KR100936323B1 - 차량 전원시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

차량 전원시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 전원시스템에 관한 것으로서, 아이들 스톱 후 재시동시에 36V 배터리인 주 배터리의 용량 부족 시에 12V 배터리인 보조 배터리를 직렬 연결시켜 시동이 걸리도록 하는 특징이 있다. 본 발명은, 일체형 기동 발전기로서 엔진의 시동 시에 스타터로서 ISG 시동 신호를 출력하는 ISG와, 주 전원으로서 상기 ISG에 전원을 공급하는 주 배터리와, 보조 전원으로서 상기 주 배터리의 전압이 상기 ISG를 구동시키는 전압보다 작을 경우에, 상기 주 배터리에 직렬 연결되어 주 배터리의 출력 전압을 상승시키는 보조 배터리와, 상기 주 배터리의 출력 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와, 적어도 하나 이상의 스위치를 구비하여, 상기 주 배터리와 보조 배터리의 직렬 온/오프 연결을 스위칭하는 액츄에이터와, 기본 전원시스템 동작 상태에서 차량 정차 중 엔진 시동이 정지되는 운전 모드(IDLE STOP)로 동작한 후 엔진 재시동이 걸릴 경우에, 상기 액츄에이터 내의 스위치를 제어하여 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시켜 상기 ISG에 공급되는 전원을 상승시킴으로써, 상기 ISG로 하여금 엔진 시동이 이루어지도록 하는 모터제어부를 포함한다.
차량, 시동, 재시동, 배터리, 전원시스템, ISG

Description

차량 전원시스템 및 그 동작 방법{Vehicle power system and method for operating the same}
본 발명은 차량 전원시스템에 관한 것이다.
승용 차량의 전원 시스템으로 14V 전원 시스템이 있는데, 상기 14V 전원 시스템은 12V 배터리를 채택하고 있어 공급할 수 있는 최대 전력 용량이 2~3 KV에 불과하며 발전효율이 낮고 부하량에 따라서 발전량을 조절할 수 없는 등의 문제가 있다. 근래에 들어 대용량 전압을 필요로 하는 다양한 전장품의 개발로 인하여 기존의 14V 전원 시스템으로는 이들에 안정된 전압을 제공할 수 없는 단점이 발생되었다.
따라서, 차량 제조사에서는 전원 시스템으로 42V 전원 시스템을 적용하고 있다. 상기 42V 전원 시스템은 주 배터리인 36V 배터리와, 보조 배터리인 12V 배터리가 채택되고 있다.
상기 42V 전원시스템의 구성 블록도를 도 1에 도시하였는데, 36V 배터리(30)는 36V의 전원을 저장하며 36V용 부하(60)에 필요전원을 공급하며, 12V 배터리(40)는 12V의 전원을 저장하며 12V용 부하(70)에 필요 전원을 공급하고 36V 배터리를 충전한다.
상기 42V 전원시스템은 차량의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 ISG(10; Integrated Starter Generator)가 스타터 모터로 대체되어 엔진을 시동시키는 기능을 하며, 이때 전원은 36V 배터리(30)를 사용하게 된다.
그런데, 상기와 같이 아이들 스톱 후 엔진 재시동 시에 ISG(10)에 전원을 공급하는 36V 배터리(30)가 시동을 위한 충분한 전원을 공급할 정도의 용량보다 부족할 경우 시동이 불가능해지기 때문에, 차량 시동 스위치를 오프(OFF) 했다가 다시 엔진을 스타트 시켜야 하는 불편이 있다.
상술하면, 42V 전원시스템과 같이 12V 배터리(40)의 보조 배터리를 이용하여 36V 배터리인 주 배터리를 충전한 후 시동거는 전원시스템 기술의 기본 동작 방식은, 평상 시에 사용하지 않는 12V 배터리(40)를 가지고 36V 배터리(30) 용량이 부족할 경우 36V 배터리(30)를 충전하는 방식이나, 이러한 기술은 주 배터리의 충전 전압이 보조 배터리 수준까지만 가능하다는 단점이 있다. 예를 들어, 36V 배터리(30)가 시동하기 부족한 용량이 되었을 경우, 12V 배터리(40)에 의해 충전되어 시동이 걸려야 하는데, 이때 36V 배터리(30)의 충전량은 12V 까지만 된다.
