KR101846680B1 - 차량의 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량에 사용되는 저전압 배터리로서 리튬 배터리를 사용하는 경우 리튬 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고 리튬 배터리를 열화시키는 다양한 조건들로부터 리튬 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 차량의 배터리 관리 시스템이 개시된다. 상기 차량의 배터리 관리 시스템은, 배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이; 사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치; 및 상기 재접속 스위치의 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

차량의 배터리 관리 시스템{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 사용되는 저전압 배터리로서 리튬 배터리를 사용하는 경우 리튬 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고 리튬 배터리를 열화시키는 다양한 조건들로부터 리튬 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 차량의 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량인 전기 차량 또는 연료전지 차량은 차량의 시동에 필요한 전원을 제공하고 저전압으로 동작하는 전장 부하들에 전원을 제공하기 위해 저전압 배터리('보조 배터리'라고도 함)를 구비한다. 또한, 화석연료를 사용하여 엔진을 구동하는 일반적인 내연기관 차량에서도 차량의 시동이나 전장 부하들의 전원을 제공하기 위해 충전이 가능한 배터리를 구비한다.
이러한 배터리는 주로 저가로 제작 가능한 납산 배터리가 지금까지 사용되었으나, 추후에는 수명이 길고 전기적 특성이 우수한 리튬 배터리로 대체될 전망이다.
리튬 배터리는 그 특성 상 완전한 방전을 차단하여야 하므로 보조 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 임계 전압(방전 하한 전압) 보다 낮아지면 릴레이를 이용하여 차량 시스템과의 전기적 연결을 차단하도록 설치된다. 릴레이에 의해 전기적 연결이 차단된 상태에서 차량을 재시동하기 위해서는 릴레이를 수동으로 온 시켜 전기적 연결을 다시 형성하게 되는데, 종래에는 배터리 전압이 직접 릴레이의 코일에 인가되도록 적용된 재접속 스위치를 사용하였다. 즉, 종래에는, 외부에서 사용자가 재접속 스위치를 누르면 배터리 전압이 릴레이를 구동하기 위한 코일에 인가되면서 릴레이가 온되어 차량 시스템에 배터리가 전기적으로 연결되도록 하였다.
이러한 종래의 배터리 릴레이 재접속 방식은 여러 가지 문제가 있었다. 예를 들어, 재접속 스위치의 오조작 등으로 인해 재접속 스위치가 일정 시간 이상 온 상태를 유지하게 되는 경우 릴레이 코일에 계속 배터리 전압이 인가됨으로써 릴레이 코일이 소손되는 문제가 발생하였다. 또한, 인라인 작업 시 배터리 릴레이가 상시 온 상태를 오랜 시간 유지하게 됨으로써 배터리가 과방전되는 문제가 발생하였다. 또한, 점프 스타트를 위해 릴레이의 차량 측 단자 측에 외부 전원을 연결할 때, 외부 전원이 일정 수준 이상의 전압을 갖는 경우 배터리가 과충전되거나 과전압이 인가되어 배터리가 급속하게 열화되는 문제가 발생하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2014-187731 A JP 2008-309041 A
이에 본 발명은, 차량에 사용되는 저전압 배터리로서 리튬 배터리를 사용하는 경우 리튬 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고 리튬 배터리를 열화시키는 다양한 조건들로부터 리튬 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 차량의 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이;
사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치; 및
상기 재접속 스위치의 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량의 배터리 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 상기 배터리와 연결되어 구동 전원을 공급받는 상시전원 입력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 상기 재접속 스위치의 접속 신호와 차량의 키입력에 따른 액세서리 온 또는 이그니션 온 신호를 입력 받아 웨이크업 신호를 생성하는 웨이크업 입력부를 포함하고, 상기 웨이크업 신호 발생 시 상기 컨트롤러가 웨이크업 될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 재접속 스위치의 접속 신호에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 릴레이 제어부를 포함하고, 상기 릴레이 제어부는 펄스파형의 제어를 통해 상기 릴레이 온/오프를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 재접속 스위치가 온되는 경우 상기 재접속 스위치의 타단에 배터리 전압이 인가됨에 따라 웨이크업되고, 웨이크업 된 이후 차량의 주행거리를 입력받으며 상기 주행거리가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 릴레이를 오프시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 릴레이의 후단 전압을 센싱하는 전압센서를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 재접속 스위치가 온되는 경우 상기 재접속 스위치의 타단에 배터리 전압이 인가됨에 따라 웨이크업되고, 웨이크업 된 이후 상기 전압센서의 센싱 전압이 사전 설정된 정상 전압 범위 이내인 경우 상기 릴레이를 온시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이; 및
