KR101020896B1

KR101020896B1 - 차량용 배터리 상태 제어장치와 제어 방법

Info

Publication number: KR101020896B1
Application number: KR1020040106113A
Authority: KR
Inventors: 오세영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2011-03-09
Also published as: KR20060067361A

Abstract

본 발명은 차량용 배터리 상태 제어장치와 제어 방법에 관한 것으로, 차량 전장품으로 공급되는 배터리 전압과 전류량을 홀센서를 통해 측정하여 배터리의 사용 전류량이 적을 때 얼티네이터의 회전량을 줄이도록 해 연료 소모량을 저감하고, 배터리의 전류 공급 과잉시 배터리내 전해액의 온도를 제어하도록 강제로 공기를 유입해 냉각함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이그니션스위치(5)를 통한 엔진 시동시 스타트모터(2)를 통해 엔진으로 전류를 공급하는 배터리(1)와 엔진 시동 후 배터리(1)로 전원을 충진시키는 얼티네이터(3)의 L 단자간에 연결되어 홀효과(Hall Effect)를 이용해 제어 신호를 발생하는 측정유니트(6)와, 배터리(1)의 상태에 대한 정보와 엔진 속도(스피드)에 대한 정보를 상기 측정유니트(6)로 제공하는 조건판단수단 및 상기 조건판단수단으로부터 입력된 엔진 회전수와 배터리(1)의 전압·전류 및 배터리(1)내 전해액 온도에 대한 데이터(Data)에 따라 상기 측정유니트(6)에 의해 제어되어져 배터리(1)의 최적 상태 유지와 더불어 연비 향상을 위한 엔진 출력 제어를 수행하는 조건제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 배터리 상태 제어장치와 제어 방법{Battery status control apparatus in vehicle and control method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 배터리 상태 제어장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 차량용 배터리 전압 측정 유니트의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 차량용 배터리 상태 제어 방법의 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배터리 2 : 스타트모터

3 : 얼티네이터 4 : 전원박스

5 : 이그니션스위치 6 : 측정유니트

7 : 배터리측정기 8 : 얼티네이터측정기

9 : CPU 10 : 통신기

12 : 배터리상태측정부재 12a : 전류·전압측정부

12b : 배터리액온도측정부 13 : 스피드센서

16 : 엔진ECU

본 발명은 차량용 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 온도를 적정하게 유지하면서 배터리 전압과 전류에 따라 얼티네이터의 회전제어를 통해 엔진의 연비를 향상할 수 있도록 된 차량용 배터리 상태 제어장치와 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 배터리가 설치되어 엔진을 시동할 때와 발전량이 부족할 때 점화 장치와 등화 장치등의 전장품의 구동에 필요한 전원으로 사용된다.

이와 같은, 배터리는 양극과 음극을 형성하는 다수의 극판과 이들 극판사이에서 단락되는 현상을 방지하는 격리판, 상기 극판들중 일부 극판을 서로 용접해 발생된 일정한 기전력을 인출시켜 주면서 외부의 전원 또는 부하와 연결시키기 위한 전극이 설치된 셀 및 상기 극판과 접촉하여 들어온 전류의 저장이나 전류 발생을 하도록 증류수로 황산을 희석시킨 묽은 황산으로 이루어진 전해액등으로 이루어지게 된다.

그러나, 이와 같은 배터리는 승용차량의 경우 통상적으로 엔진룸의 배기매니폴드 주위에 배터리가 설치되면서 전장품 사용증가와 더불어 엔진룸의 공간 협소로 인해, 엔진 작동시 엔진룸의 급격한 온도 상승 특히, 배기매니폴드로부터의 발생되는 복사열로 인해 배터리내 전해질의 온도 상승을 유발해 수명이 단축되는 현상을 초래하게 된다.

또한, 차량의 전자화에 따라 증가되는 전장품의 전력 소요로 인해 배터리와 더불어 얼티네이터를 통한 전류 사용이 이루어지는데 이때, 상기 전장품의 전류 사 용이 줄더라도 얼티네이터는 엔진의 작동에 따라 항상 회전하게 되고 이는, 얼티네이터를 회전시키기 위한 엔진출력의 불필요한 소모를 가져오면서 연료 소비량도 증가시키는 현상이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 차량 전장품으로 공급되는 배터리 전압과 전류량을 홀센서를 통해 측정하여 배터리의 사용 전류량이 적을 때 얼티네이터의 회전량을 줄이도록 해 연료 소모량을 저감하고, 배터리의 전류 공급 과잉시 배터리내 전해액의 온도를 제어하도록 강제로 공기를 유입해 냉각함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진 RPM을 검출하는 스피드센서와, 배터리로부터 발생되는 전압·전류와 더불어 전해액의 온도를 측정하는 전류·전압측정부 및 배터리액온도측정부로 이루어진 배터리상태측정부재로 이루어진 조건판단수단과;

