KR100448788B1 - 42볼트 시스템 자동차의 이중 전원 시스템 - Google Patents

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KR100448788B1 KR10-2001-0081114A KR20010081114A KR100448788B1 KR 100448788 B1 KR100448788 B1 KR 100448788B1 KR 20010081114 A KR20010081114 A KR 20010081114A KR 100448788 B1 KR100448788 B1 KR 100448788B1
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Abstract

본 발명은 자동차의 엔진계통 및 전장품에 공급되는 전력을 증대하여 엔진 효율을 향상할 수 있도록 한 42V 시스템 자동차의 14/42V 이중 전원 시스템에 관한 것으로,
본 발명은 자동차의 초기 기동 및 아이들 작동 기능에 의한 엔진의 재시동을 위한 스타터 기능을 갖고 고 전력 발생을 하는 IGS와; IGS의 발전량과 스타터 기능을 제어하는 모터제어 유니트 ( MCU )와; 42V IGS 발전계로부터 생성되는 전력을 저장하는 36V 배터리(BAT1)와; 상기 36V 배터리(BAT1)를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)와; 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 의하여 36V 배터리(BAT1)에 의하여 구동하는 42V 모터가 장착된 42V형 워터펌프(W/PUMP), 전동식 42V 에어컨 압축기(A/C COMP), 42V형 연료펌프(F/PUMP), 42V형 라디에이터 팬 모터(R/FAN), 42V형 와이퍼(WIPER), 42V형 콘덴서 팬(C/FAN), 42V형 파워 윈도우(P/WINDOW MOTOR)와; 상기 36V 배터리(BAT1)로 부터 구동전압을 직류/직류로 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터(DC/DC)와; 상기 DC/DC 컨버터(DC/DC)로부터 변환된 전압을 충전하는 배터리(BAT2)와; 상기 배터리(BAT2) 전압으로 구동되는 오디오(AUDID), 램프(LAMP) 및 차량의 저전력 장치로 구성하게 된다.

