KR101510332B1 - 대형 차량용 배터리 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

대형 차량용 배터리 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

대형 차량용 배터리 제어장치가 개시된다. 개시된 대형 차량용 배터리 제어장치는 직렬로 연결된 두 개의 배터리 중 적어도 어느 하나의 배터리를 선택적으로 사용하기 위한 것으로서, ⅰ)각 배터리의 (+)(-) 전원에 연결되며, 각 배터리의 열화를 모니터링 하는 배터리 열화 모니터링부와, ⅱ)한 쌍의 제1 및 제2 (+)전원 접점과 한 쌍의 제1 및 제2 (-)전원 접점을 가지며 배터리 열화 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 각 배터리의 (+)(-) 전원을 선택적으로 스위치 연결하는 (+)(-) 전원 스위치 제어부를 포함할 수 있다.

Description

대형 차량용 배터리 제어장치 및 제어방법 {BATTERY CONTROL DEVICE AND METHOD FOR LARGE VEHICLE}
본 발명의 실시예는 대형 대형 차량용 배터리 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 12V 배터리를 사용하는 대형 차량의 배터리 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 버스, 대형 버스 및 상용 트럭 등과 같은 대형 차량에서는 전원 공급장치로서 24V 배터리를 사용하고 있다.
특히 연료전지 버스에서는 24V 전압 뿐만 아니라 12V 전압을 동시에 사용하고 있고 있는데, 12V 배터리 2개를 직렬로 연결하여 24V 전압을 사용하고, 12V 전압이 필요한 제어기 등의 기타 장치들은 12V 배터리 하나만 이용하여 필요한 전압을 사용하고 있다.
즉, 종래 기술에서는 24V가 필요한 장치들에 대해서 2개의 12V 배터리를 직렬로 연결하여 사용하고, 12V가 필요한 장치들은 배터리 한 개만을 교체 시점까지 사용하고 있다.
그런데, 종래 기술에서는 상기와 같이 12V 배터리 2개를 직렬로 연결하여 24V 전압을 사용하거나 12V 배터리 하나만으로 12V 전압을 사용하게 되므로, 배터리의 잦은 충방전으로 인해 배터리 각각의 열화 속도 차이가 발생하게 되고, 이에 따라 하나의 배터리는 사용 가능한 수준의 성능을 유지하지만 다른 하나의 배터리는 성능이 저하되어 교체를 해야 하는 상황이 발생할 수 있다.
이 경우 성능이 저하된 배터리를 교체하는데 있어서 사용 가능한 수준의 성능을 유지하는 배터리도 함께 교체하고 있다.
한국공개특허공보 제2008-0025950호(2008. 03. 24 공개)
본 발명의 실시예들은 2개의 배터리 상태를 체크하면서 열화된 배터리의 사용 빈도를 줄이고, 성능이 양호한 배터리의 사용 빈도를 높여 2개의 배터리를 균등하게 사용하며, 2개의 배터리 성능을 균일하게 유지시킬 수 있도록 한 대형 차량용 배터리 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치는, 직렬로 연결된 두 개의 배터리 중 적어도 어느 하나의 배터리를 선택적으로 사용하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 각 배터리의 (+)(-) 전원에 연결되며, 상기 각 배터리의 열화를 모니터링 하는 배터리 열화 모니터링부와, ⅱ)한 쌍의 제1 및 제2 (+)전원 접점과 한 쌍의 제1 및 제2 (-)전원 접점을 가지며 상기 배터리 열화 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 상기 각 배터리의 (+)(-) 전원을 선택적으로 스위치 연결하는 (+)(-) 전원 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치에 있어서, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부는 상기 제1 및 제2 (+)전원 접점에 선택적으로 연결되는 제1 스위치와, 상기 제1 및 제2 (-)전원 접점에 선택적으로 연결되는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치에 있어서, 상기 배터리 열화 모니터링부는 차량의 시동 시, 상기 각 배터리의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치에 있어서, 상기 배터리 열화 모니터링부는 전압 감지 와이어를 통해 상기 각 배터리의 (+)(-) 전원과 연결될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법은, 직렬로 연결된 제1 및 제2 배터리 중 적어도 어느 하나의 배터리를 선택적으로 사용하기 위한 것으로서, 차량 시동 시 상기 각 배터리의 전압을 배터리 열화 모니터링부를 통해 측정하고, 상기 제1 배터리의 전압이 상기 제2 배터리의 전압보다 큰 것으로 판단되면, (+)(-) 전원 스위치 제어부를 통해 상기 제1 배터리의 (+)(-) 전원을 스위치 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법은, 상기 제2 배터리의 전압이 상기 제1 배터리의 전압보다 큰 것으로 판단되면, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부를 