KR101543265B1 - Power supply for a vehicle and power supply method of the vehicle - Google Patents

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이현주
이수인
임종광
장교근
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a power supply device for a vehicle and a power supply control method for a vehicle, which can start a hybrid vehicle and an internal combustion engine vehicle in an extremely low temperature environment. The power supply device for a vehicle comprises: a housing having a positive terminal and a negative terminal; a battery connected to the positive terminal and the negative terminal and supplying power to a starter motor in response to a start command; and a thermoelectric battery connected to the positive terminal and the negative terminal, and supplying power to the starter motor when satisfying a predetermined condition to be activated, wherein a plurality of unit cells activated by heat are laminated in series or in parallel.

Description

차량용 전원공급장치 및 차량의 전원 제어방법{POWER SUPPLY FOR A VEHICLE AND POWER SUPPLY METHOD OF THE VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power supply apparatus for a vehicle,

본 발명은 차량용 전원공급장치 및 차량의 전원 제어방법에 관한 것으로, 극저온 환경에서 하이브리드 차량이나 내연기관 차량의 시동을 켤 수 있는 차량용 전원공급장치 및 차량의 전원 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vehicle power supply apparatus and a method of controlling power supply of a vehicle, and more particularly, to a vehicle power supply apparatus and a vehicle power supply control method capable of starting a hybrid vehicle or an internal combustion engine vehicle in a cryogenic environment.

한국공업규격(KS)에 의하면 ‘자동차(Automobile)는 원동기와 조향장치를 구비하고 그것에 승차해서 지상을 주행할 수 있는 차량‘이라고 설명하고 있다. 자동차 동력을 어디에서 얻느냐에 따라 자동차는 디젤 자동차, 전기 자동차, LPG 자동차, 가솔린 자동차, 하이브리드 자동차 등 여러 종류로 나눌 수 있지만 자동차가 움직이는 기본 원리는 같다. According to the Korean Industrial Standard (KS), "Automobile is equipped with a prime mover and a steering device, and it is a vehicle that can ride on the ground to ride on it." Depending on where you get the car power, the car can be divided into diesel car, electric car, LPG car, gasoline car and hybrid car, but the basic principle of moving cars is the same.

자동차는 1891년 프랑스의 파나르 르바소(Panhard Levassor)가 기본 구조를 확립하였고, 현재 많은 후륜 구동식 자동차들이 이 구조를 채택하여 사용하고 있다. 자동차는 3만여 가지의 부품으로 구성되어 있지만 주요 부분은 크게 차체(body & frame)와 그 나머지 부분인 샤시(chassis)로 구분된다. 샤시가 자동차의 기능을 발휘할 수 있게 하는 부분으로 다시 엔진, 동력 전달 장치, 바퀴로 나누어 볼 수 있다.The car was built in 1891 by Panhard Levassor of France, and many rear-wheel-drive cars now employ this structure. The car is made up of 30,000 parts, but the main parts are divided into the body and frame and the rest of the chassis. The chassis can be divided into engines, power transmission units, and wheels to enable the vehicle to function.

자동차의 엔진은 자기 스스로 시동이 거는 능력이 없기 때문에, 초기에 엔진을 회전시켜 적어도 한 번의 폭발이 이루어져 한다. 상기 적어도 한 번의 폭발이 이루어지도록 엔진을 회전시키는 장치를 시동 장치라고 하며, 상기 시동 장치는 배터리와 스타팅 모터로 구성된다. 운전자가 자동차 운전석에 앉아 시동을 걸면 배터리로부터 전기가 공급되어 스타팅 모터가 엔진의 플라이휠(flywheel)을 돌리게 되며, 상기 플라이휠에 연결된 크랭크축, 피스톤, 밸브가 같이 움직이기 시작한다. 이로써, 엔진은 처음으로 움직이기 시작하여 열에너지를 다른 에너지로 변환하기 시작한다. Since the engine of an automobile is not capable of starting by itself, at least one explosion is made by rotating the engine initially. An apparatus for rotating the engine such that at least one explosion is performed is referred to as a starter, and the starter comprises a battery and a starting motor. When the driver starts to sit at the driver's seat, electricity is supplied from the battery, the starting motor turns the flywheel of the engine, and the crankshaft, the piston, and the valve connected to the flywheel start to move together. As a result, the engine begins to move for the first time and begins to convert thermal energy into other energy.

자동차에는 다양한 전기장치들이 구비되게 되는데, 상기 전기장치들에 대한 전원은 배터리(또는, 축전지)와 발전기 중 적어도 하나로부터 공급된다. 예를 들어, 시동을 걸 때에는 배터리로부터 전원이 공급되고, 시동이 걸어진 후에는 발전기로부터 전원이 공급된다. The automobile is provided with various electric devices, and the electric power for the electric devices is supplied from at least one of a battery (or a battery) and a generator. For example, power is supplied from the battery when starting, and power is supplied from the generator after starting.

한편, 화학반응을 이용하는 배터리 특성상 온도가 떨어지면 떨어질수록 이온 전도도 및 확산도 등이 떨어져 충방전 성능이 떨어지며, 내부저항이 기하급수적으로 상승하게 된다. 이와 같은 이유로, 겨울철에는 배터리로부터 공급되는 전원이 부족하여 시동이 켜지지 않는 문제가 발생한다. 상온에서는 에너지 용량의 90% 부근까지 방전된 배터리라 하더라도 다른 이상이 없는 한 엔진 시동이 가능하나, -10℃ 이하에서는 엔진을 돌려야 할 힘은 증가하고 배터리 출력은 감소하기 때문에 배터리가 50% 이하로 방전이 되면 엔진 시동이 어려워진다. -30℃ 이하의 극저온 환경에서는 하이브리드 자동차의 고전압 배터리뿐만 아니라 저전압 배터리, 내연기관 차량의 납축전지의 사용이 거의 불가능하여 차량의 운용뿐만 아니라 시동 자체도 어렵게 된다. On the other hand, due to the characteristics of the battery using the chemical reaction, the lower the temperature, the lower the ionic conductivity and the diffusivity, the lower the charge / discharge performance, and the internal resistance increases exponentially. For this reason, there is a problem in that the starting is not turned on due to insufficient power supplied from the battery during winter. At room temperature, even if the battery is discharged to near 90% of the energy capacity, the engine can start without any abnormality. However, under -10 ℃, the power to turn the engine increases and the battery output decreases. Discharging causes difficulty in starting the engine. In a cryogenic environment below -30 ° C, it is almost impossible to use lead-acid batteries of low-voltage batteries and internal combustion engine vehicles as well as high-voltage batteries of hybrid vehicles.

현재, 양산차량 등에서는 이러한 문제를 회피하고자 배터리 히터를 별도로 설치하고 상기 히터를 작동시킴으로써 배터리 온도를 일정 수준으로 유지하는 방법을 이용하고 있다. 다른 방법으로, 시동을 계속 켜두기도 한다. 그러나 히터 작동을 위해 차량용 배터리를 이용한다면 배터리가 완전히 방전되거나 충전 상태가 불량해지는 문제가 있다. 히터 작동을 위해 외부 상용 전력을 이용하는 것 또한 외부 전원을 보장받지 못하는 환경에서 운용해야 자동차의 특성상 확실한 대책이 될 수는 없다. 언제 사용될지 모르는 자동차의 시동을 계속 켜두는 것 또한 비효율적인 방법이다.At present, in a mass production vehicle, a battery heater is separately installed in order to avoid such a problem, and the heater is operated to maintain the battery temperature at a certain level. Alternatively, keep the engine on. However, if a vehicle battery is used to operate the heater, there is a problem that the battery is completely discharged or the charging state becomes poor. Utilizing external commercial power to operate the heater and operating in an environment where the external power is not guaranteed can not be a clear countermeasure due to the nature of the vehicle. It is also an inefficient way to keep your car running when you do not know when it will be used.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 극저온 환경에서 차량의 시동을 걸 수 있는 차량용 전원공급장치 및 차량의 전원 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle power supply apparatus capable of starting a vehicle in a cryogenic temperature environment and a method of controlling power supply of a vehicle.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량의 엔진이 시동 되도록 시동모터에 전원을 공급하는 차량용 전원공급장치에 관한 것으로, 상기 차량용 전원공급장치는, 양극단자 및 음극단자를 구비하는 하우징, 상기 양극단자 및 상기 음극단자에 연결되며, 시동명령에 응답하여 상기 시동모터에 전원을 공급하는 배터리 및 상기 양극단자와 상기 음극단자에 연결되고, 열에 의해 활성화되는 복수 개의 단위전지들이 직렬 또는 병렬로 적층되어 형성되며, 기 설정된 조건을 만족하면 활성화되어 상기 시동모터에 전원을 공급하는 열전지를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle power supply apparatus for supplying power to a starter motor such that an engine of the vehicle is started. The vehicle power supply apparatus includes a housing having a positive terminal and a negative terminal, And a battery connected to the negative terminal and supplying power to the starter motor in response to a start command and a plurality of unit cells connected to the positive terminal and the negative terminal and being activated by heat are stacked in series or in parallel And a thermocouple which is activated and supplies power to the starter motor when a predetermined condition is satisfied.

일 실시 예에 있어서, 상기 차량용 전원공급장치는, 상기 기 설정된 조건의 만족 여부에 따라, 상기 양극단자 및 상기 음극단자에 상기 배터리 또는 상기 열전지를 선택적으로 연결하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the vehicular power supply further includes a switch for selectively connecting the battery or the thermocouple to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal according to whether the predetermined condition is satisfied .

일 실시 예에 있어서, 상기 스위치는, 상기 열전지와 상기 양극단자 및 상기 음극단자가 연결된 상태에서 상기 엔진에 시동이 걸리는 경우, 상기 양극단자 및 상기 음극단자를 상기 배터리에 연결하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the switch connects the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to the battery when the engine is started with the thermocouple, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal connected to each other.

