KR102340096B1 - 오토바이용 스타트 모터 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS), 상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터, 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 있는 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

오토바이용 스타트 모터 전원 공급 장치{POWER SUPPLY FOR MOTORCYCLE START MOTOR}
본 발명은 오토바이의 납축 전지를 리튬 이온 배터리로 대체하는 기술에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 리튬 이온 배터리의 전압을 커패시터를 이용하여 종래의 납축 전지의 전압으로 출력하는 기술에 관한 것이다.
일반적인 오토바이는 납축 전지(14,4V)를 이용하여 스타트 모터에 전원을 공급하였다.
이로 인해 오토바이의 다른 전장 부품이나, 납축 전지를 이용하여 구동되는 부품은 기준 전압이 14.4V로 설정되어 왔다.
한편, 근래에 납축 전지보다 에너지 밀도가 높고, 경량화가 가능한 리튬 이온 배터리의 기술이 발달함에 따라 오토바이용 전원 공급장치도 리튬 이온 배터리를 사용하고자 하는 노력이 있어왔다.
그러나 일반적인 리튬 이온 배터리 팩은 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되고 각각의 리튬 이온 셀은 4.2V의 전압을 출력할 수 있다.
이러한 리튬 이온 셀을 직렬 및 병렬 조합하여 배터리 팩을 구성하게 되면, 12.6V, 16.8V등과 같은 전압을 출력하는 배터리 팩만 만들 수 있어 종래의 납축 전지의 출력 전압인 14.4V를 맞출 수 없었다.
도 1은 12.6V인 배터리 팩을 사용하는 경우 레귤레이터의 출력 파형을 나타낸 그래프이다.
즉, 배터리의 충전 전압(12.6V)과 레귤레이터의 전압이 달라, 도 1의 그래프와 같은 파형이 관측되어, 전장장치에 정전압을 공급하기 어려워 전장장치의 오작동 및 고장이 발생할 가능성이 크다.
한편, 상기 리튬 이온 셀의 출력 전압을 변경하여, 배터리 팩을 구성하는 방법도 존재하지만, 이러한 방법은 리튬 이온 셀을 구성하는 물질을 변경 해야 되므로 시간, 비용적인 측면에서 손실이 많았다.
따라서, 본 발명에서는 일반적인 리튬 이온 셀과 안정성이 확보된 보조 베터리를 이용하여 종래의 오토바이의 납축 전지를 대체하는 전원 공급 장치를 제안한다.
본 발명은 리튬 이온 배터리의 충전 허용 전압을 승압 시켜 전장 장치에 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 납축 전지 대체용 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 제1 배터리 팩, 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩, 상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 제1 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS), 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키고, 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 충전하는 레귤레이터를 포함하여 구성되며, 상기 제2 배터리 팩은, 상기 제1 배터리 팩의 충전 허용 전압 보다 더 큰 충전 허용 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩과 병렬 연결될 수 있다.
