KR101165743B1 - 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량에 마련되어 주행에 필요한 전력을 공급하고, 외부 전력과 연결되어 충전을 수행하는 배터리; 차량의 움직임을 검출하는 움직임 검출부; 배터리 충전 중 외부 전력에서 배터리로 공급되는 전력을 조정하는 스위치부; 배터리 충전 중 차량의 움직임에 기초하여 스위치부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 차량의 배터리 충전 중 차량의 움직임 및 움직일 가능성을 검출하고 차량의 움직임 검출 또는 움직일 가능성 검출 시 배터리의 충전을 종료시킴으로써 배터리 충전 중 차량의 주행에 따른 충전부의 물리적 파손 및 그에 따른 쇼트 사고 등을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 차량에 마련된 각종 시스템의 고장을 방지할 수 있어 차량의 안전 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법 {Vehicle charging system and method of controlling the same}
본 발명은 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 페일 세이프 기능을 구비한 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 날로 심각해져 가는 환경오염을 방지하기 위한 대비책과 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하고자 전기 자동차(EV) 및 플러그인 하이브리드카(PHEV: A plug-in hybrid electric vehicle)가 개발되고 있다.
전기 자동차(EV) 및 플러그인 하이브리드카(PHEV)는 배터리의 전력으로 모터를 구동시켜 일정 차속 이상의 주행성을 확보하여 준다.
좀 더 구체적으로, 전기자동차는 배터리의 전력을 이용하여 주행하는 것으로, 운전자가 페달을 조작하면 컨트롤러가 페달을 밟는 양에 따라 인버터의 게이트 주파수를 제어하여 배터리의 직류 전원을 PWM(pulse width modulation)제어함으로써 전류가 구동 모터에 공급되게 한다. 여기서 구동 모터는 인버터에서 공급되는 전류량에 따라 일정 토크를 발생하여 전기자동차가 주행할 수 있도록 한다.
이러한 전기자동차에서 배터리는 그 용량이 한정된 충전 배터리를 이용하기 때문에 전기자동차를 일정 시간 주행하면 배터리에 충전된 전력이 소모된다.
그리고 플러그인 하이브리드카(PHEV: A plug-in hybrid electric vehicle)는 휘발유 이외에 배터리의 전력을 이용하여 주행하는 것으로, 엔진 가동 필요 없이 배터리만으로 주행하다가 배터리가 방전되면 휘발유 엔진을 사용하여 주행함으로써 같은 양의 휘발유로 일반 차량보다 최고 4배 이상 더 먼 거리를 달릴 수 있다.
이러한 플러그인 하이브리드카는 휘발유 주입구 이외에 전기 콘센트에 연결 가능한 플러그를 장착하고 있으며, 배터리 방전 시 운전자가 외부 교류 전력의 콘센트에 플러그를 직접 연결하여 자동차 주행에 필요한 동력원인 배터리를 충전한다.
이때 운전자는 충전 장치가 설치된 가정이나 주유소와 같은 장소에서 외부 교류 전력을 공급받고, 공급된 외부 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 차량의 배터리를 충전한다.
운전자가 차량의 배터리 충전 시, 외부 교류 전력의 콘센트에 차량의 플러그를 연결한 상태에서 부주의로 차량을 시동하여 주행하게 되면 외부 교류 전력의 콘센트 및 차량의 플러그가 파손되고 더불어 충전부 자체의 파손을 유발할 수 있다.
또한, 차량의 충전부 파손으로 인한 전선로의 쇼트가 발생되어 차량의 각종 장치에 심각한 위험을 초래할 수도 있다.