일 실시 예에 있어서, 상기 열전지는, 열을 발생시키는 발열제, 및 상기 기 설정된 조건을 만족하면, 상기 열전지가 활성화되도록 상기 발열제를 점화하는 점화부를 포함하고, 상기 열전지는 상기 발열제에서 생성되는 열에 의하여 활성화되어 상기 시동모터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal battery includes a heating element that generates heat, and an ignition unit that ignites the heating agent to activate the thermal battery when the predetermined condition is satisfied, wherein the thermal battery is heated by the heat generated from the heating agent And is activated to supply power to the starter motor.

일 실시 예에 있어서, 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 열전지는 상기 온도센서에서 측정된 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 활성화되어 상기 시동모터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the temperature sensor further includes a temperature sensor for measuring a temperature, and when the temperature measured by the temperature sensor is lower than a reference temperature, the thermal battery is activated to supply power to the starter motor.

일 실시 예에 있어서, 상기 차량은 상기 차량의 운용과 관련된 제어신호를 생성하는 제어기를 포함하고, 상기 열전지는, 상기 양극단자에 연결되고, 상기 단위전지들을 이용하여 고전압을 출력하는 고전압 출력단 및 상기 제어기에 연결되고, 상기 단위전지들 중 일부를 이용하여 상기 고전압보다 작은 저전압을 출력하는 저전압 출력단을 포함하며, 상기 기 설정된 조건을 만족하면, 상기 고전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 시동모터에 전원을 공급하고 상기 저전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 제어기에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the vehicle includes a controller for generating a control signal related to the operation of the vehicle, wherein the thermal battery includes a high voltage output terminal connected to the positive terminal and outputting a high voltage using the unit cells, And a low voltage output terminal connected to the controller and outputting a low voltage lower than the high voltage by using a part of the unit cells. When the predetermined condition is satisfied, the high voltage output terminal and the negative terminal are used to supply power to the starter motor And supplies power to the controller using the low voltage output terminal and the negative terminal.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는, 하이브리드 추진제어기(HCU: Hybrid Control Unit), 엔진 제어기(ECU, Engine Control Unit), 발전기 제어기(GCU: Generator Control Unit), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 배터리 제어기(BMS: Battery Management System) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller includes a hybrid control unit (HCU), an engine control unit (ECU), a generator control unit (GCU), a motor control unit (MCU) , And a battery management system (BMS).

일 실시 예에 있어서, 상기 하우징과 상기 열전지는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the housing and the thermoelectric module are formed to be modularly coupled and detachable from each other.

일 실시 예에 있어서, 상기 하우징은, 상기 열전지와 연결되며 외부 차량과 연결되도록 형성되는 외부 양극단자와 외부 음극단자를 더 구비하고, 상기 외부 차량이 상기 외부 양극단자와 상기 외부 음극단자와 연결된 상태에서 상기 열전지가 활성화되는 경우, 상기 열전지에서 생성된 전원이 상기 외부 차량에 공급되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the housing further includes an external cathode terminal and an external cathode terminal connected to the thermocouple and connected to an external vehicle, and the external vehicle is connected to the external cathode terminal and the external cathode terminal The power generated by the thermocouple is supplied to the external vehicle when the thermocouple is activated.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상술한 차량용 전원공급장치를 이용하여 상기 시동모터에 공급되는 전원을 제어하는 제어방법으로, 상기 시동명령을 수신하는 단계, 상기 시동명령에 응답하여 상기 배터리의 상태를 측정하는 단계 및 상기 배터리의 상태에 따라 열전지 또는 배터리 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 상기 시동모터에 전원을 공급하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for controlling power supplied to a starter motor using the power supply for a vehicle, the method comprising: receiving the start command; And supplying power to the starter motor by selectively using one of a thermal battery and a battery depending on the state of the battery.

본 발명에 따른 차량용 전원공급장치 및 차량의 전원 제어방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the vehicle power supply apparatus and the vehicle power control method according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 운용이 불가능한 환경에서 열전지를 이용하여 엔진의 시동을 켤 수 있다. 배터리와 열전지가 스위치에 의하여 선택적으로 연결되기 때문에, 시동이 켜진 이후에는 발전기에 의하여 공급되는 전원을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to turn on the engine by using the thermal battery in an environment where battery operation is impossible. Since the battery and the thermal battery are selectively connected by the switch, the battery can be charged using the power supplied by the generator after the start-up is turned on.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 열전지로부터 고전압 전원과 저전압 전원이 동시에 공급되기 때문에, 엔진의 시동을 켤 수 있을 뿐만 아니라, 시동이 켜지기 전에 차량의 운용과 관련된 제어신호를 생성하는 제어기에 전원을 공급할 수 있다. Further, according to at least one of the embodiments of the present invention, since the high voltage power source and the low voltage power source are simultaneously supplied from the thermal battery, not only the engine can be turned on but also generates a control signal related to the operation of the vehicle before the ignition is turned on To the controller.

한편, 열전지는 비축전지로써 한번 사용하면 재사용이 불가능하지만, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 차량용 전원공급장치에서 용이하게 열전지를 교체할 수 있기 때문에, 사용자 편의성이 증대된다. On the other hand, if the thermocouple is used once as a non-rechargeable battery, it can not be reused. However, according to at least one of the embodiments of the present invention, the thermocouple can be easily replaced in the power supply for the vehicle.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치를 나타내는 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치를 설명하기 위한 개념도들
도 4는 열전지를 설명하기 위한 개념도
도 5는 두 개의 양극단자를 구비하는 열전지를 설명하기 위한 개념도
도 6a 및 도 6b는 하이브리드 차량의 구성을 설명하기 위한 개념도
도 7은 하이브리드 차량에 설치되는 차량용 전원공급장치를 설명하기 위한 개념도
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 내연기관 차량에 설치되는 차량용 공급장치를 설명하기 위한 개념도
도 9는 일반적인 배터리와 열전지의 가용에너지 대 전압 특성을 나타낸 그래프이다
도 10은 하이브리드 차량에서 열전지를 전원으로 사용할 경우 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
도 11은 내연기관 차량에서 열전지를 전원으로 사용할 경우 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 한 개의 열전지로 다수의 차량에 시동을 거는 방법을 설명하기 위한 도면들
도 13a 및 도 13b는 열전지를 이용하여 엔진 시동을 켠 경우, 열전지 교체를 안내하는 안내정보를 출력하는 차량을 설명하기 위한 도면1 is a block diagram showing a vehicle power supply apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart for explaining a power control method of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are conceptual diagrams illustrating a power supply for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram for explaining a thermal battery
5 is a conceptual diagram for explaining a thermocouple having two bipolar terminals
6A and 6B are conceptual diagrams for explaining the configuration of the hybrid vehicle
7 is a conceptual diagram for explaining a vehicle power supply device installed in a hybrid vehicle
8A, 8B and 8C are conceptual diagrams for explaining a vehicle supply apparatus installed in an internal combustion engine vehicle
9 is a graph showing the available energy vs. voltage characteristics of a general battery and a thermal battery
10 is a flowchart for explaining a power control method of a vehicle when a thermal battery is used as a power source in a hybrid vehicle
11 is a flowchart for explaining a power control method of a vehicle when a thermal battery is used as a power source in an internal combustion engine vehicle
12A, 12B and 12C are diagrams for explaining a method of starting a plurality of vehicles with one thermoelectric battery
13A and 13B are diagrams for explaining a vehicle that outputs guidance information for guiding the replacement of the thermal battery when the engine is turned on using the thermal battery

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

본 발명은 배터리 사용이 불가능한 극저온 환경에서 열전지를 이용하여 시동을 켤 수 있는 장치를 제공하고자 한다. 즉, 배터리의 정상 운용이 불가능한 온도에서 열전지를 이용하여 엔진에 시동을 켜 정상 운용을 가능하게 하는 것이다. The present invention is intended to provide an apparatus that can turn on a start-up using a thermal battery in a cryogenic environment where the battery is not usable. That is, it is possible to start the engine by using the thermal battery at a temperature at which normal operation of the battery is impossible, thereby enabling normal operation.

여기서, 열전지는 비축전지(reserve battery)로써 상온에서 전해질이 비활성상태를 유지하여 자가방전(self-discharge) 및 유지보수 없이 장기간(10년 이상) 보존이 가능한 특수전지이다. 이러한 열전지는 높은 신뢰도와 -50℃ 에서도 동작하는 넓은 작동온도, 내환경특성(진동, 충격, 가속도 등) 등을 가지면서 필요한 시점에 즉각적으로 발동되어 전력을 공급한다. 따라서 장기간 저장하다가 원하는 시점에 즉각적으로 동작시켜야 하는 군사용 무기체계에 널리 사용되는 있는 전지이다. 이러한 열전지를 극저온이라는 특수한 환경에서 하이브리드 및 내연기관 차량의 시동 및 운용을 위한 전원으로 사용하고자 한다.Here, the thermal battery is a reserve battery, which is a special battery which can maintain the electrolyte in an inactive state at room temperature and can be stored for a long time (10 years or more) without self-discharge and maintenance. These thermocouples have high reliability and operate at -50 ° C, have wide operating temperature and environmental characteristics (vibration, shock, acceleration, etc.) Therefore, it is widely used for military weapons system which should be stored for a long time and immediately operated at a desired time. We will use these batteries as a power source for start-up and operation of hybrid and internal combustion engine vehicles in a special environment called cryogenic temperature.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a power supply for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

차량용 전원공급장치(100)는 하우징(미도시), 배터리(120), 열전지(130), 스위치(140), 양극단자(150), 음극단자(160), 센서부(170) 및 제어부(180) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 차량용 전원공급장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 차량용 전원공급장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다. The vehicle power supply 100 includes a housing (not shown), a battery 120, a thermocouple 130, a switch 140, a positive terminal 150, a negative terminal 160, a sensor 170, ), And the like. The components shown in Fig. 1 are not essential for implementing a vehicle power supply, so that the vehicle power supply 100 described in this specification has more or less components than the components listed above .

