KR101428262B1

KR101428262B1 - 차량 배터리 전원 제어 장치

Info

Publication number: KR101428262B1
Application number: KR1020120142664A
Authority: KR
Inventors: 이영종; 박준서
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20140159670A1; KR20140074569A; CN103863126A; DE102013211944A1

Abstract

본 발명은 차량 배터리 전원 제어 장치에 관한 것으로서, 과전류 발생시나 차량 충돌시, 또는 암전류로 인한 배터리 방전시나 배터리 과충전시에 배터리 전원을 자동으로 차단할 수 있는 효과적이고 효율적인 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 차단 또는 연결하는 릴레이와; 상기 릴레이를 통해 차량 내 부하로 공급되는 배터리 방전 전류, 및 차량 내 알터네이터로부터 유입되는 배터리 충전 전류를 검출하는 전류 센서와; 상기 전류 센서의 검출값에 따라 릴레이의 온/오프 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하여 배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 릴레이, 전류 센서 및 제어기가 배터리에 장착되는 것이면서, 상기 전류 센서는 전류 측정 범위가 상대적으로 큰 대전류 센서와, 전류 측정 범위가 상대적으로 작은 소전류 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공한다.

Description

차량 배터리 전원 제어 장치{Power control system for vehicle battery}

본 발명은 차량 배터리 전원 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과전류 발생시나 차량 충돌시, 또는 암전류로 인한 배터리 방전시나 배터리 과충전시에 배터리 전원을 자동으로 차단할 수 있는 차량 배터리 전원 제어 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 차량에는 시동시 시동모터에 전원을 공급하거나 AV 시스템, 램프류, 센서류, 제어기 등의 차량 내 각종 전기부하에 전원을 공급하는 배터리가 탑재된다.

이러한 차량 배터리로는 12V 배터리 외에 차종에 따라 24V 배터리가 탑재되기도 하며, 최근 차량 내 전기부하의 수가 늘어남에 따라 42V 배터리의 적용이 시도되고 있다.

차량 배터리는 방전을 통해 시동모터나 차량 내 전기부하에 전원을 공급하기도 하지만, 차량 주행 중 알터네이터가 구동될 경우에는 충전을 통해 알터네이터 발전 전원을 저장하게 된다.

또한 차량에는 전기부하에 배터리 전원을 공급/차단시켜 주는 주요 구성요소로 이그니션 스위치 박스가 구비되어 있고, 운전자가 시동키로 이그니션 스위치를 조작하여 전원의 공급상태를 결정하도록 되어 있다.

이때, 이그니션 스위치는 배터리 전원이 차량 내 전기부하에 공급될 수 있도록 하는 스위치 역할을 하며, 일부 전기부하는 이그니션 스위치를 거치지 않고 배터리로부터 직접 전원을 공급받아 온/오프되도록 회로가 구성되어 있다.

한편, 배터리의 사용에 있어서 차량 충돌이나 전복 등의 사고 발생시 또는 차량 노후화나 부하의 오작동시에는 과전류가 발생할 수 있고, 이러한 과전류로 인해 발열에 의한 화재가 발생할 수 있다.

특히, 차량 충돌 등의 사고시에 배터리로부터 전기부하로 전원 공급이 계속적으로 이루어질 경우 쇼트 및 2차 화재 발생의 위험이 있게 되며, 이때 배터리 전원을 무조건 차단할 경우 도어 록 해제 등을 위한 전원 공급이 이루어질 수 없으므로 승객의 안전을 크게 위협하게 된다.

또한 주차시와 같이 차량 시동을 정지시키면(이그니션 스위치 오프), 배터리에서 전기부하에 공급되는 전류의 흐름은 차단되지만, 즉각적인 시동을 위한 전류의 공급 및 기타 다른 제어기 등의 장치에는 배터리의 전류가 지속적으로 공급된다.

이러한 암전류 등의 불필요한 전류 소비가 지속적으로 발생하거나, 또는 배터리 잔량이 효율적으로 관리되지 못할 경우, 방전으로 인해 부하 사용은 물론 시동이 불가해질 수 있고, 배터리의 수명 저하는 물론 차량 연비가 저하되는 문제가 있게 된다.

