KR102044289B1 - 차량 전원 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 전원 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 차량 전원 제어 장치 및 방법은, 메인 배터리와 부하부 사이의 전원 라인 및 서브 배터리와 부하부 사이의 전원 라인의 전류를 각각 측정하는 전류측정부; 메인 배터리 및 서브 배터리의 충전 상태를 판단하는 SOC(State Of Charge)판단부; 및 전류측정부로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, SOC판단부로부터 입력받은 메인 배터리의 충전 상태에 기초하여 고장으로 판단된 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 전원 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER OF A VEHICLE}
본 발명은 차량 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전원 라인 고장 발생 시 배터리의 충전 상태에 기초하여 전원을 우회 공급하는 차량 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다중 전원 배터리를 사용하는 차량에서는, 메인 배터리 및 서브 배터리를 포함하여 차량 내 부하(LOAD)에 전원을 공급한다. 이때, 메인 배터리는 차량 내 전력을 공급하는 저장공간으로서, 차량 내 전장품에 전원을 공급하고, 서브 배터리는 다중 전원 시스템의 두 번째 전력 저장공간으로서, 메인 배터리의 전력지원 및 특정 부하의 전원 공급을 지원한다.
즉, 단일 배터리 차량은 하나의 배터리를 이용하여 차량 내 부하에 전원을 공급하나, 다중 전원 배터리 차량의 경우, 메인 배터리와 서브 배터리를 사용하여 차량 내 부하에 전원을 공급하며, 자세하게는 최초 시동 시 메인 배터리의 전력을 사용하지만 최소 시동 가능 전력 미만인 경우에는 서브 배터리 전력을 이용하여 메인 배터리를 충전하게 된다. 또한, RWS(Rear Wheel Steering), ARS(Active Roll Stabilizer) 등과 같은 특정 부하의 전원 공급 시에도 서브 배터리의 전력을 사용한다.
한편, 차량 내에는 전원을 분배하기 위한 전원 분배 박스가 차량 내 부하에 따라 복수 개 구비될 수 있다. 이때, 전원 분배 박스 내에는 퓨즈가 장착되어 부하 사양에 규정된 전류보다 큰 전류가 발생하면, 규정된 시간 내에 전류를 차단하여 회로를 보호하며, 퓨즈 차단으로 부하 동작은 정지된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 엔진룸박스와 메인 배터리를 연결하는 전원 라인에 이상(Short to ground)이 발생했을 경우, 전원 분배 박스 내 퓨즈의 순간적인 차단으로 전원 라인을 보호하는데, 퓨즈의 차단으로 인해 부하가 동작하지 않을 수 있다. 이때, 차량 주행 중에 주행에 필요한 필수 부하가 동작하지 않는 경우에는 사고가 발생할 수도 있는 문제가 있었다.
또한, 종래의 다중 전원 배터리를 사용하는 차량에서는, 서브 배터리를 특정 부하 및 시동 구동의 역할로만 이용하여 서브 배터리를 비효율적으로 사용하게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1527136호(공고일 : 2015.06.09.공고)인 "전기 자동차용 배터리 진단 장치 및 그 방법"이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 전원 라인 고장 발생 시 전원을 우회 공급하여 고장 상황에서 대응 가능한 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 하는 차량 전원 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량 전원 제어 장치는, 메인 배터리와 부하부 사이의 전원 라인 및 서브 배터리와 부하부 사이의 전원 라인의 전류를 각각 측정하는 전류측정부; 상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 충전 상태를 판단하는 SOC(State Of Charge)판단부; 및 상기 전류측정부로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 SOC판단부로부터 입력받은 메인 배터리의 충전 상태에 기초하여 상기 고장으로 판단된 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하는 제어부;를 포함하되, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 메인 전원단에 구비되어 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터의 전원을 공급 또는 차단하고, 메인 배터리 및 서브 배터리와 각각 연결된 우회 전원 라인으로부터의 전원을 공급 또는 차단하기 위해 각각 스위칭하는 제1스위칭부; 및 상기 부하부의 입력단에 구비되어 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 부하부에 입력되는 전원을 공급 또는 차단하기 위해 스위칭하는 제2스위칭부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위 벗어나는 경우 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1스위칭부 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 전원 공급을 차단하며, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 상기 제1스위칭부 중 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하며, 상기 제2스위칭부 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온 상태로 제어하여, 상기 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인을 통해 상기 필수부하 및 기타부하에 전원을 공급하되, 상기 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하고, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이고 제2기준SOC(%)를 