한편, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)은, 상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU), 상기 제1 배터리 팩과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE), 제1 배터리 팩의 방전을 제어하는 방전 FET 및 제1 배터리 팩의 충전을 제어하는 충전 FET 및 보조 충전 FET를 포함하여 구성되며, 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)은, 상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 제1 배터리 팩의 상태를 판단하는 상태 판단부 및 상기 상태 판단부의 결과에 따라 상기 방전 FET, 충전 FET 및 보조 충전 FET를 제어하여 제1 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 배터리 팩은, 제2 배터리 팩의 (+)단은 상기 제1 배터리 팩의 (+)출력단에 연결되고, 제2 배터리 팩의 (-) 단은 상기 제1 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되며, 상기 레귤레이터가 온 되면, 상기 레귤레이터에서 생성되는 전압으로 제2 배터리 팩의 전압을 레귤레이터에서 생성되는 전압까지 충전 시킨 후, 상기 레귤레이터의 동작에 따라 전류 없음 상태와 충전 상태가 반복될 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 레귤레이터가 온 상태일 때 충전 FET를 온 시켜 제1 배터리 팩을 기설정되어 있는 충전 허용 전압까지 충전 시키고, 상기 제1 배터리 팩이 충전 허용 전압에 도달하면, 충전 FET 및 방전 FET를 오프 시키며, 상기 레귤레이터가 오프 상태일 때, 보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩의 전압이 동일해지도록 제1 배터리 팩의 전압 및 제2 배터리 팩의 전압을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 제1 배터리 팩 및 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩을 이용하여 전원을 공급하는 방법은, 제1 배터리 팩의 전압과 제2 배터리 팩의 전압 모두를 사용하여 엔진을 시동하는 엔진 시동 단계, 엔진이 시동 된 후, 레귤레이터를 온 시켜 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키고, 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 충전 시키는 출력 전압 안정화 및 충전 단계, 엔진 및 레귤레이터가 꺼진 후, 제1 배터리 팩의 출력 전압과 제2 배터리 팩의 출력 전압이 동일한 전압이 되도록 조절하는 전위 조절 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 배터리 팩은, 상기 제1 배터리 팩의 충전 허용 전압보다 더 큰 충전 허용 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩과 병렬 연결되어 있을 수 있다.
한편, 상기 출력 전압 안정화 및 충전 단계는, 상기 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에, 상기 제1 배터리 팩의 전압이 기설정되어 있는 충전 허용 전압이 될 때 까지는, 레귤레이터를 사용하여 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩 모두에 충전을 수행하고, 상기 제1 배터리 팩의 전압이 기설정되어 있는 충전 허용 전압에 도달하면, 방전 FET와 충전 FET를 오프시켜 제1 배터리 팩의 충전 및 방전을 차단하고, 상기 제1 배터리 팩의 충전 및 방전이 차단되면, 상기 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에 레귤레이터를 사용하여 제2 배터리 팩의 전압이 레귤레이터의 충전 전압이 될 때까지 충전하며, 상기 제2 배터리 팩의 전압이 레귤레이터의 충전 전압이 된 이후에는, 상기 레귤레이터의 동작에 따라 제2 배터리 팩은 충전 및 전류 없음 상태를 반복할 수 있다.
한편, 상기 전위 조절 단계는, 엔진 및 레귤레이터가 모두 꺼진 상태에서, 보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제2 배터리 팩에서 방전되는 전류로 상기 제1 배터리 팩을 충전시켜, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 동일한 전위로 조절할 수 있다.
본 발명은 리튬 이온 배터리의 충전 허용 전압을 승압 시킴으로써, 종래의 납축 전지를 대신할 수 있다.
도 1은 종래 리튬 이온 배터리 팩을 그대로 사용했을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 사용했을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
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. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 설명한다.
본 발명의 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 제1 배터리 팩(10), 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩(40), 상기 제1 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩(10)의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS,20), 상기 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)의 출력 전압을 안정화 시키고, 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)을 충전하는 레귤레이터(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 배터리 팩(40)은, 상기 제1 배터리 팩(10) 보다 큰 최대 충전 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩(10)과 병렬 연결되어 있을 수 있다.
이와 같이 복수개의 리튬 이온셀로 구성되는 제1 배터리 팩(10)과 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩(40)을 병렬 연결하여 사용하는 이유는 아래와 같다.
일반적인 납축 전지는 14.4V로 충전 및 방전하도록 설계되어 있는데 비해, 리튬 이온 셀은 하나의 셀이 4.2V를 출력하도록 설정되어 있어, 리튬 이온 셀을 조합하더라도 종래의 납축 전지의 출전 및 방전 전압이 달라 종래의 납축 전지를 리튬 이온 셀의 조합으로 대체하기 어려움이 있었다. 이를 위한 해결하기 위한 방안으로, 리튬 이온 전지의 출력 전압과 충전 전압을 낮출 수 있는 전압 조절 회로를 구비할 수 있으나, 별도의 전압 조절 회로를 구성하면, 공간적인 활용측면과, 비용 측면 모두 부담이 될 수 있다.