통해 상기 제2 배터리의 (+)(-) 전원을 스위치 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 배터리 열화 모니터링부를 통해 12V 배터리 2개의 전압을 측정/비교하여 전압이 높은 배터리(비교적 성능이 양호한 배터리)의 12V 전원을 (+)(-) 전원 스위치 제어부를 통해 12V 사양장치에 공급할 수 있으므로, 상대적으로 전압이 낮은 배터리의 열화를 늦추고, 전압이 높은 배터리의 사용 횟수를 높여 2개 배터리의 성능을 균일하게 유지시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 2개의 12V 배터리 성능을 균일하게 유지할 수 있으므로, 24V 사양장치에 대하여 균일하고 안정적인 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술과 같이 성능이 저하된 배터리를 교체하는데 있어서 사용 가능한 수준의 성능을 유지하는 배터리도 함께 교체하지 않고 배터리 성능이 최대치로 소모된 2개의 배터리를 교체할 수 있게 되며, 2개의 배터리를 균등하게 사용함으로써 배터리의 교체 시점을 최대한 연장할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치의 작동 및 제어방법을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
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.
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.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치(100)는 연료전지 버스, 대형 버스 및 상용 트럭 등과 같은 대형 차량의 전원 공급 시스템에 적용될 수 있다.
상기 연료전지 버스를 예로 들면, 이의 전원 공급 시스템은 12V 배터리 2개를 직렬로 연결하여 24V 사양장치(1)로 24V의 전원을 공급하고, 12V 배터리 하나만 이용하여 12V 전압이 필요한 제어기 등의 12V 사양장치(3)에 12V의 전원을 공급할 수 있다.
이하에서는 상기한 12V 배터리 2개를 제1 배터리(11) 및 제2 배터리(21)로 구분하여 설명하기로 한다. 여기서, 제1 및 제2 배터리(11, 21)는 직렬 연결 전선을 통해 직렬로 연결되며, 24V의 전원을 24V 사양장치(1)로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치(100)는 12V 배터리 하나만 이용하여 12V 사양장치(3)에 12V의 전원을 공급하는 경우, 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 열화를 체크하면서 그 열화된 배터리의 사용 빈도를 줄이고, 성능이 양호한 배터리의 사용 빈도를 높여 2개의 배터리를 균등하게 사용하며, 2개의 배터리 성능을 균일하게 유지시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치(100)는 기본적으로, 배터리 열화 모니터링부(50) 및 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 열화 모니터링부(50)는 차량의 시동 시, 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 전압을 각각 측정하여 비교하는 것으로, 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 열화 상태를 체크하는 기능을 하게 된다.
즉, 상기 배터리 열화 모니터링부(50)는 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 전압이 높은 배터리의 전압을 12V 사양장치(3)에 인가할 수 있게 뒤에서 더욱 설명될 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)로 신호를 보내 루프로 형성되도록 하는 장치이다.
이러한 배터리 열화 모니터링부(50)는 전압 감지 와이어(51)를 통해 제1 배터리(11)의 (+)(-) 전원(13, 15) 및 제2 배터리(21)의 (+)(-) 전원(23, 25)과 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)는 배터리 열화 모니터링부(50)에 의한 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 모니터링 결과(배터리의 열화 상태 또는 전압 측정값)에 따라 제1 배터리(11)의 (+)(-) 전원(13, 15) 및 제2 배터리(21)의 (+)(-) 전원(23, 25)을 선택적으로 스위치 연결하는 기능을 하게 된다.
상기한 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)는 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 (+)전원(13, 23)과 각각 연결되는 한 쌍의 제1 및 제2 (+)전원 접점(71, 73)과, 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 (-)전원(15, 25)과 각각 연결되는 한 쌍의 제1 및 제2 (-)전원 접점(75, 77)을 포함하고 있다.