보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 하우징은 차량용 전원공급장치의 외관을 이룬다. 상기 하우징은 케이스, 프레임, 커버 등으로 호칭될 수 있으며, 하우징 내부에 형성되는 공간에 각종 구성요소들이 배치된다. 하우징에는 양극단자(150)와 음극단자(160)가 장착되어, 하우징과 함께 차량용 전원공급장치(100)의 외관을 형성한다. 즉, 양극단자(150)와 음극단자(160)는 외부로 노출될 수 있다.More specifically, the housing of the components forms the exterior of a vehicle power supply. The housing may be referred to as a case, a frame, a cover, and the like, and various components are disposed in a space formed inside the housing. A positive terminal 150 and a negative terminal 160 are mounted on the housing to form an appearance of the power supply 100 for a vehicle together with the housing. That is, the cathode terminal 150 and the cathode terminal 160 may be exposed to the outside.

도면에 도시되지 않았으나, 하우징과 열전지(130)는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성된다. 차량용 전원공급장치(100)의 사용자는 외부에서 힘을 가하여 하우징으로부터 사용된 열전지를 분리시키고, 새로운 열전지를 결합시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 차량용 전원공급장치(100)에서 열전지(130)는 교체되도록 형성된다. 열전지는 비축전지(reserve battery)로써 한 번 사용되면 재사용이 불가능하기 때문이다.Although not shown in the drawings, the housing and the thermocouple 130 are formed to be modularly connectable and detachable to each other. A user of the vehicle power supply 100 may externally apply force to separate the used thermocouples from the housing and incorporate new thermocouples. That is, in the automotive power supply 100 according to the present invention, the thermocouple 130 is formed to be replaced. Thermocouple is used as a reserve battery once it is not reusable.

경우에 따라서, 하우징에는 내부공간에 장착된 부품들을 덮기 위한 커버가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 커버가 하우징으로부터 분리되면, 내부공간에 장착된 부품들이 외부로 노출된다. 사용자는 커버가 분리되었을 때 커버에 대응하는 개구부를 통해 열전지를 분리시킬 수 있다. In some cases, a cover for covering the parts mounted in the inner space may be detachably coupled to the housing. Therefore, when the cover is separated from the housing, the parts mounted in the inner space are exposed to the outside. The user can separate the thermocouple through the opening corresponding to the cover when the cover is detached.

배터리(120)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 차량에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 배터리(120)는 축전지(storage battery)로써 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있으며, 화학작용에 의해 직류기전력을 생기게 하여 전원을 생성할 수 있다. Under the control of the controller 180, the battery 120 receives external power and internal power, and supplies power to each component included in the vehicle. The battery 120 is a storage battery. The battery 120 is composed of positive and negative electrode plates and an electrolytic solution. A DC power is generated by a chemical action to generate power.

열전지(thermal cell, 130)는 고체 전해물질이 녹아 활성화되어 전원을 생성하는 비축전지이다. 열전지는, 용융염의 전도율이 수용액에 비하여 크기 때문에 전지의 내부 저항이 작으며, 상온에서는 전도성이 없어 자기 방전이 없고 보수성이 좋은 점 등을 들 수 있다. 또한, 온도 특성이 우수하여 -50℃에서 +70℃의 온도범위에서 정상적으로 동작하고, 평상시에는 발전하지 않기 때문에 장가방전이 전혀 없으며, 오랜 세월 보존해도 열화가 작으며 구조상 진동이나 충격에 강한 특성을 가고 있다. 단, 방전지속시간이 극히 짧고 몇 분 내에 모두 소진되므로 용도가 제한된다. A thermal cell 130 is a non-storage battery in which a solid electrolytic material is melted and activated to generate power. The thermal conductivity is such that the internal resistance of the battery is small because the conductivity of the molten salt is larger than that of the aqueous solution, and there is no self-discharge due to no conductivity at room temperature and good water retention. In addition, it operates normally in the temperature range of -50 ℃ to + 70 ℃ due to its excellent temperature characteristic. Therefore, it does not generate electricity at normal times and has no long-term discharge. It is going. However, since the discharge duration is extremely short and exhausted within a few minutes, the application is limited.

열전지(130)는 배터리(120)가 이용될 수 없는 상황에서 활성화되며, 배터리(120) 대신에 전원을 공급한다. 예를 들어, 직렬형 하이브리드 차량의 엔진 시동을 고려했을 때, 600V, 10A급으로 5~7kW정도의 전력이 필요하다. -50℃에서도 5초 내외의 전력을 공급하는 수준으로 열전지를 제작했을 때 그 체적은 약 1ℓ, 무게는 약 1.5kg 정도로 제작이 가능하다. 크기와 무게를 고려했을 때, 열전지(130)는 하우징에 삽입되어 결합될 수 있다. The thermal battery 130 is activated in a situation where the battery 120 can not be used, and supplies power instead of the battery 120. For example, when starting the engine of a tandem hybrid vehicle, it is necessary to supply about 5 to 7kW of power at 600V, 10A. When the thermocouple is manufactured at a temperature of -50 ° C to supply electric power of about 5 seconds, the volume can be about 1 liter and the weight can be made about 1.5 kg. Considering the size and weight, the thermocouple 130 can be inserted into the housing and coupled.

한편, 열전지(130)는 단위전지들(132), 발열제(134) 그리고 점화부(136)를 더 구비할 수 있다. The thermocouple 130 may further include unit cells 132, a heater 134, and an ignition unit 136.

열전지(130)는 단위전지(또는, 셀)이 적층되는 구조로 이루어지며, 복수의 단위전지들에 의하여 출력 전압이 결정된다. 또한, 단위전지의 면적에 의하여 전류량이 조절될 수도 있다. 단위전지들의 양극이 연결되어 양극 라인을 형성하고, 단위전지들의 음극이 연결되어 음극 라인을 형성한다. The thermal battery 130 has a structure in which a unit cell (or a cell) is stacked, and an output voltage is determined by a plurality of unit cells. Also, the amount of current may be adjusted by the area of the unit cell. The positive electrodes of the unit cells are connected to form a positive electrode line, and the negative electrodes of the unit cells are connected to form a negative electrode line.

발열제(134)는 열을 발생시키며, 점화부(136)의 점화에 의하여 발열제(134)가 활성화된다. 열전지(130)는 발열제(134)에서 생성되는 열에 의하여 활성화되어 시동모터에 전원을 공급한다. 실시 예에 따라, 발열제(134)와 점화부(136)는 일체형으로 형성될 수도 있다.The exothermic agent 134 generates heat, and the exothermic agent 134 is activated by ignition of the ignition part 136. The thermal battery 130 is activated by the heat generated by the exothermic agent 134 to supply power to the starter motor. According to the embodiment, the heat generating agent 134 and the ignition portion 136 may be integrally formed.

스위치(130)는 음극 스위치(141)와 양극 스위치(142)로 이루어질 수 있다. 음극 스위치(141)는 차량용 전원공급장치(100)의 음극단자(160)를 기 설정된 조건에 따라 배터리(120)의 음극단자 또는 열전지(140)의 음극단자와 선택적으로 연결한다. 양극 스위치(142)는 차량용 전원공급장치(100)의 양극단자(150)를 기 설정된 조건에 따라 배터리(120)의 양극단자 또는 열전지(140)의 양극단자와 선택적으로 연결한다. The switch 130 may comprise a cathode switch 141 and a cathode switch 142. The cathode switch 141 selectively connects the cathode terminal 160 of the vehicle power supply 100 with the cathode terminal of the battery 120 or the cathode terminal of the thermocouple 140 according to predetermined conditions. The positive electrode switch 142 selectively connects the positive terminal 150 of the power supply 100 for a vehicle with the positive terminal of the battery 120 or the positive terminal of the thermocouple 140 according to predetermined conditions.

여기서 기 설정된 조건은 배터리에서 공급되는 전원을 이용하여 엔진의 시동을 켤 수 있는 상황을 의미한다. Here, the predetermined condition means that the engine can be started by using the power supplied from the battery.

기 설정된 조건에 해당하는지 여부는 센서부(170)에서 감지되는 정보에 의하여 판단될 수 있다. Whether or not the predetermined condition is satisfied can be judged based on the information sensed by the sensor unit 170.

구체적으로, 센서부(170)가 배터리(120)의 상태 및 차량용 전원공급장치(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 중 적어도 하나를 감지하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 제어부(180)는 이러한 센싱 신호에 기초하여 선택적으로 배터리(120) 또는 열전지(130)를 양극단자(150)와 음극단자(160)에 연결할 수 있다. Specifically, the sensor unit 170 senses at least one of a state of the battery 120 and surrounding environment information surrounding the power supply 100 for a vehicle, and generates a corresponding sensing signal. The control unit 180 may selectively connect the battery 120 or the thermal battery 130 to the cathode terminal 150 and the cathode terminal 160 based on the sensing signal.

센서부(170)는, 예를 들어, 온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있다. 이때, 온도센서는 배터리의 온도나 배터리 주변의 온도를 측정할 수 있다. The sensor unit 170 may include, for example, a temperature sensor for sensing temperature. At this time, the temperature sensor can measure the temperature of the battery or the temperature around the battery.

제어부(180)는 온도센서에서 측정되는 온도에 근거하여 기 설정된 조건에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 측정된 온도와 기준온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 배터리(120) 또는 열전지(130)를 이용하여 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 측정된 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 열전지(130)로부터 전원이 공급되도록 제어부(180)는 스위치를 이용하여 음극단자(160)와 양극단자(150)를 열전지(130)에 연결시킨다. The controller 180 may determine whether the predetermined condition is satisfied based on the temperature measured by the temperature sensor. That is, the measured temperature may be compared with the reference temperature, and the battery 120 or the thermal battery 130 may be used to supply power according to the comparison result. For example, when the measured temperature is lower than the reference temperature, the controller 180 controls the connection of the negative terminal 160 and the positive terminal 150 to the thermocouple 130 using a switch so that the power is supplied from the thermocouple 130 .

다른 예를 들어, 센서부(170)는 배터리(120)의 기전력, 전압, 전류, 저항 중 적어도 하나를 측정하는 배터리 측정센서를 포함할 수 있다. 제어부(180)는 배터리 측정센서에서 측정되는 정보에 근거하여 기 설정된 조건에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 배터리(120)에서 공급되는 전원으로 엔진의 시동을 켤 수 없는 경우에는, 기 설정된 조건을 만족하는 경우로써, 열전지(130)로부터 전원을 공급받아 시동을 켠다.For example, the sensor unit 170 may include a battery measurement sensor that measures at least one of the electromotive force, the voltage, the current, and the resistance of the battery 120. The control unit 180 may determine whether the predetermined condition is satisfied based on the information measured by the battery measurement sensor. When the engine 120 can not be turned on by the power supplied from the battery 120, power is supplied from the thermal battery 130 and the starter is turned on.