또한, 차량의 배터리 충전 중에 운전자의 실수로 차량이 움직이게 되면 외부 교류 전력의 콘센트에서 차량의 플러그가 탈거되어 운전자 및 주변의 사람이 감전되는 등과 같은 위험이 따르게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 차량의 배터리 충전 시 차량의 움직임을 검출하는 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 배터리 충전 시 차량의 움직임이 검출되면 차량의 배터리 충전을 안전하게 종료하는 페일 세이프 기능을 가진 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 충전 시스템은 차량에 마련된 차량용 충전 시스템에 있어서, 주행에 필요한 전력을 공급하고, 외부 전력과 연결되어 충전되는 배터리; 차량의 움직임을 검출하는 움직임 검출부; 배터리 충전 중 외부 전력에서 배터리로 공급되는 전력을 조정하는 스위치부; 배터리 충전 중 차량의 움직임에 기초하여 스위치부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
움직임 검출부는, 차량의 속도를 검출하는 속도 검출부 및 차량에 마련된 레버의 위치를 검출하는 레버 위치 검출부 중 적어도 하나를 포함한다.
스위치부는, 배터리 충전 중 차량의 움직임이 검출되면 제어부의 지시에 대응하여 외부 전력에서 배터리로 공급되는 전력을 차단하는 제1스위치부와, 배터리 충전 중 차량의 움직임이 검출되면 제어부의 지시에 대응하여 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 제2스위치를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 배터리 충전 시스템의 제어방법은, 차량에 마련된 차량용 충전 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 차량에 마련된 배터리 충전 시 차량의 움직임을 검출하고, 차량의 움직임이 검출되면 외부 전력으로부터 배터리로 공급되는 전력을 차단하여 배터리의 충전을 종료한다.
차량의 움직임을 검출하는 것은, 차량의 속도를 검출하고, 차량의 속도가 0이면 차량의 정지 상태로 판단하고, 차량의 속도가 0을 초과하면 차량의 움직임 검출로 판단하는 것을 포함한다.
차량의 움직임을 검출하는 것은, 차량에 마련된 레버의 위치를 검출하고, 레버의 위치가 주차모드이면 차량의 정지 상태로 판단하고, 레버 위치가 주차 모드가 아니면 차량의 움직임 검출로 판단하는 것을 포함한다.
배터리 충전 중 차량의 움직임이 검출되면 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 것을 더 포함한다.
본 발명은 차량의 배터리 충전 중 차량의 움직임을 검출하고 차량의 움직임 검출 시 배터리의 충전을 종료시킴으로써 배터리 충전 중 차량의 주행에 따른 충전부의 물리적 파손 및 그에 따른 쇼트 사고 등을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 차량에 마련된 각종 시스템의 고장을 방지할 수 있어 차량의 안전 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 차량의 배터리 충전 중 인체의 감전 사고를 방지할 수 있고 운전자 및 그 주변 사람들의 안전을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 시스템의 제어 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
차량은 주행을 위한 에너지원으로 이용하기 위한 배터리가 마련되어 있다. 이 배터리는 차량에 마련된 각종 전장품 및 각종 시스템에도 구동 전력을 공급한다.
차량은 운전자이 페달 조작에 대응하여 인버터의 게이트 주파수를 제어하여 배터리의 직류 전원을 PWM(pulse width modulation)제어함으로써 모터에 전류를 공급하고, 이때 모터는 인버터에서 공급되는 전류에 따라 일정 토크를 발생시켜 회전함으로써 차량이 주행할 수 있도록 한다.
이러한 차량은 주행함에 따라 배터리의 전력을 소모하게 되고, 배터리의 소모 전력을 보충하기 위해 차량용 충전 시스템에 의해 배터리 충전이 수행되어 진다.
이러한 차량용 충전 시스템을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 시스템의 구성도로, 차량용 충전 시스템은 움직임 검출부(10), 제어부(20), 스위치부(30) 및 충전부(40)를 포함한다.
움직임 검출부(10)는 차량의 움직임을 검출하는 속도 검출부(11)와, 차량이 움직일 가능성을 검출하는 레버 위치 검출부(12)를 포함한다.
속도 검출부(11)는 차량의 좌측 전륜의 휠에 설치되어 좌측 전륜의 속도를 검출하는 FL휠속도센서, 우측 전륜의 휠에 설치되어 우측 전륜의 속도를 검출하는 FR휠속도센서, 좌측 후륜의 휠에 설치되어 좌측 후륜의 속도를 검출하는 RL휠속도센서, 우측 후륜의 휠에 설치되어 우측 후륜의 속도를 검출하는 RR휠속도센서를 가지고, 속도 검출부(11)의 각 휠속도센서는 검출한 휠의 속도를 제어부(20)로 전송한다.