이에 상기한 문제를 해소할 수 있는 효과적이고 효율적인 배터리 전원 제어 시스템이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출한 것으로서, 과전류 발생시나 차량 충돌시에 배터리 전원을 자동으로 차단하여 차량 화재를 방지하고 전장품을 보호할 수 있는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 차량 주차 동안 일정 수준 이상의 배터리 방전시에 전원을 자동으로 차단하여 차량 시동 성능을 보장하면서 완전 방전으로 인한 배터리 수명 저하를 방지할 수 있는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 배터리 충전상태를 측정하여 배터리가 일정 수준 이상으로 충전될 때 차량 내 알터네이터 발전 제어를 통해 과충전이 방지될 수 있도록 함으로써 차량 연비 향상 및 배터리 수명 증대를 가능하게 하는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 배터리 전원 차단, 충방전 제어, 암전류 차단 등 별도 장치에서 개별적으로 수행되던 기능을 통합하여 수행하도록 구성됨으로써 원가 절감, 중량 저감 및 신뢰성 향상을 가능하게 하는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 차단 또는 연결하는 릴레이와; 상기 릴레이를 통해 차량 내 부하로 공급되는 배터리 방전 전류, 및 차량 내 알터네이터로부터 유입되는 배터리 충전 전류를 검출하는 전류 센서와; 상기 전류 센서의 검출값에 따라 릴레이의 온/오프 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하여 배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 릴레이, 전류 센서 및 제어기가 배터리에 장착되는 것이면서, 상기 전류 센서는 전류 측정 범위가 상대적으로 큰 대전류 센서와, 전류 측정 범위가 상대적으로 작은 소전류 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치를 제공한다.

여기서, 상기 대전류 센서와 소전류 센서는 배터리 (+) 단자로부터 부하 연결 단자 및 알터네이터/스타터 연결 단자로 연결되는 회로에서 릴레이의 전단 또는 후단에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 온 상태에서는 대전류 센서의 검출값을 기준값과 비교하여 상기 검출값이 기준값 이상인 과전류 상태이면, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 차량 측으로부터 차속 센서의 정보를 입력받아 차량 정지 상태임을 판단한 경우, 배터리 전원 차단 전에 차량 측에 도어 언락을 요청하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 차량 측으로부터 충돌 감지 신호와 에어백 작동 신호를 입력받은 경우, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 충돌 감지 신호와 에어백 작동 신호를 입력받은 후 배터리 전원 차단 전에 차량 측에 도어 언락을 요청하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 오프 상태에서는 상기 소전류 센서의 검출값으로부터 일정 수준 이상의 암전류가 발생함을 판단한 경우, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 배터리 SOC를 연산한 뒤 연산된 SOC가 설정값 미만이면서, 상기 소전류 센서의 검출값이 설정 전류를 초과하면, 일정 수준 이상의 암전류가 발생한 것을 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 온 상태에서 대전류 센서의 검출값을 이용하여 차량 주행 동안의 충/방전 전류를 적산한 SOC 변화량을 계산한 뒤, 주행 전의 SOC에 상기 SOC 변화량을 더하여 현재의 현재의 SOC를 산출하고, 산출되는 현재의 SOC를 차량 내 제어기에서 알터네이터 발전 제어에 사용하도록 출력하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 차량 배터리 전원 제어 장치에서는 과전류 발생시나 차량 충돌시에 배터리 전원을 자동으로 차단해주어 차량의 화재를 방지할 수 있고, 전장품을 보호할 수 있게 된다.

또한 차량 주차 동안 일정 수준 이상의 배터리 방전시에 배터리 전원을 자동으로 차단해주어 배터리의 완전 방전을 방지할 수 있고, 이에 차량 시동 성능을 보장하면서 배터리 수명 저하를 방지할 수 있게 된다.