앞서 살펴본 것과 같이, 제어부(180)는 차량용 공급장치의 구성요소들 각각에 대한 하드웨어적 동작과, 통상적으로 차량용 전원공급장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 배터리(120)의 상태가 기 설정된 조건을 만족하면, 배터리(120) 대신 열전지(130)를 이용하여 엔진 시동을 위한 전원을 공급한다. 즉, 제어부(180)는 기 설정된 조건을 만족하면 열전지(130)에 구비된 점화부(136)를 점화시켜 열전지(130)를 활성화한다.As discussed above, the control unit 180 controls the hardware operation for each of the components of the vehicle supply device, and the overall operation of the vehicle power supply 100 in general. For example, when the state of the battery 120 satisfies a predetermined condition, the controller 180 supplies power for starting the engine using the thermal battery 130 instead of the battery 120. That is, when the predetermined condition is satisfied, the control unit 180 ignites the ignition unit 136 provided in the thermocouple 130 to activate the thermocouple 130.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 차량용 전원공급장치(100)의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다.At least some of the components may operate in cooperation with one another to implement the method of operation, control, or control of the vehicle power supply 100 according to the various embodiments described below.

이하에서는, 위에서 살펴본 차량용 전원공급장치(100)를 통하여 구현되는 다양한 실시 예들을 살펴보기에 앞서, 차량용 전원공급장치(100)를 이용하여 차량의 전원을 제어하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, a method for controlling power of a vehicle using the power supply 100 for a vehicle will be described in detail before explaining various embodiments implemented through the vehicle power supply 100 as described above.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a power control method of a vehicle according to an embodiment of the present invention.

먼저, 시동 명령을 수신하는 단계(S210)가 진행된다. First, a step S210 of receiving a start command is proceeded.

운전자의 시동키 스위치의 조작에 따라 시동 명령이 수신된다. 일 예로, 사용자는 운전석 일측에 구비된 인히비터 스위치에 키를 삽입한 상태에서 상기 키를 일 방향으로 회전시킴에 따라 시동 명령을 인가할 수 있다. 최근에는, 스마트키를 구비한 사용자가 원터치식 푸시버튼을 터치함으로써 시동 명령을 인가할 수도 있다. 차량에 인가된 사용자 제스처에 의하여 시동 명령이 생성되면, 차량에 배치된 차량용 전원공급장치에 상기 시동 명령이 수신된다.A start command is received according to the operation of the starter key switch of the driver. For example, the user can apply the start command by rotating the key in one direction with the key inserted into the inhibitor switch provided at one side of the driver's seat. In recent years, a user having a smart key may apply a start command by touching a one-touch type push button. When the start command is generated by the user gesture applied to the vehicle, the start command is received at the vehicle power supply arranged in the vehicle.

다음으로, 온도를 측정하는 단계(S230)가 진행된다. 시동 명령이 인가되면, 제어부(180)는 센싱부(170)를 이용하여 온도를 측정한다. Next, a step S230 of measuring the temperature is performed. When the start command is applied, the controller 180 measures the temperature using the sensing unit 170. [

배터리(120) 사용이 가능함에도 불구하고 잘못된 온도 측정으로 열전지(130)가 소모되는 것을 방지하기 위하여, 센서부(170)는 온도뿐만 아니라, 배터리(120)의 상태 및 차량용 전원공급장치(100)를 둘러싼 주변 환경 정보도 측정할 수 있다. 여기서, 배터리의 상태는 배터리(120)의 기전력, 전압, 전류, 저항 중 적어도 하나를 포함하며, 배터리 테스터기 등에 의하여 측정될 수 있다. The temperature of the battery 120 and the state of the battery 120 and the power supply 100 of the vehicle may be used to prevent the thermal battery 130 from being consumed due to erroneous temperature measurement even though the battery 120 is usable. Can also be measured. Here, the state of the battery includes at least one of electromotive force, voltage, current, and resistance of the battery 120, and may be measured by a battery tester or the like.

다음으로, 측정된 온도에 따라 배터리 또는 열전지 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 시동모터에 전원을 공급하는 단계(S250)가 진행된다. Next, in step S250, power is supplied to the starter motor by selectively using either the battery or the thermal battery according to the measured temperature.

측정된 온도와 기준온도를 비교하고, 비교결과에 따라 배터리 또는 열전지 중 어느 하나가 방전되기 시작한다. 일 예로 측정된 온도가 기준온도보다 높은 경우, 배터리(120)로부터 공급되는 전원에 의하여 시동모터가 작동하게 된다. 이와 달리, 측정된 온도가 기준온도와 같거나 기준온도보다 낮은 경우, 열전지(130)의 점화부(136)가 점화되며, 시동모터는 배터리(120) 대신 열전지(130)로부터 공급되는 전원에 의하여 작동하게 된다. The measured temperature is compared with the reference temperature, and either the battery or the thermal battery starts discharging according to the result of the comparison. For example, when the measured temperature is higher than the reference temperature, the starter motor is operated by the power supplied from the battery 120. Alternatively, when the measured temperature is equal to or lower than the reference temperature, the ignition part 136 of the thermocouple 130 is ignited, and the starting motor is driven by the power supplied from the thermocouple 130 instead of the battery 120 .

이로써, 배터리가 작동되지 않는 극저온의 환경 속에서도 열전지로부터 공급되는 전원에 의하여 시동이 켜질 수 있다. 시동이 켜진 후에는 발전기로부터 공급되는 전원에 의하여 배터리가 충전된다. Thereby, even in a very low temperature environment where the battery is not operated, the starting can be turned on by the power supplied from the thermal battery. After the ignition is turned on, the battery is charged by the power supplied from the generator.

한편, 차량용 전원공급장치(100)에 센서부(170)와 제어부(180)가 구비되지 않는 경우, 사용자는 수동으로 수동 스위치를 조작함으로써 열전지(130)를 이용하여 시동을 켤 수 있다. 이를 위하여, 수동 스위치는 외부로 노출되도록 형성되며, 상기 수동 스위치에 대한 사용자 조작에 따라 전원공급수단이 배터리(120) 또는 열전지(130)로 전환될 수 있다. 예를 들어, 배터리(120)로부터 전원이 공급되는 상태에서 시동이 걸리지 않는 경우, 사용자는 수동 스위치를 이용하여 전원공급수단을 배터리(120)에서 열전지(130)로 전환할 수 있다. 이후, 사용자는 시동 명령을 다시 인가함으로써, 열전지(130)로부터 공급되는 전원에 의하여 시동이 걸리게 할 수 있다. 시동이 걸리고 나면, 스위치(140)를 다시 전환하여 발전기에서 공급되는 전원을 이용하여 배터리(120)가 충전되도록 할 수 있다. On the other hand, when the sensor unit 170 and the control unit 180 are not provided in the vehicle power supply 100, the user can turn on the power by using the thermocouple 130 by manually operating the manual switch. For this, the manual switch is formed to be exposed to the outside, and the power supply means may be switched to the battery 120 or the thermal battery 130 according to a user's operation on the manual switch. For example, if the battery 120 is not supplied with power while the power is being supplied, the user can switch the power supply means from the battery 120 to the thermal battery 130 using the manual switch. Thereafter, the user can start the power supply from the thermal battery 130 by applying the start command again. After startup, the switch 140 may be switched again to allow the battery 120 to be charged using the power supplied from the generator.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치를 설명하기 위한 개념도들이다. 3A and 3B are conceptual diagrams illustrating a power supply for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치는 하우징(110), 배터리(120), 열전지(130), 양극단자(150) 및 음극단자(160)로 구성될 수 있다. 3A, a vehicle power supply apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a housing 110, a battery 120, a thermocouple 130, a positive terminal 150, and a negative terminal 160 .

양극단자(150)에 배터리(120)의 양극과 열전지(130)의 양극이 병렬 연결되고, 음극단자(160)에 배터리(120)의 음극과 열전지(130)의 음극이 병렬 연결된다. 열전지(130)는 비활성화된 상태에서 전류가 흐르지 않으므로, 배터리(120)에서 공급되는 전원에 의하여 시동이 켜진다. 열전지(130)가 비활성화된 상태에서 활성화된 상태로 전환되면 열전지(130)에서 공급되는 전원에 의하여 시동이 켜진다.The anode of the battery 120 and the anode of the thermal battery 130 are connected in parallel to the anode terminal 150 and the cathode of the battery 120 and the cathode of the thermal battery 130 are connected to the anode terminal 160 in parallel. Since no current flows in the thermal battery 130 in a deactivated state, the battery 120 is turned on by the power supplied from the battery 120. When the thermal battery 130 is switched from the inactive state to the activated state, the start-up is turned on by the power supplied from the thermal battery 130.

한편, 배터리(120)가 정상인 상태에서 열전지가 활성화되는 것을 방지하기 위하여, 도 3b에 도시된 것과 같이, 별도의 스위치(141, 142)가 더 구비될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3B, separate switches 141 and 142 may be further provided to prevent the thermal battery from being activated when the battery 120 is in a normal state.

열전지(120)가 활성화되는 경우 양극단자(150)와 음극단자(160)는 상기 스위치(141, 142)에 의하여 배터리(120)가 아닌 열전지(130)에 연결되기 때문에, 열전지(120)에서 발생된 전류가 배터리(120)로 흐르는 것이 방지된다. 이로써, 극저온 환경에서 충방전에 의하여 배터리의 수명에 악영향이 발생하는 것이 방지된다.The cathode terminal 150 and the anode terminal 160 are connected to the thermal battery 130 and not to the battery 120 by the switches 141 and 142 when the thermal battery 120 is activated, The current flowing through the battery 120 is prevented. This prevents an adverse effect on the life of the battery due to charge and discharge in a cryogenic environment.

도 4는 열전지를 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram for explaining a thermal battery.