Description

42볼트 시스템 자동차의 이중 전원 시스템{Dual power system of 42V system vehicle}
본 발명은 42V 시스템 자동차의 이중 전원 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 42V 시스템 자동차의 엔진계통 및 전장품에 공급되는 전력을 증대하여 엔진 효율을 향상할 수 있도록 한 42V 시스템 자동차의 이중 전원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 엔진이외에 각종 램프, 전기장치인 오디오, 히터, 에어콘 등의 전장품을 구비하고 있고, 이들은 자동차의 운행시 상태점검 내지는 안전운전을 도모해 주게 된다.
이와 같이 운행상태 및 안전운전을 도모하는 상기 엔진, 램프, 전장품등은 자동차 정지시 배터리에 의하여 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기의 충전장치에 의하여 전원을 공급받으면서 주행하게 되며, 이때 사용되고 있는 전원전압은 14V 계 시스템의 발전용량(중형차 기준 : 약 2kW)을 사용하고 있는 실정이다.
최근 들어 정보기술 산업의 발달과 자동차의 편의성 등의 증대로 인하여 다양한 신기술들이 차량에 접목되고 있으며, 연비 및 대기가스의 규제도 점진적으로 강화되고 있다.
이에 일환으로 전기자동차 및 하이브리드 자동차의 개발이 수년전부터 추진되어 오고 있으나, 이들 자동차의 가격이 고가이고, 기술적으로 많은 어려움이 있어서 아직 상용화되기에는 어려운 실정이다.
그래서 상기 어려움을 극복하고 보다 현실적인 신기술 자동차의 개발이 절실히 요구되며 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 시스템 개발이 필요하게 되었다.
따라서 현재 사용되고 14V 계 전원 시스템의 발전 용량으로는 전력효율이 낮아서 상기 많은 전력효율을 요구하는 새로운 기술의 자동차에 대처할 수 없는 문제점을 가지게 되었다.
자동차 전원 체계는 1950년 초에 7V에서 현재 차량에서 사용하고 있는 14V 전원체계로 변천하였다. 그러나 이제 14V 전원 체계도 신 기술( 모터식 파워 스티어링, x-by-wire, 인터넷 등 )이 적용되는 차량에 사용되기에는 충분한 전력을 공급하지 못하고 있으며 이러한 현실과 미래에 개발될 신 제품( Active Suspension 등 )의 출시는 보다 큰 파워를 공급할 수 있는 전원시스템의 도입을 유도하고 있다.
이에 국제적으로 42V 전원체계의 연구가 활발히 진행되고 있으며 ( MIT Consortium, SICAN Bordnetz 등) 조만간 표준화가 이루어질 전망이다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차의 전원 시스템을 14V/42V로 이중화하여 고전력을 요구하는 샤시계 및 모터류에 42V 전압을 공급하여 42V에 의하여 전력효율이 증대되도록 함으로써 엔진 효율 향상은 물론 배기가스 저감을 도모하고 차량의 저전력 장치들은 기존의 14V 전원 체계를 사용하는 이중 전원 시스템을 개발하고자 하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은,
자동차의 초기 기동 및 아이들 작동 기능에 의한 엔진의 재시동을 위한 스타터 기능을 갖고 고 전력 발생을 하는 IGS와; IGS의 발전량과 스타터 기능을 제어하는 모터제어 유니트 ( MCU )와; 42V IGS 발전계로부터 생성되는 전력을 저장하는 36V 배터리(BAT1)와; 상기 36V 배터리(BAT1)를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)와; 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 의하여 36V 배터리(BAT1)에 의하여 구동하는 42V 모터가 장착된 42V형 워터펌프(W/PUMP), 전동식 42V 에어컨 압축기(A/C COMP), 42V형 연료펌프(F/PUMP), 42V형 라디에이터 팬 모터(R/FAN), 42V형 와이퍼(WIPER), 42V형 콘덴서 팬(C/FAN), 42V형 파워 윈도우(P/WINDOW MOTOR)로 구비된 고전력 장치와; 상기 36V 배터리(BAT1)로 부터 구동전압을 직류/직류로 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터(DC/DC)와; 상기 DC/DC 컨버터(DC/DC)로부터 변환된 전압을 충전하는 배터리(BAT2)와; 상기 배터리(BAT2) 전압으로 구동되는 오디오(AUDID), 램프(LAMP) 및 차량의 저전력 장치로 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명 42V 시스템 자동차의 이중 전원 시스템의 전체 블럭도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
BAT1; 36V 배터리 BMS; 배터리 관리 시스템
MCU; 모터 제어 유니트 TCU; 변속 제어 유니트
ECU; 엔진 제어 유니트 DC/DC; DC/DC 컨버터
BAT2; 12V 배터리 W/PUMP; 워터 펌프
A/C COMP; 에어콘 컴프레셔 F/PUMP; 연료 펌프
P/WINDOW; 파워 위도우 AUDIO; 오디오
R/C Fan; 라디에이터 및 콘덴서 팬 MDPS; 모터 구동형 파워 스티어링
IGS; 일체형 발전기 스타터 ETC; 전자식 개도량 제어 유니트
이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명 자동차의 14/42V 이중 전원 시스템의 전체 블록도 로서, 자동차의 초기 기동 및 아이들 작동 기능에 의한 엔진의 재시동을 위한 스타터 기능을 갖고 고 전력 발생을 하는 IGS와; IGS의 발전량과 스타터 기능을 제어하는 MCU와; 42V IGS 발전계로부터 생성되는 전력을 저장하는 36V 배터리(BAT1)와; 상기36V 배터리(BAT1)를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)와; 상기 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 제어 관리된 전압을 받아 엔진을 제어 구동하는 모터 제어 유니트(MCU)와; 변속 제어 유니트(TCU), 엔진 제어 유니트(ECU), 전자식 개도량 제어 유니트(ETC)와; 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 의하여 36V 배터리(BAT1)에 의하여 구동하는 42V 모터가 장착된 42V형 워터펌프(W/PUMP), 전동식 42V 에어컨 압축기(A/C COMP), 42V형 연료펌프(F/PUMP), 42V형 라디에이터 팬 모터(R/FAN), 42V형 와이퍼(WIPER), 42V형 콘덴서 팬(C/FAN), 42V형 파워 윈도우(P/WINDOW MOTOR) 등으로 구비된 고전력 장치와; 상기 36V 배터리(BAT1)로 부터 구동전압을 직류/직류로 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터(DC/DC)와; 상기 DC/DC 컨버터(DC/DC)로부터 변환된 전압을 충전하는 배터리(BAT2)와; 상기 배터리(BAT2) 전압으로 구동되는 오디오(AUDID), 램프(LAMP) 등으로 구비된 차량의 저전력 장치로 구성하게 된다.
상기 엔진계의 엔진과 변속기 사이에 크랭크축에 직결되는 새로운 IGS를 삽입하여 병렬형 하이브리드 구조를 갖는 발전계를 구성하였으며 이러한 IGS는 기존의 알터네이터와 스타터를 대체하고 발전 효율이 약50% 수준이었던 14V계 알터내이터를 약80% 수준으로 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 하나의 모터로서 초기 기동시 배터리(BAT1)로부터 전압을 받아 스타터로 동작하고 엔진이 정상 운전시 알터네이터로 동작하게 하는 구성으로 최대 발전 용량 7kW 까지 출력할 수 있도록 한다.
엔진의 시동을 걸어주게 되면 상기 배터리(BAT1)로부터 출력되는 전압에 의하여 하나의 모터로 구성된 스타터와 알터네이터가 작동하면서 배터리 관리시스템(BMS)에 의하여 42V 와 14V의 부하들에 사용되는 에너지를 관리하여 양쪽의 에너지 밸런스를 맞추고 어느 한쪽의 에너지가 부족시 양방향 DC/DC 컨버터를 제어하여 부족한 배터리의 전압을 충전하게 제어하는 전기 에너지 관리기법이 적용된다.
그러므로 상기 배터리(BAT1)에서는 엔진계의 모터 제어 유니트(MCU)에 42V 전압을 공급함과 아울러 IGS에서 발생되는 42V 전압을 저장하며, 상기 오디오(AUDIO) 및 램프(LAMP)에는 14V 전압을 공급하게 되는데, 이때 상기 배터리(BAT1)의 42V 전압은 DC/DC 컨버터(DC/DC)를 통해서 14V로 변환되어 배터리(BAT2)를 충전시킴과 아울러, 오디오(AUDIO) 및 램프(LAMP)등으로 구비된 저전력 장치에 공급하게 된다.
그리고 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에서는 36V 배터리 상태( 전류, 전압,온도 등)를 검출하여 모터 제어 유니트(MCU)에 상태를 전달하고, 상기 모터 제어 유니트(MCU)은 상기 배터리(BAT1)로부터 36V 배터리의 각종 상태를 입력 받고 DC/DC 컨버터로부터 12V 배터리 상태를 입력받아 엔진에 의해 구동되는 IGS로부터 출력되는 발전량을 조절하게 된다.
그리고 상기 모터 제어 유니트 ( MCU )에서 발생되는 42V 전압으로 샤시, 의장계의 42V 모터가 적용된 42V형 워터펌프(W/PUMP), 전동식 42V형 에어콘 압축기(A/C COMP), 42V형 연료펌프(F/PUMP), 42V형 라디에이터 팬 모터(R/FAN), 42V형 와이퍼(WIPER), 42V형 콘덴서 팬(C/FAN), 42V형 파워 윈도우(P/WINDOW MOTOR) 등으로 구비된 고전력 장치에 42V 구동 전압을 인가하여 구동하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 42V 시스템 자동차의 전원 시스템을 14V/42V로 이중화하되, 고전력이 요구되는 부품에는 42V 전원을 공급하고, 오디오 나 램프 등의 저전력을 요구하는 부품에는 14V 가 공급되도록 함으로써, 엔진 효율 증대 및 연비 그리고 배기가스를 향상하게 되고, 엔진 효율 향상은 물론 배기가스 저감을 도모할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (2)