또한, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)는 제1 및 제2 (+)전원 접점(71, 73)을 선택적으로 스위치 연결하는 제1 스위치(81)와, 제1 및 제2 (-)전원 접점(75, 77)을 선택적으로 스위치 연결하는 제2 스위치(82)를 더 포함하고 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 스위치(81, 82)는 통상적인 스위치 릴레이로서, 배터리 열화 모니터링부(50)에 의한 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 모니터링 결과에 따라 그 배터리 열화 모니터링부(50)로부터 제어신호를 인가받아 제1 및 제2 (+)전원 접점(71, 73)을 선택적으로 스위치 연결하며, 제1 및 제2 (-)전원 접점(75, 77)을 선택적으로 스위치 연결할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치(100)의 작동 및 제어방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대형 차량용 배터리 제어장치의 작동 및 제어방법을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
우선 본 발명의 실시예에서는 12V의 제1 및 제2 배터리(11, 21)를 직렬 연결하여 24V의 전원을 24V 사양장치(1)로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 차량 시동 시(key start)(S11 단계), 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 어느 하나만을 이용하여 12V 사양장치(3)에 12V의 전원을 공급코자 하는 경우, 도 2 및 도 3에서와 같이, 배터리 열화 모니터링부(50)는 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 전압을 각각 측정하고, 그 전압을 비교한다(S21 단계).
여기서, 상기 배터리 열화 모니터링부(50)는 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 전압을 측정 및 비교하여 전압이 낮은 배터리가 열화된 것으로 판단하고, 전압이 높은 배터리가 성능이 양호한 것으로 판단한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 어느 배터리의 전압이 높은지를 판단한다(S31 단계).
예를 들어, 상기 S31 단계에서 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 제1 배터리(11)의 전압이 제2 배터리(21)의 전압보다 큰 것으로 판단되면, 이에 대응하는 신호를 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)에 인가한다.
이 경우, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 전압이 높은 제1 배터리(11)가 성능이 양호하고, 제1 배터리(11) 보다 전압이 낮은 제2 배터리(21)가 열화된 것으로 판단할 수 있는 것이다.
그러면, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)는 제1 배터리(11)의 (+)전원(13)과 연결된 제1 (+)전원 접점(71)을 제1 스위치(81)를 통해 스위치 연결하고, 제1 배터리(11)의 (-)전원(15)과 연결된 제1 (-)전원 접점(75)을 제2 스위치(82)를 통해 스위치 연결한다(S41).
따라서, 본 발명의 실시예에서는 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 전압을 측정/비교하여 전압이 높은 제1 배터리(11) 즉, 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 성능이 비교적 양호한 제1 배터리(11)의 12V 전원을 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)를 통해 12V 사양장치(3)에 공급할 수 있다.
다른 한편으로, 도 2 및 도 4에서와 같이 예를 들어 상기 S31 단계에서 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 제2 배터리(21)의 전압이 제1 배터리(11)의 전압보다 큰 것으로 판단되면, 이에 대응하는 신호를 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)에 인가한다.
이 경우, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 전압이 높은 제2 배터리(21)가 성능이 양호하고, 제2 배터리(21) 보다 전압이 낮은 제1 배터리(11)가 열화된 것으로 판단할 수 있는 것이다.
그러면, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)는 제2 배터리(21)의 (+)전원(23)과 연결된 제2 (+)전원 접점(73)을 제1 스위치(81)를 통해 스위치 연결하고, 제2 배터리(21)의 (-)전원(25)과 연결된 제2 (-)전원 접점(77)을 제2 스위치(82)를 통해 스위치 연결한다(S51).
따라서, 본 발명의 실시예에서는 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 전압을 측정/비교하여 전압이 높은 제2 배터리(21) 즉, 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 성능이 비교적 양호한 제2 배터리(21)의 12V 전원을 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)를 통해 12V 사양장치(3)에 공급할 수 있다.
상기에서와 같은 제1 및 제2 배터리(11, 21)의 선택 사용은 시동 시 한번만 적용되며, 운전 중에는 배터리의 스위칭 변경 없이 차량의 운행이 이루어진다(S61 단계).