여기서 속도 검출부(11)는 안티 록 브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 트랙션 제어 시스템(TCS: Traction Control System), 차체 자세 안정 제어 시스템 (ESP: Electronic Stability Program, 또는 ESC) 중 어느 하나의 시스템에 마련된 것을 이용하는 것이 가능하다.
레버 위치 검출부(12)는 차량에 마련된 레버의 위치를 검출하여 제어부(20)로 전송한다.
이러한 레버 위치 검출부(12)는 인히비터(Inhibitor) 스위치로 이루어지는데, 이 인히비터 스위치는 레버의 위치를 전기적인 신호로 변환하고, 변환된 전기적인 신호를 제어부(20)로 전송한다.
여기서, 레버는 운전자에 의해 위치가 조작된다. 이러한 레버는 복수의 위치 중 어느 하나의 위치로 조작되는데, 각 위치는 차량의 주행(D), 중립(N), 후진(R), 시퀀셜(S) 모드 또는 주차(P) 모드가 설정되어 있다.
아울러 레버 위치 검출부(12)는 자동 변속기 제어 장치(TCU: Transmission Control Unit)로부터 레버의 위치 정보를 전송받고, 이를 제어부(20)로 전송하는 것도 가능하다.
여기서 자동 변속기 제어 장치(TCU)는 캔 버스를 통해 제어부(20)와 연결되어 있어 제어부(20)와 캔 버스를 통해 제어에 필수적인 정보들을 공유한다.
여기서 자동 변속기 제어 장치(TCU)는 차량의 주행 상황에 따른 각종 정보를 기본으로 최적의 변속이 가능하도록 자동 변속기를 제어하는 것으로, 자동 변속기 제어 장치에 제공되는 정보로는 레버의 위치, 자동 변속기 오일(ATF)의 온도, 가속 페달의 밟힘 정도 등이 있다.
제어부(20)는 충전부(40)의 전류 또는 전압을 모니터링하여 배터리의 충전 여부를 판단하고, 배터리 충전 중 속도 검출부(11)로부터 전송된 각 휠의 속도에 기초하여 차량의 움직임을 검출한다. 즉, 제어부(20)는 배터리 충전 중 모든 휠의 속도가 0이면 차량이 정지된 상태로 판단하고, 적어도 하나의 휠의 속도가 0을 초과하면 차량의 움직임이 발생하였다고 판단한다.
또한 제어부(20)는 레버 위치 검출부(12)로부터 전송된 전기적인 신호를 분석하여 레버의 위치를 판단한다. 이때 제어부(20)는 배터리 충전 중 주차 모드에서 주차 해제 모드()로 변경되었는지 판단한다.
즉, 제어부(20)는 배터리 충전 중 레버의 위치가 주차 모드(P)를 유지하고 있다고 판단되면 차량이 정지된 상태로 판단하고, 레버의 위치가 P에서 N 또는 D로 변경되었다고 판단되면 차량이 움직일 가능성이 있다고 판단한다.
제어부(20)는 차량이 움직임이 검출되거나 차량이 움직일 가능성이 있다고 판단되면 스위치부(30)의 제1스위치(31)의 구동을 제어하여 외부 전력인 전원부(50)에서 배터리로 공급되는 전력이 차단되도록 한다.
또한 제어부(20)는 차량이 움직임이 검출되거나 차량이 움직일 가능성이 있다고 판단되면 스위치부(30)의 제2스위치(32)의 구동을 제어하여 배터리에서 각종 시스템에 공급되는 전력이 차단되도록 한다.
스위치부(30)는 제1스위치(31) 및 제2스위치(32)를 포함한다.
제1스위치(31)는 충전부(40)의 입력단에 마련되고, 배터리 충전 중 차량이 정지된 상태를 유지하고 있으면 온 구동되어 외부 전력인 전원부(50)에서 충전부(40)로의 전력 공급을 유지시키고, 차량의 움직임이 검출되면 오프 구동되어 외부 전력인 전원부(50)에서 충전부(40)로 공급되는 전력을 차단한다.