따라서 42V 전원시스템의 경우, 아이들 스톱(예컨대, 신호 대기) 시에 엔진이 꺼지는데, 이때 에어컨이 작동되어야하는 스펙(spec)을 가졌다고 할 경우, 종래의 보조 배터리(12V 배터리)를 이용한 충전 기술로 에어컨을 켠 상태로 시동을 할 경우, 12V 이하의 용량으로 시동이 걸려야 하기 때문에 에어컨의 전력소비로 인해 시동이 불가능해지는 문제가 있다.
본 발명은 아이들 스톱 후 재시동시에 36V 배터리인 주 배터리의 용량 부족 시에 12V 배터리인 보조 배터리를 직렬 연결시켜 시동이 걸리도록 한다.
본 발명은, 일체형 기동 발전기로서 엔진의 시동 시에 스타터로서 ISG 시동 신호를 출력하는 ISG와, 주 전원으로서 상기 ISG에 전원을 공급하는 주 배터리와, 보조 전원으로서 상기 주 배터리의 전압이 상기 ISG를 구동시키는 전압보다 작을 경우에, 상기 주 배터리에 직렬 연결되어 주 배터리의 출력 전압을 상승시키는 보조 배터리와, 상기 주 배터리의 출력 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와, 적어도 하나 이상의 스위치를 구비하여, 상기 주 배터리와 보조 배터리의 직렬 온/오프 연결을 스위칭하는 액츄에이터와, 기본 전원시스템 동작 상태에서 차량 정차 중 엔진 시동이 정지되는 운전 모드(IDLE STOP)로 동작한 후 엔진 재시동이 걸릴 경우에, 상기 액츄에이터 내의 스위치를 제어하여 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시켜 상기 ISG에 공급되는 전원을 상승시킴으로써, 상기 ISG로 하여금 엔진 시동이 이루어지도록 하는 모터제어부를 포함한다.
상기 차량 전원시스템은 42V 전원시스템으로서, 상기 주 배터리는 36V 배터리이며 상기 보조 배터리는 12V 배터리임을 특징으로 한다.
상기 기본 전원시스템은, 상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와 상기 주 배터리의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자 및 보조 배터리의 마이너스(-) 단자가 차체 그라운드에 연결되는 구조를 가진다.
상기 액츄에이터는, 상기 DC/DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프 시키는 제1스위치와, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자 에 그라운드 병렬 연결되는 아크(arc) 방지용 저항과 12V 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프시키는 제2스위치와, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 12V 배터리 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프시키는 제3스위치와, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 차체 그라운드 간의 연결을 온/오프시키는 제4스위치를 포함하고 있으며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자는 그라운드에 병렬 연결되어 있어, 상기 제2스위치, 상기 제3스위치, 제4스위치의 주 배터리 쪽의 스위칭 단자는 그라운드와 병렬 연결되어 있음을 특징으로 한다.
상기 모터제어부는, 상기 제1스위치 오프 -> 상기 제2스위치 온 -> 상기 제4스위치 오프 -> 상기 제3스위치 온 -> 상기 제2스위치 오프의 순서로서 스위치 제어함으로써, 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시킨다.
본 발명은, 주 배터리와 보조 배터리가 병렬 연결되어 있어, 상기 보조 배터리가 상기 주 배터리의 출력 전압을 보조하는 기본 전원시스템을 유지하는 제1단계와, 차량 정차 중 엔진 시동이 정지되는 운전 모드(IDLE STOP)로 동작한 후 일체형 기동 발전기인 ISG로부터 ISG 시동신호가 검출되는 제2단계와, 상기 주 배터리의 전압이 상기 ISG를 구동시키는 ISG 구동 전압보다 작은 경우에, 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하는 스위칭을 수행하는 제3단계와, 상기 직렬 연결된 출력 전압을 이용하여 상기 ISG에서 시동 스타트 모터를 구동하여 시동을 거는 제4단계와, 상기 시동이 걸린 후, 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결을 해제하여 상기 기본 전원시스템으로 복귀하는 제5단계를 포함한다.