또한 배터리 충전상태를 측정하여 배터리가 일정 수준 이상으로 충전될 때 차량 내 알터네이터 발전 제어를 통해 과충전이 방지될 수 있도록 함으로써 차량 연비 향상 및 배터리 수명 증대가 가능해지는 효과가 있다.

또한 본 발명에서는 배터리 전원 차단, 충방전 제어, 암전류 차단 등 별도 장치에서 개별적으로 수행되던 기능을 통합하여 하나의 장치가 효율적인 전원 관리를 수행하게 됨으로써 원가 절감, 중량 저감 및 신뢰성 향상이 가능해지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 전원 제어 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 전원 제어 장치의 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치와 차량 측 요소와의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치와 차량 측과의 전원 결선 상태를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치가 장착된 배터리의 사시도이다.
도 6은 배터리에서 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치의 구성요소들이 배치된 상태를 예시한 평면도이다.
도 7은 본 발명에서 과전류 발생시 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명에서 차량 충돌시의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명에서 주차시 암전류에 따른 전원 차단 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 10은 차량 주행 중 배터리 충방전 다이어그램이다.
도 11은 본 발명에서 SOC를 통한 발전 제어 과정을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 전원 제어 장치의 회로 구성도이다.

본 발명의 배터리 전원 제어 장치(110) 중 후술하는 제어기(111) 및 릴레이 구동 드라이버(112), 릴레이(113), 전압측정부(114), 온도 센서(115), 대전류 센서(116) 및 소전류 센서(117), 퓨즈(118) 등은 배터리(100)에 장착되는 것으로서(도면에서는 분리하여 도시함), 이들을 포함하여 구성되는 배터리 전원 제어 장치(110)의 회로 구성에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리(100)로부터의 공급 전원을 선택적으로 차단/연결하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(111)와, 상기 제어기(111)가 출력하는 제어신호에 따라 온/오프 구동하여 배터리(100)로부터 차량 측으로의 공급 전원을 차단 또는 연결하는 릴레이(113)를 포함한다.

상기 릴레이(113)는 제어기(111)의 제어신호에 따라 구동이 제어되는 릴레이로서, 대전류 차단이 가능한 대전류 래치 릴레이(latch relay)로 구현될 수 있다.

상기 릴레이(113)의 구동 제어는 제어기(111)의 제어신호에 따라 릴레이 구동 드라이버(112)가 릴레이의 여자 코일(113a) 측에 선택적으로 전류를 인가하거나 차단함으로써 이루어진다.

또한 상기 릴레이(113)의 온 상태에서 릴레이 접점(113b) 측을 통해 배터리(100)의 전원이 차량 내 부하(11) 및 시동모터(13)로 공급되도록 회로가 구성되며, 또한 알터네이터(12)의 발전 전력이 상기 릴레이 접점(113b) 측을 통해 배터리(100)로 공급될 수 있도록 회로가 구성된다.

이에 제어기(111)가 릴레이(113)의 온/오프 구동을 제어하게 되면, 부하(11) 및 시동모터(13)로의 배터리 공급 전원이 차단 또는 연결되는 제어가 이루어질 수 있고(방전 제어), 더불어 알터네이터(12)의 발전 전력이 선택적으로 배터리(100)에 공급될 수 있도록 하여 배터리(100)의 충전 제어가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 배터리 전원 제어 장치(110)에서 제어기(111)는 배터리 전압과 온도, 충/방전 전류, 충전상태(SOC:State of Charge, 배터리 잔량) 등의 배터리 상태 정보를 수집하며, 수집된 배터리 상태 정보(SOC 등)를 차량 제어에 이용될 수 있도록 차량 내 타 제어기에 제공한다.

이와 같이 제어기(111)에서 배터리 상태 정보가 수집될 수 있도록 배터리(100)에는 배터리 전압을 측정하기 위한 전압측정부(114), 배터리 온도를 측정하기 위한 온도 센서(115), 충방전 전류를 측정하기 위한 전류 센서(116,117)가 구비되며, 각 측정 정보가 제어기(111)로 입력되도록 회로가 구성된다.