초과하면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하며, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하고, 상기 제1스위칭부 중 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단 중 하나를 온 상태로 제어하여 필수부하에 서브 배터리 전원을 공급하되, 상기 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량 전원 제어 방법은, 제어부가 전류측정부로부터 메인 배터리와 부하부 사이의 전원 라인 및 서브 배터리와 부하부 사이의 전원 라인의 전류측정값을 각각 입력받는 단계; 상기 제어부가 상기 전류측정부로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하는 단계; 상기 제어부가 SOC(State Of Charge)판단부로부터 상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 충전 상태를 입력받는 단계; 및 상기 제어부가 상기 SOC판단부로부터 입력받은 메인 배터리의 충전 상태에 기초하여 상기 고장으로 판단된 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하는 단계;를 포함하되, 상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터의 전원을 공급 또는 차단하고, 메인 배터리 및 서브 배터리와 각각 연결된 우회 전원 라인으로부터의 전원을 공급 또는 차단하기 위해 제1스위칭부를 제어하고, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 부하부에 입력되는 전원을 공급 또는 차단하기 위해 제2스위칭부를 제어하고, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우 해당 전원 라인을 고장으로 판단하면, 상기 제1스위칭부 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 전원 공급을 차단하며, 상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 상기 제1스위칭부 중 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하며, 상기 제2스위칭부 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온 상태로 제어하여, 상기 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인을 통해 상기 필수부하 및 기타부하에 전원을 공급하되, 상기 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하고, 상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이고 제2기준SOC(%)를 초과하면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하며, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하고, 상기 제1스위칭부 중 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단 중 하나를 온 상태로 제어하여 필수부하에 서브 배터리 전원을 공급하되, 상기 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치 및 방법은, 차량 내 전원 분배 박스가 하나로 연결되는 구조로 구성되어, 전원 라인 고장 발생 시 배터리의 충전 상태에 기초하여 전원을 우회 공급함으로써, 고장 전원 라인의 차단으로 인해 주행 중 필요한 필수부하가 동작하지 않아 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있도록 하고, 운전자가 고장 상황에서 대응 가능한 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 하여 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치 및 방법은, 전원 라인 고장 발생 시 배터리의 충전 상태에 기초하여 메인 배터리와 서브 배터리를 모두 활용하여 고장 상황에서 대응 가능한 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 함으로써, 서브 배터리의 활용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 종래의 차량 전원 제어 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치의 개략적인 전원 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치의 개략적인 전원 회로 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치를 나타낸 블록구성도로서, 이를 참조하여 차량 전원 제어 장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 차량 전원 제어 장치는 도 2에 도시된 각각의 전원제어모듈을 의미할 수 있다. 즉, 차량 내에 차량 전원 제어 장치는 복수 개 구비될 수 있으며, 복수 개의 전원 분배 박스에 연결되도록 구비될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 전원 분배 박스가 하나로 연결되는 구조로 구성되며, 즉 상기 복수 개의 차량 전원 제어 장치가 하나로 연결될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예는 알터네이터(ALT)를 통해 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)를 충전하고, 각각의 전원제어모듈에서 필수부하 및 기타부하에 전원이 분배되도록 하는 것이다.
도 3을 참조하여, 하나의 전원제어모듈, 즉 차량 전원 제어 장치를 보다 자세하게 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치는, 전류측정부(10), SOC(State Of Charge)판단부(20), 제어부(30), 제1스위칭부(40), 제2스위칭부(50) 및 부하전류측정부(60)를 포함하는 것으로, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 보조 배터리(2) 중 적어도 하나 이상으로부터 제공되는 전원을 제어하여 부하부(3)에 분배될 수 있도록 한다.
