KR101468174B1 - 차량의 전원 제어 장치 - Google Patents

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김동근
강성주
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세화자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 차량의 전원 제어 장치는, 엔진(10)의 회전 동력을 전달받아 전기를 생성하는 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 메인배터리(30); 상기 메인배터리(30)를 완전 충전시킨 후 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 보조배터리(40); 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량에 구비된 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환하는 승압장치(50); 및 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)의 출력 전압을 감시하여, 상기 메인배터리(30)의 완충시에 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 상기 보조배터리(40)로 충전하도록 하고, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량의 전기 장비(60)로 선택적으로 공급하는 제어부(70);를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의하면, 차량의 발전기(20)에서 생성된 전력을 직접 승압 장치에 연결하여 사용함으로써, 차량에 구비된 배터리에 충전된 전력을 보존할 수 있다.

Description

차량의 전원 제어 장치 {Power control apparatus of a vehicle}
본 발명은 차량의 전원 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 군용 차량과 같이 특수한 상황에서 차량에 장착된 전기 장비(60)에 전원을 공급하는 차량의 전원 제어 장치에 관한 것이다.
일반적인 차량에는 발전기 (알터네이터 또는 제너레이터)와 배터리가 구비된다. 배터리의 주요 역할은 차량을 시동 온 시키는 것이다. 차량이 시동 된 이후에는 차량에 구비된 발전기에 의해 동력을 생성하고 일부 전원은 배터리에 충전된다.
차량에는 다양한 전기 전자/기기(이하에서는 '전기 장비'라 함)가 탑재되어 사용되고 있으며, 특히 군용 차량에 탑재된 무전기와 같은 각종 군용 전기 장비가 탑재되어 있다.
이러한 군용 전기 장비를 지속적으로 사용할 때, 발전기의 충전 용량 부족에 따라 차량의 시동성능을 확보하기가 어려운 문제가 발생한다.
또한, 차량에 탑재된 각종 군용 전기 장비로 공급되는 전력을 변환하는 컨버터나 인버터를 장시간 사용하게 되면 배터리가 방전되는 문제가 발생한다.
또한, 차량에 탑재된 각종 군용 전기 장비(60)를 지속적으로 사용하여 전력이 소비되면, 차량의 냉시동이 요구되는 경우 냉시동 성능을 확보하기가 어려운 문제가 발생한다.
또한, 차량의 무 시동시에 차량에 탑재된 전기 장비(60)를 사용하는 경우, 배터리가 방전되어 차량의 시동 성능이 떨어지는 문제가 발생하였다.
선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0096471호(발명의 명칭 : 시동성 개선을 위한 차량 전원 제어 장치)는 차량의 발전기에서 발생된 발전 전류를 메인 배터리에 만 충전하고 메인 배터리를 보호하면서 보조 배터리를 충전 시킬 수 있는 시동성 개선을 위한 차량 전원 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 군용 차량에 탑재된 다양한 군용 전기 장비를 지속적으로 사용할 때 발전기의 충전 용량에 따라 차량의 시동성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
또한, 군용 차량의 시동 초기에 과전압이 발생할 때, 차량에 탑재된 장비를 보호하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 군용 차량에 탑재된 장비의 지속적인 사용으로 인해 차량의 냉시동시 냉시동성을 개선하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 차량의 무 시동시에 차량에 탑재된 장비를 지속적으로 사용할 때, 차량에 탑재된 배터리의 방전에 의해 차량 시동성이 악화하는 것을 방지하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전원 제어 장치는, 엔진(10)의 회전 동력을 전달받아 전기를 생성하는 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 메인배터리(30); 상기 메인배터리(30)를 완전 충전시킨 후 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 보조배터리(40); 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량에 구비된 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환하는 승압장치(50); 및 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)의 출력 전압을 감시하여, 상기 메인배터리(30)의 완충시에 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 상기 보조배터리(40)로 충전하도록 하고, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량의 전기 장비(60)로 선택적으로 공급하는 제어부(70);를 포함할 수 있다.
상기 제어부(70)는, 차량의 무 시동시에는, 상기 보조배터리(40)로부터 차량의 전기 장비(60)로 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어부(70)는, 차량의 냉시동시에는, 상기 메인배터리(30) 및 상기 보조배터리(40)로부터 전력을 공급받아 차량을 시동시킬 수 있다.
상기 엔진(10)의 회전 RPM을 조절하는 와이어 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 승압 장치는, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 승압 또는 감압시키는 컨버터; 또는 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환시키는 인버터; 를 포함할 수 있다.
상기 제어부(70)는, 상기 컨버터의 사용이 불가능한 경우에는, 상기 메인배터리(30) 및 상기 보조배터리(40)를 직렬 연결하여 차량의 전기 장비(60)로 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어부(70)는, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(30)의 충전 상태를 감지하여 충전 상태가 설정 값 이하이면 경고부를 통해 알람을 발생하고, 알람을 발생한 이후 일정 시간이 경과하면, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(30)에서 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의하면, 차량의 발전기에서 생성된 전력을 직접 승압 장치에 연결하여 사용함으로써, 차량에 구비된 배터리에 충전된 전력을 보존할 수 있다.
그리고 차량의 무 시동시에는 보조배터리로부터 승압 장치를 통해 전기 장비로 전력을 공급함으로써, 메인배터리가 방전되는 것을 방지하고, 이에 따라 차량의 시동성을 확보할 수 있다.
그리고 컨버터의 사용이 불가능한 경우에는, 메인배터리와 보조배터리의 전력을 직접 전기 장비로 공급함으로써, 비상시 전투력을 강화할 수 있다.
그리고 냉시동이 요구되는 경우, 메인배터리와 보조배터리의 전력을 이용하여 차량을 시동시킴으로써, 냉시동 성능을 강화할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 평상시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 무 시동시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 비상시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 냉시동시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치는, 메인배터리(30), 보조배터리(40), 승압장치(50), 및 제어부(70)를 포함하여 구성된다.
상기 메인배터리는 엔진(10)의 회전 동력을 전달받아 전기를 생성하는 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 역할을 한다. 그리고 상기 보조배터리(40)는 상기 메인배터리(30)를 완전 충전시킨 후 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 역할을 한다.
