KR20190085554A - 차량 내 배터리 제어 방법 및 제어 시스템 - Google Patents

차량 내 배터리 제어 방법 및 제어 시스템 Download PDF

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KR20190085554A
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브린겔슨 한나
헬그렌 조나스
Original Assignee
볼보 트럭 코퍼레이션
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Abstract

본 발명은 배터리와, 상기 배터리를 제어하기 위한 배터리 제어부를 포함하는 시스템에서 차량의 배터리의 전력 용량을 통신하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 상기 배터리 제어부에서, 시간의 함수로서, 상기 배터리로 또는 그 배터리로부터의 전력 전달을 기술하는 전력 프로파일을 포함하는 요청을 수신하는 것과; 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것을 포함한다.

Description

차량 내 배터리 제어 방법 및 제어 시스템
본 발명은 차량 내 배터리를 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 트럭, 버스 및 건설 기기와 같은 대형차에 적용될 수 있다. 본 발명을 버스와 관련하여 설명하지만, 본 발명은 이러한 특정 차량에 제한되지 않으며, 기타 다양한 대형차뿐만 아니라 자동차(cars)와 같은 다른 차량에서도 이용될 수 있다.
하이브리드 차량 또는 전기 차량에서, 차량 추진을 위해 사용되는 배터리의 전력 용량(power capacity)을 아는 것은 중요하다. 배터리를 정확하게 활용하는 데에 있어서 이러한 지식이 중요한 상황으로서, 가속, 외부 그리드(grid)로부터의 충전 및 회생 제동(regenerative braking)을 예시할 수 있다. 이에 의해, 얼마나 많은 전력이 배터리에 제공될 수 있고 또 얼마나 많은 전력을 그 배터리로부터 받을 수 있는지를 배터리 제어 시스템이 결정할 수 있도록, 충전 상태(SoC) 및 전력 상태(SoP)와 같은 배터리 성질을 정확하게 판단하는 것이 중요하다.
종래의 배터리와의 상호 작용 방법은, 배터리가 특정 시간 윈도우동안 일정한 최대 유능 전력(maximum available power)을 제공하는 방전 사이클이다.
예컨대, US2016/0052418는 배터리 시스템 피크 전력 추정 방법을 개시하고 있다. 종래의 전력 상태(SOP) 추정 기법에서는, 일정한 전류 펄스 동안, 특히 장기간의 시간 간격에 걸쳐, 모든 저항 및 커패시터 값의 변동을 고려하지 않고 있다. 이와 관련하여, US2016/0052418는, 전류 예측 기간의 시작시의 초기 피크 전류는 동작 파라미터의 측정에 기초하여 결정되고, 순간적인 피크 전류는 배터리 시스템에 대한 배터리 모델의 저항과 개방 회로 전압의 전압-제한 외삽(voltage-limited extrapolation of resistances and open-circuit voltage)을 수행함으로써 상기 초기 피크 전류에 기초하여 결정되는 기법을 설명하고 있다.
그러나, 상기 피크 전류는 배터리의 능력에 대한 제한된 정보만을 제공할 뿐이고, 이는 많은 경우에 있어서, 제한적이고 융통성이 떨어지는 접근법이다. 예컨대, 차량 기능은, 연장된 기간 동안 전력을 제공하는, 즉 방전하는 배터리를 필요로 할 수 있는데, 이러한 경우에, 상기 피크 전류는 배터리가 원하는 전력을 제공할 수 있는지를 결정하는 데에 충분한 정보를 제공하지 못한다.
따라서, 하이브리드 또는 전기 차량 내의 배터리의 성질에 관한 정보를 제공하기 위한 개선된 방법 및 시스템에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 차량 내 배터리의 전력 용량을 차량 시스템에 정확하게 통신하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 따른 차량의 배터리의 전력 용량을 통신하는 방법에 의해 달성된다.
따라서, 배터리와, 상기 배터리를 제어하기 위한 배터리 제어부를 포함하는 시스템에서 차량의 배터리의 전력 용량을 통신하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 배터리 제어부에서, 시간의 함수로서, 상기 배터리로 또는 그 배터리로부터의 전력 전달(power transfer)을 기술하는 전력 프로파일(power profile)을 포함하는 요청(request)을 수신하는 것, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것, 상기 요청된 전력 프로파일의 준수(compliance)를 나타내는 응답(response)을 제공하는 것을 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 전력 전달은 상기 전력 프로파일에 의해 정해진 상기 배터리의 충전 또는 방전 사이클인 것으로 해석되어야 한다. 이에 의해, 상기 전력 프로파일은 충전 프로파일, 방전 프로파일, 또는 그 조합을 기술할 수 있다. 충전 및 방전은 각각 상기 배터리에의 전력 입력 또는 배터리로부터의 전력 출력이라 지칭할 수 있다. 더욱이, 상기 전력 프로파일의 지속시간(duration)은 임으로 선택할 수 있고, 상기 전력 프로파일은 복수의 상이한 단계(각각의 단계는 특정 기간 동안 특정의 전력 출력 또는 입력을 필요로 한다)를 포함할 수 있다.