도 4를 참조하면, 열전지(130)는 단위전지(또는, 셀)을 적층하여 원하는 출력 전압을 얻을 수 있고, 단위전지의 면적을 조절하여 전류량을 조절할 수 있다. 적층된 단위전지들의 양극이 모여 양극 라인(positive stripe)으로 연결되고, 음극이 모여 음극 라인(negative stripe)으로 연결된다. 또한, 몸통 도화라인(fuse stripe)은 적층된 단위전지들 내의 히트 펠레트(heat pellet)에 연결된다. 전지머리(Battery header)는 덮개(cover)와 덮개지지대(cover plate)와 덮개 내의 도화라인, 점화부(igniter), 터미널 등으로 구성된다. 점화부가 도화되면 덮개 내 도화라인과 몸통 도화라인을 거쳐 셀의 히트 펠레트를 태워 열전지의 단위전지들이 활성화된다. 열전지를 활성화하는 방법은 전기식 점화기(Electrical Igniter) 또는 충격식 뇌관(percussion primer) 방법이 있으며 전지를 작동시키는 시간은 0.03초~1초이고 동작시간도 0.5초~2시간까지 운용조건에 따라 제작이 가능하다. Referring to FIG. 4, the thermocouple 130 can obtain a desired output voltage by stacking unit cells (or cells), and adjust the amount of current by adjusting the area of the unit cell. The positive electrodes of the stacked unit cells are connected to a positive stripe, and the negative electrodes are connected to a negative stripe. In addition, a fuse stripe is connected to a heat pellet in the stacked unit cells. The battery header consists of a cover, a cover plate, a line in the cover, an igniter, and a terminal. When the igniter is drawn, the unit cells of the thermocouple are activated by burning the heat pellet of the cell through the cover line and the body line. The method of activating the thermocouple is electrical igniter or percussion primer method. The operating time of the battery is 0.03 seconds to 1 second and the operating time is 0.5 seconds to 2 hours. It is possible.

도 5는 두 개의 양극단자를 구비하는 열전지를 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram for explaining a thermocouple having two bipolar terminals.

차량에 각종 전자장비가 추가됨에 따라, 상기 차량에는 상기 차량의 운용과 관련된 제어신호를 생성하는 제어기가 포함되고 있다. 예를 들어, 하이브리드 차량의 경우, 차량 운용을 위해서 제어기의 전원도 고려해야 하는데, 기본적인 제어기로 하이브리드 추진제어기(HCU: Hybrid Control Unit), 엔진제어기(ECU: Engine Control Unit), 발전기 제어기(GCU: Generator Control Unit), 모터 제어기(MCU : Motor Control Unit), 배터리 제어기(BMS: Battery Management System) 등이 포함된다. 이러한 제어기들의 총 소요전력은 24V, 15A 내외로 350W 정도이다. As various electronic equipment is added to the vehicle, the vehicle includes a controller for generating a control signal related to the operation of the vehicle. For example, in the case of a hybrid vehicle, it is necessary to consider the power of the controller for vehicle operation. As a basic controller, a hybrid control unit (HCU), an engine control unit (ECU) Control Unit, Motor Control Unit (MCU), and Battery Management System (BMS). The total required power of these controllers is about 350W at about 24V, 15A.

시동모터를 구동하기 위한 고전압 전원뿐만 아니라, 상술한 제어기들을 구동하기 위한 저전압 전원이 필요하다. 저전압 전원공급을 위한 별도의 열전지를 장착하는 것도 가능하나, 본 발명에서는 엔진 시동을 위해 장착했던 열전지를 이용하여 저전압 전원을 출력하는 방법을 제안한다. A low voltage power source for driving the above-described controllers is required as well as a high voltage power source for driving the starter motor. Although it is possible to mount a separate thermocouple for low voltage power supply, the present invention proposes a method of outputting a low voltage power using a thermocouple installed for starting the engine.

열전지는 하나의 전지 셀을 수 개 겹쳐서 원하는 전압을 얻는 방식이기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이, 5~7kW급 열전지의 셀스택(A)에서 24V의 전압을 내는 셀스택(B)만큼 양극 라인(BL)을 따로 빼어 저전압용 양극단자(154)를 만들 수 있다. 즉, 열전지는 양극단자에 연결되고 단위전지들을 이용하여 고전압을 출력하는 고전압 출력단(152), 그리고 제어기에 연결되고 상기 단위전지들 중 일부를 이용하여 상기 고전압보다 작은 저전압을 출력하는 저전압 출력단(154)을 포함한다. 음극단자는 고전압과 저전압을 공용으로 사용한다. As shown in FIG. 5, the cell stack A of the 5 to 7 kW class thermocouple is connected to the positive electrode of the cell stack B which generates a voltage of 24 V by the thermocouple, The negative electrode terminal 154 for low voltage can be formed by pulling out the line BL separately. That is, the high-voltage output terminal 152 connected to the positive terminal of the thermocouple and outputting a high voltage using the unit cells, and the low-voltage output terminal 154 connected to the controller and outputting a low voltage lower than the high- ). Negative terminals commonly use high voltage and low voltage.

차량용 전원공급장치는, 기 설정된 조건이 만족되면, 상기 고전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 시동모터에 전원을 공급하고 상기 저전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 제어기에 전원을 공급하게 된다. The vehicle power supply unit supplies power to the starter motor using the high voltage output terminal and the negative terminal and supplies power to the controller using the low voltage output terminal and the negative terminal when predetermined conditions are satisfied.

이와 같이 저전압용과 고전압용 단자가 별도로 구비되기 때문에, 하나의 열전지로 제어전원과 시동전원을 동시에 제공할 수 있다.Since the low-voltage and high-voltage terminals are separately provided as described above, it is possible to provide both the control power source and the starting power source by one thermocouple.

본 발명에 따른 차량용 전원공급장치는 하이브리드 차량과 내연기관 차량에 각각 적용될 수 있다. 적용되는 방식에 대하여 이하 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.The vehicle power supply apparatus according to the present invention can be applied to hybrid vehicles and internal combustion engine vehicles, respectively. Hereinafter, a method of applying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

먼저, 하이브리드 차량부터 살펴본다. First, let's look at a hybrid vehicle.

도 6a 및 도 6b는 하이브리드 차량의 구성을 설명하기 위한 개념도이고, 도 7은 하이브리드 차량에 설치되는 차량용 전원공급장치를 설명하기 위한 개념도이다.Figs. 6A and 6B are conceptual diagrams for explaining the configuration of a hybrid vehicle, and Fig. 7 is a conceptual diagram for explaining a vehicle power supply device installed in a hybrid vehicle.

엔진과 모터를 이용한 하이브리드 차량은 크게 직렬형과 병렬형으로 구분된다. 직렬형 하이브리드는 엔진과 구동 모터의 구동축이 물리적으로 분리되어 엔진은 발전 모터를 통해 전력만을 생산한다. 생산된 전력은 고전압 배터리에 저장되거나 전장품 전원 공급 및 구동모터로 전달되며 엔진이 작동하지 않는 경우에는 고전압 배터리에 저장된 에너지를 구동 모터에 보내어 차량을 구동하는 방식이다. 병렬형 하이브리드는 엔진과 구동/발전모터의 축이 물리적으로 연결되므로 엔진이 작동되어 구동/발전모터를 회전시킴으로써 발전하여 배터리 충전 또는 차량을 움직이며, 엔진을 끈 상황에서는 고전압 배터리의 전원만으로 구동모터가 작동되어 차량을 움직이는 방식이다.Hybrid vehicles using an engine and a motor are classified into a series type and a parallel type. In the tandem hybrid, the engine and the drive shaft of the drive motor are physically separated, and the engine produces only electric power through the generator motor. The generated electric power is stored in a high voltage battery or is transferred to electric power supply and drive motor. In case the engine does not operate, the energy stored in the high voltage battery is sent to the drive motor to drive the vehicle. In the parallel type hybrid, the axis of the engine and the drive / power generation motor are physically connected, so that the engine is operated to rotate the drive / power generation motor to generate electric power to charge the battery or move the vehicle. When the engine is turned off, Is operated to move the vehicle.

군용 하이브리드 차량의 고전압 배터리는 다수의 배터리 셀을 패키지화하여 군 운용 환경에 맞도록 설계된다. 배터리 팩은 도 7과 같은 구조로 만들어지는데 신뢰성 있는 회로 차단을 보장하고 고압으로부터 차량 부품들을 보호하기 위해 시스템 메인 릴레이(730)와 서비스플러그(710)를 사용한다. 시스템 메인 릴레이(730)는 고전압 라인의 양극단(+)과 음극단(-) 각각에 존재하며 배터리 시스템과 고전압회로를 기계적으로 연결했다 끊었다 하는 역할을 하고 적절한 작동을 보장하기 위해 초기충전 저항(740)을 연결하는 릴레이까지 포함하여 3개의 릴레이로 구성된다. 서비스플러그(710)는 고전압 배터리의 중간에 위치하여 서비스플러그를 제거하면 고압회로는 차단되어 배터리를 안전하게 운용할 수 있도록 하는 역할을 한다. The high-voltage battery of a military hybrid vehicle is designed to suit a military operating environment by packaging a plurality of battery cells. The battery pack is constructed as shown in FIG. 7, but uses system main relay 730 and service plug 710 to ensure reliable circuit breakdown and protect vehicle components from high voltages. The system main relay 730 is present at each of the positive and negative terminals of the high voltage line and serves to mechanically connect and disconnect the battery system and the high voltage circuit and to provide an initial charging resistor 740 And a relay for connecting the first and second switches. The service plug 710 is positioned in the middle of the high-voltage battery, and when the service plug is removed, the high-voltage circuit is shut off to serve as a safe operation of the battery.

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 경우, 서비스플러그(710)에 열전지(720)를 삽입하고 열전지와 연결되는 고전압 회로라인을 별로도 구성하여 극저온 환경에서 열전지를 에너지원으로 이용하고자 할 때 열전지를 활성화시키고 본 회로경로를 통하여 엔진에 시동을 켤 수 있다.In the case of the hybrid vehicle according to the present invention, a thermoelectric battery 720 is inserted into the service plug 710 and a high voltage circuit line connected to the thermoelectric battery is separately provided. When the thermoelectric battery is used as an energy source in a cryogenic temperature environment, You can turn on the engine through this circuit path.