즉, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력은 1차적으로 상기 메인배터리(30)에 충전되고, 상기 메인배터리(30)의 충전이 완료되면, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력은 상기 보조배터리(40)에 충전된다.
상기 승압장치(50)는 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 상기 보조배터리(40)에서 충전된 전력을 차량에 탑재된 전기 장비(60)로 공급할 때, 각 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환시켜 주는 구성으로써, 컨버터 또는 인버터를 포함한다.
상기 컨버터는 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 승압 또는 감압시킨다. 즉, 직류 전원을 직류 전원으로 변환하는 DC-DC 컨버터일 수 있다.
상기 인버터는 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환시킨다. 즉, 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키는 DC-AC 컨버터일 수 있다.
차량에 탑재된 전기 장비(60)로는, 무전기 및 전술 전화기를 포함하는 각종 통신 장비, 화생방 경보기를 포함할 수 있다.
상기 제어부(70)는 각종 전자 기기를 제어하는 ECU(engine control unit)일 수 있다. 상기 제어부(70)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램에 의해 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전원 제어 장치의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치는, 상기 엔진(10)의 회전 RPM을 조절하는 와이어 스위치를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 차량이 공회전할 때 상기 발전기(20)에서 생성되는 전력은 76A의 전류가 생성된다. 그리고 차량의 엔진(10)이 3000RPM일 때 생성되는 전력은 140A의 전류가 생성된다. 따라서 차량의 엔진(10)이 공회전할 때 사용되는 전류와 비교하여 차량에 탑재된 전기 장비(60)에 공급되는 전류가 부족할 때 엔진(10)의 RPM을 조절함으로써, 상기 발전기(20)에서 생성되는 전력을 적절히 조절할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치를 이용한 전력 공급과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 평상시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 평상시에는 차량의 발전기(20)에서 생성된 전력은 일부는 상기 배터리(메인배터리(30) 및 보조배터리(40))를 충전하고, 일부는 상기 승압 장치로 공급된다. 상기 승압 장치에서 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환된 전력은 각 전기 장비(60)로 공급된다.
즉, 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에 충전되는 전력을 상기 전기 장비(60)로 공급하는 것이 아니라, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 상기 승압 장치로 직접 공급하는 것이다. 이와 같이, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 상기 전기 장비(60)로 직접 공급하여, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(40)에 충전된 전력을 보존하는 것이 가능하다.
또한, 차량의 시동이 유지된 상태에서, 상기 와이어스위치(12)를 통해 엔진(10) RPM을 적절히 조절하여 상기 발전기(20)에서 생성되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 차량에 탑재된 전기 장비(60)에서 소모하는 전류량이 크면 엔진(10) RPM을 높여 상기 발전기(20)에서 생성되는 전력을 증가시키고, 차량에 탑재된 전기 장비(60)에서 소모하는 전류량이 작으면 상대적으로 엔진(10) RPM을 낮춰 상기 발전기(20)에서 생성되는 전력을 작게 할 수 있다.
여기서, 평상시라는 것은, 차량이 시동이 걸린 상태 (공회전 상태) 또는 주행 중 엔진 RPM이 일정 수준으로 상승한 상태에서 차량에 탑재된 전기 장비(60)로 전력을 공급하는 경우를 말한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 무 시동시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 무시동 상태에는, 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력이 상기 승압 장치로 공급된다. 그리고 상기 승압 장치에서 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환된 전력은 각 전기 장비(60)로 공급된다. 여기서, 차량의 무 시동 상태는 군 전술상 은밀한 행동이 요구되어 차량의 시동을 걸지 않은 상태를 의미한다.
즉, 군 전술상 은밀한 행동이 요구되는 경우에 차량에 탑재된 전기 장비(60)를 사용하는 경우에는 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력을 이용하여 전기 장비(60)를 구동함으로써, 상기 메인배터리(30)에 충전되는 전력을 보존할 수 있다. 이에 따라 메인배터리(30)가 방전되는 것을 방지하여 차량의 시동성을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 비상시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 승압 장치(컨버터)를 사용할 수 없는 비상시에는, 차량의 발전기(20)에서 상기 메인배터리(30)로 공급되는 전력을 차단하고, 상기 메인배터리(30)와 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량에 탑재된 전기 장비(60)로 직접 공급한다.
이와 같이, 상기 컨버터를 사용할 없는 비상 상황시에는, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량에 탑재된 전기 장비(60)로 직접 공급함으로써, 전기 장비(60)를 운용할 수 있어, 전투력을 향상시킬 수 있다.
일반적으로, 차량에 구비되는 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)는 12V로 전압을 출력하고, 차량에 탑재된 대부분의 전기 장비(60)는 20V에서 30V 범위의 범용적으로 사용할 수 있도록 제작된다.
따라서, 비상 상황시에는 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)를 직렬 연결하여 상기 전기 장비(60)로 입력되는 전압을 24V로 승압하여 공급한다.
이때, 상기 제어부(70)는 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)의 충전 상태(SOC: state of charge)를 지속적으로 감지하여 상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)의 충전 상태가 약 30% 정도 남은 경우에는 차량에 구비된 부저 또는 램프와 같은 경고부를 통해 운전자 또는 사용자에게 통보하고, 일정 시간이 경과한 후에도 배터리를 계속 사용하는 경우에는 상기 메인배터리와 보조배터리에서 공급되는 전력을 차단한다. 일반적으로 차량에 구비된 배터리의 특성상 배터리를 너무 많이 소모시키면 극판의 손상으로 인해 수명이 단축되는 것을 방지하기 위함이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전원 제어 장치에 의한 냉시동시 전력 공급 단계를 도시한 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 차량의 냉시동시에는, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(40)에서 상기 승압 장치로 공급되는 전력을 차단하고, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(40)에 충전된 전력을 모두 차량의 시동 모터에 공급하여 차량을 시동시킨다.
이와 같이, 차량의 냉시동 성능이 요구되는 경우에는, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(40)에 충전된 전력을 이용하여 차량을 시동시킴으로써, 냉시동 성능을 확보할 수 있게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 엔진
12: 와이어스위치
20: 발전기
30: 메인배터리
40: 보조배터리
50: 승압장치
60: 전기 장비
70: 제어부