제2스위치(32)는 각종 시스템의 전력 공급 라인에 마련된다. 이러한 제2스위치(32)는 배터리 충전 중 차량이 정지된 상태를 유지하고 있으면 온 구동되어 배터리에서 각종 시스템으로의 전력 공급을 유지시키고, 차량의 움직임이 검출되면 오프 구동되어 배터리에서 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단한다.
여기서 각종 시스템은, 미끄러운 노면에서의 슬립에 의한 브레이크의 잠김을 방지하고 제동 중 운전자에 의한 조향이 가능하도록 하는 안티-록 브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 미끄러운 노면에서 차량이 출발하거나 급발진 시 차량의 슬립을 방지하기 위한 트랙션 제어 시스템(TCS: Traction Control System), 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 차체 자세 안정 제어 시스템 (ESP: Electronic Stability Program, 또는 ESC라고도 함), 모든 엔진의 전자 제어를 위한 엔진제어시스템(EMS, 차량의 운행상황에 따른 각종 정보를 기본으로 최적의 변속이 가능하도록 자동변속기를 제어하는 자동변속제어장치(TCU) 중 적어도 하나이다.
충전부(40)는 배터리 충전 시 외부 전력인 전원부(50)로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 변환된 직류전력을 배터리에 공급하여 배터리가 충전되도록 한다.
충전부(40)는 플러그(PLUG)가 연결되어 있으며, 이 플러그는 외부에 마련된 전원부(50)의 콘센트에 접속되어 전원부(50)로부터 교류 전력을 공급받는다.
여기서 전원부(50)는 외부 전력으로 가정이나 주차장 또는 충전소에 마련된 교류 전력의 상용전원이다. 이러한 전원부(50)는 차량의 플러그가 접속되는 콘센트가 마련되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 시스템의 제어 순서도로, 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
차량용 충전 시스템은 충전부(40)의 전류 또는 전압을 모니터링하여 배터리의 충전 여부를 판단한다.
차량용 충전 시스템은 충전부(40)에 기준 전류 이상의 전류가 검출되거나 또는 기준 전압 이상의 전압이 검출되면 배터리의 충전을 수행하고 있다고 판단한다. 이때 외부 전력인 전원부(50)의 콘센트에 차량의 플러그가 접속된 상태로, 차량의 플러그를 통해 외부 전력인 전원부(50)로부터 배터리로 전력이 공급(101)된다.
차량용 충전 시스템은 전원부(50)로부터 배터리로 전력 공급 시, 전원부(50)의 교류 전력을 충전부(40)에서 직류 전력으로 변환하고 변환된 직류 전력을 배터리로 공급함으로써 배터리의 충전을 수행한다.
차량용 충전 시스템은 배터리 충전 중 속도 검출부(11)로부터 전송된 각 휠의 속도에 기초하여 차량의 움직임을 검출한다.
즉, 차량용 충전 시스템은 각 휠의 속도가 0인지 판단(102)하고, 이때 적어도 하나의 휠의 속도가 0을 초과하면 차량의 움직임이 발생하였다고 판단하고, 제1스위치(31)를 오프 구동시켜 외부 전력인 전원부(50)에서 충전부(40)로 공급되는 전력을 차단하고, 또한 제2스위치(32)를 오프 구동시켜 배터리에서 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단(103)함으로써 배터리의 충전을 종료한다.
반면 차량용 충전 시스템은 모든 휠의 속도가 0이면 차량이 정지된 상태로 판단하고, 차량이 움직일 가능성을 판단한다. 여기서 차량이 움직일 가능성은 레버의 위치에 의해 판단 가능하다.
즉, 차량용 충전 시스템은 배터리 충전 중 레버의 위치가 주차 모드(P)인지 판단(104)한다.
