KR101388388B1 - 전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차 및 전기자동차의 보조 배터리 충전방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 시동 오프 및 비운전상태에서 보조 배터리의 충전상태를 체크하여 저전압 또는 과방전일 경우 고압배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전할 수 있는 전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법에 관한 것이다. 전기 자동차는 상기 전기 자동차에 구비된 전장품에 전력을 공급하는 보조 배터리, 상기 고압 배터리의 상태를 관리하는 제1배터리제어부(BMU:Battery Management Unit), 상기 고압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 전압조정부, 상기 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부(BMU:Battery Management Unit) 및 상기 제2배터리제어부와 상호 연동되며, 상기 전장품에 공급되는 전류를 제어하는 계전기를 포함한다. 이와 같은 구성으로, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 상태를 능동적으로 체크하여 저전압 또는 과방전의 상태일 경우 고압 배터리의 에너지를 이용하여 충전할 수 있다. 또한, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고 자동으로 차단하여 보조 배터리가 저전압 또는 과방전이 되는 것을 예방할 수 있다.

Description

전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법{Electric vehicles and method of sub-battery charging thereof}
본 발명은 전기자동차 및 전기자동차의 보조 배터리 충전방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 시동 오프 및 비운전상태에서 보조 배터리의 충전상태를 체크하여 저전압 또는 과방전일 경우 고압배터리를 이용하여 보조 배터리를 충전할 수 있는 전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법에 관한 것이다.
전기자동차는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전기자동차(Electric vehicle; EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 전기자동차(Fully EV, Plug-in EV)와 하이브리드 전기자동차(Hybrid Vechicle)로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
또한, 하이브리드 전기자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수 있다.
또한, 최근 모터/제어기술도 점점 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있다. DC모터를 AC모터로 변환함에 따라 출력과 전기자동차의 동력성능(가속성능, 최고속도)이 크게 향상되어 가솔린차에 비하여 손색없는 수준에 도달하였다. 고 출력화를 추진하면서 고 회전함에 따라 모터가 경량소형화 되어 탑재중량이나 용적도 크게 감소한다.
한편, 기존의 자동차에서도 소형의 배터리를 사용하여, 전장 내부의 부하를 동작하거나, 시동을 켰을 때 소형 배터리의 에너지를 사용한다. 전기자동차의 경우에는 차량의 동작을 위한 고압배터리 및 전장 내부의 부하를 동작하기 위한 보조 배터리의 에너지를 사용한다.
여기서, 시동이 꺼지고 비운전상태가 되면 보조 배터리에서 전장 내부 부하로 누설 전류가 발생할 수 있으며, 지속적으로 전류가 누설되면 보조 배터리가 방전되거나 저전압으로 떨어지는 현상이 발생한다. 또한, 보조 배터리의 방전종지전압에 도달하면, 보조 배터리는 더 이상 사용할 수 없게 되어 보조 배터리의 수명에도 영향을 미친다.
따라서, 보조 배터리가 방전되거나 저전압이 되면 전기자동차 시스템도 운전을 재개할 수 없는 문제점이 발생한다.
또한, 전기자동차 전장 내부 부하에 누설되는 전류에 의해 보조 배터리가 방전 및 저전압이 되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 상태를 능동적으로 체크하여 저전압 또는 과방전의 상태일 경우 고압 배터리의 에너지를 이용하여 충전할 수 있는 전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고 자동으로 차단하는 전기자동차 및 그의 보조 배터리 충전방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 구동에너지를 발생시키는 고압 배터리 구비한 전기 자동차는 상기 전기 자동차에 구비된 전장품에 전력을 공급하는 보조 배터리, 상기 고압 배터리의 상태를 관리하는 제1배터리제어부(BMU:Battery Management Unit), 상기 고압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 전압조정부, 상기 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부(BMU:Battery Management Unit) 및 상기 제2배터리제어부와 상호 연동되며, 상기 전장품에 공급되는 전류를 제어하는 계전기를 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 전압 조정부는 상기 보조 배터리에 충전이 가능하도록 전압을 강하하는 컨버터 및 상기 컨버터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 전력 분배기(PDU: Power Distribution Unit)를 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 계전기와 상기 보조 배터리 사이에 구비되며, 전장품에 누설되는 전류를 검측하는 센서부를 더 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 제2배터리제어부에 구비된 통신 매체를 이용하여 실시간으로 상기 고압 배터리 및 보조 배터리의 제반 사항을 제공받는 단말기를 더 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 제1배터리제어부와 상기 제2배터리제어부는 실시간으로 서로 상호 연동되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 전압 조정부는 상기 제2배터리제어부로부터 작동명령신호를 받아 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부를 구비한 전기자동차의 보조배터리 충전방법은 상기 제2배터리제어부가 전기자동차의 시동 오프 및 비운전상태 확인 단계, 상기 제2배터리제어부가 상기 보조 배터리의 저전압 또는 과방전 상태를 체크하는 단계, 상기 보조 배터리가 저전압 또는 과방전 상태일 경우, 상기 고압 배터리의 상태를 체크하는 단계, 상기 고압 배터리의 잔존 용량이 충분할 경우, 상기 제2배터리제어부가 전압조정부를 동작시키는 단계, 상기 전압조정부에서 상기 고압 배터리의 전압을 강하하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계, 충전 중에 상기 보조 배터리가 적정한 전압값에 도달하면 충전이 끝나고 사용자에서 충전 완료 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 고압 배터리 및 보조 배터리의 상태를 상기 제2배터리제어부가 유/무선 통신매체인 단말기를 통해 실시간으로 사용자에게 데이터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 제2배터리제어부가 상기 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고, 차단하는 단계를 더 포함한다.