상기 제3단계에서 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하는 스위칭하 는 것은, 상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 오프(off)시키는 단계와, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자에 차체 그라운드 병렬 연결되는 아크(arc) 방지용 저항과 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온(on) 시키는 단계와, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 배터리 차체 그라운드 간의 연결을 오프(off)시키는 단계와, 상기 아크 방지용 저항을 제외하고 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온(on) 시키는 단계를 포함한다.
상기 제5단계에서 기본 전원시스템으로 복귀하는 것은, 상기 제3단계에서 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하는 스위칭 단계의 역순으로 진행함을 특징으로 한다.
본 발명은 아이들 스톱 후 재시동시에 주 배터리의 용량이 부족한 경우, 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시킴으로써, 재시동이 걸리도록 하는 효과가 있다. 따라서 운전자가 이그니션 스위치 오프(IG SW OFF) 후에 재시동을 걸어야 하는 불편을 해결하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 발명은 주 배터리와 보조 배터리를 이용하는 전원시스템에서 주 배터리의 용량 부족 시에 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하여 ISG에 공급되는 전원을 상승시켜, 일시적으로 ISG가 엔진시동을 가능할 수 있도록 한다.
이하에서, 주 배터리로서 36V 배터리, 보조 배터리로서 12V 배터리가 적용되는 42V 전원시스템을 일 실시 예로 설명할 것이다.
또한, 이하에서 아이들 스톱(IDLE STOP)이란, 차량 정차 중 연비 향상을 위하여 엔진 시동을 자동으로 정지시키는 모드로서 동작하는 차량 운전 모드를 말한다. 일반적으로 차량조건이 브레이크 페달의 조작 신호 입력과 차속이 0(영)Km/h일 때이고, 온도 조건이 냉각수 온도와 배터리 온도가 설정치 범위 내 영역일 때 아이들 스톱으로서 동작된다.
42V 전원시스템의 경우 본 발명은, 아이들 스톱(IDLE STOP) 후에 엔진 재시동 시에 36V 배터리 용량 부족으로 인한 시동 불가 문제를 해결하기 위하여 도 2와 같이 36V 배터리(30)의 마이너스 단자가 그라운드(GND)에서 벗어나 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자로 연결되는 스위칭을 함으로써, 36V 배터리(30)와 12V 배터리(40)의 직렬 연결로 인해 ISG(10)에 공급되는 전원을 상승시켜, 일시적으로 ISG가 엔진시동을 가능하도록 한다.
따라서 본 발명은 종래와 달리 배터리의 병렬을 직렬로 연결하여 전압을 올리는 방식이기 때문에 스위치 구성 및 조작 방법 종래 기술과는 상이하다. 예를 들어, 36V 배터리가 용량이 다운되어 12V까지 떨어졌을 경우, 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬 연결시켜 12V + 12V = 24V가 되게 하여 에어컨이 켜진 상태에서도 에어 컨을 중간에 중지시키지 않고도 시동 ON을 할 수 있는 방식이다.
상기와 같이 용량 부족 시에 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬로 스위칭하는 수단에 대하여 도 3의 블록도와 함께 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 42V 전원시스템을 도시한 블록도이다.
주 배터리인 36V 배터리(30)는 36V의 전원을 저장하며 36V용 부하에 필요 전원을 공급하며, 보조 배터리인 12V 배터리(40)는 12V의 전원을 저장하며 12V용 부하에 필요 전원을 공급한다. 특히, 상기 36V 배터리(30)는 ISG(10)에 필요 구동 전원을 공급하며, 상기 12V 배터리(40)는 주 배터리인 36V 배터리(30)의 출력 전압을 상승시키는데 사용된다.