이에, 단순히 배터리로부터 이용 가능한 최대 유능 전력을 나타내는 종래의 시스템과 비교하여, 상기 전력 프로파일은 시간에 따른 보다 복잡한 전력 전달을 기술할 수 있기 때문에, 배터리 시스템에서의 융통성을 증대시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 상기 응답은 불리언 응답(Boolean response)을 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 제어부는 어떤 요청에 대하여 "예" 또는 "아니오" 응답을 하고, 또는 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 제공 또는 수신할 수 있는지 여부에 따라 상기 요청된 전력 프로파일에 대하여, 유사한 응답을 한다. 긍정 응답 "예"의 경우에, 상기 요청하는 기능은 상기 요청된 프로파일에 따라, 상기 배터리로부터 전력을 끌어내거나 상기 배터리에 전력을 제공하는 것으로 진행할 수 있다. 부정 응답 "아니오"의 경우에, 상기 배터리는 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 제공하거나 수신할 수 없다. 상기 응답이 부정인 경우에, 상기 요청하는 기능은 예컨대, 상기 전력 프로파일을 수정할 수 있고, 새로운 요청으로 계속할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 요청된 전력 프로파일과는 다른 제안된 전력 프로파일(suggested power profile)을 포함하는 응답을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 만약, 상기 배터리가 상기 요청을 이행할 수 없다면, 상기 배터리 제어부는, 예컨대, 상기 요청된 프로파일과 가능한 한 유사하고 상기 배터리가 준수할 수 있는 전력 프로파일을 결정하고, 상기 요청하는 차량 기능에 응답하여 상기 업데이트된 프로파일을 제공할 수 있다. 이에 의해, 상기 요청하는 차량 기능성은, 상기 배터리가 상기 특정의 요청된 전력 프로파일을 수용할 수 없더라도 상기 배터리를 활용할 수 있다. 더욱이, 상기 제안된 전력 프로파일은 상기 배터리의 알려진 성질에 기초하여 최적화될 수 있다. 따라서, 상기 제안된 전력 프로파일은, 상기 배터리 유닛이 상기 요청된 전력 프로파일을 준수할 수 있다면, 상기 요청된 전력 프로파일과 다를 수 있다. 이어서, 상기 요청하는 기능성은 상기 요청된 전력 프로파일 또는 상기 배터리 제어부에 의해 제안된 대안 전력 프로파일을 이용할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이에, 배터리를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
추가의 실시예에 따르면, 상기 응답은 복수의 상이한 제안된 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 이에, 상기 요청하는 기능은 복수 개의 상이한 전력 프로파일로부터 가장 적절한 전력 프로파일을 선택할 수 있고, 이는 상기 요청된 전력 프로파일과 가능한 한 가깝거나 또는 다른 이점들을 제공하는 전력 프로파일이 발견될 확률을 증대시킨다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 응답은 특정된 기간 동안 최대의 일정한 전력 전달을 포함할 수 있다. 만일, 예컨대 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일을 수용할 수 없다면, 상기 응답은, 안전 모드인 것으로 볼 수 있는 특정 시간 동안 일정한 전력 형태의 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 요청된 전력 전달이 아닐지라도, 전력 전달이 이루어질 수 있어, 배터리를 이용하여, 전달될 요청된 전력의 적어도 일부를 받거나 제공할 수 있도록 해준다. 상기 응답은, 예컨대, 상기 요청된 전력 프로파일의 지속시간과 동일한 시간 동안 최대의 일정한 전력 전달일 수 있어, 상기 요청된 전력 프로파일이 수용될 수 없다 하더라도, 상기 요청된 기간 동안 상기 배터리가 활용될 수 있도록 해준다.