이때, 부하부(3)는 필수부하 및 기타부하를 포함할 수 있으며, 필수부하는 안전 및 주행과 같이 주행에 필수적으로 필요한 부하장치를 의미하고, 기타부하는 상기 필수부하를 제외한 부하장치를 의미한다.
전류측정부(10)는 메인 배터리(1)와 부하부(3) 사이의 전원 라인 및 서브 배터리(2)와 부하부(3) 사이의 전원 라인의 전류를 측정하는 것으로, 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2) 각각에 대응하는 전원 라인에 대해 각각 전류를 측정하여 제어부(30)에 전송할 수 있다.
즉, 전류측정부(10)는 메인 배터리(1)의 전원 라인의 전류를 측정하여 제어부(30)에 전송하고, 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류를 측정하여 제어부(30)에 전송할 수 있다. 본 실시예에서는 션트 저항(Shunt resistor)을 이용하여 전류를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 본 실시예에서는 전류측정부(10)에서 전류를 측정하는 것으로 설명하고 있으나, 션트 저항을 이용하여 전압 측정도 가능할 것이다.
즉, 제어부(30)는 전류측정부(10)를 통해 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 각각의 전원 라인의 전류 또는 전압을 파악하여 전원 라인의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.
SOC판단부(20)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 충전 상태를 판단하는 것으로, 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2) 각각의 충전 상태를 판단하여 제어부(30)에 전송할 수 있다. 또한, SOC판단부(20)는 차량 내 통신(CAN, LIN 등)을 통해 실시간으로 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2)의 충전 상태를 파악하여 제어부(30)에 제공할 수 있다. 이때, 본 실시예에서 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2) 각각의 충전 상태는 백분율(%)로 나타낼 수 있다.
제어부(30)는 전류측정부(10)로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태에 기초하여 상기 고장 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급한다. 이때, 기준범위는 전류 최대 한계치와 전류 최소 한계치 사이의 범위를 말하며, 미리 설정될 수 있다. 즉, 제1기준전류는 전류 최소 한계이며, 제2기준전류는 전류 최대 한계치이다.
다시 말해, 제어부(30)는 전류측정부(10)로부터 메인 배터리(1)의 전원 라인의 전류측정값을 입력받아, 메인 배터리(1) 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 고장으로 판단하고, 전류측정부(10)로부터 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류측정값을 입력받아, 서브 배터리(2) 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 고장으로 판단할 수 있다.
이때, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장 발생 시, 메인 배터리(1)의 충전 상태에 기초하여 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원 분할 공급 여부를 판단하고, 부하부(3) 중 주행에 필요한 필수부하를 제외한 기타부하의 전원 차단 여부를 판단하며, 제1스위칭부(40) 및 제2스위칭부(50)의 온오프(ON/OFF)를 제어하여 우회 전원을 공급할 수 있다.
제1스위칭부(40)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 메인 전원단에 구비되어 상기 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상으로부터의 전원을 공급 또는 차단하고, 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)와 각각 연결된 우회 전원 라인으로부터의 전원을 공급 또는 차단하기 위해 각각 스위칭하며, 제어부(30)에 의해 온오프 동작할 수 있다. 본 실시예에서, 제1스위칭부(40)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)를 포함할 수 있으나, 스위칭 가능한 소자는 모두 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 도 3에는 제1스위칭부(40)가 특정 FET 종류로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 도 2를 참조하여 우회 전원 라인을 설명하면, 예컨대, 전원제어모듈1에서는 전원제어모듈1과 전원제어모듈3 사이의 전원 라인을 통해 메인 배터리(1)의 전원을 공급받아 부하부(3)에 분배하였으나, 상기 전원제어모듈1과 전원제어모듈3 사이의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 전원제어모듈3과 전원제어모듈2 사이의 전원 라인을 통해 메인 배터리(1)의 전원을 공급받아 부하부(3)에 분배하게 된다. 이때, 전원제어모듈2와 전원제어모듈3 사이의 전원 라인을 거쳐 전원제어모듈1에 연결되는 전원 라인을 우회 전원 라인이라고 할 수 있다. 즉, 각각의 전원제어모듈에서 평상시 메인 배터리(1)로부터 전원을 공급받는 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 다른 전원 라인을 통해 메인 배터리(1)의 전원을 공급받는데, 이러한 전원 라인을 우회 전원 라인이라고 할 수 있다. 또한, 서브 배터리(2)와 연결된 전원 라인도 상기와 같다. 즉, 도 3을 참조하면, 실선으로 표시된 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2)의 전원 라인은 평상시 전원을 공급하기 위한 전원 라인이며, 점선으로 표시된 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2)의 전원 라인은 우회 전원 라인을 의미할 수 있다.