이와 같은 구성으로, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 상태를 능동적으로 체크하여 저전압 또는 과방전의 상태일 경우 고압 배터리의 에너지를 이용하여 충전할 수 있다.
또한, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고 자동으로 차단하여 보조 배터리가 저전압 또는 과방전이 되는 것을 예방할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 상태를 능동적으로 체크하여 저전압 또는 과방전의 상태일 경우 고압 배터리의 에너지를 이용하여 충전할 수 있다.
또한, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고 자동으로 차단하여 보조 배터리가 저전압 또는 과방전이 되는 것을 예방할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 배터리의 충전방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 내부 구성에 대해 자세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명에 따른 고압 배터리(20) 구비한 전기 자동차는 상기 전기 자동차에 구비된 전장품(100)에 전력을 공급하는 보조 배터리(10), 상기 고압 배터리(20)의 상태를 관리하는 제1배터리제어부(BMU:Battery Management Unit)(21), 상기 고압 배터리(20)를 이용하여 상기 보조 배터리(10)를 충전하는 전압조정부(30), 상기 보조 배터리(10)의 상태를 관리하는 제2배터리제어부(BMU:Battery Management Unit) (11) 및 상기 제2배터리제어부(11)와 상호 연동되며, 상기 전장품(100)에 공급되는 전류를 제어하는 계전기(40)를 포함하여 구성된다.
상기 고압 배터리(20)는 고전압의 전기 에너지를 저장하고 있으며, 전기자동차의 구동 모터에 에너지를 공급하며, 외부로부터 전원을 공급받아 충전된다.
또한, 상기 고압 배터리(20)는 보조 배터리(10) 및 전압조정부(30)에 전원을 공급하고, 제1배터리제어부(21) 및 제2배터리제어부(11)에도 전원을 공급할 수 있다.
상기 보조 배터리(10)는 상기 고압 배터리(20)보다 낮은 전압의 전기 에너지를 저장하고 있으며, 초기에 전기자동차를 작동하는데 있어서 전원 공급을 하는 역할을 하고, 전장품(100) 등이 작동할 수 있게 전원을 공급한다.
특히, 보조 배터리(10)가 방전될 경우 전기자동차의 전장품(100)에 전원이 인가 되지 않아 전기자동차가 작동하지 않을 수 있다.
상기 제1배터리제어부(21)는 상기 고압 배터리(20) 일측에 구비되어, 상기 고압 배터리(20)의 상태를 실시간으로 관리하며, 상기 고압 배터리(20)에 관한 데이터를 제2배터리제어부(11)로 송신한다.
상기 제2 배터리제어부(11)는 상기 보조 배터리(10) 일측에 구비되어, 상기 보조 배터리(10)의 상태를 실시간으로 관리하며, 상기 제1배터리제어부(21)에서 전송한 데이터를 분석하여 상기 고압 배터리(20)와 보조 배터리(10)의 충전 상태 및 충전량 등 제반 사항을 사용자의 단말기(60)에 전송한다.
여기서, 상기 제2 배터리제어부(11)는 WLAN, Blue-tooth 및 3G통신 등을 이용할 수 있는 통신 수단을 구비하고 있어서, 상기 사용자가 사용하는 단말기(60)인 유/무선 통신 수단으로써 근거리 또는 원거리 모니터링이 가능한 스마트 폰, PDA, 태블릿 PC등의 단말기(60)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2배터리제어부(11)는 센서부(50)와 계전기(40)를 제어하여, 상기 보조 배터리(10)에서 전장품(100)으로 누설되는 전류를 검출하고, 누설된 전류를 차단할 수 있다.