그리고 시동 종료 후(key off)(S71 단계), 재 시동할 때마다 앞서 설명한 바와 같은 과정으로서 제1 및 제2 배터리(11, 21) 중 전압이 높고 성능이 양호한 배터리를 선택하여 12V 사양장치(3)에 12V 전원을 공급할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상기 대형 차량용 배터리 제어장치(100) 및 그의 제어 방법에 의하면, 배터리 열화 모니터링부(50)를 통해 12V 배터리 2개의 전압을 측정/비교하여 전압이 높은 배터리(비교적 성능이 양호한 배터리)의 12V 전원을 (+)(-) 전원 스위치 제어부(70)를 통해 12V 사양장치(3)에 공급할 수 있으므로, 상대적으로 전압이 낮은 배터리의 열화를 늦추고, 전압이 높은 배터리의 사용 횟수를 높여 2개 배터리의 성능을 균일하게 유지시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 2개의 12V 배터리 성능을 균일하게 유지할 수 있으므로, 24V 사양장치(1)에 대하여 균일하고 안정적인 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술과 같이 성능이 저하된 배터리를 교체하는데 있어서 사용 가능한 수준의 성능을 유지하는 배터리도 함께 교체하지 않고 배터리 성능이 최대치로 소모된 2개의 배터리를 교체할 수 있게 되며, 2개의 배터리를 균등하게 사용함으로써 배터리의 교체 시점을 최대한 연장할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 24V 사양장치 3... 12V 사양장치
11... 제1 배터리 13, 15, 23, 25... (+)(-)전원
21... 제2 배터리 50... 배터리 열화 모니터링부
51... 전압 감지 와이어 70... 전원 스위치 제어부
71... 제1 (+)전원 접점 73... 제2 (+)전원 접점
75... 제1 (-)전원 접점 77... 제2 (-)전원 접점
81... 제1 스위치 82... 제2 스위치

Claims (6)

  1. 직렬로 연결된 두 개의 12V 배터리 중 적어도 하나의 배터리를 선택적으로 사용하기 위한 대형 차량용 배터리 제어장치로서,
    상기 각 배터리의 (+)(-) 전원에 연결되며, 상기 각 배터리의 열화를 모니터링 하는 배터리 열화 모니터링부; 및
    한 쌍의 제1 및 제2 (+)전원 접점과 한 쌍의 제1 및 제2 (-)전원 접점을 가지며 상기 배터리 열화 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 상기 각 배터리의 (+)(-) 전원을 선택적으로 스위치 연결하는 (+)(-) 전원 스위치 제어부;
    를 포함하며,
    상기 두 개의 12V 배터리를 직렬로 연결하여 24V 사양장치에 전원을 공급함과 동시에 12V 사양장치에는 두 개의 12V 배터리 중 전압이 높은 배터리를 선택하여 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 대형 차량용 배터리 제어장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부는,
    상기 제1 및 제2 (+)전원 접점에 선택적으로 연결되는 제1 스위치 및
    상기 제1 및 제2 (-)전원 접점에 선택적으로 연결되는 제2 스위치
    를 포함하는 대형 차량용 배터리 제어장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 열화 모니터링부는 차량의 시동 시, 상기 각 배터리의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 대형 차량용 배터리 제어장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 열화 모니터링부는 전압 감지 와이어를 통해 상기 각 배터리의 (+)(-) 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 대형 차량용 배터리 제어장치.
  5. 직렬로 연결된 12V의 제1 및 제2 배터리 중 적어도 하나의 배터리를 선택적으로 사용하기 위한 청구항 1의 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법으로서,
    차량 시동 시, 상기 각 배터리의 전압을 배터리 열화 모니터링부를 통해 측정하고;
    상기 제1 및 제2 배터리를 직렬로 연결하여 24V 사양장치에 전원을 공급하며;
    상기 제1 배터리의 전압이 상기 제2 배터리의 전압보다 큰 것으로 판단되면, (+)(-) 전원 스위치 제어부를 통해 상기 제1 배터리의 (+)(-) 전원을 스위치 연결하여 12V 사양장치에 상기 제1 배터리의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 전압이 상기 제1 배터리의 전압보다 큰 것으로 판단되면, 상기 (+)(-) 전원 스위치 제어부를 통해 상기 제2 배터리의 (+)(-) 전원을 스위치 연결하여 12V 사양장치에 상기 제2 배터리의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 대형 차량용 배터리 제어장치의 제어방법.
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