상기 배터리에 직접 연결되어 상시전원을 제공받으며, 시간 주기를 설정하여 웨이크업 되며, 상기 배터리의 전압이 사전 설정된 임계값 이하인 경우 상기 릴레이를 오프시키는 제어 신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 릴레이가 오프된 이후, 상기 시간 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 릴레이가 오프된 이후, 상기 시간 주기를 상기 릴레이 오프 이전보다 더 길게 설정하거나 상기 시간 주기를 설정하지 않음으로써 웨이크업 되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 재접속 스위치의 접속 신호와 차량의 키입력에 따른 액세서리 온 또는 이그니션 온 신호에 따라 웨이크업될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 릴레이의 후단 전압을 센싱하는 전압센서를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동이 오프되면, 상기 릴레이를 오프시키는 제어신호를 출력한 후 상기 전압센서의 제1 센싱전압을 입력받고, 이어 상기 릴레이를 온시키는 제어신호를 출력한 후 상기 전압센서의 제2 센싱전압을 입력받으며, 상기 제1 센싱전압과 상기 제2 센싱전압이 실질적으로 동일한 경우 상기 릴레이의 융착이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 릴레이의 융착이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 시간 주기를 상기 릴레이 오프 이전보다 더 길게 설정하거나 상기 시간 주기를 설정하지 않음으로써 웨이크업 되지 않을 수 있다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 차량의 배터리 관리 시스템에 따르면, 릴레이의 재접속을 위한 입력을 제공받는 재접속 스위치의 온 여부를 컨트롤러에서 입력 받고, 컨트롤러가 다양한 배터리 주변의 전기적 환경을 판단하여 릴레이를 온/오프 상태를 제어함으로써 배터리의 과방전, 과충전 및 과전압 인가를 예방할 수 있다.
특히, 상기 차량의 배터리 관리 시스템은, 차량 시동 오프 시에도 컨트롤러에 의한 릴레이 온/오프 제어를 컨트롤러가 수행하기 위해, 컨트롤러에 직접 배터리 전압을 상시전원으로 제공하는 대신, 여러 가지 웨이크업 조건을 설정하고 다양하게 변경함으로써, 차량 시동 오프 시 컨트롤러에 의한 배터리 전류 소모를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 블록구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템은, 배터리(10)와, 배터리(10)에 연결된 전단 및 제어신호에 따라 전단과 전기적으로 연결 및 차단되는 후단을 갖는 릴레이(20)와, 배터리(10)에 연결된 일단 및 외부 입력에 따라 상기 일단과 전기적으로 연결 또는 차단되는 타단을 갖는 재접속 스위치(30)와, 배터리(10)에 직접 연결되어 상시전원(B+)을 제공받고, 차량의 키입력 또는 재접속 스위치(30)의 타단의 전기적 상태에 따라 웨이크업되며, 릴레이(20)의 접속상태를 제어하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러(100)을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 저전압(예를 들어, 12V 내외)의 전력을 출력하기 위해 전기 에너지를 저장하는 요소이다. 배터리(10)는 차량의 시동 시 요구되는 전원 전력을 제공할 수 있으며, 경우에 따라 차량 운행 시 저전압 부하에 필요한 전원 전력을 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에서, 배터리(10)는 고전압 전력으로 모터를 구동하는 친환경 차량에 적용되는 경우 모터 구동을 위한 고전압 배터리와 구별하기 위해 저전압 배터리 또는 보조 배터리로 명명될 수 있으며, 일반적인 내연 기관 차량에서는 단순히 배터리라고 명명될 수 있다.
배터리(10)로서 납산 배터리나 리튬 배터리가 적용될 수 있다. 현재까지는 비교적 저렴한 납산 배터리가 적용되고 있으나, 신뢰도가 높고 수명이 긴 특징을 갖는 리튬 배터리가 납산 배터리를 대체하고 있다. 특히, 리튬 배터리의 경우 일정 전압 이하로 방전되면 성능이 급격히 열화되는 특징을 가지므로 일정 전압 수준 이하로 전압이 감소되는 경우 차량 시스템과의 연결을 차단하기 위한 릴레이(20)가 반드시 요구되는 것이다. 본 발명의 여러 실시형태는 배터리(10)로서 리튬 배터리가 사용되는 차량에 적용될 필요성이 더욱 높지만, 배터리(10)가 반드시 리튬 배터리로 한정되는 것은 아니며, 배터리(10)로서 납산 배터리가 사용되는 경우에도 물론 적용될 수 있다.