상기 42V 전원시스템은 차량의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 ISG(Integrated Starter Generator)가 스타터 모터로 대체되어 엔진을 시동시키는 기능을 하기 때문에, 충분한 전원 확보가 필수적이며 이때 전원은 36V 배터리(30)와 12V 배터리(40)의 직렬을 사용하게 된다.
상기 42V 전원시스템은 평소에는 기본 전원시스템의 구조를 가지는데, 상기 기본 전원시스템의 구조는, 제1스위치(81) 및 제4스위치(84)를 온(on)시키고 나머지 제2스위치(82) 및 제3스위치(83)를 오프(off) 시킨 구조를 가진다. 즉, 상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터(50)와 상기 36V 배터리(30)의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 DC-DC 컨버터(50)와 상기 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자 가 연결되며, 상기 36V 배터리(30)의 마이너스(-) 단자 및 12V 배터리(40)의 마이너스(-) 단자가 차체 그라운드에 연결되는 구조를 가진다.
ISG(10;Integrated Starter Generator)는 일체형 기동 발전기로서 엔진의 시동시에는 스타터로 작동하고, 엔진의 시동이 온 상태를 유지하는 상태에서는 발전기로서 작동하는데, 인버터(미도시)는 엔진의 시동 요구시에는 36V 배터리의 직류전압을 교류 3상 전압으로 변환시켜 ISG(10)를 구동시키고, 엔진의 시동이 온(ON) 상태가 되면 상기 ISG(10)에서 발전되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 36V 배터리에 충전 전압으로 공급한다.
DC/DC 컨버터(50)는 36V 배터리의 출력전압을 승압시키는데, 평상 시의 기본 전원시스템에서 DC/DC 컨버터는 36V 배터리(30)의 전원을 승압시켜 12V 배터리(40)를 충전시키도록, 제1스위치(81) 및 제4스위치(84)를 온(on)시켜 두 배터리(30,40)의 플러스(+) 단자가 연결되어 있다. 하지만, 평상 시의 기본 전원시스템이 아닌 아이들 스톱 후 시동 시에 배터리 용량이 부족하게 될 때에는. 36V 배터리(30)의 마이너스(-)와 12V 배터리(40)의 플러스(+)를 직렬 연결함으로써, 두 배터리의 전압을 더한 값만큼의 전압치를 승압시킨다.
배터리 관리부(90;BMS;BATTERY MANAGEMENT SYSTEM))는 상기 36V 배터리의 터미널 양단에 접속되어 36V 배터리의 전압, 온도, 전류 등을 모니터링하여 SOC(STATE OF CHARGE)를 관리하여 모터제어부에 보고한다.
액츄에이터(80)는 제1스위치(81), 제2스위치(82), 제3스위치(83), 제4스위치(84)를 구비하는데, 상기 제1스위치(81)는 DC/DC 컨버터(50)와 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프 시키며, 제2스위치(82)는 36V 배터리(30)의 마이너스(-) 단자에 그라운드 병렬 연결된 아크(arc) 방지용 저항(R)과 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프시키며, 제3스위치(83)는 36V 배터리(30)의 마이너스(-) 단자(아크 방지용 저항 없음)와 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프 시키며, 제4스위치(84)는 36V 배터리(30)의 마이너스(-) 단자와 차체 그라운드 간의 연결을 온/오프 시킨다. 상기 36V 배터리(30)의 마이너스 단자는 그라운드에 병렬 연결되어 있어, 상기 제2스위치(82), 상기 제3스위치(83), 제4스위치(84)의 36V 배터리 쪽의 단자는 차체 그라운드와 병렬 연결되어 있다.
상기에서 아크 방지용 저항(R)이란, 순간적인 스위칭에 의한 순간전류 온/오프에 의한 아크(arc)를 방지하기 위한 저항으로서, 아크를 방지하기 위한 적당한 저항값으로 설계된다.
모터제어부(20;MCU;Motor Control Unit)는 상기 ISG의 상전류를 모니터링 하여 배터리 직류전압을 교류 3상 전압으로 변환하여 ISG 구동을 제어한다. 특히, 모터제어부(20)는 상기 배터리 관리부(90)로부터 36V 배터리의 전압 상태를, 엔진제어유닛(ECU)로부터 엔진시동 여부를, PDM으로부터 이그니션 스위치 오프(IG SW OFF) 신호를, ISG(10)로부터 ISG 시동 여부를 제공받아 상기 액츄에이터 내의 솔레노이드의 스위치(81,82,83,84)를 각각 제어한다.