더욱이, 상기 배터리 제어부는, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일을 수용할 수 있는 경우에도, 대안의 전력 프로파일을 제공할 수 있다. 따라서, 특정의 배터리 상태에 더 적합한 전력 프로파일이 발견될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청된 전력 프로파일은 시간 연속적 전력 프로파일일 수 있으며, 이 경우 상기 방법은 상기 요청된 전력 프로파일을 이산화하는 것과 이산 시간 전력 프로파일 형태의 응답을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 이산화된 전력은, 전력 레벨과, 정의된 전력 레벨이 지속되어야 하는 기간에 의해 상기 전력 프로파일에 있어서 상이한 단계들을 정한다. 이에, 상기 배터리 제어부로부터의 응답 내에 제공되어야 하는 정보량이 현저히 감소될 수 있다. 이는, 복수의 전력 프로파일이 제공된다면 통신 속도를 개선하기 위하여 특히 유리할 수 있는데, 응답 내의 보내져야 하는 데이터의 양이 현저히 감소되기 때문이다. 상기 요청이 이산화된 전력 프로파일을 포함할 수 있음은 물론 가능하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신할 수 있는지 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것은, 상기 요청된 전력 프로파일에 대한 배터리의 예측된 전압 및 온도에 기초하여, 시간의 함수로서 배터리 거동을 시뮬레이션하는 것을 포함할 수 있다. 이 시뮬레이션에 기초하여, 상기 배터리 제어부는, 상기 요청된 전력 프로파일이 배터리 내의 여러 셀 중 임의의 셀의 전압 및/또는 온도 한계를 위반하게 되는지 또는 상기 배터리가 상기 요청을 준수하기에 충분한 충전 저장 용량을 갖고 있는지를 판단할 수 있다. 상기 시뮬레이션된 배터리 거동은 또한, 상기 요청된 프로파일과 유사하지만 상기 배터리의 허용된 동작 파라미터 내에 있는 하나 이상의 새로운 제안된 전력 프로파일을 결정하는 데에 이용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 배터리 거동은 상기 배터리의 셀 모델에 기초하여 시뮬레이션될 수 있다. 셀 모델이 유리하게 이용되는데, 이러한 셀 모델을 이용하여 배터리 파라미터를 빠르고 정확하게 시뮬레이션할 수 있기 때문이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 차량의 차량 제어부로부터 수신될 수 있다. 상기 차량 제어부는 차량 기능성을 제어하기 위한 특정의 또는 일반적인 제어부일 수 있고, 상기 차량 제어부는 예컨대, CAN-버스를 통해 상기 배터리 제어부와 통신할 수 있다. 별법으로서, 상기 차량 제어부와 상기 배터리 제어부는 다목적 마이크로 처리 유닛과 같은 동일한 물리적 유닛 내에 구현될 수 있다. 선택된 물리적 구현과는 관계 없이, 상기 차량 제어부는 전력 프로파일을 상기 배터리 제어부에 전송할 수 있고, 하나 이상의 제안된 전력 프로파일의 형태에서 불리언 "예" 또는 "아니오" 응답과 같은 응답을 수신할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 전력 소모 사이클 동안, 상기 배터리에 의해 상기 차량에 제공되는 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 이에, 상기 배터리 제어부로부터의 응답에 기초하여, 상기 차량 제어부는 상기 배터리가 필요한 전력을 제공할 수 있는지, 또는 추가의 전력 소스가 사용되어야 하는지 여부를 알 수 있다. 이러한 추가의 전력 소스는 예컨대, 차량의 내연 기관일 수 있다. 상기 배터리는 또한 상기 요청된 전력의 일부에 대응되는 전력을 제공할 수 있다. 이 이점은, 상기 차량 제어부가, 추가의 전력 소스가 채용될 필요가 있는지, 언제 채용될 필요가 있는지 그리고 어느 정도로 채용될 필요가 있는지를 미리 알 수 있다는 것인데, 이는 예컨대 필요한 전력을 제공하기 위하여 내연 기관을 준비할 수 있기 때문에, 전력 소스 활용의 전체 효율을 증대시키는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 전력 생성 사이클 동안에, 상기 배터리에 제공되는 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 차량 전력 생성은 예컨대, 제동 중에 또는 상기 차량이 내리막길에서 주행 중일 때 일어날 수 있는데, 이러한 경우, 생성된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 것이 유리하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 루트에 기초한 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 상기 요청은 예컨대, 다가오는 루트 또는 루트의 적어도 일부가 알려지도록 차량의 내비게이션 시스템에 접속된 차량 제어부로부터 비롯될 수 있다. 이에 의해, 상기 배터리 사용은 주어진 루트에 대하여 예측된 전력 프로파일에 기초하여 최적화될 수 있다. 이는 자동화된 또는 자동운전 차량에 대하여 특히 유리한데, 왜냐하면 상기 배터리 사용은 순간의 요청에 기초하는 것이 아니라, 전체 루트에 대하여 최적화될 수 있기 때문이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 상기 차량 외부의 충전 스테이션으로부터 수신될 수 있다. 더욱이, 상기 요청은 예측된 충전 사이클 동안 배터리에 제공되는 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 이에 의해, 배터리 제어 모듈은 상기 배터리가 제안된 충전 프로파일에 따라 충전될 수 있는지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 충전 스테이션으로부터의 상기 요청은 소정의 충전 시간을 포함할 수 있다. 사용자는, 예컨대, 차량을 충전 스테이션에 연결할 때 충전 시간을 특정할 수 있는데, 이 경우, 특정된 충전 시간에 가장 적합한 전력 프로파일로 배터리 제어부가 응답하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 요청은 상기 충전 스테이션의 충전 성질에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 응답은 상기 충전 스테이션의 충전 성질에 기초하여 상기 배터리를 충전하기 위한 제안된 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 배터리 충전은 상기 충전 스테이션의 충전 성질과 상기 배터리의 능력의 조합된 평가에 기초하여, 최적화될 수 있다.