한편, 상기 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩은, 별도의 BMS의 제어가 필요 없는 매우 안정된 배터리 팩으로, 각각의 LMO/LTO 셀은 2.1 내지 2.9V의 전압 범위를 가지고 있어 납축 전지와 유사한 전압을 출력할 수는 있지만, 복수개의 LMO/LTO 셀로 이루어진 제2 배터리 팩은 엔진을 시동할 수 있을 만큼 큰 전압 사용 범위를 제공하지 못하기 때문에 복수개의 LMO/LTO셀로 이루어진 제2 배터리 팩만으로는 엔진을 시동시킬 수 없다.
이러한 이유 때문에, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 제1 배터리 팩과 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩 2가지를 사용하여 전원 공급장치를 구성하였다.
한편, 상기 레귤레이터(30)는, 배터리 관리 시스템의 출력 (+),(-)단에 병렬로 연결되어, 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)에서 출력되는 전압을 소정의 값만큼 상승 시켜 전장장치에 공급할 수 있으며, 상기 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)을 충전할 수 있다.
한편, 상기 레귤레이터(30)는 상기 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)에서 출력되는 전압에 따라 동작 특성이 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 배터리 팩(10) 및 제2 배터리 팩(40)의 출력 전압이 14.5V 이상인 경우에는 오프되고, 14.5V 미만인 경우, 레귤레이터(30)가 온 되어 14.4V를 출력하여, 정전압을 전장장치에 공급할 수 있다.
한편, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)는 상기 제1 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부(21), 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22), 상기 제1 배터리 팩(10)과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE,23), 제1 배터리 팩의 방전을 제어하는 방전 FET(25), 제1 배터리 팩의 충전을 제어하는 충전 FET(24) 및 보조 충전 FET(26)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22)은 상기 제1 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 기반으로 제1 배터리 팩(10)의 상태를 판단하는 상태 판단부 및 상기 상태 판단부의 결과에 따라 제1 배터리 팩의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제1 배터리 팩(30)은, (+)출력 단이 상기 제1 배터리 팩(10)의 (+)출력단에 연결되고, (-)출력 단은 상기 제1 배터리 팩(10)의 (-)출력단에 연결되어, 상기 배터리 관리 시스템(20)의 출력단을 통해 배터리 팩에서 출력되는 전압을 소정의 값만큼 상승시킬 수 있다.
한편, 배터리 팩은 배터리 팩이 안전하게 충전될 수 있는 배터리 팩의 전압인 충전 허용 전압이 설정되어 있을 수 있다.
한편, 충전 전압이라 함은, 배터리 팩을 소정의 전압 값까지 충전 시킬 수 있는 전압을 뜻하며, 배터리 팩은, 상기 충전 전압 이상의 전압을 출력할 수는 없다.
즉, 배터리 팩의 충전 허용 전압이 15V이고, 충전 전압이 14.4.V인 경우에는, 배터리 팩이 출력할 수 있는 최대 전압은 14.4V일 수 있다.
한편, 배터리 팩에 기설정되어 있는 충전 허용 전압이 충전 전압보다 클 경우에도 충전을 수행 할 수는 있지만, 배터리 팩의 충전 허용 전압 이상으로 충전되는 경우, 배터리 팩이 폭발하거나, 발화하는 문제점이 발생할 확률이 높아지므로, 배터리 팩이 충전 허용 전압에 도달하는 경우, 충전을 중단해야 된다.
이하에서는 상술한 배터리 팩의 충전 허용 전압과 충전 전압에 따라 본 발명의 실시예에 따른 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 제어를 설명한다.