릴레이(20)는 배터리(10)(특히, 리튬 배터리)와 차량 시스템과의 전기적 연결을 형성하거나 차단하는 요소이다. 릴레이(20)는 배터리(10)와 전기적으로 연결되는 전단과 차량의 시스템 측에 연결되는 후단을 가지며, 전단과 후단을 전기적으로 연결 및 차단하는 동작을 통해 배터리(10)와 차량 시스템과의 전기적 연결 상태를 결정할 수 있다.
릴레이(20)는 외부에서 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 상태가 결정된다. 예를 들어, 온 상태가 되도록 릴레이(20) 내부의 코일에 특정 전압을 갖는 제어신호가 인가되는 경우 릴레이(20)의 전단과 후단이 전기적으로 연결되도록 동작하며, 오프 상태가 되도록 릴레이(20) 내부의 코일에 특정 전압을 갖는 제어신호가 인가되는 경우 릴레이(20)의 전단과 후단이 전기적으로 차단되도록 동작할 수 있다. 이를 위해, 릴레이(20)는 온을 위한 제어신호 및 오프를 위한 제어신호를 각각 입력 받기 위한 두 개의 제어신호 입력단자를 가질 수 있다.
예를 들어, 배터리(10)가 정상적인 동작을 수행할 수 있는 조건으로 동작할 때(예를 들어, 배터리(10)의 전압이 사전 설정된 상한 전압과 하한 전압 사이의 값을 가질 때), 릴레이(20)는 접속상태, 즉 온(on) 상태를 유지하도록 제어되고 배터리(10)가 사전 설정된 임계값(하한 전압) 이하의 전압이 되는 경우 릴레이(20)는 차단상태, 즉 오프(off) 상태가 되도록 제어될 수 있다. 이와 같이, 릴레이(20)의 온/오프 상태를 결정하기 위한 제어신호는 컨트롤러(100)에서 제공된다.
재접속 스위치(30)는 릴레이(20)가 오프인 상태에서 릴레이(10)를 재접속(턴온)시키기 위해 외부로부터 입력을 제공받기 위한 요소이다. 재접속 스위치(30)는 외부에서 제공되는 입력에 따라 상호 전기적으로 연결되거나 차단되는 양단을 가질 수 있다. 재접속 스위치(30)의 일단은 배터리(10)에 연결되고 타단은 컨트롤러(100)에 연결될 수 있다. 본 발명의 여러 실시형태에서는 재접속 스위치(30)가 외부 입력에 의해 온되면, 재접속 스위치(30)의 타단과 연결된 컨트롤러가 이를 인지하고 릴레이(20)를 온 시키기 위한 제어신호를 릴레이(20)로 제공할 수 있다.
컨트롤러(100)는 배터리(10)에 직접 연결되어 상시전원(B+)을 제공받고, 스스로 시간 주기를 설정하여 이 시간 주기에 따라 웨이크업 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컨트롤러(100)는 차량의 키입력(ACC, IG1) 또는 재접속 스위치(30)의 타단의 전기적 상태에 따라 웨이크업 동작을 수행할 수도 있다.
컨트롤러(100)는 웨이크업 되어 정상 동작을 수행하기 위한 상태가 되면, 배터리(10)의 전압에 따라 릴레이(20)의 접속 상태를 제어한다. 즉, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 전압을 감시하고, 배터리(10)의 전압이 사전 설정된 임계값보다 작은 경우, 릴레이(20)를 오프시키기 위한 제어신호를 릴레이(20)로 제공하여 릴레이(20)를 오프시킨다. 컨트롤러(100)는 배터리 전압을 상시전원으로서 직접 제공받으므로 그 크기를 항시 감시할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 차량에 적용되는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System) 제어기로 구현될 수 있다. 특히, 친환경 차량에서 고전압 배터리와 저전압 배터리(보조 배터리)를 통합 패키징하는 추세를 반영하여, 고전압 배터리와 저전압 배터리를 동시에 관리하는 하나의 배터리 관리 시스템 제어기에 의해 컨트롤러(100)가 구현될 수 있다. 본 명세서나 첨부된 도면에서는 '컨트롤러'라는 용어 대신 BMS라는 용어로 컨트롤러를 칭하기도 한다.