하이브리드 차량의 배터리 팩 내에 배터리 셀과 병렬로 열전지를 DC 링크와 연결할 수 있는 별도의 직류전원라인(L)과 열전지(720)를 삽입함으로써, 본 발명에 따른 차량용 전원공급장치가 형성될 수 있다. 이를 보다 간편하게 구현하기 위하여 본 실시예에서는, 기존의 서비스플러그(710)에 열전지(720)를 삽입하는 새로운 형태의 서비스플러그(700)를 제안한다. 이러한 새로운 형태의 서비스플러그(720)를 본 발명에 따른 '차량용 전원공급장치'라고 호칭할 수 있다. The vehicle power supply apparatus according to the present invention can be formed by inserting a separate DC power supply line L and a thermocouple 720 that can connect the thermocouples to the DC link in parallel with the battery cells in the battery pack of the hybrid vehicle. In order to simplify this, the present embodiment proposes a new type service plug 700 for inserting a thermal battery 720 into an existing service plug 710. This new type of service plug 720 may be referred to as a 'vehicle power supply' according to the present invention.

하이브리드 차량을 배터리 없이 운용하기 위해서는 제어기의 전원와 엔진 시동을 위한 전원이 필요한데, 먼저 엔진의 시동을 고려했을 때 직렬형 하이브리드 차량의 경우 600V, 10A급으로 5~7kW정도의 전력이 필요하다. -50℃에서도 5초 내외의 전력을 공급하는 수준으로 열전지를 제작했을 때 그 체적은 약 1ℓ, 무게는 약 1.5kg 정도로 제작이 가능하다. 크기와 무게를 고려했을 때 서비스플러그에 어댑터 형식으로 삽입이 가능하다. In order to operate a hybrid vehicle without a battery, a power source for the controller and a power source for starting the engine are required. First, in the case of a series hybrid vehicle, a power of about 5 to 7 kW is required in 600A, 10A class. When the thermocouple is manufactured at a temperature of -50 ° C to supply electric power of about 5 seconds, the volume can be about 1 liter and the weight can be made about 1.5 kg. It can be inserted into the service plug as an adapter type considering the size and weight.

기존의 서비스플러그(710)는 본래 양극(+)과 음극(-)을 연결하는 2개의 단자가 존재하지만, 본 발명에서 제안하는 새로운 형태의 서비스플러그(700)는 배터리 셀을 연결하는 2개의 단자와 열전지를 연결하는 2개의 단자, 총 4개의 단자로 구성된다. 평상시에 열전지는 비활성화 상태이므로 열전지와 연결되는 직렬전원라인(L)으로는 전류가 흐르지 않는다. 그러다가 극저온 환경이 되면 배터리 셀의 내부저항이 급상승하여 배터리의 충방전 역할을 할 수 없게 되는데, 이때 열전지(720)를 활성화시켜주면 열전지(720)의 직류전원라인(L)을 통해 전류가 흐르고 이 전원으로 엔진에 시동을 걸 수 있게 된다. 이와 같은 구조에서는 열전지나 배터리 셀을 선택적으로 연결하는 릴레이가 별도로 필요 없다. In the conventional service plug 710, two terminals for connecting the positive electrode (+) and the negative electrode (-) exist. However, the new type service plug 700 proposed by the present invention has two terminals And two terminals for connecting the thermocouple, and a total of four terminals. Since the thermocouple is normally inactive, no current flows through the serial power line (L) connected to the thermocouple. At this time, when the thermoelectric battery 720 is activated, a current flows through the DC power supply line L of the thermoelectric battery 720, It is possible to start the engine with the power supply. In this structure, a relay for selectively connecting the thermocouple or the battery cell is not necessary.

서비스플러그는 배터리 팩에서 외부로 쉽게 접근가능하고 교체도 용이하기 때문에 서비스 플러그에는 열전지와 체결될 수 있는 부위가 설치되어 열전지를 사용하고 난 후에는 교체형식으로 새로운 열전지로 바꾸어 주기만 하면 된다.Since the service plug is easily accessible from the battery pack and is easily replaceable, the service plug is provided with a portion that can be fastened to the thermocouple. Once the thermocouple is used, it can be replaced with a new thermocouple.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 내연기관 차량에 설치되는 차량용 공급장치를 설명하기 위한 개념도이다.8A, 8B and 8C are conceptual diagrams for explaining a vehicle supply apparatus installed in an internal combustion engine vehicle.

내연기관 차량에서도 열전지를 이용하여 극저온 환경에서 시동을 켤 수 있다. 하이브리드 차량과 같은 형태로 납축전지(810, 또는 배터리)의 연결단자와 병렬로 열전지(820)를 연결하면 된다. 또는 교체가 보다 용이할 수 있게 어댑터(830) 형태로 제작할 수도 있다. In an internal combustion engine vehicle, the thermocouple can be used to start the engine in a cryogenic environment. It is sufficient to connect the thermoelectric battery 820 in parallel with the connection terminal of the lead acid battery 810 or the battery in the same form as the hybrid vehicle. Or may be fabricated in the form of an adapter 830 to facilitate replacement.

평상시에 열전지는 비활성화 상태이기 때문에 열전지와 연결된 전원라인은 개방 된 상태로 유지되어 납축전지의 전원으로 시동을 켜고, 극저온 환경일 때는 납축전지(810)가 매우 큰 저항처럼 작용하여 개방 상태가 되기 때문에 이때에는 열전지를 활성화시켜 열전지의 전원으로 시동을 켜야 한다. Since the thermocouple is normally inactive, the power supply line connected to the thermocouple is kept open to turn on the power source of the lead-acid battery. In the cryogenic temperature environment, the lead-acid battery 810 acts as a very large resistor, At this time, it is necessary to turn on the thermocouple by activating the thermocouple.

극저온에서 납축전지의 충방전으로 인하여 전지의 수명에 악영향을 받는 것이 우려되는 경우라면 열전지 운용 중 소량의 전류라도 납축전지에 흐르는 것을 방지하기 위해 릴레이(820)를 추가로 장착하여 해결할 수 있다.If it is feared that the charge and discharge of the lead-acid battery at the cryogenic temperature may adversely affect the life of the battery, the relay 820 may be additionally installed to prevent a small amount of current from flowing through the lead battery during the thermal battery operation.

상술한 바와 같이, 하이브리드 차량에서 본 발명에 따른 차량용 전원공급장치는 기존의 서비스플러그를 이용하여 형성될 수 있고, 내연기관 차량에서 본 발명에 따른 차량용 전원공급장치는 열전지를 납축전지에 병렬로 연결하거나 어댑터 형식으로 연결함으로써 이루어질 수 있다. As described above, in the hybrid vehicle, the vehicle power supply apparatus according to the present invention can be formed using existing service plugs. In the internal combustion engine vehicle, the vehicle power supply apparatus according to the present invention connects the thermocouples to the lead- Or in the form of an adapter.

제작 방법이 간단하며, 교체가 용이하기 때문에 저렴한 비용으로 차량용 전원공급장치를 생산할 수 있다. 또한, 사용자는 용이하게 열전지를 교체할 수 있기 때문에, 사용자 편의성이 증대된다.
Since the manufacturing method is simple and easy to replace, it is possible to manufacture a vehicle power supply at a low cost. In addition, since the user can easily replace the thermocouple, user convenience is increased.

도 9는 일반적인 배터리와 열전지의 가용에너지 대 전압 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the energy vs. voltage characteristics of a general battery and a thermal battery.

도 9를 참조하면, 배터리의 가용에너지 대 출력 전압을 보여주고 있는데 일반 배터리의 경우 SOC(State of charge)가 떨어지면 일정한 비율로 전압도 떨어진다. 그런데 열전지의 경우에는 SOC(State of charge)가 30% 이하가 될 때까지 셀 전압이 거의 일정하다가 전압이 급격하게 떨어진다. 이러한 열전지의 특성상 차량 제어에 있어 특별한 조치가 요구된다.Referring to FIG. 9, the available energy versus output voltage of the battery is shown. When the state of charge (SOC) of a general battery is lowered, the voltage drops at a constant rate. However, in the case of a thermocouple, the cell voltage is substantially constant until the SOC (State of charge) becomes less than 30%, and the voltage drops sharply. Due to the nature of these batteries, special measures are required for vehicle control.

극저온 환경에서 차량이 운용되기 위해서는, 시동을 켜기 위한 전원이 시동 모터에 공급해야 하며, 차량에 구비된 각종 제어기에도 전원이 공급되어야 한다. 제어기에 적절한 전원이 공급되지 않으면 시동이 켜지더라도 차량 제어가 불가능할 수 있으며, 시동이 다시 꺼질 위험이 있다. 특히, 열전지의 경우, 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 동작시간이 길지 않기 때문에, 적절한 전원이 제어기에 공급되지 않거나, 발전기에서 공급되는 전원이 제어기에 공급되기 전에 전원 공급이 중단될 수 있다. In order to operate a vehicle in a cryogenic environment, a power source must be supplied to the starter motor to turn on the starter, and power must be supplied to various controllers provided in the vehicle. If proper power is not applied to the controller, even if the ignition is turned on, vehicle control may not be possible and there is a risk that the ignition will turn off again. Particularly, in the case of the thermal battery, since the operation time is not long, as described above with reference to Fig. 4, the appropriate power is not supplied to the controller, or the power supply may be stopped before the power supplied from the generator is supplied to the controller .