특히, 상기 제2배터리제어부(11)는 상기 보조 배터리(10)가 방전되거나 저전압 상태일 경우 전압조정부(30)에 작동명령신호를 보내어 상기 고압 배터리(20)에서 필요한 에너지만큼 충전하여 항상 상기 보조 배터리(10)에서 전원을 공급 가능한 상태로 유지한다.
상기 전압조정부(30)는 상기 제2배터리제어부(11)에서 보내 작동명령신호를 받아서 상기 고압 배터리(20)의 높은 전압을 강하하여 상기 보조 배터리(10)의 충전이 가능한 전압으로 강하하여 상기 보조 배터리(10)로 전원을 인가하여 충전을 할 수 있다.
상기 전압조정부(30)는 상기 고압 배터리(20)와 상기 보조 배터리(10) 사이에 위치하며, 전압을 강하하는 컨버터(31) 및 상기 컨버터(31)에 전원을 공급하는 전력 분배기(32)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전력 분배기(32)는 비운전시 각종 전장품(100)을 보호하기 위해 상기 고압 배터리(20)의 전원 공급을 차단하는 역할을 하며, 상기 제2배터리제어부(11)의 작동명령신호를 받으면 차단된 전원을 상기 컨버터(31)에 공급하여 작동시킬 수 있다.
상기 컨버터(31)는 상기 고압 배터리(20)에서 인가 받은 높은 전압을 상기 보조 배터리(10)에 충전이 가능한 낮은 전압으로 강하하여, 상기 보조 배터리(10)로 전기에너지를 공급하여 상기 보조 배터리(10)를 충전할 수 있다.
상기 계전기(40)는 상기 보조 배터리(10)와 전장품(100) 사이에 위치하며, 비운전상태에서 상기 전장품(100)으로 누설되는 전류를 차단하는 스위치이다.
특히, 상기 계전기(40)는 전기자동차의 시동이 꺼지거나 비운전상태에서 상기 제2배터리제어부(11)에 의해 제어가 되며, 상기 제2배터리제어부(11)에서 제어 신호를 보내지 않으면, 상기 보조 배터리(10)에서 상기 전장품(100)으로 항상 전류가 흐를 수 있다.
상기 센서부(50)는 상기 계전기(40)와 상기 보조 배터리(10) 사이에 구비되며, 상기 전장품(100)으로 누설 전류가 흐르는 것을 측정하고, 측정한 데이터를 상기 제2배터리제어부(11)로 전송한다.
즉, 상기 센서부(50)는 전기자동차의 시동이 꺼지거나 비운전상태에서 누설되는 전류발생 여부, 누설 전류량 등을 실시간으로 측정하여 상기 제2배터리제어부(11)로 데이터를 전송한다.
한편, 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 배터리의 충전방법에 대해 자세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 배터리의 충전방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도2를 참고하면, 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부를 구비한 전기자동차의 보조배터리 충전방법에 있어서, 상기 제2배터리제어부가 전기자동차의 시동 오프 및 비운전상태 확인 단계(S10), 상기 제2배터리제어부가 상기 보조 배터리의 저전압 또는 과방전 상태를 체크하는 단계(S20), 상기 보조 배터리가 저전압 또는 과방전 상태일 경우, 상기 고압 배터리의 상태를 체크하는 단계(S30), 상기 고압 배터리의 잔존 용량이 충분할 경우, 상기 제2배터리제어부가 전압조정부를 동작시키는 단계 (S40), 상기 전압조정부(30)에서 상기 고압 배터리의 전압을 강하하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계(S50), 충전 중에 상기 보조 배터리가 적정한 전압값에 도달하면 충전이 끝나고 사용자에서 충전 완료 메시지를 전송하는 단계(S60)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2배터리제어부를 구비한 전기자동차의 보조배터리 충전 방법에 있어서, 전기자동차의 시동 오프 및 운전자가 비운전 상태가 되면 전장품 및 구동품에 공급되는 에너지가 차단되는 것을 체크한다.(S10)
시동 오프 및 비운전상태가 확인되면, 상기 제2배터리제어부가 실시간으로 상기 보조 배터리의 출력 전압을 체크한다.(S20) 여기서, 만약 전장품으로 누설전류가 발생하면 상기 센서부에서 누설전류를 감지하여 상기 제2배터리제어부로 데이터를 전송하고, 상기 제2배터리제어부는 누설전류의 양이 적정치 보다 높으면 상기 계전기를 차단하여, 상기 보조 배터리가 방전되는 것을 예방할 수 있다.