상기 모터제어부(20)는 상기 기본 전원시스템 동작 상태에서 아이들 스톱(IDLE STOP) 후에 엔진 재시동 시에 36V 배터리 용량 부족이 발생할 경우, 액츄 에이터 내의 각 스위치(81,82,83,84)를 제어하여 36V 배터리(30)의 마이너스 단자를 그라운드(GND)로부터 스위칭시켜 12V 배터리(40)의 플러스(+) 단자로 연결시킴으로써 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬 연결로 ISG에 공급되는 전원을 상승시켜, ISG가 엔진시동을 가능하도록 한다. 이러한 제어 알고리즘에 대하여 도 4의 플로차트와 함께 상술한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 42V 전원시스템의 동작 과정을 도시한 플로차트이다.
모터제어부는 평상시에는 도 1과 같이 42V의 기본 전원시스템을 유지(S41)한다. 즉, 보조 배터리인 12V 배터리가 주 배터리인 36V 배터리의 출력 전압을 보조하도록 36V 배터리와 12V 배터리가 병렬 연결된다. 이를 위하여 모터제어부는 액츄에이터 내의 제1스위치와 제4스위치를 온시키고, 제2스위치와 제3스위치를 오프시킴으로서, 상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와 상기 주 배터리의 플러스(+) 단자를 연결하며, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자를 연결하며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자 및 보조 배터리의 마이너스(-) 단자가 차체 그라운드에 연결되도록 하여, 일반적인 42V의 기본 전원시스템을 유지한다.
아이들 스톱(IDLE STOP) 후 시동을 걸고자 하는 ISG 시동 신호가 검출(S42)되면, 모터제어부(MCU)는 배터리 관리부(BMS)로부터 36V 배터리의 전압값을 입력받아 현재의 36V 배터리의 현재 전압이 ISG 구동시키기 위한 ISG 구동 전압보다 적은 지를 판단(S43)한다.
36V 배터리 전압이 ISG를 구동시키기에 부족한 전압이라고 판단되면, 모터제어부는 액츄에이터를 제어하여 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬로 연결(S44)시키는 스위칭을 수행한다.
36V 배터리와 12V 배터리의 직렬 연결로 인해 전압이 상승되기 때문에, 이러한 직렬 연결 전압을 이용하여 ISG는 시동 스타트 모터를 구동시켜 시동을 건다(S45).
ISG 시동이 완료되면 모터제어부는 상기 직렬 연결을 해제하는 스위칭을 수행하여, 도 1과 같은 42V의 기본 전원시스템으로 복귀(S46)한다.
따라서 상기와 같이 아이들 스톱 후 시동 시에 36V 배터리 용량이 부족할 경우, 12V 배터리와 직렬 연결하여 ISG에 공급하는 전압을 상승시킴으로써, 운전자가 이그니션 스위치 오프(IG SW OFF) 후에 재시동을 하지 않아도 된다.
한편, 상기 S44 단계에서 모터제어부는 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬로 연결시키는 스위칭을 수행하는데, 스위칭 시에 아크 방전이 일어나지 않도록 스위칭이 이루어져야 하는데, 이러한 스위칭 과정을 도 5의 플로차트와 함께 좀더 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬로 연결시키는 스위칭 과정을 도시한 플로차트이다.
36V 배터리 전압이 ISG를 구동시키기에 부족한 전압이라고 판단되면, 모터제 어부는 DC/DC 컨버터와 12V 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결에 관여하는 제1스위치를 오프(off)시킴(S51)으로써, 12V 배터리의 전원이 12V용 부하에 공급되지 않도록 한다.