상기 제2 배터리 팩(40)은, 상기 레귤레이터(30)가 온 되면, 상기 레귤레어터(30)에서 생성되는 전압이 될 때까지 충전된 후, 전류 없음 상태를 유지하고 있다가, 상기 레귤레이터(30)가 오프되면, 상기 제2 배터리 팩에서 전장 장치로 전원을 공급하고, 레귤레이터(30) 다시 온 되면, 제2 배터리 팩(40)은 충전 상태로 전환되는 동작을 반복 수행할 수 있다.
한편. 상기 제어부는, 상기 레귤레이터가 온 상태일 때 충전 FET를 온 시켜 제1 배터리 팩을 최대 충전 전압까지 충전 시키고, 상기 제1 배터리 팩이 최대 충전 전압에 도달하면, 충전 FET 및 방전 FET를 오프 시킬 수 있다.
이와 같이 충전 FET 및 방전 FET가 오프 되면, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치는, 레귤레이터에서 생성되는 전압이 상기 제2 배터리 팩을 통해 전자 장치로 공급할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 레귤레이터가 오프 상태일때는, 상기 보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제2 배터리 팩을 방전 시키고, 제1 배터리 팩은 충전 시켜, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩이 동일한 전위가 되도록 조절할 수 있다.
한편, 상기 제1 배터리 팩과 제2 팩이 동일한 전위가 되도록 조절되는 경우, 최종적으로 상기 제2 배터리 팩의 전압은 제1 배터리 팩의 전압과 같아질 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원공급 장치를 사용하였을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 4의 그래프를 살펴보면, 도1 의 그래프보다 레귤레이터(30)에서 출력되는 파형의 격차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
따라서, 전장장치에 공급되는 전압이 일정하게 유지되어 전장장치의 오동작 및 손상을 방지할 수 있다.
2. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 제1 배터리 팩과 복수개의 LMO/LTO 셀로 이루어진 제2 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법.
일반적인 납축 전지는 14.4V로 충전 및 방전하도록 설계되어 있는데 비해, 리튬 이온 셀은 하나의 셀이 4.2V를 출력하도록 설정되어 있어, 리튬 이온 셀을 조합하더라도 종래의 납축 전지의 출전 및 방전 전압이 달라 종래의 납축 전지를 리튬 이온 셀의 조합으로 대체하기 어려움이 있었다.
한편, 상기 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩은, 별도의 BMS의 제어가 필요없는 매우 안정된 배터리 팩으로, 각각의 LMO/LTO 셀은 2.1 내지 2.9V의 전압 범위를 가지고 있다. 그러나, 복수개의 LMO/LTO로 이루어진 제2 배터리 팩은 엔진을 시동할 수 있을 만큼 큰 전압 사용 범위를 제공하지 못하기 때문에 복수개의 LMO/LTO셀로 이루어진 제2 배터리 팩만으로는 엔진을 시동시킬 수 없다.
따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법을 아래와 같이 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 제1 배터리 팩과 복수개의 LMO/LTO셀로 구성되는 제2 배터리 팩을 이용하여 전원을 공급하는 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 제1 배터리 팩과 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법은, 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩 모두를 사용하여 엔진을 시동하는 엔진 시동 단계(S100), 엔진이 시동 된 후, 레귤레이터 온 시켜 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키고, 상제 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 충전하는 출력 전압 안정화 및 충전 단계(S200), 엔진 및 레귤레이터가 꺼진 후, 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 동일한 전압이 되도록 하는 전위 조절 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 배터리 팩은, 상기 제1 배터리 팩 보다 큰 최대 충전 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩과 병렬 연결되어 있을 수 있다.
한편, 상기 엔진 시동 단계(S100)에서 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩 모두를 사용하여 엔진을 시동하게 되면, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩에서는 매우 큰 전압 강하가 발생한다.
따라서 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩으로 엔진을 시동 시킨 후, 전장 장지에 전원을 공급하기 위해서는 후술하는 출력 전압 안정화 및 충전 단계(S200)가 필수 적이다.
한편, 배터리 팩은 배터리 팩이 안전하게 충전될 수 있는 배터리 팩의 전압인 충전 허용 전압이 설정되어 있을 수 있다.