예를 들어, 하이브리드 차량은, 추진제어기(HCU)의 고장 진단/처리 소프트웨어에 의해 차량의 저전압이나 고전압의 전원이 규격 이하가 될 때, 차량 운행을 중단하고 제어기들을 절차에 맞게 셧다운 시키게 되어있다. 하이브리드 차량에서 LDC(Low voltage DC/DC converter)의 역할은 고전압을 입력으로 받고 저전압을 출력하여 차량에 저전압을 공급하면서 저전압 배터리를 충전하는데, 저전압 배터리 대신 열전지로 초기에 전압을 제공하다가 열전지가 방전되어 갑자기 전원이 떨어지게 되면 고장메시지가 발생하여 LDC의 동작이 멈출 수 있다. 또한, 급격한 전압 강하는 HCU에 의한 고장진단/처리 절차를 따르지 못하고 제어기들이 갑자기 꺼질 수 있는 위험이 있다. For example, hybrid vehicles are designed to interrupt vehicle operation and shut down the controllers in a procedural manner when the power supply of the vehicle's low voltage or high voltage becomes below the specification by the fault diagnosis / processing software of the propulsion controller (HCU). In a hybrid vehicle, the role of a low voltage DC / DC converter (LDC) is to charge a low-voltage battery while supplying a low voltage to the vehicle by receiving a high voltage from a low voltage and supplying the vehicle with an initial voltage by using a thermocouple instead of a low- If the power suddenly drops, a fault message may occur and the operation of the LDC may stop. In addition, the sudden voltage drop can not follow the fault diagnosis / handling procedure by the HCU, and there is a risk that the controllers may be turned off suddenly.

다른 예를 들어, 내연기관 차량의 경우에도 마찬가지로, 열전지가 완전방전 되면 제어기가 갑자기 꺼지고 엔진도 멈추게 될 것이다. For another example, in the case of an internal combustion engine vehicle, similarly, when the thermal battery is completely discharged, the controller will suddenly turn off and the engine will also stop.

이와 같은 상황을 방지하기 위해서 열전지를 전원으로 하여 차량을 운용할 때, 열전지 운용 모드로 운용할 필요가 있다. 이하에서는, 열전지 운용 모드와 관련된 실시 예를 하이브리드 차량과 내연기관 차량을 구분하여 구체적으로 살펴본다.In order to prevent such a situation, it is necessary to operate the vehicle in a thermal battery operating mode when the vehicle is operated with the thermal battery as the power source. Hereinafter, an embodiment related to the thermoelectric battery operation mode will be specifically described by distinguishing the hybrid vehicle and the internal combustion engine vehicle.

도 10은 하이브리드 차량에서 열전지를 전원으로 사용할 경우 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 11은 내연기관 차량에서 열전지를 전원으로 사용할 경우 차량의 전원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 10 is a flowchart for explaining a power control method of a vehicle when a thermal battery is used as a power source in a hybrid vehicle, and FIG. 11 is a flowchart for explaining a power control method of a vehicle when a thermal battery is used as a power source in an internal combustion engine vehicle.

먼저, 운전자로부터 시동을 켜는 제스처가 수신된다. 다시 말해, 운전자가 시동키 스위치를 조작함에 따라 시동 명령(차량 start on)이 수신된다. First, a gesture to turn on the start is received from the driver. In other words, a start command (vehicle start on) is received as the driver operates the ignition key switch.

이후, 차량용 전원공급장치 또는 차량은 온도를 감지하고 감지된 온도를 기준온도(또는, 배터리 최소 운용 온도)를 비교한다. 비교 결과에 따라, 배터리를 이용하는 노멀 모드(normal mode) 또는 열전지 운용 모드를 실행한다.The vehicle power supply or vehicle then senses the temperature and compares the sensed temperature with a reference temperature (or battery minimum operating temperature). In accordance with the comparison result, the normal mode or the thermal battery operating mode using the battery is executed.

열전지 운용 모드가 실행되면, 열전지의 점화부를 점화하여 열전지를 비활성화된 상태에서 활성화된 상태로 전환한다. 열전지에서 생성되는 전원은 시동이 켜지도록 시동 모터로 전달된다.When the thermocell operation mode is executed, the ignition part of the thermocouple is ignited to switch the thermocouple from the inactive state to the activated state. The power generated by the thermocouple is transferred to the starter motor so that the starter is turned on.

열전지 운용 모드의 실행에 따라, 차량은 차량 운행에 꼭 필요한 최소한의 제어기에만 전원을 전달한다. In accordance with the execution of the thermal battery operating mode, the vehicle delivers power only to the minimum controller necessary for the vehicle operation.

하이브리드 차량에서 열전지 운용 모드가 실행되는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 전압 및 전류에 대한 경고 및 고장 조건을 열전지 동작조건을 고려하여 변경하여야 한다. 열전지가 방전되어 전압이 갑자기 떨어지고 전류가 급격히 올라가는 경우를 고려하여 출력 저전압 고장 기준을 낮추거나 고전류 고장기준을 높이거나 또는 고장진단을 위한 조건의 유지시간을 늘리는 조치가 필요하다. When the thermoelectric battery operation mode is executed in the hybrid vehicle, as shown in FIG. 10, the warning and the failure condition for the voltage and the current should be changed in consideration of the thermal battery operation condition. Taking into consideration the case where the battery is suddenly discharged and the voltage suddenly drops, it is necessary to take measures to lower the output low voltage failure criterion, increase the high current failure criterion, or increase the maintenance time of the condition for diagnosis.

내연기관 차량의 경우, 최근 연비향상을 위해 알터네이터가 구비되고 있다. 상기 알터네이터는 차량에서 사용하고 있는 전류량을 감지하거나 배터리의 충전상태에 따라 발전력을 조절한다. 하지만, 열전지 운용 모드가 실행되는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 급격한 전압강하에 대비하기 위해 상시 알터네이터를 동작시키면서 발전량을 최대로 설정하는 것이 필요하다. 열전지의 동작시간이 정해져 있으므로, 동작시간을 고려한 설정도 가능하다.In the case of an internal combustion engine vehicle, an alternator is recently provided to improve fuel economy. The alternator senses the amount of current used in the vehicle or regulates the power generation according to the charged state of the battery. However, when the thermoelectric battery operation mode is executed, as shown in FIG. 11, it is necessary to set the generation amount to a maximum value while operating the always-on alternator in order to cope with a sudden voltage drop. Since the operation time of the thermal battery is fixed, it is also possible to set the operation time in consideration.

한편, 차량이 운행됨에 따라 배터리의 온도는 상승(또는, 승온)하게 된다. 차량은 배터리의 온도를 주기적 또는 비정기적으로 측정하고, 측정된 온도가 기준온도보다 높아지는 경우, 열전지 대신 배터리로부터 전원이 공급되도록 제어를 수행한다. 즉, 열전지 운용 모드가 노멀 모드로 전환된다.On the other hand, as the vehicle is operated, the temperature of the battery rises (or increases). The vehicle periodically or irregularly measures the temperature of the battery and performs control so that power is supplied from the battery instead of the thermal battery when the measured temperature becomes higher than the reference temperature. That is, the thermoelectric battery operating mode is switched to the normal mode.

한편, 본 발명에 따른 차량용 전원공급장치는 양극단자와 음극단자 외에, 외부 차량과 연결되도록 형성되는 외부 양극단자와 외부 음극단자를 더 구비할 수 있다. 상기 외부 차량이 상기 외부 양극단자와 상기 외부 음극단자와 연결된 상태에서 상기 열전지가 활성화되는 경우, 상기 열전지에서 생성된 전원이 시동 모터에 공급될뿐만 아니라, 상기 외부 차량에도 공급될 수 있다. Meanwhile, the vehicle power supply apparatus according to the present invention may further include an external positive terminal and an external negative terminal, which are formed to be connected to the external vehicle, in addition to the positive terminal and the negative terminal. When the thermocouple is activated in a state where the external vehicle is connected to the external anode terminal and the external cathode terminal, power generated by the thermocouple can be supplied to the external motor vehicle as well as to the starting motor.

군의 차량 운용 환경을 고려하면 열전지를 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 군에서는 다수의 차량들이 출동을 대비하고 있다가 동시에 모든 차량이 출동해야 하는 상황이 자주 발생한다. 이와 같은 상황에서 극저온 환경일 때 모든 차량들의 시동이 켜지지 않을 것인데, 이때에는 한 개의 열전지로 모든 차량의 시동을 거는데 활용할 수 있다. 이를 위해서는 차량에 탑재된 열전지 또는 그 라인이 다른 차량과 연결될 수 있도록 외부 단자를 내어야 한다. Considering the vehicle operation environment of the military, it is possible to utilize the thermal battery more efficiently. In the military, a large number of vehicles are prepared for dispatch, but at the same time, all the vehicles must be dispatched at the same time. In such a situation, when the cryogenic environment is used, all vehicles will not be turned on. In this case, a single thermocouple can be used to start all vehicles. To do this, the thermocouple installed in the vehicle or the external terminal must be connected so that the line can be connected to other vehicles.

도 12a, 도 12b 및 도 12c는 한 개의 열전지로 다수의 차량에 시동을 거는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.12A, 12B and 12C are diagrams for explaining a method of starting a plurality of vehicles with one thermocouple.

도 12a는 하이브리드 차량에 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 전원공급장치를 적용한 실시 예가 도시되어 있다. 열전지(720)를 적용한 서비스플러그(700)에 추가로 고전압 회로 라인과 연결이 가능한 외부단자(730)를 추가한다. 12A shows an embodiment in which a vehicle power supply apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle. An external terminal 730 which can be connected to the high voltage circuit line is added to the service plug 700 to which the thermocouple 720 is applied.

도면에 도시되지 않았으나, 내연기관 차량의 경우에서도 차량 내 12V 또는 24V 회로라인과 연결이 가능한 외부단자가 추가될 수 있다. Although not shown in the drawings, an external terminal that can be connected to a 12V or 24V circuit line in the vehicle can be added even in the case of an internal combustion engine vehicle.

한 개의 열전지로 다수의 차량에 시동을 걸기 위한 차량의 전원 제어방법은 도 12c와 같다. 먼저, 모든 차량이 꺼져있는 상태에서 차량용 전원공급장치에 포함된 외부단자들을 (+)극은 (+)극대로, (-)극은 (-)극대로 케이블을 연결한다. 연결을 마치면, 한 대의 차량에 대하여 열전지를 활성화시키고 엔진에 시동을 켠다. 시동이 켜지면 외부단자와 연결된 케이블을 통해 다른 차량의 시동도 켤 수 있게 된다. 하이브리드 차량이나 내연기관 차량에서 같은 순서로 차량의 전원을 제어할 수 있다.A power supply control method of a vehicle for starting a plurality of vehicles with one thermocouple is shown in Fig. 12C. First, with all vehicles turned off, connect the external terminals included in the vehicle power supply to the positive (+) and negative (-) poles. When the connection is complete, the thermocouple is activated for one vehicle and the engine is turned on. When the ignition is turned on, other vehicles can also be turned on via the cable connected to the external terminal. The power of the vehicle can be controlled in the same order in the hybrid vehicle or the internal combustion engine vehicle.