더욱 상세하게, 컨트롤러(100)는 상시전원 입력부(110), 릴레이 제어부(120), 웨이크업 입력부(130), 리얼타임클럭(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
상시전원 입력부(110)는 배터리(10)와 직접 연결되어 배터리(10)로부터 상시전원(B+)를 제공받는 요소이다. 또한, 상시전원 입력부(110)는 컨트롤러(100)가 웨이크업 되는 경우 컨트롤러(100)를 구성하는 전체 요소로 전원을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태는 배터리(10)로부터 직접 상시전원을 제공받으므로, 릴레이(20)가 오프된 상태에서도 웨이크업이 가능하게 된다.
릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)의 전기적 접속상태를 제어하기 위한 제어신호를 릴레이(20)로 제공한다. 전술한 것과 같이, 전압 센서(40)에서 검출되는 배터리 전압이 사전 설정된 임계값 이하가 되는 경우, 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)를 오프 시키기 위한 제어신호를 릴레이(20)로 제공할 수 있다. 또한, 재접속 스위치(30)가 온되어 배터리 전압을 입력 받는 경우 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)를 온 시키기 위한 제어신호를 릴레이(20)로 제공할 수 있다.
특히, 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)를 제어하기 위한 제어신호로서 펄스파형을 제공한다. 즉, 릴레이 제어부(120)는 펄스 파형의 제어를 통해 상기 릴레이 온/오프를 제어한다. 이에 따라, 재접속 스위치(30)가 장시간 온 되는 경우에도 재접속 스위치(30) 내부 코일이 소손되는 것을 방지할 수 있다.
웨이크업 입력부(130)는 컨트롤러(100)를 웨이크업 시키기 위한 신호를 입력받기 위한 요소이다. 웨이크업 입력부(130)에 웨이크업을 위한 입력이 발생하는 경우, 컨트롤러(100)는 그를 구성하는 각 요소에 전원을 공급하여 정상적인 동작을 개시하게 된다. 즉, 컨트롤러(100)는 차량의 시동이 오프된 상태에서 최소한의 동작만 수행할 수 있는 슬립 상태가 된다. 이 슬립 상태에서는 릴레이 제어부(120)에 전원이 공급되지 않으므로 컨트롤러(100)는 릴레이(20)를 온/오프하는 동작을 수행할 수 없다. 웨이크업 입력부(130)가 웨이크업을 위한 입력을 제공받으면, 컨트롤러(100)는 상시전원을 각 요소에 제공하여 동작을 개시하고, 릴레이 제어부(120) 역시 전원을 공급받아 동작을 수행할 수 있다.
웨이크업 입력부(130)로 입력되는 웨이크업 신호는 차량의 키입력 또는 상기 재접속 스위치로부터의 입력 등이 될 수 있다. 예를 들어, 액세서리(ACC) 온이거나 이그니션(IG1) 온의 키입력을 웨이크업 입력부(130)가 제공받아 컨트롤러(100)를 웨이크업 시킬 수 있다. 또한, 웨이크업 입력부(130)는 후술하는 리얼 타임 클럭부(RTC부: real time clock부)로부터 일정 시간 주기로 입력되는 웨이크업 신호를 입력받아 동작할 수 있다.
리얼 타임 클럭부(RTC부: real time clock부)(140)는 컨트롤러(100)가 웨이크업 되는 시간 주기를 설정하고 그에 따라 웨이크업 신호를 제공하여 컨트롤러(100)가 웨이크업 되게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 리얼 타임 클럭부(140)는 주변 상황에 따라 웨이크업 신호 발생 주기를 변경할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 여러 실시형태는 배터리(10)로부터 직접 상시전원을 제공받아 동작하므로 일정 전류를 지속적으로 사용하게 되면 배터리(10)의 전력소모를 증가시키게 된다. 이를 차단하기 위해, 컨트롤러(100)는 릴레이(20)가 오프되도록 제어한 이후에, 리얼 타임 클럭부(140)는 웨이크업 신호 발생 주기를 릴레이(20)가 온일 때 설정된 것보다 증가시켜 웨이크업 되는 회수를 감소시키거나, 신호 발생 주기 자체를 설정하지 않음으로써(혹은 무한대로 설정함으로써) 주기적인 웨이크업이 이루어지지 않게 한다. 이에 따라, 릴레이(20) 오프에 의해 배터리(10)가 차량 시스템과 전기적으로 분리된 이후에는, 배터리(10)부터 직접 상시전원을 제공받는 컨트롤러(100)에 의해 소모되는 전류를 감소시켜 배터리(10)의 소모 전류를 최소화 한다.