제2스위칭부(50)는 부하부(3)의 입력단에 구비되어 상기 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 부하부(3)에 입력되는 전원을 공급 또는 차단하기 위해 스위칭하며, 제어부(30)에 의해 온오프 동작할 수 있다. 또한, 상기 제1스위칭부(40)와 같이 본 실시예에서, 제2스위칭부(50)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)를 포함할 수 있으나, 스위칭 가능한 소자는 모두 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 도 3에는 제2스위칭부(50)가 특정 FET 종류로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
부하전류측정부(60)는 상기 전류측정부(10)와 같이 전류를 측정하는 것으로, 부하부(3)의 입력단에 위치하여 부하부(3)의 전류 실측값을 측정하고, 제어부(30)에 전송 할 수 있다. 즉, 부하전류측정부(60)도 션트 저항을 이용하여 전류를 측정할 수 있으며, 전압 측정도 가능하다.
한편, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1스위칭부(40) 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프(OFF) 상태로 제어하여 전원 공급을 차단할 수 있다. 그리고, 제어부(30)는 고장 전원 라인을 차단하고, 고장 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하되, 메인 배터리(1)의 충전 상태에 기초하여 우회 전원을 공급하여 고장 상황에서 운전자가 대응할 수 있는 최소 시간을 확보할 수 있도록 한다.
제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 제1스위칭부(40) 중 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온(ON) 상태로 제어하고, 서브 배터리(2)의 전원 라인 및 상기 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프(OFF) 상태로 제어하며, 제2스위칭부(50) 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온(ON) 상태로 제어할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인을 통해 필수부하 및 기타부하에 메인 배터리(1)의 전원을 공급할 수 있다.
이때, 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정할 수 있으며, 예컨대, 60%로 설정할 수 있다.
다음으로, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이면, 제2스위칭부(50) 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단할 수 있다.
즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태 미만이면, 고장 전원 라인의 메인 배터리(1)에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 차단하고, 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하여 메인 배터리(1)의 우회 전원 라인을 통해 메인 배터리(1)의 전원이 공급될 수 있도록 하며, 서브 배터리(2)의 전원 라인 및 상기 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단은 오프 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 제어부(30)는 기타부하로 제공되는 전원이 차단됨에 따라, 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인을 통해 공급되는 메인 배터리(1)의 전원이 부하부(3) 중 필수부하에만 분배되도록 할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태 미만인 경우, 기타부하로 제공되는 전원을 차단함으로써 필수부하에 안정적 전원 공급이 가능하도록 하여 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 한다.
한편, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 제1스위칭부(40) 중 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단도 온 상태로 제어하여 상기 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원이 분할 공급되도록 할 수 있다.
이때, 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정할 수 있으며, 예컨대, 40%로 설정할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 제어부(30)는 서브 배터리(2)의 전원 라인은 정상이고, 메인 배터리(1)의 전원 라인에만 고장이 발생한 경우, 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리(2)의 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하여 메인 배터리(1)는 우회 전원 라인을 통해 전원이 공급되도록 하고, 서브 배터리(2)는 평상시 전원 라인을 통해 전원이 공급되도록 할 수 있다.