도 13a 및 도 13b는 열전지를 이용하여 엔진 시동을 켠 경우, 열전지 교체를 안내하는 안내정보를 출력하는 차량을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining a vehicle that outputs guidance information for guiding the replacement of the thermal battery when the engine is started using the thermal battery. FIG.

본 발명에 따른 차량용 전원공급장치가 차량에 설치되면, 도 13a에 도시된 바와 같이, 차량의 계기판에는 열전지와 관련된 표시등(1312)이 추가될 수 있다. 또한, 도 13b에 도시된 바와 같이, 차량에 시각과 관련된 출력을 발생시키기 위한 디스플레이부(1320)가 구비될 수 있다. 열전지가 한 번 활성화되어 소모된 경우, 또는 차량용 전원공급장치에 열전지가 분리된 경우에 상기 디스플레이부(1320)에는 열전지 교체 또는 열전지 결합을 안내하는 안내정보가 표시될 수 있다. When the vehicle power supply apparatus according to the present invention is installed in a vehicle, an indicator lamp 1312 related to the thermal battery may be added to the instrument panel of the vehicle, as shown in FIG. 13A. In addition, as shown in FIG. 13B, a display unit 1320 for generating an output related to time with respect to the vehicle may be provided. When the thermal battery is once activated and consumed, or when the thermal battery is disconnected from the power supply for the vehicle, the display unit 1320 may display guidance information for guiding thermocouple replacement or thermocouple coupling.

지금까지, 운저자로부터 시동 명령이 수신되면, 차량 또는 차량용 전원공급장치가 열전지 사용 여부(또는, 기 설정된 조건을 만족하는지 여부)를 판단하고, 판단 결과에 따라 열전지를 자동으로 활성화시키는 방법에 대하여 살펴보았다.If the start command is received from the driver, the method determines whether the vehicle or the power supply for the vehicle uses the thermal battery (or whether or not the predetermined condition is satisfied) and automatically activates the thermal battery according to the determination result I looked at it.

허나, 차량용 전원공급장치가 서비스플러그에 열전지를 추가하는 구성으로 이루어지면, 사용자는 열전지를 수동으로 활성화시킬 필요가 있다. 차량용 전원공급장치에 구비되는 열전지가 차량시동의 목적으로 제작될 경우, 크기 등을 고려할 때 전원을 공급할 수 있는 동작시간이 수 초 이내가 될 것이다. 이러한 경우 운전자가 열전지를 활성화시키고 차량 운전석으로 이동하여 시동키를 돌릴 때 이미 수 초가 지나 열전지를 제대로 활용하지 못할 수도 있다. 이러한 경우를 대비하여 열전지에서 출력이 나오는 시점을 활성화 시도 후, 수 초 후에 전원이 출력되도록 제작하는 방법이 있을 수 있다. 보다 진화된 방법으로, 열전지 enable 스위치와 함께 차량의 키 스위치가 start on되는 경우, 열전지를 활성화시키는 방법도 있다. 이러한 방법은 운전자에게 편의성을 제공할 뿐만 아니라 열전지를 차량 운용조건에 맞춰 치밀하게 설계/제작할 수 있게 한다. However, if the vehicle power supply is configured with a thermocouple added to the service plug, the user needs to manually activate the thermocouple. When the thermal battery provided in the vehicle power supply device is manufactured for the purpose of starting the vehicle, the operation time for supplying the power in consideration of the size and the like will be within a few seconds. In this case, when the driver activates the thermocouple and moves to the driver's seat and turns the ignition key, the thermocouple may not be fully utilized after several seconds. In this case, there may be a method of making the power output after a few seconds after the attempt to activate the output point of the thermocouple. In a more advanced manner, there is a method of activating the thermocouple when the key switch of the vehicle is started with the thermoelectric enable switch. This method not only provides convenience to the driver but also allows the design and manufacture of the thermal battery to meet the requirements of the vehicle operation.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 차량용 전원공급장치의 제어부(180)를 포함할 수도 있다.The present invention described above can be implemented as computer readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and also implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer may include a controller 180 of a vehicle power supply.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (10)

차량의 엔진이 시동 되도록 시동모터에 전원을 공급하는 차량용 전원공급장치에 있어서,
양극단자 및 음극단자를 구비하는 하우징;
상기 하우징 내부에 장착되어, 상기 하우징 내부의 온도를 측정하도록 이루어지는 온도센서;
상기 하우징 내부에 장착되어 상기 양극단자 및 상기 음극단자에 연결되며, 시동명령에 응답하여 상기 시동모터에 전원을 공급하는 배터리; 및
상기 하우징 내부에 장착되어 상기 양극단자와 상기 음극단자에 연결되고, 열에 의해 활성화되는 복수 개의 단위전지들이 직렬 또는 병렬로 적층되어 형성되며, 상기 온도센서에서 측정된 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 활성화되어 상기 시동모터에 전원을 공급하는 열전지를 포함하는 차량용 전원공급장치.1. A vehicle power supply apparatus for supplying power to a starter motor so that an engine of the vehicle is started,
A housing including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal;
A temperature sensor mounted inside the housing to measure a temperature inside the housing;
A battery mounted inside the housing and connected to the positive terminal and the negative terminal, the battery supplying power to the starter motor in response to a start command; And
A plurality of unit cells mounted in the housing and connected to the cathode terminal and the cathode terminal and activated by heat are stacked in series or in parallel, and when the temperature measured by the temperature sensor is lower than a reference temperature, And a thermocouple that supplies power to the starter motor. 제1항에 있어서,
상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라, 상기 양극단자 및 상기 음극단자에 상기 배터리 또는 상기 열전지를 선택적으로 연결하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.The method according to claim 1,
And a switch for selectively connecting the battery or the thermocouple to the positive terminal and the negative terminal according to a temperature measured by the temperature sensor. 제2항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 열전지와 상기 양극단자 및 상기 음극단자가 연결된 상태에서 상기 엔진에 시동이 걸리는 경우, 상기 양극단자 및 상기 음극단자에서 상기 열전지를 분리하고 상기 양극단자 및 상기 음극단자를 상기 배터리에 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.3. The method of claim 2,
Wherein the switch disconnects the thermocouple from the positive electrode terminal and the negative electrode terminal when the engine is started in a state where the thermocouple is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the battery And the power supply is connected to the power supply. 제1항에 있어서,
상기 열전지는,
열을 발생시키는 발열제; 및
상기 온도센서에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 상기 열전지가 활성화되도록 상기 발열제를 점화하는 점화부를 포함하고,
상기 열전지는 상기 발열제에서 생성되는 열에 의하여 활성화되어 상기 시동모터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.The method according to claim 1,
The thermo-
An exothermic agent generating heat; And
And an ignition unit for igniting the heat generating agent so that the thermocouple is activated when the temperature measured by the temperature sensor is lower than the reference temperature,
Wherein the thermal battery is activated by heat generated from the heat generating agent to supply power to the starter motor. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 차량은 상기 차량의 운용과 관련된 제어신호를 생성하는 제어기를 포함하고,
상기 열전지는,
상기 양극단자에 연결되고, 상기 단위전지들을 이용하여 고전압을 출력하는 고전압 출력단; 및
상기 제어기에 연결되고, 상기 단위전지들 중 일부를 이용하여 상기 고전압보다 작은 저전압을 출력하는 저전압 출력단을 포함하며,
상기 온도센서에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 상기 고전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 시동모터에 전원을 공급하고 상기 저전압 출력단 및 상기 음극단자를 이용하여 상기 제어기에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.The method according to claim 1,
The vehicle including a controller for generating a control signal associated with the operation of the vehicle,
The thermo-
A high voltage output terminal connected to the positive terminal and outputting a high voltage using the unit cells; And
And a low voltage output terminal connected to the controller and using a part of the unit cells to output a low voltage lower than the high voltage,
When the temperature measured by the temperature sensor is lower than the reference temperature, power is supplied to the starter motor using the high voltage output terminal and the negative terminal, and power is supplied to the controller using the low voltage output terminal and the negative terminal And a power supply for the vehicle. 제6항에 있어서,
상기 제어기는, 하이브리드 추진제어기(HCU: Hybrid Control Unit), 엔진 제어기(ECU, Engine Control Unit), 발전기 제어기(GCU: Generator Control Unit), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 배터리 제어기(BMS: Battery Management System) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.The method according to claim 6,
The controller includes a hybrid control unit (HCU), an engine control unit (ECU), a generator control unit (GCU), a motor control unit (MCU), a battery control unit (BMS) A battery management system, and a battery management system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 열전지와 연결되며 외부 차량과 연결되도록 형성되는 외부 양극단자와 외부 음극단자를 더 구비하고,
상기 외부 차량이 상기 외부 양극단자와 상기 외부 음극단자와 연결된 상태에서 상기 열전지가 활성화되는 경우, 상기 열전지에서 생성된 전원이 상기 외부 차량에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원공급장치.The method according to claim 1,
The housing further includes an external cathode terminal and an external cathode terminal connected to the thermocouple and connected to an external vehicle,
Wherein the power generated by the thermocouple is supplied to the external vehicle when the thermocouple is activated when the external vehicle is connected to the external anode terminal and the external cathode terminal. 제1항에 기재된 차량용 전원공급장치를 이용하여 상기 시동모터에 공급되는 전원을 제어하는 제어방법에 있어서,
상기 시동명령을 수신하는 단계;
상기 시동명령에 응답하여 상기 하우징 내부의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도에 따라 열전지 또는 배터리 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 상기 시동모터에 전원을 공급하는 단계를 포함하는 차량의 전원 제어방법.A control method of controlling power supplied to the starter motor by using the vehicle power supply apparatus according to claim 1,
Receiving the start command;
Measuring a temperature inside the housing in response to the start command; And
And supplying power to the starter motor by selectively using one of a thermal battery and a battery according to the measured temperature.
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