컴퓨터 상에서 구동되는 경우, 상기한 실시예 중 임의의 실시예의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램과, 상기 컴퓨터 프로그램을 담고 있는 컴퓨터 판독 가능한 매체도 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 배터리와 배터리 제어부를 포함하는 차량의 배터리 제어 시스템이 제공된다. 상기 배터리 제어부는, 시간의 함수로서, 상기 배터리에 또는 배터리로부터의 전력 전달을 기술하는 전력 프로파일을 포함하는 요청을 수신하도록 구성되고, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지 여부를 판단하도록 구성되고, 상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 응답을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 배터리 제어 시스템은 차량 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 차량 제어부는 상기 요청을 상기 배터리 제어부에 제공하도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 배터리 제어 시스템은 상기 차량 외부의 충전 스테이션을 더 포함할 수 있고, 상기 충전 스테이션은 상기 요청을 상기 배터리 제어부에 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 실시예 중 한 실시예에 따른 배터리 제어 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.
본 발명의 제2 양태의 효과 및 이점은 본 발명의 제1 양태와 관련하여 상기한 것과 대체로 유사하다.
본 발명의 추가의 이점 및 유리한 특징은 다음의 설명 및 청구항에 개시된다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 예시적인 것으로 보다 상세하게 설명한다. 도면에서,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 전체 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 시스템을 포함하는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 전체 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 전체 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에서 이용되는 예시적인 전력 프로파일을 개락적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 이용되는 예시적인 전력을 개락적으로 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에서 이용되는 예시적인 전력 프로파일을 개락적으로 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에서 이용되는 예시적인 전력 프로파일을 개락적으로 도시한다.
이하에서, 배터리 구동식의 전기 모터와 내연 기관의 조합 형태의 하이브리드 추진 시스템을 포함하는 대형차를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 제어 시스템 및 방법의 다양한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예는 넓은 범위의 하이브리드 차량 및 전기 차량에 대하여 동등하게 적용가능하다는 것에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법(100)의 전체 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1의 방법을 도 2에 도시한 배터리 제어 시스템(200)을 포함하는 차량(201)을 참조하여 설명한다. 특히, 도 1은 배터리(202)와, 배터리(202)를 제어하기 위한 배터리 제어부(204)를 포함하는 시스템에서 차량(201)의 배터리(202)의 전력 용량을 통신하는 방법의 개요를 보여준다.
제1 단계에 있어서, 상기 방법은, 배터리 제어부(204) 내에서, 시간의 함수로서 배터리에의 또는 배터리로부터의 전력 전달을 기술하는 전력 프로파일을 포함하는 요청을 수신하는 것(102)을 포함한다. 제2 단계에 있어서, 상기 방법은 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것(104)을 포함하고, 마지막 단계에서, 배터리 제어부(204) 내에서, 상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 응답을 제공하는 것(106)을 포함한다. 상기 준수를 나타내는 응답은 불리언 응답, 즉 "예" 또는 "아니오", 또는 상기 요청된 전력 프로파일의 준수 또는 비-준수(non-compliance)를 나타내는 임의의 동등한 소정의 불리언 응답(예컨대, "1 " 또는 "0")일 수 있다. 상기 응답은 또한 하나 이상의 제안된 전력 프로파일을 포함할 수 있다.