한편, 충전 전압이라 함은, 배터리 팩을 소정의 전압 값까지 충전 시킬 수 있는 전압을 뜻하며, 배터리 팩은, 상기 충전 전압 이상의 전압을 출력할 수는 없다.
즉, 배터리 팩의 충전 허용 전압이 15V이고, 충전 전압이 14.4.V인 경우에는, 배터리 팩이 출력할 수 있는 최대 전압은 14.4V일 수 있다.
한편, 배터리 팩에 기설정되어 있는 충전 허용 전압이 충전 전압보다 클 경우에도 충전을 수행 할 수는 있지만, 배터리 팩의 충전 허용 전압 이상으로 충전되는 경우, 배터리 팩이 폭발하거나, 발화하는 문제점이 발생할 확률이 높아지므로, 배터리 팩이 충전 허용 전압에 도달하는 경우, 충전을 중단해야 된다.
이하에서는 상술한 배터리 팩의 충전 허용 전압과 충전 전압에 따라 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 출력 전압 안정화 및 충전 단계(S200)를 설명한다.
보다 구체적으로, 상기 출력 전압 안정화 및 충전 단계(S200)는, 엔진이 시동되고, 레귤레이터가 온 되는 경우에는, 상기 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에, 상기 제1 배터리 팩이 충전 허용 전압이 될 때 까지는, 충전 FET를 온 시켜, 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩 모두에 충전을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 배터리 팩이 충전 허용 전압에 도달하면, 방전 FET와 충전 FET를 오프시켜, 상기 제1 배터리 팩은 충전 및 방전이 일어나지 않도록 할 수 있다.
한편, 방전 FET와 충전 FET가 모두 오프되면, 상기 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에, 레귤레이터를 사용하여 제2 배터리 팩에만 충전을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 레귤레이터의 충전 전압과 같아 지는 경우, 상기 제2 배터리 팩은 레귤레이터가 온 되어 있는 동안에는 전류 없음 상태를 유지하고, 상기 레귤레이터가 오프되는 경우, 전장 장치에서 전원이 필요한 경우에는 방전을 수행하여 전장장치에 전원을 공급할 수 있다.
한편, 상기 레귤레이터가 오프 되었다가 다시 온 되는 경우, 상기 제2 배터리 팩은 레귤레이터 충전 전압에 의해 충전될 수 있다.
한편, 상기 전위 조절 단계는, 상기 엔진 및 레귤레이터가 모두 꺼진 상태에서, 보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제2 배터리 팩에서 방전되는 전류로 상기 제1 배터리 팩을 충전시켜, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 동일한 전위로 만들 수 있다.
예컨대, 제2 배터리 팩의 전압을 제1 배터리 팩의 전압과 동일하게 조절할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원공급 방법으로 전원을 공급하였을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 4의 그래프를 살펴보면, 도1 의 그래프보다 레귤레이터(30)에서 출력되는 파형의 격차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
따라서, 전장장치에 공급되는 전압이 일정하게 유지되어 전장장치의 오동작 및 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 제1 배터리 팩
20 : BMS
30 : 레귤레이터
40 : 제2 배터리 팩
50 : 전장장치

Claims (8)

  1. 납축 전지 대체용 전원 공급 장치에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는,
    복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 제1 배터리 팩;
    복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩;
    상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 제1 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS);
    상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 출력 전압에 따라 동작하여, 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 충전하는 레귤레이터;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 제2 배터리 팩은,
    상기 제1 배터리 팩의 충전 허용 전압 보다 더 큰 충전 허용 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩과 병렬 연결되고,
    상기 배터리 관리 시스템(BMS)은,
    상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩의 전압을 모두 사용하여 엔진을 시동하고,
    상기 엔진이 시동되면, 상기 레귤레이터를 온 시켜 상기 제1 배터리 팩 및 상기 제2 배터리 팩의 출력 전압을 안정화시키고, 상기 제1 배터리 팩 및 상기 제2 배터리 팩을 충전하며,