엔진 시동후 상기 배터리로 전원을 충진시키는 얼티네이터의 L 단자와 배터리사이에 장착되어, 상기 조건판단수단을 통해 입력되는 배터리의 상태 변화와 더불어 홀효과를 통한 전압 변화를 이용해 엔진RPM과 얼티네이터의 상태 변화간을 비교 판단해 제어 신호를 발생하는 측정유니트 및;

상기 측정유니트에서 판단된 배터리 전압 변화를 표시하면서 경고하는 표시경고부와, 상기 배터리의 13V-14V 전압을 기준으로 배터리의 과 전압시 전압을 자 동으로 차단하기 위한 릴레이를 구비한 전압차단부, 상기 배터리의 40℃ 전해액 온도를 기준으로 전해액 냉각을 위해 구동되는 냉각팬 및 상기 스피드센서를 통해 측정된 엔진 RPM과 배터리의 전류값 변동을 통해 전장품으로 공급되는 배터리전류값 변동시 얼티네이터의 회전수를 제어해 엔진 부하를 줄여 연비를 향상하도록 제어 신호를 보내는 엔진ECU로 이루어진 조건제어수단;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 엔진 시동 후 엔진ECU와 캔(CAN)통신을 수행하는 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V 이하일 때 판단된 방전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU가 운전자가 인식하도록 경고를 하면서 테일 램프를 소등하는 초기확인단계;

상기 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V이상일 때 얼티네이터의 L단자 전압과 스피드센서를 통한 0Km/h이상의 속도 측정에 의해 정상적인 엔진 시동여부를 확인한 후 배터리의 전해액 온도를 측정하는 조건확인단계;

상기 배터리내 전해액의 온도가 40℃ 이상일 경우 캔(CAN)통신을 통해 제어신호를 전송 받은 엔진ECU가 배터리냉각용 냉각팬을 구동한 후, 상기 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리 전압과 전류가 각각 설정 영역에 포함되는지 여부를 판단하면서 스피드센서를 통해 측정된 엔진 RPM을 이용하여 판단되는 얼티네이터의 전류 변동값과 서로 비교해 전압차이를 판단하는 모드판단단계;

상기 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 13V-14V이상이고 전류 값도 기준치 이상일 때 판단된 과 충전 모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔 진ECU가 얼티네이터의 회전수를 감소시켜 얼티네이터에 의한 엔진 부하를 저감시켜 주는 안정화단계;

상기 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V에서 13V-14V영역이고 전류 값도 기준치이하일 때 판단된 충전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU가 엔진RPM을 상승하여 얼티네이터를 통해 배터리를 충전하는 충전유지단계;

상기 측정유니트의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V이하이면서 전류 값도 기준치이하일 때 판단된 방전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU가 운전자가 인식하도록 경고를 하면서 테일 램프를 소등하는 경고단계;

로 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 배터리 상태 제어장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 이그니션스위치(5)를 통한 엔진 시동시 스타트모터(2)를 통해 엔진으로 전류를 공급하는 배터리(1)와 엔진 시동 후 배터리(1)로 전원을 충진시키는 얼티네이터(3)의 L 단자간에 연결되어 홀효과(Hall Effect)를 이용해 제어 신호를 발생하는 측정유니트(6)와, 배터리(1)의 상태에 대한 정보와 엔진 속도(스피드)에 대한 정보를 상기 측정유니트(6)로 제공하는 조건판단수단 및 상기 조건판단수단으로부터 입력된 엔진 회전수와 배터리(1)의 전압·전류 및 배터리(1)내 전해액 온도에 대한 데이터(Data)에 따라 상기 측정유니트(6)에 의해 제어되어져 배터리(1)의 최적 상태 유지와 더불어 연비 향상을 위한 엔진 출력 제어를 수행하는 조건제어수단으로 이루어진다.
상기 엘티네이터(3)의 L 단자는 엔진시동여부를 판단하는 단자로 엔진 시동이 걸리면 전입이 발생하고, 발생된 전압으로 엔진이 시동되었는지 여부를 알 수 있게 된다.