상기 전력 프로파일은 배터리(202)에의 또는 배터리로부터의 전력 전달, 즉 배터리(202)의 충전 또는 방전을 정의한다. 배터리(202)가 상기 요청된 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지 여부를 결정하는 인자로서, 상기 배터리의 전압, 전류, 온도, 전력 상태(SoP), 충전 상태(SoC) 및 성능 상태(state of health; SoH)를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 배터리(202)가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것은, 도 3의 흐름도에 도시한 바와 같이, 요청된 전력 프로파일에 대하여, 배터리(202)의 결과로서 생기는 예측된 전압 및 온도를 시뮬레이션 하기 위하여, 상기 요청된 전력 프로파일에 기초하여, 시간의 함수로서, 배터리 거동을 시뮬레이션 하는 단계(108)를 포함할 수 있다. 이 시뮬레이션은 배터리(202)의 셀 모델을 이용하여 수행될 수 있다. 셀 모델은 온도, SoC 및 수명(age)에 의존하는, 저항들의 집합을 포함한다. 셀 모델은 어떤 SoC, 온도 및 수명에서 적용된 어떤 전류 및 실제의 전압에 대하여, 배터리(202)의 전압 프로파일이 어떤 전류/전력 프로파일에 대하여 어떻게 보이는가를 예측할 수 있다. 특히, 모든 배터리 셀에 대하여는, 지켜져야 하는 전압 한계가 있다. 셀 모델은 배터리(202) 내의 저항 손실로부터 발열을 추정할 수 있다. 시뮬레이션한 결과 얻어지는 온도 및 전압을 전류, 온도 및 전압 한계와 비교함으로써, 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 따라 전력을 제공 또는 수신할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 요청된 전력 프로파일에 의해 정해진 전력 전달이 달성될 수 있는지 여부를 판단할 때, 상기 배터리에의 또는 배터리로부터의 절대 전류 한계를 고려할 필요가 있다.
더욱이, 배터리 제어부(204)로부터의 응답은 상기 요청된 프로파일과는 다른 하나 이상의 제안된 전력 프로파일을 포함할 수 있다. 배터리 제어부(204)는, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일을 준수할 수 있는 경우에도, 상이한 전력 프로파일을 제안할 수 있다. 이에 의해, 배터리에 대하여 가장 유리한 전력 프로파일이 이용될 수 있다. 몇몇 응용에 있어서, 예컨대, 그 전력 프로파일은 배터리 상태를 유지하도록 우선 순위를 매길 수 있고, 따라서 배터리가 원칙적으로 상기 요청된 전력 프로파일을 수용할 수 있을지라도 배터리 제어부(204)에 의해 결정된 방식으로 배터리(202)를 활용하는 데에 바람직할 수 있다. 만일 배터리 제어부(204)가 복수의 상이한 전력 프로파일로 응답한다면, 상기 요청하는 기능성은 가장 적합한 전력 프로파일을 자유롭게 선택할 수 있다. 배터리 제어부(204)로부터의 응답은 또한 배터리 열화(battery degradation), 온도 증가, 상기 제안된 전력 프로파일에 대한 기타 관련 파라미터에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 전력 프로파일들은 보다 쉽게 비교될 수 있고, 상기 요청하는 기능성은 적절한 전력 프로파일을 선택하기 위해 사용되는 추가의 정보를 수신한다.
일반적으로, 배터리(202)에의 또는 배터리로부터의 전력은, 배터리의 충전 레벨(SoC)가 증가하는 경우 감소될 필요가 있다. 전력의 감소는 SoC 레벨이 증가함에 따라 전류/전력을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 상기 전력은 어떤 SoC 레벨-이 레벨 이후 전력은 소정의 기울기로 감소-까지 일정할 수 있다. SoC가 증가함에 따른 전력의 감소는 또한, 일정 전압을 유지함으로써 달성될 수 있고, SoC가 어떤 레벨에 도달하면, 전류는 자동적으로 감소하여 전력을 감소시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 상기 요청된 전력 프로파일은 시간 연속적 전력 프로파일이며, 상기 방법은 상기 요청된 전력 프로파일을 이산화하는 것(110) 및 이산 시간 전력 프로파일 형태의 응답을 제공하는 것을 더 포함한다. 기타의 방법 단계는 도 1을 참조하여 설명한 방법의 것과 동일하다. 상기 이산화(discretization)는 배터리 제어부에 의해 수행되며, 상기 시간 연속적 전력 프로파일은 전력이 일정한 유한의 기간들로 이산화된다. 기간의 길이는 예컨대, 상기 요청된 전력 프로파일의 형태에 기초하여 결정되거나, 또는 전력 프로파일의 총 지속 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 이산화된 전력 프로파일에서 각 기간의 길이는 또한 상기 요청을 일으키는 이벤트, 즉 상기 요청된 전력 프로파일의 성질에 의존할 수 있다. 상기 길이는 예컨대, 제동 또는 가속과 같은 비교적 짧은 이벤트에 대하여 1초, 2초, 5초 등일 수 있다. 상기 길이는 또한, 외부 소스에 의한 충전과 같이 더 긴 이벤트에 대하여, 20분 내지 30분과 같이 더 길 수도 있다. 또한, 이산화된 프로파일은 길이가 상이한 여러 이산 기간을 포함할 수 있다.