도 1에서, 참조부호 '40'은 릴레이(20) 후단의 전압을 검출하기 위한 전압센서를 나타내는 것이며, 참조부호 '50'은 정션박스를 나타내는 것이고, '60'은 저전압 DC-DC 변환기(LDC: Low voltage DC-DC Converter)를 나타낸다.
전압센서(40)에서 센싱된 릴레이(20) 후단 전압은 릴레이 제어부(120)로 제공되어 릴레이(20) 제어를 위한 인자로서 사용될 수 있다. 또한, 정션박스(50)는 릴레이(20)의 후단에 연결되며, 도시하지 않은 차량의 각종 저전압 전장부하와 연결되어 연결된 요소간의 상호 전기적 접속을 형성할 수 있다. 또한, LDC(60)는 도시하지 않은 차량의 고전압 배터리의 고전압 전원을 저전압으로 변환하는 요소로서 그 출력단이 정션박스(50)와 연결될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 차량의 배터리 관리 시스템의 여러 가지 작용과 그에 따른 효과에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
먼저, 도 2는 인라인 작업 중 작업자의 오조작이나 실수에 의해 재접속 스위치가 온되는 경우에 적용될 수 있는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하는 도면이다.
차량의 시동이 오프된 상태에서 재접속 스위치(30)가 온 되면(S11), 재접속 스위치(30)의 타단에 배터리(10)의 전압이 인가되고 재접속 스위치(30) 타단에 인가된 전압은 컨트롤러(100)의 웨이크업 입력부(130)에 인가된다. 이에 따라, 웨이크업 입력부(130)는 컨트롤러(100)를 웨이크업 시키고 릴레이 제어부(120)가 동작을 개시하게 된다(S12).
릴레이 제어부(120)는 재접속 스위치(30)가 턴온됨을 인지하게 되며, 먼저 차량이 인라인 조건인지 판단한다(S13). 인라인 조건의 판단을 위해 릴레이 제어부(120)는 차량 제어 시스템으로부터 차량 주행 거리 정보를 입력 받고, 차량 주행 거리 정보가 사전 설정된 일정 주행 거리 이하인 경우 인라인 조건인 것으로 판단하여 릴레이(20)를 즉시 오프시키거나 재접속 스위치(30)가 턴온된 시점으로부터 일정 시간 경과 후 릴레이(20)를 오프시킨다(S14).
만약, 릴레이 제어부(120)가 입력 받은 차량 주행 거리 정보가 사전 설정된 일정 주행 거리 이상인 경우에는 필드 차량인 것으로 판단하고, 릴레이(20)가 과방전에 의해 오프된 상태에서 릴레이(20)를 온시키기 위해 정상적으로 재접속 스위치(30)의 입력이 발생한 것으로 판단하여(S15) 릴레이(20)를 온시키는 제어를 실시할 수 있다(S16).
이러한 제어 기법은 차량이 인라인 조건에서 수행되는 것으로, 차량 제작이 완료된 이후에는 수행되지 않게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 컨트롤러(100)가 재접속 스위치(30)가 턴 온되는 경우에 웨이크업 하면서 차량 주행 거리에 따라 인라인 조건인지 판단한 후 릴레이(20)를 제어하게 함으로써, 작업자 실수에 의해 재접속 스위치(30)가 온되어 차량 부하의 소모로 인한 배터리 과방전 상태가 발생하는 것을 차단할 수 있다. 이에 반해, 종래에는 재접속 스위치를 통해 릴레이의 코일에 배터리 전압이 직접 인가되어 온되므로, 인라인 작업시 작업자의 오조작으로 재접속 스위치가 온되면 배터리 전류가 계속 소모되면서 배터리의 과방전이 발생할 수 있다.
다음으로, 도 3은 릴레이(20)의 후단 전압을 센싱한 결과를 이용하여 릴레이(20)를 제어하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하는 도면이다.