여기서, 상기 조건판단수단은 엔진 RPM인 속도를 검출하여 측정유니트(6)로 제공하는 스피드센서(13)와, 배터리(1)로부터 발생되는 전압·전류와 더불어 전해액의 온도를 측정하여 측정유니트(6)로 제공하는 전류·전압측정부(12a)와 배터리액온도측정부(12b)로 이루어진 배터리상태측정부재(12)로 이루어진다.

또한, 상기 측정유니트(6)는 도 2에 도시된 바와 같이 조건판단수단을 이루는 배터리상태측정부재(12)로부터 입력된 신호를 받아 자기장을 발생시켜 홀효과를 통하여 배터리(1)에서 발생되는 전류·전압을 측정하는 배터리측정기(7)와, 얼티네이터(3)에서 배터리(1)로 공급되는 전압을 측정하는 얼티네이터측정기(8), 상기 측정기(7,8)간의 전압을 서로 비교함과 더불어 스피드센서(13)를 통해 측정된 엔진RPM을 통해 얼티네이터(3)의 출력 변화에 따른 전류 값과 배터리(1)의 전류 값을 서로 비교 판단하는 CPU(9) 및 상기 CPU(9)의 제어 신호를 엔진ECU(16)쪽으로 전송하기 위해 CAN 통신하도록 하는 통신단자(10)로 이루어진다.

여기서, 상기 엔진ECU(16)는 CPU(9)에서 판단된 결과를 통신단자(10)를 통해 전송받아 즉, 상기 측정기(7,8)간의 비교된 전압이 14V이상인 과 충전 모드에서는 얼티네이터(3)의 부하를 감소시키는 반면 13V이하인 방전모드에서는 얼티네니터(3)의 전압을 상승시켜주게 되고 한편, 상기 배터리(1)의 전해액의 온도가 40℃ 이상일 경우에는 냉각팬을 구동해 배터리(1)의 온도를 낮추어주게 된다.

또한, 상기 엔진ECU(16)는 CPU(9)에서 판단된 결과를 통신단자(10)를 통해 전송받아 배터리(1) 전압 경고를 위한 램프 및 배터리 전압표시와 더불어 과 전압시에는 과 전압을 방지하기 위한 전압 차단등에 대한 제어 신호를 발생하게 됨은 물론이다.

이때, 상기 홀 효과(Hall Effect)는 금속이나 반도체의 양단에 전류를 흘리고 이에 수직되게 자장을 인가할 때 전자나 정공(Hole)이 로렌츠힘(Lorentz Force)을 받아서 전류와 자장에 수직한 방향의 양단이 전하를 띠면서 내부에 전장이 형성되고, 이와 같은 전장에 의하여 받는 힘과 로렌츠힘이 평형을 이룰 때 양단에 생성된 전압이 자장에 비례하게 되는 현상을 지칭함은 물론이다.

그리고, 상기 조건제어수단은 측정유니트(6)의 CPU(9)에서 발생된 제어 신호를 받는 엔진ECU(16)의 제어에 따라 작동되는 배터리(1)의 전해액 냉각을 위한 냉각팬과, 배터리(1) 전압을 숫자로 표시하고 점멸등으로 경고하기 위한 표시경고부 및 과전압시 전압을 자동으로 차단하기 위한 릴레이를 구비한 전압차단부등으로 구성되어진다.

또한, 상기 조건제어수단에서 얼티네이터(3)의 회전수를 제어하도록 즉, 상기 스피드센서(13)를 통해 측정된 엔진 RPM과 배터리(1)의 전류값 변동을 통해 전장품으로 공급되는 배터리(1)전류값 변동시, 얼티네이터(3)의 회전수를 제어해 엔진 부하를 줄여 연비를 향상하도록 제어 신호를 보내는 엔진ECU(16)를 이용하게 됨은 물론이다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 엔진 시동을 위해 이그니션스위치(5)가 온(On)되어 배터리(1)와 스타트모터(2)간에 전원이 공급되면, 도 3에 도시된 바와 같이 조건판단수단을 이루는 배터리상태측정부재(12)의 전류·전압측정부(12a)가 배터리(1)에서 발생되는 전류·전압 측정 신호를 배터리(1)와 얼티네이터(3)간에 구비된 측정유니트(6)로 전송하게 되고, 이에 따라 상기 측정유니트(6)에서 홀효과를 이용해 배터리(1)의 전압을 측정하게 된다.