이 중에서 충방전 전류를 측정하기 위한 전류 센서로는 측정 범위를 달리하는 2개의 전류 센서, 즉 대전류 센서(116)와 소전류 센서(117)로 구분되되, 소량의 전류 측정 정확도를 높이기 위해 대전류 센서와 소전류 센서로 구분된다.
예를 들면, 차량이 운행 상태인 경우 대전류 센서를 통해 전류를 측정할 수 있고, 차량이 주차 상태인 경우 소전류 센서를 통해 전류를 측정할 수 있다.
여기서 대전류 센서(116)는 대전류 측정이 가능하도록 상대적으로 큰 측정 범위를 갖는 전류 센서이다.

반면, 소전류 센서(117)는 상대적으로 작은 측정 범위를 갖는 전류 센서로, 대전류 센서(116)에 비해 작은 전류, 즉 일정 범위의 소량 전류를 측정할 수 있는 전류 센서이다.

상기 대전류 센서(116)와 소전류 센서(117)는 배터리(100)로부터 릴레이(113)의 접점(113b) 측을 통해 차량 내 부하(11), 즉 필요에 따라 배터리(100)로부터의 전원을 차단하고자 하는 차량 내 정해진 부하로 전원을 공급하는 회로상에 설치된다.

상기 대전류 센서(116)와 소전류 센서(117)는 도 1에 예시된 바와 같이 배터리(100)의 전원 차단부인 릴레이(113) 후단에 설치될 수 있으나, 도 2에 예시된 바와 같이 릴레이(113) 전단에 설치될 수도 있다.

도 2는 대전류 센서(116)와 소전류 센서(117)가 릴레이(113) 전단에 배치되는 다른 실시예의 회로 구성도이다.

또한 상기 제어기(111)는 차량의 전원 상태를 알 수 있도록, 즉 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받을 수 있도록 이그니션 스위치와 연결되고, 더불어 배터리(100)로부터의 전원이 차단된 뒤 다시 전원 공급 상태로 복귀하기 위해 조작하게 되는 복귀 스위치(15)와 연결된다.

상기 복귀 스위치(15)를 조작할 경우 스위치 조작 신호를 입력받은 제어기(111)가 배터리(100)의 전원 공급이 이루어지도록 릴레이(113)를 온(on) 시키게 된다.

또한 제어기(111)는 배터리 전원 차단을 알려주기 위한 차량의 전원 차단 경고등(16)과 연결되며, 릴레이(113)를 오프시켜 배터리(100)로부터의 전원 공급이 차단되면 상기 전원 차단 경고등을 점등시키게 된다.

도 1 및 도 2에서 도면부호 118은 차량 내 상시 전원부하(14)가 연결되는 회로상에 설치되어 과전류가 흐를 경우 차단을 위해 단선되는 퓨즈를 나타낸다.

그리고, 본 발명에서 상기 제어기(111)는 차량 측의 차속 센서와 충돌 감지 센서의 신호를 입력받도록 되어 있으며, 더불어 차량 내 타 제어기(Airbag ECU, BCM 등)와 CAN 통신을 통해 정보를 주고 받을 수 있도록 연결된다(타 제어기와 미도시된 CAN 통신모듈을 통해 연결됨).

예컨대, 상기 제어기(111)는 배터리 상태 정보, 배터리 전원 차단 정보 등을 CAN 통신을 통해 차량 내 제어기(111)로 전달하고, 또한 차체제어모듈(BCM:Body Control Module)로부터 도어 상태 정보(락(lock)/언락(unlock) 정보)를 전달받음과 더불어 필요한 경우 도어 언락을 요청하는 신호를 출력하여 BCM에 전달한다.

또한 상기 제어기(111)는 에어백 제어기(Airbag Ecu)로부터는 에어백 작동 정보, 즉 에어백 전개 작동 여부를 나타내는 신호를 수신받게 된다.