상기와 같이 제1스위치를 오프시킨 후에는 36V 배터리의 마이너스(-) 단자에 차체 그라운드 병렬 연결된 아크(arc) 방지용 저항과 12V 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결에 관여하는 제2스위치를 온(on)시킨다(S52). 상기 제2스위치를 온(on)시킴으로써 12V 배터리의 플러스(+) 단이 아크 방지용 저항을 지나 36V 배터리의 차체 그라운드와 연결되는 회로 구성을 가진다. 이때 아크 방지용 저항은 아크 방전 현상이 발생하지 않을 정도의 저항값으로 설계된다.
상기 제2스위치를 온(on)시킨 후에는, 36V 배터리의 마이너스(-) 단자와 배터리 차체 그라운드 간의 연결에 관여하는 제4스위치를 오프시킴(S53)으로써(즉, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 배터리 차체 그라운드 간의 연결을 오프(off)시킴으로써), 36V 배터리의 마이너스(-) 단자와 12V 배터리의 플러스(+) 단자를 연결한다.
그 후, 상기 아크 방지용 저항을 제외하고 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온(on) 시키는 단계를 가진다. 즉, 상기 제4스위치를 오프(off) 시킨 후에는, 상기 제3스위치를 온(on)시키고(S54) 이후 다시 상기 제2스위치를 오프(off)시킴(S55)으로써, 36V 배터리와 12V 배터리의 직렬 연결을 완료한다. 상기에서 상기 제3스위치를 온(on)시키고 이후 다시 상기 제2스위치를 오프(off)시키는 것은, 36V 배터리의 마이너스(-) 단자와 12V 배터리의 플러스(+) 단자 사이의 아크 방지용 저항의 영향을 제거하기 위함이다.
36V 배터리와 12V 배터리의 직렬 연결로 인해 전압이 상승되기 때문에, 이러한 직렬 연결 전압을 이용하여 ISG는 시동 스타트 모터를 구동시켜 시동을 걸 수 있게 된다.
한편, ISG 시동이 완료되면 모터제어부는 상기 직렬 연결을 해제하는 스위칭을 수행하여 도 1과 같은 기본 42V 전원시스템으로 복귀하는 S46 단계를 가지는데, 이러한 복귀 과정은 도 5의 직렬 연결 스위칭의 역순으로 진행하여 복귀한다. 즉, 기본 42V 전원시스템으로 복귀하기 위해서는 제2스위치 온 -> 제3스위치 오프 -> 제4스위치 온 -> 제2스위치 오프 -> 제1스위치 온이라는 단계를 거쳐 기본 42V 전원시스템으로 복귀한다.
결국, 본 발명은 도 6(a)에 도시한 종래 방식과 같이 충전을 위한 병렬 연결에 의해 전압을 제공하는 방식이 아니라, 도 6(b)에 도시한 바와 같이 배터리를 직렬로 연결하여 전압을 올리는 방식이기 때문에 스위치 구성 및 조작 방법 종래 기술과는 상이하다. 예를 들어, 36V 배터리가 용량이 다운되어 12V까지 떨어졌을 경우, 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬 연결시켜 12V + 12V = 24V가 되게 하여 에어컨이 켜진 상태에서도 에어컨을 중간에 중지시키지 않고도 시동을 걸 수 있다..
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니 라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
도 1은 42V 전원시스템의 구성 블록도를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 36V 배터리와 12V 배터리가 직렬 연결된 상태의 차량 42V 전원시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 42V 전원시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 42V 전원시스템의 동작 과정을 도시한 플로차트이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 36V 배터리와 12V 배터리를 직렬로 연결시키는 스위칭 과정을 도시한 플로차트이다.