그리고 본 실시예에서, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하인 경우, 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원을 분할 공급하게 되는데, 이때 메인 배터리(1)와 가까운 전원제어모듈, 즉 메인 배터리(1)와 가까운 전원제어모듈에 연결된 전원 분배 박스에는 메인 배터리(1)의 전원을 공급하고, 나머지 전원제어모듈에는 서브 배터리(2)의 전원이 공급되도록 할 수도 있다. 도 2를 참조하면, 예컨대 메인 배터리(1)와 가까운 전원제어모듈3은 메인 배터리(1)의 전원이 공급되도록 하고, 전원제어모듈1 및 전원제어모듈2는 서브 배터리(2)의 전원이 공급되도록 할 수 있다.
따라서, 본 실시예는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태 이하로, 메인 배터리(1)만으로는 필수부하에 안정적 전원 공급이 어렵다고 판단하여, 서브 배터리(2)와 메인 배터리(1)의 전원이 필수부하로 분할 공급될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 차량 전원 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 방법은, 먼저 제어부(30)가 전류측정부(10)를 통해 메인 배터리(1)와 부하부(3) 사이의 전원 라인 및 서브 배터리(2)와 부하부(3) 사이의 전원 라인의 전류측정값을 각각 측정한다(S10).
이때, 전류측정부(10)는 메인 배터리(1)의 전원 라인의 전류를 측정하여 제어부(30)에 전송하고, 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류를 측정하여 제어부(30)에 전송할 수 있다. 본 실시예에서는 션트 저항(Shunt resistor)을 이용하여 전류를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 제어부(30)는 S10단계에서 측정한 전류측정값이 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단한다(S20).
여기서, 기준범위는 전류 최대 한계치와 전류 최소 한계치 사이의 범위를 말하며, 미리 설정될 수 있다. 즉, 제1기준전류는 전류 최소 한계이며, 제2기준전류는 전류 최대 한계치이다.
이때, 제어부(30)는 전류측정부(10)로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단할 수 있다.
따라서, S20단계에서 전류측정값이 기준범위를 벗어난다고 판단한 경우, 제어부(30)는 해당 고장라인의 전원을 차단한다(S30).
즉, 제어부(30)는 전류측정부(10)로부터 메인 배터리(1)의 전원 라인의 전류측정값을 입력받아, 상기 메인 배터리(1)의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어난다고 판단한 경우, 메인 배터리(1)의 전원 라인에 고장이 발생하였다고 판단하여, 메인 배터리(1)의 전원 라인을 차단한다. 또한, 제어부(30)는 전류측정부로부터 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류측정값을 입력받아, 상기 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어난다고 판단한 경우 서브 배터리(2)의 전원 라인에 고장이 발생하였다고 판단하여 서브 배터리(2)의 전원 라인을 차단할 수 있다.
다시 말해, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장 발생 시, 제1스위칭부(40)를 오프 상태로 제어하여 해당 고장 라인을 차단할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 제1스위칭부(40) 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 전원 공급을 차단할 수 있다.
반면, 전류측정값이 기준범위 이내인 경우에는 로직을 종료하고 정상적인 전원 공급을 유지할 수 있다.
다음으로, 제어부(30)는 SOC(State Of Charge)판단부(20)로부터 메인 배터리(1)의 충전 상태를 입력받는다(S40).
이때, 제어부(30)는 메인 배터리(1)뿐만 아니라 서브 배터리(2)의 충전 상태도 입력받을 수 있다. 즉, SOC판단부(20)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 충전 상태를 판단하는 것으로, 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2) 각각의 충전 상태를 판단하여 제어부(30)에 전송할 수 있다. 또한, SOC판단부(20)는 차량 내 통신(CAN, LIN 등)을 통해 실시간으로 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2)의 충전 상태를 파악하여 제어부(30)에 제공할 수 있다. 이때, 본 실시예에서 메인 배터리(1)와 서브 배터리(2) 각각의 충전 상태는 백분율(%)로 나타낼 수 있다.
그 다음, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만인지 여부를 판단한다(S50).
이때, 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정할 수 있으며, 예컨대, 60%로 설정할 수 있다.