이에 따라, 상기 제어기(111)는 과전류, 암전류, 차량 충돌시 등을 판단하여 전원 공급 여부를 제어할 수 있으며, 더불어 배터리 상태를 예측하여 충방전 제어를 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치의 구성에 대해 설명하였는바, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치(110)와 차량 측 요소와의 연결 관계를 상술한 내용과 일치되도록 간략하게 정리하여 나타낸 도면으로, 배터리 전원 제어 장치(110)의 제어기(111)와 연결되는 입력요소와 출력요소를 보여주고 있다.

또한 도 4는 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치와 차량 측과의 전원 결선 상태를 간략하게 도시한 도면으로, 배터리(100)로부터의 공급 전원을 선택적으로 차단 또는 연결하기 위한 릴레이(113)와 더불어, 이 릴레이(113)의 접점(113b) 측에 연결된 시동모터(13)와 알터네이터(12), 릴레이(113)의 접점(113b) 측과 차량 내 정션박스(20)를 통해 차량의 각 부하(11,14)가 결선된 상태를 보여주고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치가 장착된 배터리의 사시도이고, 본 발명의 배터리 전원 제어 장치(110)는 각 구성요소들이 모듈화되어 배터리(100)에 장착된다.

또한 도 6은 배터리(100)에서 본 발명에 따른 배터리 전원 제어 장치(110)의 구성요소들이 배치된 상태를 예시한 평면도로서, 전체 구성요소 중 제어기(111)와 릴레이(113)를 나타내고 있으며, 그 밖에 배터리(100)에 구비되는 상시 전원 단자, 차량 부하 단자, 알터네이터/스타터 단자를 보여주고 있다.

본 발명의 배터리 전원 제어 장치에서 전류 센서는 도 6에 나타내지는 않았으나, 도 1에 나타낸 바와 같이 배터리(100) (+) 단자와 부하 연결 단자, 알터네이터/스타터 연결 단자 사이의 배선에서 릴레이(113) 전단 또는 후단에 배치된다.

이하, 상기한 구성의 배터리 전원 제어 장치가 수행하는 전원 제어 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량의 노후화, 부하의 오작동 또는 충돌에 의해 과전류가 발생할 경우 부하로 공급되는 배터리 전원을 차단하면서 전원 차단 경고등을 통해 경고하고, 이로써 발열로 인해 발생하는 화재를 예방한다.

도 7은 과전류 발생시 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 차량 운행이 이루어지는 이그니션 스위치(17) 온 상태에서 대전류 센서(116)의 검출 정보를 이용하게 되며, 차량 정지 상태에서 대전류 센서(116)의 검출값(소비 전류, 즉 방전 전류)이 기준값을 초과하는 과전류 발생시에 배터리(100) 전원을 차단한다.

즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제어기(111)는 이그니션 스위치 온 상태에서 소비 전류(대전류 센서의 검출값)가 미리 설정된 기준값 이상일 경우, 차량 측으로부터 차속 센서(18)의 정보를 입력받아 그로부터 차량 정지 상태인지를 확인하게 된다.

이어 차량이 정지 상태이면, 배터리(100) 전원 차단 전에, 먼저 BCM으로부터 도어 락/언락 상태를 확인하고, 만약 도어 락 상태이면 BCM에 도어 언락을 요청하여 도어의 락이 해제되도록 한다.

이어 릴레이(113)를 오프 제어하여 배터리 전원을 차단하고, 전원 차단 경고등(16)을 점등시켜 전원이 차단됨을 경고하게 된다.

이후 복귀 스위치(15)의 온 조작이 검출되면, 소비 전류가 기준값 미만인지를 확인한 뒤, 만약 기준값 미만일 경우 릴레이(113)를 온 시켜 전원 차단을 해제(배터리 전원 복귀)함과 동시에 전원 차단 경고등(16)의 소등시켜 경고 상태를 해제한다.

여기서, 소비 전류가 계속해서 기준값 이상이라면 복귀 스위치(15)의 온 조작에 상관없이 계속해서 릴레이(113)를 오프 상태로 유지하면서 전원 차단 및 경고 상태를 유지하게 된다.

도 8은 차량 충돌시의 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 제어기(111)가 충돌 감지 센서(19)의 충돌 감지 신호로부터 차량 충돌이 발생한 것으로 판단하게 되면 에어백 제어기로부터 에어백 동작 여부를 확인하게 된다.