도 6은 병렬 연결된 배터리 모습 및 직렬 연결된 배터리 모습을 도시한 그림이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: ISG 20: 모터제어부
30: 36V 배터리 40: 12V 배터리
50: DC/DC 컨버터

Claims (9)

  1. 일체형 기동 발전기로서 엔진의 시동 시에 스타터로서 ISG시동 신호를 출력하는 ISG;
    주 전원으로서 상기 ISG에 전원을 공급하는 주 배터리;
    보조 전원으로서 상기 주 배터리의 전압이 상기 ISG를 구동시키는 전압보다 작을 경우에, 상기 주 배터리에 직렬 연결되어 주 배터리의 출력 전압을 상승시키는 보조 배터리;
    상기 주 배터리의 출력 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프 시키는 제1 스위치, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자에 그라운드 병렬 연결되는 아크(arc) 방지용 저항과 12V 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프시키는 제2스위치, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 12V 배터리 플러스(+) 단자 간의 연결을 온/오프시키는 제3 스위치, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 차체 그라운드 간의 연결을 온/오프시키는 제4 스위치를 포함하고 있으며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자는 그라운드에 병렬 연결되어 있어, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치의 주 배터리 쪽의 스위칭 단자는 그라운드와 병렬 연결되어 있어 상기 주 배터리와 보조 배터리의 직렬 온/오프 연결을 스위칭하는 액츄에이터;
    기본 전원시스템 동작 상태에서 차량 정차 중 엔진 시동이 정지되는 운전 모드(IDLE STOP)로 동작한 후 엔진 재시동이 걸릴 경우에, 상기 액츄에이터 내의 스위치를 제어하여 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시켜 상기 ISG에 공급되는 전원을 상승시킴으로써, 상기 ISG로 하여금 엔진 시동이 이루어지도록 하는 모터제어부;
    를 포함하는 차량 전원시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차량 전원시스템은 42V 전원시스템으로서, 상기 주 배터리는 36V 배터리이며 상기 보조 배터리는 12V 배터리임을 특징으로 하는 차량 전 원시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기본 전원시스템은,
    상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와 상기 주 배터리의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자 및 보조 배터리의 마이너스(-) 단자가 차체 그라운드에 연결되는 구조를 가지는 차량 전원시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터제어부는, 상기 제1스위치 오프 -> 상기 제2스위치 온 -> 상기 제4스위치 오프 -> 상기 제3스위치 온 -> 상기 제2스위치 오프의 순서로서 스위치 제어함으로써, 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결시키는 차량 전원시스템.
  6. 주 배터리와 보조 배터리가 병렬 연결되어 있어, 상기 보조 배터리가 상기 주 배터리의 출력 전압을 보조하는 기본 전원시스템을 유지하는 제1 단계;
    차량 정차 중 엔진 시동이 정지되는 운전 모드(IDLE STOP)로 동작한 후 일체형 기동 발전기인 ISG로부터 ISG 시동 신호가 검출되는 제2 단계;
    상기 주 배터리의 전압이 상기 ISG를 구동시키는 ISG 구동 전압보다 작은 경우에, 상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 오프(off)시키는 단계, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자에 차체 그라운드 병렬 연결되는 아크(arc) 방지용 저항과 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온(on) 시키는 단계, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 배터리 차체 그라운드 간의 연결을 오프(off)시키는 단계 및 상기 아크 방지용 저항을 제외하고 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자와 보조 배터리의 플러스(+) 단자 간의 연결을 온(on)시키는 단계를 포함하여 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하는 스위칭을 수행하는 제3 단계;
    상기 직렬 연결된 출력 전압을 이용하여 상기 ISG에서 시동 스타트 모터를 구동하여 시동을 거는 제4 단계;
    상기 시동이 걸린 후, 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결을 해제하여 상기 기본 전원시스템으로 복귀하는 제5 단계;
    를 포함하는 차량 전원시스템의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기본 전원시스템은,
    상기 주 배터리의 전압을 승압시키는 DC-DC 컨버터와 상기 주 배터리의 플러 스(+) 단자가 연결되며, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 보조 배터리의 플러스(+) 단자가 연결되며, 상기 주 배터리의 마이너스(-) 단자 및 보조 배터리의 마이너스(-) 단자가 차체 그라운드에 연결된 차량 전원시스템의 동작 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 제5단계에서 기본 전원시스템으로 복귀하는 것은, 상기 제3단계에서 상기 주 배터리와 보조 배터리를 직렬 연결하는 스위칭 단계의 역순으로 진행함을 특징으로 하는 차량 전원시스템의 동작 방법.
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