재접속 스위치(30)가 온 되면(S21), 재접속 스위치(30)의 타단에 배터리(10)의 전압이 인가되고 재접속 스위치(30) 타단에 인가된 전압은 컨트롤러(100)의 웨이크업 입력부(130)에 인가된다. 이에 따라, 웨이크업 입력부(130)는 컨트롤러(100)를 웨이크업 시키고 릴레이 제어부(120)가 동작을 개시하게 된다(S22).
이어, 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)의 후단에 배치된 전압센서(40)에서 센싱된 전압을 입력받고(S23), 전압센서(40)에서 센싱된 전압이 사전 설정된 정상 전압 범위 이내인 경우(S24), 릴레이(20)를 온시킨다. 이에 따라, 배터리(10)는 충전 상태가 되거나 차량은 시동을 시도할 수 있는 상태인 정상모드로 동작하게 된다(S26).
한편, 전압센서(40)에서 센싱된 전압이 사전 설정된 정상 전압 범위를 벗어나는 경우(S24), 특히 센싱된 전압이 사전 설정된 정상 전압 범위보다 큰 과전압 센싱이 이루어진 경우(S27), 릴레이 제어부(28)는 재접속 스위치(30)가 온 되었음에도 불구하고 릴레이(20)를 온 시키지 않고(S28) 과전압 인가에 의한 배터리 충전이 불가함을 경고할 수 있다(S29).
도 3에 도시된 제어 기법은, 배터리(10)의 충전을 위해 릴레이(20) 후단에 충전기 등과 같은 외부 전원이 연결된 경우에 수행될 수 있는 것으로, 배터리 충전을 위해 릴레이(20)를 온시키기 위해 재접속 스위치(30)를 턴온 시킨 경우에, 외부 전원의 전압 크기에 따라 릴레이(20) 온 여부를 결정하기 위한 기법이다.
종래에는, 종래에는 재접속 스위치를 통해 릴레이의 코일에 배터리 전압이 직접 인가되어 온되므로, 외부 전원의 전압이 과전압 상태인 경우 이 과전압이 그대로 배터리에 인가됨으로써 과충전 과전압에 의한 배터리 소손이 발생할 수 있다. 이에 반해, 본 발명은, 재접속 스위치(30)를 온하게 되면 먼저 컨트롤러(100)를 온시키고 외부 전원이 인가되는 릴레이 후단 전압을 확인한 후 릴레이(20)를 온 시킬 수 있으므로, 배터리(10) 충전 시 과전압이 인가되거나 과충전되는 문제를 해소할 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 도 4는 차량 시동이 오프된 경우 릴레이(20)의 융착 여부를 판단하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하는 도면이다.
차량의 시동이 오프되면(S31), 컨트롤러(100)의 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)를 오프시키는 제어신호를 출력하고(S31) 전압센서(40)에서 센싱된 센싱전압을 입력받는다(S33). 이어, 릴레이 제어부(120)는 다시 릴레이(20)를 온시키는 제어신호를 출력하고(S34) 전압센서(40)에서 센싱된 센싱전압을 입력받는다(S35).
이어, 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)를 오프시키는 제어신호를 출력한 후 입력받은 센싱전압과 릴레이(20)를 온시키는 제어신호를 출력한 후 입력받은 센싱전압을 서로 비교한다(S36). 두 값이 실질적으로 동일한 경우, 릴레이 제어부(120)는 제어신호에 의해 릴레이(20)가 온/오프 동작을 정상적으로 수행하지 못함으로써 배터리(10)의 전압이 계속 릴레이(20)의 후단에 인가되는 릴레이 융착이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S37). 한편, 두 값이 배터리(10)의 전압크기 정도의 차이가 나는 경우 릴레이 제어부(120)는 릴레이(20)가 정상인 것으로 판단할 수 있다(S39).
릴레이(20) 융착인 것으로 판단된 경우에, 리얼 타임 클럭부(140)는 웨이크업 입력부(130)로 제공되는 웨이크업 신호 발생 주기를 더욱 증가시켜 웨이크업 되는 회수를 감소시키거나, 신호 발생 주기 자체를 설정하지 않음으로써(혹은 무한대로 설정함으로써) 주기적인 웨이크업이 이루어지지 않게 한다. 즉, 릴레이(20)가 융착된 상태에서는 릴레이의 수리 이전에 릴레이의 제어가 불가능하여 그에 대한 제어를 수행할 필요가 없으므로, 배터리(10)부터 직접 상시전원을 제공받는 컨트롤러(100)가 빈번하게 웨이크업되는 것을 방지하여 배터리(10)의 소모 전류를 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 관리 시스템은, 릴레이의 재접속을 위한 입력을 제공받는 재접속 스위치의 온 여부를 컨트롤러에서 입력 받고, 컨트롤러가 다양한 배터리 주변의 전기적 환경을 판단하여 릴레이를 온/오프 상태를 제어함으로써 배터리의 과방전, 과충전 및 과전압 인가를 예방할 수 있다.