Claims (7)

  1. 엔진(10)의 회전 동력을 전달받아 전기를 생성하는 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 메인배터리(30);
    상기 메인배터리(30)를 완전 충전시킨 후 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 충전하는 보조배터리(40);
    상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 상기 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량에 구비된 전기 장비(60)의 정격 용량으로 변환하는 승압장치(50); 및
    상기 메인배터리(30)와 보조배터리(40)의 출력 전압을 감시하여, 상기 메인배터리(30)의 완충시에 상기 발전기(20)에서 생성된 전력을 상기 보조배터리(40)로 충전하도록 하고, 상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에 충전된 전력을 차량의 전기 장비(60)로 선택적으로 공급하는 제어부(70);를 포함하고,
    상기 승압 장치는,
    상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 승압 또는 감압시키는 컨버터; 또는
    상기 발전기(20)에서 생성된 전력, 또는 상기 메인배터리(30) 또는 보조배터리(40)에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환시키는 인버터;를 포함하며,
    상기 제어부(70)는,
    상기 컨버터의 사용이 불가능한 경우에는, 상기 메인배터리(30) 및 상기 보조배터리(40)를 직렬 연결하여 차량의 전기 장비(60)로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(70)는,
    차량의 무 시동시에는, 상기 보조배터리(40)로부터 차량의 전기 장비(60)로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(70)는,
    차량의 냉시동시에는, 상기 메인배터리(30) 및 상기 보조배터리(40)로부터 전력을 공급받아 차량을 시동시키는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔진(10)의 회전 RPM을 조절하는 와이어 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(70)는,
    상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(30)의 충전 상태를 감지하여 충전 상태가 설정값 이하이면 경고부를 통해 알람을 발생하고,
    알람을 발생한 이후 일정 시간이 경과하면, 상기 메인배터리(30) 및 보조배터리(30)에서 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 제어 장치.
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