상기 S50단계에서, 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상인 경우, 제어부(30)는 S30단계에서 차단한 고장 라인을 제외한 다른 라인으로 우회 전원을 공급한다(S80).
이때, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 제1스위칭부(40) 중 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온(ON) 상태로 제어하고, 서브 배터리(2)의 전원 라인 및 상기 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프(OFF) 상태로 제어하며, 제2스위칭부(50) 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온(ON) 상태로 제어할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인을 통해 필수부하 및 기타부하에 메인 배터리(1)의 전원을 공급할 수 있다.
한편, S50단계에서, 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준 미만인 경우, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제2기준SOC(%)를 초과하는지 확인하여(S61), 기타부하에 공급되는 전원을 차단할 수 있다(S62).
즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이고, 제2기준SOC(%)를 초과하면, 제1스위칭부(40) 중 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리(2) 및 상기 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하며, 제2스위칭부(50) 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단할 수 있다. 이에, 제어부(30)는 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인을 통해 메인 배터리(1)의 전원이 부하부(3) 중 필수부하에만 전원을 공급할 수 있도록 한다.
이때, 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정할 수 있으며, 예컨대, 40%로 설정할 수 있다.
즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태 미만이나, 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 초과하는 경우에는, 기타부하에 대해서 전원을 차단함으로써, 최소 구동 시간을 확보할 수 있는 것이다.
한편, S50단계에서, 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제1기준 미만인 경우, 제어부(30)는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제2기준SOC(%)를 이하인지 확인하여(S71), 기타부하에 공급되는 전원을 차단하고, 서브 배터리(2)의 전원이 공급되도록 할 수 있다(S72).
즉, 제어부(30)는 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2) 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, SOC판단부(20)로부터 입력받은 메인 배터리(1)의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 제1스위칭부(40) 중 메인 배터리(1)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리(2)와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단도 온 상태로 제어하여 상기 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원이 분할 공급되도록 할 수 있다.
따라서, 본 실시예는 메인 배터리(1)의 충전 상태가 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태 이하로, 메인 배터리(1)만으로는 필수부하에 안정적 전원 공급이 어렵다고 판단하여, 서브 배터리(2)와 메인 배터리(1)의 전원이 필수부하로 분할 공급될 수 있도록 한다.
정리하면, 본 실시예에서는, 제어부(30)가 전류측정부(10)로부터 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원 라인의 전류측정값을 입력받아 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 고장으로 판단하고, 해당 고장 라인을 차단하며, 다른 우회 전원 라인을 통해 부하부(3)에 전원을 공급하되, 메인 배터리(1)의 충전 상태에 기초하여 메인 배터리(1) 및 서브 배터리(2)의 전원 분할 공급 여부를 판단하고, 부하부(3) 중 주행에 필요한 필수부하를 제외한 기타부하의 전원 차단 여부를 판단하며, 제1스위칭부(40) 및 제2스위칭부(50)의 온오프(ON/OFF)를 제어하여 우회 전원을 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치 및 방법은, 차량 내 전원 분배 박스가 하나로 연결되는 구조로 구성되어, 전원 라인 고장 발생 시 배터리의 충전 상태에 기초하여 전원을 우회 공급함으로써, 고장 전원 라인의 차단으로 인해 주행 중 필요한 필수부하가 동작하지 않아 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있도록 하고, 운전자가 고장 상황에서 대응 가능한 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 하여 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전원 제어 장치 및 방법은, 전원 라인 고장 발생 시 배터리의 충전 상태에 기초하여 메인 배터리와 서브 배터리를 모두 활용하여 고장 상황에서 대응 가능한 최소 구동 시간을 확보할 수 있도록 함으로써, 서브 배터리의 활용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 메인 배터리(MAIN BATTERY)
2 : 서브 배터리(SUB BATTERY)
3 : 부하부(필수부하, 기타부하)
10 : 전류측정부
20 : SOC(State Of Charge)판단부
30 : 제어부
40 : 제1스위칭부
50 : 제2스위칭부
60 : 부하전류측정부

Claims (2)

  1. 메인 배터리와 부하부 사이의 전원 라인 및 서브 배터리와 부하부 사이의 전원 라인의 전류를 각각 측정하는 전류측정부;