이때, 에어백 제어기로부터 에어백 작동 신호를 입력받은 경우 차량 충돌 상태로 판단하여 BCM으로부터 도어 락/언락 상태를 확인하고, 만약 도어 락 상태이면 BCM에 도어 언락을 요청하여 도어의 락이 해제되도록 한다.

한편, 차량 주차시와 같이 이그니션 스위치(17) 오프 상태에서는 부하로 공급되는 소전류를 정밀하게 측정하기 위해 소전류 센서(117)를 통해 소비 전류를 측정하고, 이때 과도한 전류 소비가 발생할 경우(즉, 과도한 암전류 발생의 경우) 배터리 전원을 차단하면서 전원 차단 경고등(16)을 통해 경고하여, 이그니션 스위치 오프시 암전류로 인한 배터리 방전을 예방한다.

도 10은 주차시 암전류에 따른 전원 차단 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 배터리(100)에 장착된 배터리 전원 제어 장치(110)의 제어기(111)는 차량 주차시와 같은 이그니션 스위치(17) 오프 상태에서 소전류 센서(117)의 검출 정보를 이용하여 일정 수준 이상의 암전류가 발생함을 판단하게 되면 배터리 전원을 차단하는 제어 과정을 수행하게 된다.

먼저, 제어기(111)는 이그니션 스위치 오프 상태(차량 주차 상태)에서 전압측정부(114) 및 온도 센서(115)를 통해 측정된 배터리 전압 및 온도를 입력받음과 더불어 소전류 센서(117)를 통해 측정되는 소비 전류를 입력받고, 전압, 온도(배터리 주변 온도를 센서로부터 입력받은 뒤 배터리액 온도를 예측하여 사용할 수 있음)에 따른 OCV 대비 SOC를 연산한다.

여기서, SOC가 미리 설정된 설정값(A) 미만이고, 소비 전류가 설정 전류(B)를 초과할 경우, 제어기(111)는 릴레이(113)를 오프 제어하여 배터리 전원을 차단하고, 전원 차단 경고등(16)을 점등시켜 전원이 차단됨을 경고하게 된다.

이때, 상기 설정값은 냉시동(cold cranking)시 필요 SOC 값으로 설정되고, 상기 설정 전류는 과도한 암전류 발생을 판단하기 위한 기준이 되는 전류 값이다.

이후 복귀 스위치(15)의 온 조작이 검출되면, 릴레이(113)를 온 시켜 전원 차단을 해제(배터리 전원 복귀)함과 동시에 전원 차단 경고등(16)의 소등시켜 경고 상태를 해제한다.

다음으로, 도 9는 차량 주행 중 배터리 충방전 다이어그램으로서, 충전시 알터네이터의 구동으로 발전 전력 및 충전 전류(Ic)가 배터리(100)로 공급됨을 보여주고 있으며, 더불어 방전시 배터리(100)로부터 차량 부하로 흐르는 소비 전류(방전 전류)(Id)를 보여주고 있다.

도 11은 SOC를 통한 발전 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 배터리 전원 제어 장치의 제어기(111)는 차량 운행 중 충방전 전류(대전류 센서를 통해 검출함)를 측정하여 배터리 충전상태(SOC)를 연산한 뒤 발전 제어에 필요한 정보를 통신을 통해 차량 내 제어기에 제공한다.

이에 차량 내 제어기는 발전 제어를 통해 알터네이터(12)로부터 배터리(100)로 유입되는 전원에 의해 배터리가 과충전되는 것을 방지하게 되며, 이로써 배터리의 효율 증대를 도모할 수 있다.

먼저, 이그니션 스위치 온 상태(차량 주행 상태)에서 배터리(100)에 장착된 배터리 전원 제어 장치(110)의 제어기(111)가 전압측정부(114) 및 온도 센서(115)를 통해 측정된 배터리 전압 및 온도를 입력받음과 더불어 대전류 센서(116)를 통해 측정되는 전류를 입력받고, 충/방전 전류를 적산한다.