도 5는 배터리 제어부(204)에 요청들을 보낼 수 있는 차량 제어부(208)를 더 포함하는 배터리 제어 시스템(200)을 개략적으로 보여준다. 차량 제어부(208)는 하이브리드 또는 전기 추진 시스템을 제어하도록 구성된 전용의 제어부일 수 있고 또는 범용(general purpose)의 차량 제어부일 수 있다. 배터리 제어부(204)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그램가능한 디지털 신호 프로세서 또는 다른 프로그램가능한 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 제어부(204)는, 차량(201)을 적어도 부분적으로 작동시키기 위하여 배터리 제어부(204)가 차량(201)의 다른 부품, 예컨대 브레이크, 서스펜션, 구동라인(driveline), 특히 전기 엔진, 전기 기계, 클러치 및 기어 박스와 통신할 수 있도록, 처리 회로(processing circuitry)(도시 생략)뿐만 아니라 전자 회로 및 접속부(도시 생략)를 포함한다. 배터리 제어부(204)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모듈 또는 부분적으로 하드웨어 또는 소프트웨어의 모듈을 포함할 수 있고, CAN-버스와 같은 공지의 통신 버스 및/또는 무선 통신 능력(wireless communication capabilities)을 이용하여 통신할 수 있다. 상기 처리 회로는 범용의 프로세서 또는 특정 프로세서일 수 있다. 배터리 제어부(204)는 컴퓨터 프로그램 코드 및 데이터를 저장하기 위한 비일시적 메모리(non-transitory memory)를 포함한다. 따라서, 당업자라면, 배터리 제어부(204)가 여러 상이한 구성에 의해 실현될 수 있다는 것을 인식할 수 있다.
전력 프로파일을 포함하는 요청은 배터리의 충전, 배터리의 방전 또는 그 조합을 정할 수 있다. 배터리의 충전(202)이 차량 제어부(208)에 의해 요청되는 예시적인 시나리오는, 차량이 제동할 때 또는 차량이 내리막길에서 주행중일 때(차량을 제동하기 위하여 전기 모터가 사용된다)일 수 있다. 배터리로부터 전력을 끌어내는 요청은 통상 차량의 가속시에 나온다.
도 5는 또한 차량(201)이 충전 스테이션(210)에 접속될 수 있다는 것을 보여준다. 따라서, 요청된 전력 프로파일이 충전 스테이션(210)으로부터 나올 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자는 원하는 충전 시간과 관련하여 정보를 충전 스테이션(210)에 입력한다. 차량은 예컨대, 런치 브레이크(lunch brake) 동안과 같은 짧은 기간 동안 연결될 수 있고 또는 차량은 하룻밤 충전 동안 연결될 수도 있다. "런치 충전" 동안, 주어진 시간 동안 가능한 한 많이 배터리를 충전하는 것이 중요하다고 판단될 수 있고, 따라서 낮은 전류가 이용될 수 있는 "하룻밤" 충전과 비교하여, 더 높은 충전 전류가 선택된다. 낮은 충전 전류를 이용하는 경우, 배터리 온도는 더 높은 전류와 비교하여 더 낮을 수 있고, 배터리를 더 낮은 온도에서 유지하는 것은 배터리의 수명 증대에 기여할 수 있다. 따라서, 배터리 제어부는 특정된 충전 시간에 대하여, 최적의 전력 프로파일로 응답할 수 있다.
다른 예에서, 충전 스테이션(210)은 충전 스테이션(210)의 능력에 대한 정보, 예컨대 충전 스테이션(210)이 제공할 수 있는 최대 전력에 대한 정보를 배터리 제어부(204)에 제공할 수 있다. 이어서, 배터리 제어부(204)는 배터리(202)의 성질 및 충전 스테이션(210)을 기술하는 수신 정보에 기초한 제안된 전력 프로파일로 응답할 수 있다.