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 충전 상태를 판단하는 SOC(State Of Charge)판단부; 및
    상기 전류측정부로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 SOC판단부로부터 입력받은 메인 배터리의 충전 상태에 기초하여 상기 고장으로 판단된 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하는 제어부;를 포함하되,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 메인 전원단에 구비되어 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터의 전원을 공급 또는 차단하고, 메인 배터리 및 서브 배터리와 각각 연결된 우회 전원 라인으로부터의 전원을 공급 또는 차단하기 위해 각각 스위칭하는 제1스위칭부; 및
    상기 부하부의 입력단에 구비되어 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 부하부에 입력되는 전원을 공급 또는 차단하기 위해 스위칭하는 제2스위칭부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위 벗어나는 경우 해당 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1스위칭부 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 전원 공급을 차단하며,
    상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 상기 제1스위칭부 중 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하며, 상기 제2스위칭부 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온 상태로 제어하여, 상기 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인을 통해 상기 필수부하 및 기타부하에 전원을 공급하되,
    상기 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하고,
    상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이고 제2기준SOC(%)를 초과하면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하며, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하고, 상기 제1스위칭부 중 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단 중 하나를 온 상태로 제어하여 필수부하에 서브 배터리 전원을 공급하되,
    상기 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량 전원 제어 장치.
  2. 제어부가 전류측정부로부터 메인 배터리와 부하부 사이의 전원 라인 및 서브 배터리와 부하부 사이의 전원 라인의 전류측정값을 각각 입력받는 단계;
    상기 제어부가 상기 전류측정부로부터 입력받은 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우, 해당 전원 라인을 고장으로 판단하는 단계;
    상기 제어부가 SOC(State Of Charge)판단부로부터 상기 메인 배터리 및 서브 배터리의 충전 상태를 입력받는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 SOC판단부로부터 입력받은 메인 배터리의 충전 상태에 기초하여 상기 고장으로 판단된 전원 라인을 제외한 다른 전원 라인으로 우회 전원을 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터의 전원을 공급 또는 차단하고, 메인 배터리 및 서브 배터리와 각각 연결된 우회 전원 라인으로부터의 전원을 공급 또는 차단하기 위해 제1스위칭부를 제어하고, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 부하부에 입력되는 전원을 공급 또는 차단하기 위해 제2스위칭부를 제어하고,
    상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인의 전류측정값이 기준범위를 벗어나는 경우 해당 전원 라인을 고장으로 판단하면, 상기 제1스위칭부 중 고장 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 전원 공급을 차단하며,
    상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 이상이면, 상기 제1스위칭부 중 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 온 상태로 제어하고, 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하며, 상기 제2스위칭부 중 필수부하 및 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 각각 온 상태로 제어하여, 상기 메인 배터리와 연결된 우회 전원 라인을 통해 상기 필수부하 및 기타부하에 전원을 공급하되,
    상기 제1기준SOC(%)는 필수부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하고,
    상기 우회 전원을 공급하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 메인 배터리 및 서브 배터리 중 적어도 하나 이상의 전원 라인에 고장이 발생한 경우, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제1기준SOC(%) 미만이고 제2기준SOC(%)를 초과하면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하며, 상기 메인 배터리의 충전 상태가 제2기준SOC(%) 이하이면, 상기 제2스위칭부 중 기타부하에 대응되는 스위칭 수단을 오프 상태로 제어하여 기타부하로 제공되는 전원을 차단하고, 상기 제1스위칭부 중 서브 배터리의 전원 라인 및 상기 서브 배터리와 연결된 우회 전원 라인에 대응되는 스위칭 수단 중 하나를 온 상태로 제어하여 필수부하에 서브 배터리 전원을 공급하되,
    상기 제2기준SOC(%)는 기타부하를 구동하는데 필요한 배터리의 충전 상태를 기준으로 설정하며, 상기 제1기준SOC(%) 보다 낮은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량 전원 제어 방법.
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