특히, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 관리 시스템은, 차량 시동 오프 시에도 컨트롤러에 의한 릴레이 온/오프 제어를 컨트롤러가 수행하기 위해, 컨트롤러에 직접 배터리 전압을 상시전원으로 제공하는 대신, 여러 가지 웨이크업 조건을 설정하고 다양하게 변경함으로써, 차량 시동 오프 시 컨트롤러에 의한 배터리 전류 소모를 최소화할 수 있다.
10: 배터리 20: 릴레이
30: 재접속 스위치 40: 전압센서
50: 정션박스 60: 저전압 직류 변환기
100: 컨트롤러 110: 상시전원 입력부
120: 릴레이 제어부 130: 웨이크업 입력부
140: 리얼 타임 클럭부

Claims (11)

  1. 배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이;
    사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치;
    상기 재접속 스위치의 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 컨트롤러; 및
    상기 릴레이의 후단 전압을 센싱하는 전압센서를 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 재접속 스위치가 온되는 경우 상기 재접속 스위치의 타단에 배터리 전압이 인가됨에 따라 웨이크업되고, 웨이크업 된 이후 상기 전압센서의 센싱 전압이 사전 설정된 정상 전압 범위 이내인 경우 상기 릴레이를 온시키는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리와 연결되어 구동 전원을 공급받는 상시전원 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 재접속 스위치의 접속 신호와 차량의 키입력에 따른 액세서리 온 또는 이그니션 온 신호를 입력 받아 웨이크업 신호를 생성하는 웨이크업 입력부를 포함하고,
    상기 웨이크업 신호 발생 시 상기 컨트롤러가 웨이크업 되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 재접속 스위치의 접속 신호에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 릴레이 제어부를 포함하고,
    상기 릴레이 제어부는 펄스파형의 제어를 통해 상기 릴레이 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  5. 배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이;
    사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치; 및
    상기 재접속 스위치의 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 재접속 스위치가 온되는 경우 상기 재접속 스위치의 타단에 배터리 전압이 인가됨에 따라 웨이크업되고, 웨이크업 된 이후 차량의 주행거리를 입력받으며 상기 주행거리가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 릴레이를 오프시키는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  6. 삭제
  7. 배터리에서 부하로 공급되는 전원을 전기적으로 연결 및 차단하는 릴레이; 및
    상기 배터리에 직접 연결되어 상시전원을 제공받으며, 시간 주기를 설정하여 웨이크업 되며, 상기 배터리의 전압이 사전 설정된 임계값 이하인 경우 상기 릴레이를 오프시키는 제어 신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 릴레이가 오프된 이후, 상기 시간 주기를 변경하고, 상기 릴레이가 오프된 이후, 상기 시간 주기를 상기 릴레이 오프 이전보다 더 길게 설정하거나 상기 시간 주기를 설정하지 않음으로써 웨이크업 되지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    사용자의 조작에 의해 접속 상태가 결정되며, 상기 접속 상태에 따라 상기 릴레이의 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성하는 재접속 스위치를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 재접속 스위치의 접속 신호와 차량의 키입력에 따른 액세서리 온 또는 이그니션 온 신호에 따라 웨이크업되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 릴레이의 후단 전압을 센싱하는 전압센서를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동이 오프되면, 상기 릴레이를 오프시키는 제어신호를 출력한 후 상기 전압센서의 제1 센싱전압을 입력받고, 이어 상기 릴레이를 온시키는 제어신호를 출력한 후 상기 전압센서의 제2 센싱전압을 입력받으며, 상기 제1 센싱전압과 상기 제2 센싱전압이 동일한 경우 상기 릴레이의 융착이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 릴레이의 융착이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 시간 주기를 상기 릴레이 오프 이전보다 더 길게 설정하거나 상기 시간 주기를 설정하지 않음으로써 웨이크업 되지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
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