    상기 엔진과 상기 레귤레이터가 꺼지면, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩의 출력 전압이 동일한 전압이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템(BMS)은,
    상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부;
    마이크로 컨트롤 유닛(MCU);
    상기 제1 배터리 팩과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE);
    제1 배터리 팩의 방전을 제어하는 방전 FET; 및
    제1 배터리 팩의 충전을 제어하는 충전 FET 및 보조 충전 FET;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)은,
    상기 제1 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 제1 배터리 팩의 상태를 판단하는 상태 판단부; 및
    상기 상태 판단부의 결과에 따라 상기 방전 FET, 충전 FET 및 보조 충전 FET를 제어하여 제1 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 배터리 팩은,
    제2 배터리 팩의 (+)단은 상기 제1 배터리 팩의 (+)출력단에 연결되고,
    제2 배터리 팩의 (-) 단은 상기 제1 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되며
    상기 레귤레이터가 온 되면, 상기 레귤레이터에서 생성되는 전압으로 제2 배터리 팩의 전압을 레귤레이터에서 생성되는 전압까지 충전 시킨 후, 상기 레귤레이터의 동작에 따라 전류 없음 상태와 충전 상태가 반복되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 레귤레이터가 온 상태일 때 충전 FET를 온 시켜 제1 배터리 팩을 기설정되어 있는 충전 허용 전압까지 충전 시키고, 상기 제1 배터리 팩이 충전 허용 전압에 도달하면, 충전 FET 및 방전 FET를 오프 시키며,
    상기 레귤레이터가 오프 상태일 때, 보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩의 전압이 동일해지도록 제1 배터리 팩의 전압 및 제2 배터리 팩의 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  5. 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 제1 배터리 팩 및 복수개의 LMO/LTO 셀로 구성되는 제2 배터리 팩을 이용하여 전원을 공급하는 방법에 있어서,
    제1 배터리 팩의 전압과 제2 배터리 팩의 전압 모두를 사용하여 엔진을 시동하는 엔진 시동 단계;
    엔진이 시동 된 후, 레귤레이터를 온 시켜 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키고, 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 충전 시키는 출력 전압 안정화 및 충전 단계;
    엔진 및 레귤레이터가 꺼진 후, 제1 배터리 팩의 출력 전압과 제2 배터리 팩의 출력 전압이 동일한 전압이 되도록 조절하는 전위 조절 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 배터리 팩은,
    상기 제1 배터리 팩의 충전 허용 전압보다 더 큰 충전 허용 전압을 가지며, 상기 제1 배터리 팩과 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 출력 전압 안정화 및 충전 단계는,
    상기 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에,
    상기 제1 배터리 팩의 전압이 기설정되어 있는 충전 허용 전압이 될 때 까지는, 레귤레이터를 사용하여 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩 모두에 충전을 수행하고,
    상기 제1 배터리 팩의 전압이 기설정되어 있는 충전 허용 전압에 도달하면, 방전 FET와 충전 FET를 오프시켜 제1 배터리 팩의 충전 및 방전을 차단하고,
    상기 제1 배터리 팩의 충전 및 방전이 차단되면, 상기 제2 배터리 팩 및 레귤레이터의 출력을 이용하여 전장 장치에 전원을 공급함과 동시에 레귤레이터를 사용하여 제2 배터리 팩의 전압이 레귤레이터의 충전 전압이 될 때까지 충전하며,
    상기 제2 배터리 팩의 전압이 레귤레이터의 충전 전압이 된 이후에는, 상기 레귤레이터의 동작에 따라 제2 배터리 팩은 충전 및 전류 없음 상태를 반복하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 전위 조절 단계는,
    엔진 및 레귤레이터가 모두 꺼진 상태에서,
    보조 충전 FET를 온 시켜, 상기 제2 배터리 팩에서 방전되는 전류로 상기 제1 배터리 팩을 충전시켜, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 동일한 전위로 조절하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
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