이어서, 전력 프로파일의 다양한 예 및 전력 프로파일이 요청되는 상황의 다양한 예를 설명한다. 전력 프로파일은 시간의 함수로서, 전력으로서 설명된다. 도시된 프로파일은 요청된 전력 프로파일 및 제안된 전력 프로파일 양자를 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 프로파일들은 주어진 상황에 대하여, 최적의 전력 프로파일을 나타내기 위하여 이용될 수 있다. 다이어그램에서, 양(positive)의 전력은 배터리의 충전을 나타내고, 음(negative)의 전력은 방전을 나타낸다.
도 6a는 차량(201)을 제동하는 것과 같이, 짧은 지속기간의 감속 동안 배터리(202)를 충전하기 위한 전력 프로파일을 나타낸다. 차량(201)이 제동하기 시작하면, 충전은 온도에 의해 제한되지 않을 것 같기 때문에, 높은 전력이 배터리에 인가될 수 있다. 대신에, 배터리가 수신할 수 있는 최대 전력(즉, 전류 및 전압)은 제한될 것이다. 충전이 진행됨에 따라, 배터리(202)의 온도는 증가하고, 전력은 결과로서, 배터리의 오버히트를 피하기 위하여 감소되어야 한다. 일반적으로, 온도 증가는 전류 제곱 곱하기 저항에 비례한다.
도 6b는 차량(201)이 내리막길에서 주행중이고 전기 모터를 이용하여 차량을 제동하는 것과 같이, 도 6a와 비교하여, 보다 더 긴 기간동안 배터리(202)를 충전하는 전력 프로파일을 나타낸다. 일분 또는 수 분 정도의 기간 동안 배터리(202)가 수신할 수 있는 최대 전력은 더 짧은 기간 동안 수신될 수 있는 것보다 낮다. 따라서, 장기간 충전 이벤트에 대하여 "장기간" 전력 프로파일을 적용하는 것이 중요하다. 도시된 예에서, 일정한 전력이 도시되어 있다. 그러나, 더 긴 충전 시간 동안 계단식 프로파일을 이용하는 것이 바람직하다는 것도 마찬가지로 가능하다.
도 6c는 "런치 충전"동안, 즉 소정의 시간 동안 충전하기 위하여, 차량(201)이 충전 스테이션(210)에 연결되어 있는 예를 보여준다. 여기서, 일정한 전력이 선택될 수 있다. 그러나, 계단식 프로파일을 기술하는 전력 프로파일이 이용될 수도 있다. 많은 경우에 있어서, 최적의 전력 프로파일은 배터리를 충분치 않게 충전하는(너무 낮은 전력) 리스크와 에너지 손실 및 배터리 열화(너무 높은 전력) 사이의 트레이드오프에 기초하여 형성될 수 있다.
도 7은 충전 기간과 방전 기간을 포함하는, 다가오는 경로 세그먼트에 대한 전력 프로파일을 보여준다. 예측된 루트에 기초한 전력 프로파일을 채택함으로써, 배터리 활용성을 개선할 수 있다. 예컨대, 상기 루트에서 어떤 전력이 나중에 필요할 것이라는 것이 알려진다면, 배터리는 상기 필요한 전력이 적절한 시기에 이용할 수 있게 관리될 수 있다. 도 7은 예컨대, 앞의 도로의 오르막길 세그먼트와 내리막길 세그먼트를 보여주는데, 양의 전력을 나타내는 부분은 차량(201)의 제동을 통해 배터리가 충전되는 내리막길 주행을 나타내고, 음의 전력 부분은 차량 추진을 위해 전력이 필요한 평탄길 또는 오르막길 세그먼트를 나타낸다. 배터리 제어 시스템(200)은 배터리(202)의 사용을 최적화하기 위하여, 차량의 루트 계획 시스템, 즉 내비게이션 시스템에 접속될 수 있다. 또한, 전력 프로파일은 전력 프로파일의 기울기로 나타낸 것과 같이, 시간이 지남에 따라 전력이 변화하는 부분을 포함할 수 있다. 전력 프로파일의 일정한 기울기는 시작값, 종료값 및 지속시간에 의해 나타낼 수 있다.
도 8a는 높은 전력에서의 제1 기간 및 낮은 전력에서의 제2 기간을 포함하는 충전 이벤트를 나타내는 요청된 전력 프로파일을 보여준다. 제시된 예에서, 전력 프로파일에 의해 정해진 최대 전력은 배터리(202)가 수신할 수 있는 최대 전력을 초과하는 것으로 한다. 따라서, 배터리 제어부(204)는 도 8b에서 점선으로 나타내는 제안된 전력 프로파일로 응답하는데, 이 프로파일은 상기 요청된 전력 프로파일의 높은 전력 기간보다는 낮지만 낮은 전력 기간보다는 높은 일정한 전력이 배터리(202)에 입력되는 것을 정하고 있다. 따라서, 배터리에 제공된 총 에너지는 두 전력 프로파일에 대하여 동일하지만 최대의 허용 가능한 에너지를 넘지 않도록 할 수 있다. 도 8c는 배터리 제어부(204) 역시, 점선으로 나타낸 것과 같은 복수의 대안 전력 프로파일을 제안할 수 있다는 것을 보여준다.