즉, 상기 측정유니트(6)의 배터리측정기(7)가 전류·전압측정부(12a)신호에 대해 자기장을 형성하는 홀 효과를 통해 배터리(1)로부터 발생되는 전압을 측정해, 만약 전압이 10.5V 이하인 경우에는 방전모드이므로 CPU(9)는 제어 신호를 통신단자(10)를 매개로 엔진ECU(16)로 전송하게 되고, 이에 따라 상기 엔진ECU(16)는 조건제어수단을 작동시켜 배터리(1)의 방전에 대한 경고를 인식하도록 경고등을 점등하면서 테일 램프를 소등하게 된다.

그러나, 상기 배터리(1)의 전압이 10.5V이상인 경우에는 상기 측정유니트(6)의 CPU(9)는, 얼티네이터(3)의 구동여부와 스피드센서(13)를 통해 측정되는 스피드가 0Km/h이상인지 여부와 배터리액온도측정부(12b)를 통해 측정되는 전해액 온도가 40℃ 이상인지 여부를 판단하게 된다.

이때, 상기 CPU(9)가 배터리내 전해액의 온도가 40℃ 이상이라고 판단하는 경우에는 제어신호를 통신단자(10)를 매개로 엔진ECU(16)로 전송하게 되고, 이에 따라 상기 엔진ECU(10)는 조건제어수단을 이루는 냉각팬을 구동해 배터리(1)를 냉 각시켜 주게 된다.

그러나, 상기 CPU(9)가 배터리내 전해액의 온도가 40℃ 이하인 경우에는 이어, 상기 조건판단수단을 이루는 배터리상태측정부재(12)의 전류·전압측정부(12a)가 측정하는 배터리(1)의 전류·전압 측정을 측정유니트(6)의 배터리측정기(7)가 홀효과를 이용해 배터리(1)의 전압을 측정하게 된다.

이때, 상기 측정유니트(6)의 CPU(9)는 전압과 전류의 측정값에 따라 엔진 RPM을 제어하게 되는데 즉, 배터리전압이 13V-14V이상이고 배터리전류가 기준치이상인 경우에는 과 충전 모드이므로 통신단자(10)를 통해 엔진ECU(16)로 제어신호를 보내, 상기 엔진ECU(16)가 얼티네이터(3)의 회전수를 저감해 엔진RPM도 함께 저하되도록 해 얼티네이터(3)에 의한 엔진 부하를 감소함과 더불어 배터리(1)의 과 충전을 방지하게 된다.

그러나, 상기 배터리전압이 13V-14V이하이고 배터리전류가 기준치이하일 때는 CPU(9)는 배터리(1)의 전류·전압을 각각 다시 판단하게 되는데 즉, 상기 배터리 전압이 10.5V이상이면서 13V-14V이하이면서 배터리전류가 기준치이하인 경우에는 충전모드이므로, 상기 CPU(9)는 통신단자(10)를 통해 엔진ECU(16)가 엔진을 제어해 엔진RPM을 상승하여 얼티네이터(3)를 통해 배터리(1)를 충전하도록 한다.

또한, 상기 CPU(9)는 배터리 전압이 10.5V이하이면서 배터리전류가 기준치이하인 경우에는 방전모드이므로, 상기 CPU(9)는 제어 신호를 통신단자(10)를 매개로 엔진ECU(16)로 전송하게 되고, 이에 따라 상기 엔진ECU(16)는 조건제어수단을 작동시켜 배터리(1)의 방전에 대한 경고를 인식하도록 경고등을 점등하면서 테일 램프 를 소등하게 된다.

이때, 상기 배터리(1)의 전압이 10.5V이하인 경우에는 배터리(1)의 급격한 전압 저하를 방지하도록 CD플레이어나 라디오등의 전기장치등을 작동을 자동으로 정지하기 위해 전원을 자동 차단하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배터리와 얼티네이터사이에서 홀효과를 통해 전압과 전류를 측정해 엔진 RPM 변화와 연동하여 배터리의 충전과 방전상태를 정확히 파악해 얼티네이터에 의한 엔진 부하를 줄여 주어, 배터리의 최적 충전 상태를 유지하면서도 얼티네이터에 의한 엔진 부하를 항상 죄적으로 유지해 연비를 향상 할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 배터리 온도를 측정해 전해액의 온도 상승시 팬을 이용해 배터리의 온도를 낮추므로 온도 상승으로 인한 배터리 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