이때, 이그니션 스위치가 온 되는 시점에서 배터리 전압 및 온도로부터 연산된 주행 전의 SOC(SOCi)에 차량 주행 동안의 충/방전 전류를 적산하여 계산한 충방전 전류 적산량, 즉 SOC 변화량(SOCd=∑Ic+∑Id)를 더하여 현재의 SOC를 산출한 뒤, 이 현재의 SOC를 출력하여 차량 내 제어기(111)로 전달한다.

이어 차량 내 제어기(111)는 배터리(100)의 제어기(111)로부터 전달된 현재의 SOC를 미리 설정된 배터리 방전 한계값(SOCl)과 비교하고, 만약 현재의 SOC가 한계값 미만인 경우 알터네이터의 출력을 증가시키는 발전 제어를 수행한다.

반면, 현재의 SOC가 한계값 이상이면서 미리 설정된 배터리(100) 충전 한계값(SOCm) 이상인 경우 알터네이터의 출력을 감소시키는 발전 제어를 수행한다.

이에 본 발명의 배터리 전원 제어 장치는 SOC 측정을 위해 사용되는 전류 센서 및 전류 센서 시스템과 배터리 전원 차단 시스템이 통합된 형태가 되면서 단순 전류 측정만이 아닌 SOC 연산 기능을 가짐으로써 차량 내 제어기의 처리 부하를 줄일 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 배터리
110 : 배터리 전원 제어 장치
111 : 제어기
113 : 릴레이
116 : 대전류 센서
117 : 소전류 센서

Claims

배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 차단 또는 연결하는 릴레이와;
상기 릴레이를 통해 차량 내 부하로 공급되는 배터리 방전 전류, 및 차량 내 알터네이터로부터 유입되는 배터리 충전 전류를 검출하는 전류 센서와;
상기 전류 센서의 검출값에 따라 릴레이의 온/오프 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하여 배터리로부터 차량 측으로의 공급 전원을 제어하는 제어기;
를 포함하고, 상기 릴레이, 전류 센서 및 제어기가 배터리에 장착되는 것이면서, 상기 전류 센서는 전류 측정 범위가 상대적으로 큰 대전류 센서와, 전류 측정 범위가 상대적으로 작은 소전류 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 대전류 센서와 소전류 센서는 배터리 (+) 단자로부터 부하 연결 단자 및 알터네이터/스타터 연결 단자로 연결되는 회로에서 릴레이의 전단 또는 후단에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 온 상태에서는 대전류 센서의 검출값을 기준값과 비교하여 상기 검출값이 기준값 이상인 과전류 상태이면, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어기는 차량 측으로부터 차속 센서의 정보를 입력받아 차량 정지 상태임을 판단한 경우, 배터리 전원 차단 전에 차량 측에 도어 언락을 요청하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 차량 측으로부터 충돌 감지 신호와 에어백 작동 신호를 입력받은 경우, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어기는 충돌 감지 신호와 에어백 작동 신호를 입력받은 후 배터리 전원 차단 전에 차량 측에 도어 언락을 요청하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 오프 상태에서는 상기 소전류 센서의 검출값으로부터 일정 수준 이상의 암전류가 발생함을 판단한 경우, 배터리 전원이 차단되도록 상기 릴레이를 오프 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제어기는 배터리 SOC를 연산한 뒤 연산된 SOC가 설정값 미만이면서, 상기 소전류 센서의 검출값이 설정 전류를 초과하면, 일정 수준 이상의 암전류가 발생한 것을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 입력받도록 구비되어 이그니션 스위치 온 상태에서 대전류 센서의 검출값을 이용하여 차량 주행 동안의 충/방전 전류를 적산한 SOC 변화량을 계산한 뒤, 주행 전의 SOC에 상기 SOC 변화량을 더하여 현재의 현재의 SOC를 산출하고, 산출되는 현재의 SOC를 차량 내 제어기에서 알터네이터 발전 제어에 사용하도록 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 전원 제어 장치.