도 9a 및 도 9b는 도 4를 참조하여 설명한 방법에 따라, 시간 연속적 전력 프로파일을 이산화하는 예를 보여준다. 도 9a의 시간 연속적 전력 프로파일은 먼저 샘플링되고, 이어서 배터리(202)에 적합한 적절한 길이의 계단식의 일정 부분들로 세그먼트화된다.
상기 설명한 예들은 단순화한 것이고, 실제 배터리 제어부는 이산적이거나 연속적일 수 있는 매우 복잡한 전력 프로파일들을 다룰 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명은 도면에 도시한 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 하며, 오히려, 당업자는 첨부한 청구범위 내에서 다양한 변화 및 수정을 할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 청구항에서, "포함하다"라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an" 는 복수를 배제하지 않는다. 상호 다른 종속항에서 어떤 조치가 반복된다는 단순한 사실은 이들 조치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.

Claims (22)

  1. 배터리(202)와, 상기 배터리를 제어하기 위한 배터리 제어부(204)를 포함하는 시스템(200)에서 차량(201)의 배터리의 전력 용량을 통신하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 배터리 제어부에서,
    시간의 함수로서, 상기 배터리로 또는 그 배터리로부터의 전력 전달을 기술하는 전력 프로파일을 포함하는 요청을 수신하는 것(102)과;
    상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것(104)과,
    상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 응답을 제공하는 것(106)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 상기 응답은 불리언 응답을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 요청된 전력 프로파일과는 다른 제안된 전력 프로파일을 포함하는 응답을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응답은 복수 개의 상이한 제안된 전력 프로파일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응답은 특정 기간 동안 최대의 일정한 전력 전달을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요청된 전력 프로파일은 시간 연속적 전력 프로파일이고,
    상기 요청된 전력 프로파일을 이산화하는 것(110)과,
    이산 시간 전력 프로파일 형태의 응답을 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하는 것(104)은 상기 요청된 전력 프로파일에 대한 상기 배터리의 예측된 전압 및 온도에 기초하여, 시간의 함수로서 배터리 거동을 시뮬레이션하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 배터리 거동은 상기 배터리의 셀 모델에 기초하여 시뮬레이션되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요청은 상기 차량의 차량 제어부(208)로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 전력 소모 사이클 동안 상기 배터리에 의해 상기 차량에 제공되는 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 전력 생성 사이클 동안 상기 배터리에 제공되는 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 요청은 상기 차량의 예측된 루트에 기초한 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요청은 상기 차량 외부의 충전 스테이션으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 요청은 예측된 충전 사이클 동안 상기 배터리에 제공되는 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 충전 스테이션으로부터의 상기 요청은 소정의 충전 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요청은 상기 충전 스테이션의 충전 성질에 대한 정보를 포함하고, 상기 응답은 상기 충전 성질에 기초하여, 상기 충전 스테이션을 이용하여 상기 배터리를 충전하기 위한 제안된 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 프로그램이 컴퓨터 상에서 구동될 때 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  18. 컴퓨터 프로그램을 담고 있는 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 구동될 때 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 것인, 컴퓨터 판독 가능 매체.
  19. 배터리(202)와, 배터리 제어부(204)를 포함하는 차량(201)의 배터리 제어 시스템(200)으로서, 상기 배처리 제어 시스템은, 상기 배터리 제어부(204)가
    시간의 함수로서, 상기 배터리로 또는 그 배터리로부터의 전력 전달을 기술하는 전력 프로파일 요청을 수신하고,
    상기 배터리가 상기 요청된 전력 프로파일에 대응하는 전력을 수신 또는 제공할 수 있는지를 판단하고,
    상기 요청된 전력 프로파일의 준수를 나타내는 응답을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 시스템
  20. 청구항 19에 있어서, 차량 제어부(208)를 더 포함하고, 상기 차량 제어부는 상기 요청을 상기 배터리 제어부에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 시스템.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 차량 외부의 충전 스테이션(210)을 더 포함하고, 상기 충전 스테이션은 상기 요청을 배터리 제어부에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 시스템.
  22. 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 따른 배터리 제어 시스템(200)을 포함하는 차량(201).

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