준횟수를 초과한 것으로 판단되면 BMS측에서 전류 공급의 요구가 검출되는지를 판단한다(S113).

상기에서 적산된 에러 플래그 카운터가 설정된 기준횟수를 초과하였고, 전류 요구가 있는 것으로 판단되면 시스템 임의의 부분에 고장이 발생하여 만충전을 정상적으로 검출하지 못하는 것으로 판단하여 그에 대한 정보를 소정의 방법을 통해 운전자에게 지시하여 준다(S114).

따라서, 전기자동차에서 배터리의 만충전 판단에 정확성이 제공되어 안정된 운행이 제공된다.

상기한 설명에서 수치가 기재되어 있으나, 이 수치는 해당 조건에 대하여 한정하는 것이 아니라 조건 판단을 위한 예시의 수치이며, 이는 설계자의 프로그램에 따라 가변되는 수치이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리의 만충전 상태의 검출 판단에 있어 안정성이 제공되므로, 운행중 배터리의 충전 전압 정보를 정확하게 판단하여그에 따라 적절한 충전 조치를 취할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 시동온 상태에서 배터리의 시간당 온도 변화율 산출하여 기준 변화율과 비교하는 과정과;

   현재의 시간당 온도 변화율이 기준 변화율 보다 낮은 상태를 유지하면 초기의 과정으로 리턴하고, 높은 상태이면 일정시간 동안의 평균 충전 전류를 산출하여 설정된 기준값과 비교하는 과정과;

   상기에서 평균 충전 전류가 기준값 이상이면 시스템의 정상으로 판단하여 에러 플래그를 리셋시킨 다음 시간당 온도 변화율이 배터리의 만충전으로 검출되는지 판단하는 과정과;

   상기에서 만충전이 검출되면 SOC를 100%로 리셋하는 과정과;

   평균 충전 전류가 기준값 이하이면 에러 플래그를 카운터 업 한 다음 적산된 카운터값이 설정된 기준횟수 이상인지를 판단하는 과정과;

   적산된 카운터 값이 기준횟수 이하이면 상기의 적산 과정을 반복하고, 기준횟수 이상이면 만충전을 검출에 이상이 있는 것으로 판단하여 운전자에게 지시하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 만충전 관리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기에서 적산된 에러 카운터 값이 기준횟수 이상이면 BMS의 전류 요구가 검출되는지를 판단하여 만충전 이상여부를 진단하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로하는 전기자동차의 배터리 만충전 관리 방법.