이때 차량용 충전 시스템은 레버의 위치가 주차 모드(P)에서 중립(N) 또는 주행(D)으로 변경되었다고 판단되면 차량이 움직일 가능성이 있다고 판단하고, 제1스위치(31)를 오프 구동시켜 외부 전력인 전원부(50)에서 충전부(40)로 공급되는 전력을 차단하고, 또한 제2스위치(32)를 오프 구동시켜 배터리에서 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단(105)함으로써 배터리의 충전을 종료한다.
여기서 각종 시스템은 안티-록 브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 트랙션 제어 시스템(TCS: Traction Control System), 차체 자세 안정 제어 시스템 (ESP: Electronic Stability Program, 또는 ESC라고도 함), 엔진제어시스템(EMS), 자동변속제어장치(TCU) 중 적어도 하나이다.
반면 차량용 충전 시스템은 레버의 위치가 주차 모드(P)를 유지하고 있다고 판단되면 차량이 정지된 상태로 판단하고, 배터리의 충전을 유지(106)한다.
이와 같이 차량용 충전 시스템은 차량의 배터리 충전 중 차량의 움직임 및 움직일 가능성을 검출하고 차량의 움직임 검출 또는 움직일 가능성 검출 시 배터리의 충전을 종료시킴으로써 배터리 충전 중 차량의 주행에 따른 충전부의 물리적 파손 및 그에 따른 쇼트 사고 등을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같은 페일 세이프 기능으로 인해 차량에 마련된 각종 시스템의 고장을 방지할 수 있어 차량의 안전 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 차량용 충전 시스템은 차량의 배터리 충전 중 인체의 감전 사고를 방지할 수 있고 운전자 및 그 주변 사람들의 안전을 확보할 수 있다.
10: 움직임 검출부 20: 제어부
30: 스위치부 40: 충전부
50: 전원부

Claims (8)

  1. 차량에 마련된 차량용 충전 시스템에 있어서,
    주행에 필요한 전력을 공급하고, 외부 전력과 연결되어 충전되는 배터리;
    상기 차량의 움직임을 검출하는 움직임 검출부;
    상기 배터리 충전 중 상기 외부 전력에서 상기 배터리로 공급되는 전력을 조정하는 스위치부;
    상기 배터리 충전 중 상기 차량의 움직임에 기초하여 상기 스위치부의 구동을 제어하여 상기 차량의 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 제어부를 포함하는 차량용 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 검출부는,
    상기 차량의 속도를 검출하는 속도 검출부를 포함하는 차량용 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 검출부는,
    상기 차량에 마련된 레버의 위치를 검출하는 레버 위치 검출부를 포함하는 차량용 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치부는,
    상기 배터리 충전 중 상기 차량의 움직임이 검출되면 상기 제어부의 지시에 대응하여 상기 외부 전력에서 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단하는 제1스위치부와,
    상기 배터리 충전 중 상기 차량의 움직임이 검출되면 상기 제어부의 지시에 대응하여 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 제2스위치를 포함하는 차량용 충전 시스템.
  5. 차량에 마련된 차량용 충전 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 차량에 마련된 배터리 충전 시 상기 차량의 움직임을 검출하고,
    상기 차량의 움직임이 검출되면 외부 전력으로부터 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단하여 상기 배터리의 충전을 종료하여 상기 차량의 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 차량용 충전 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 차량의 움직임을 검출하는 것은,
    상기 차량의 속도를 검출하고,
    상기 차량의 속도가 0이면 상기 차량의 정지 상태로 판단하고,
    상기 차량의 속도가 0을 초과하면 상기 차량의 움직임 검출로 판단하는 것을 포함하는 차량용 충전 시스템의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 차량의 움직임을 검출하는 것은,
    상기 차량에 마련된 레버의 위치를 검출하고,
    상기 레버의 위치가 주차모드이면 상기 차량의 정지 상태로 판단하고,
    상기 레버 위치가 주차 모드가 아니면 상기 차량의 움직임 검출로 판단하는 것을 포함하는 차량용 충전 시스템의 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 충전 중 상기 차량의 움직임이 검출되면 각종 시스템으로 공급되는 전력을 차단하는 것을 더 포함하는 차량용 충전 시스템의 제어 방법.
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