상기 보조 배터리의 출력 전압을 체크 후 저전압 또는 과방전의 경우이면, 상기 제1배터리제어부가 상기 고압 배터리의 출력전압을 체크하여 상기 제2배터리제어부로 데이터를 전송한다.(S30)
상기 고압 배터리의 전압 용량이 적정 수치 이상이면, 상기 제2배터리제어부는 상기 전압조정부에 구동명령신호를 보내 상기 전압조정부를 구동한다.(S40)
상기 전압조정부가 구동을 하면, 상기 고압 배터리가 상기 보조 배터리보다 전압이 높기 때문에 상기 보조 배터리를 충전하기 위해서는 상기 전압조정부에서 전압 강하를 하여 상기 보조 배터리를 충전한다.(S50)
상기 보조 배터리의 충전이 완료되면 충전완료를 알리는 메시지가 상기 제2배터리 제어부에서 사용자의 단말기로 전송된다.(S60)
이와 같은 구성으로, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 상태를 능동적으로 체크하여 저전압 또는 과방전의 상태일 경우 고압 배터리의 에너지를 이용하여 충전할 수 있다. 또한, 시동 오프 상태 및 비운정상태에서 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고 자동으로 차단하여 보조 배터리가 저전압 또는 과방전이 되는 것을 예방할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 보조 배터리
11: 제2배터리제어부(BMU:Battery Management Unit)
20: 고압 배터리
21: 제1배터리제어부(BMU:Battery Management Unit)
30: 전압조정부
31: 컨버터
32: 전력 분배기(PDU: Power Distribution Unit)
40: 계전기
50: 센서부
60: 단말기
100: 전장품
S10: 시동 오프 및 비운전상태 확인 단계
S20: 보조 배터리 전압 check
S30: 저전압 및 과방전 상태 확인
S40: 전압조정부 동작
S50: 보조 배터리 충전
S60: 충전 완료 메시지 송신

Claims (9)

  1. 구동에너지를 발생시키는 고압 배터리 구비한 전기 자동차에 있어서,
    상기 전기 자동차에 구비된 전장품에 전력을 공급하는 보조 배터리;
    상기 고압 배터리의 상태를 관리하는 제1배터리제어부(BMU:Battery Management Unit);
    상기 고압 배터리를 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하는 전압조정부;
    상기 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부(BMU:Battery Management Unit); 및
    상기 제2배터리제어부와 전기적 신호에 의해 상호 연동되며, 상기 전장품에 공급되는 전류를 제어하는 계전기;
    를 포함하고,
    상기 제2배터리제어부에 구비된 통신 매체를 이용하여 실시간으로 상기 고압 배터리 및 보조 배터리의 제반 사항을 제공받는 단말기를 더 포함하는 전기자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 조정부는
    상기 보조 배터리에 충전이 가능하도록 전압을 강하하는 컨버터; 및
    상기 컨버터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 전력 분배기(PDU: Power Distribution Unit);
    를 포함하는 전기자동차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계전기와 상기 보조 배터리 사이에 구비되며, 전장품에 누설되는 전류를 검측하는 센서부를 더 포함하는 전기자동차.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1배터리제어부와 상기 제2배터리제어부는 실시간으로 전기적 신호에 의해 서로 상호 연동되는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압조정부는 상기 제2배터리제어부로부터 작동명령신호를 받아 상기 보조 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
  7. 보조 배터리의 상태를 관리하는 제2배터리제어부를 구비한 전기자동차의 보조배터리 충전방법에 있어서,
    상기 제2배터리제어부가 전기자동차의 시동 오프 및 비운전상태 확인 단계;
    상기 제2배터리제어부가 상기 보조 배터리의 저전압 또는 과방전 상태를 체크하는 단계;
    상기 보조 배터리가 저전압 또는 과방전 상태일 경우, 고압 배터리의 상태를 체크하는 단계;
    상기 고압 배터리의 잔존 용량이 전기자동차의 구동모터를 구동하기에 충분할 경우, 상기 제2배터리제어부가 전압조정부를 동작시키는 단계;
    상기 전압조정부에서 상기 고압 배터리의 전압을 강하하여 상기 보조 배터리를 충전하는 단계;
    충전 중에 상기 보조 배터리가 적정한 전압값에 도달하면 충전이 끝나고 사용자에서 충전 완료 메시지를 전송하는 단계;
    를 포함하는 전기 자동차 보조 배터리의 충전방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고압 배터리 및 보조 배터리의 상태를 상기 제2배터리제어부가 유선 또는 무선 통신매체인 단말기를 통해 실시간으로 사용자에게 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 전기 자동차 보조 배터리의 충전방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2배터리제어부가 상기 보조 배터리의 누설되는 전류를 체크하고, 차단하는 단계를 더 포함하는 전기 자동차 보조 배터리의 충전방법.
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