  1. 자동차의 초기 기동 및 아이들 작동 기능에 의한 엔진의 재시동을 위한 스타터 기능을 갖고 고 전력 발생을 하는 IGS와; IGS의 발전량과 스타터 기능을 제어하는 모터제어 유니트 ( MCU )와; 42V IGS 발전계로부터 생성되는 전력을 저장하는 36V 배터리(BAT1)와; 상기 36V 배터리(BAT1)를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)와; 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 의하여 36V 배터리(BAT1)에 의하여 구동하는 42V 모터가 장착된 42V형 워터펌프(W/PUMP), 전동식 42V 에어컨 압축기(A/C COMP), 42V형 연료펌프(F/PUMP), 42V형 라디에이터 팬 모터(R/FAN), 42V형 와이퍼(WIPER), 42V형 콘덴서 팬(C/FAN), 42V형 파워 윈도우(P/WINDOW MOTOR)로 구비된 고전력 장치와; 상기 36V 배터리(BAT1)로 부터 구동전압을 직류/직류로 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터(DC/DC)와; 상기 DC/DC 컨버터(DC/DC)로부터 변환된 전압을 충전하는 배터리(BAT2)와; 상기 배터리(BAT2) 전압으로 구동되는 오디오(AUDID), 램프(LAMP) 및 차량의 저전력 장치로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 42V 시스템 자동차의 이중 전원 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템(BMS)에서는 42V와 14V의 부하들에 사용되는 에너지를 관리하여 양쪽의 에너지 밸런스를 맞춘 후 어느 한쪽의 에너지가 부족시 양방향 DC/DC 컨버터를 제어하여 부족한 배터리의 전압을 충전 제어하는 전기 에너지 관리기법을 적용하는 것을 특징으로 하는 42V 시스템 자동차의 이중 전원 시스템.
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