엔진 RPM을 검출하는 스피드센서(13)와, 배터리(1)로부터 발생되는 전압·전류와 더불어 전해액의 온도를 측정하는 전류·전압측정부(12a) 및 배터리액온도측정부(12b)로 이루어진 배터리상태측정부재(12)로 이루어진 조건판단수단과;

엔진 시동후 상기 배터리(1)로 전원을 충진시키는 얼티네이터(3)의 엔진시동시 전압을 발생하는 L 단자와 배터리(1)사이에 장착되어, 상기 조건판단수단을 통해 입력되는 배터리(1)의 상태 변화와 더불어 홀효과를 통한 전압 변화를 이용해 엔진RPM과 얼티네이터(3)의 상태 변화간을 비교 판단해 제어 신호를 발생하는 측정유니트(6) 및;

상기 측정유니트(6)에서 판단된 배터리 전압 변화를 표시하면서 경고하는 표시경고부와, 상기 배터리(1)의 13V-14V 전압을 기준으로 배터리(1)의 과 전압시 전압을 자동으로 차단하기 위한 릴레이를 구비한 전압차단부, 상기 배터리(1)의 40℃ 전해액 온도를 기준으로 전해액 냉각을 위해 구동되는 냉각팬 및 상기 스피드센서(13)를 통해 측정된 엔진 RPM과 배터리(1)의 전류값 변동을 통해 전장품으로 공급되는 배터리(1)전류값 변동시 얼티네이터(3)의 회전수를 제어해 엔진 부하를 줄여 연비를 향상하도록 제어 신호를 보내는 엔진ECU(16)로 이루어진 조건제어수단;

으로 구성된 차량용 배터리 상태 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 측정유니트(6)는 조건판단수단을 이루는 배터리상태측정부재(12)로부터 입력된 신호를 받아 자기장을 발생시켜 홀효과를 통하여 배터리(1)에서 발생되는 전류·전압을 측정하는 배터리측정기(7)와, 얼티네이터(3)에서 배터리(1)로 공급되는 전압을 측정하는 얼티네이터측정기(8), 상기 측정기(7,8)간의 전압을 서로 비교함과 더불어 스피드센서(13)를 통해 측정된 엔진RPM을 통해 얼티네이터(3)의 출력 변화에 따른 전류 값과 배터리(1)의 전류 값을 서로 비교 판단하는 CPU(9) 및 상기 CPU(9)의 제어 신호를 엔진ECU(16)쪽으로 전송하기 위해 캔(CAN) 통신하도록 하는 통신단자(10)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 상태 제어장치.
엔진 시동 후 엔진ECU(16)와 캔(CAN)통신을 수행하는 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리(1)의 전압이 10.5V 이하일 때 판단된 방전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU(16)가 운전자가 인식하도록 경고를 하면서 테일 램프를 소등하는 초기확인단계;

상기 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리(1)의 전압이 10.5V이상일 때 얼티네이터(3)의 L단자 전압과 스피드센서(13)를 통한 0Km/h이상의 속도 측정에 의해 정상적인 엔진 시동여부를 확인한 후 배터리(1)의 전해액 온도를 측정하는 조건확인단계;

상기 배터리(1)내 전해액의 온도가 40℃ 이상일 경우 캔(CAN)통신을 통해 제어신호를 전송 받은 엔진ECU(10)가 배터리(1)냉각용 냉각팬을 구동한 후, 상기 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리 전압과 전류가 각각 설정 영역에 포함되는지 여부를 판단하면서 스피드센서(13)를 통해 측정된 엔진 RPM을 이용하여 판단되는 얼티네이터(3)의 전류 변동값과 서로 비교해 전압차이를 판단하는 모드판단단계;

상기 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 13V-14V이상이고 전류 값도 기준치 이상일 때 판단된 과 충전 모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU(16)가 얼티네이터(3)의 회전수를 감소시켜 얼티네이터(3)에 의한 엔진 부하를 저감시켜 주는 안정화단계;

상기 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V에서 13V-14V영역이고 전류 값도 기준치이하일 때 판단된 충전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU(16)가 엔진RPM을 상승하여 얼티네이터(3)를 통해 배터리(1)를 충전하는 충전유지단계;

상기 측정유니트(6)의 홀효과를 통해 측정된 배터리의 전압이 10.5V이하이면서 전류 값도 기준치이하일 때 판단된 방전모드 신호를 캔(CAN)통신으로 받은 엔진ECU(16)가 운전자가 인식하도록 경고를 하면서 테일 램프를 소등하는 경고단계;

로 수행되는 차량용 배터리 상태 제어 방법.