KR102441049B1 - 차량 전력 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 전력 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차를 포함하는 적어도 하나의 배터리를 구비한 차량의 전력 시스템은, 적어도 하나의 배터리, 차량 시동을 수행하는 스타터(Starter), 적어도 하나의 스위치 및 제어기를 포함하는 제1 전력 모듈; 및 차량 네트워크로부터의 상태 정보를 기반으로 차량 동작 상태를 확인하고, 상기 차량 동작 상태에 기반하여 차량 네트워크를 통해 상기 제어기에 지시하여 상기 제1 전력 모듈의 발전, 전력 및 충전 제어 중 적어도 하나를 수행하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 전력 시스템 및 그 제어 방법{Vehicular Power System and the Controlling Method thereof}
본 발명은 차량 전력 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 모듈형태로 구성될 수 있는 차량 전력 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량 전장품은 늘어가는 소비자 요구와 글로벌 경쟁으로 인해 20여년간 급격히 증가해, 현재 대형차에 들어가는 전자 제어기의 개수는 100여개가 넘는다.
이 같은 급격한 차량 전장화는 전기적 사고(과전압, 수밀로 인한 쇼트 등), 차량 성능 및 안전 사고 우려로 이어진다.
그뿐만 아니라, 전장품 증가는 전장품 배치와 와이어링 복잡성 증가를 유발하여, 차량 생산성 저하, 차량 무게 증가 및 연비 악화로 이어질 수 있다.
각국에서 환경 법규 강화 및 연비 시험 방식 변경 등으로 고연비 친환경 차량 출시를 촉구하는 이때 에너지 효율성 증대는 극복해야 할 큰 과제이다.
도 1과 같이, 현재 양산 중인 승용차는 12V 단일 전압 기반 전력 시스템으로 구성된다.
이에, 종래의 단일 전압 기반 전력 시스템은 전장 부하의 증가 시에 발전기(Alternator) 및 배터리 용량 한계에 직면한다.
또한, 전력 소모가 많은 상황(가혹한 주행 상황 등)에서는 전원 공급이 부족해, 품질, 기능 안전 및 신뢰성 저하 문제가 발생했다.
더욱이, 종래의 개별 제어기를 사용하는 전력 시스템은 해당 제어기가 모니터링하는 일부 부하에 대해서만 소모량을 독립 제어하므로, 차량 수준에서의 부하 총량 관리 및 효율적인 전기 에너지 제어(EEM; Electric Energy Management) 기능 구현이 어려운 문제가 있었다.
미국등록특허 제8996284호(2015년 3월 31일)
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 차량 통신 기반으로 적어도 하나의 전력 모듈을 통합 제어할 수 있는 차량 전력 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일면에 따른 일반 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차를 포함하는 적어도 하나의 배터리를 구비한 차량의 전력 시스템은, 적어도 하나의 배터리, 차량 시동을 수행하는 스타터(Starter), 효율적인 전력 제어 기능 구현을 위해 속성 별로 구분된 적어도 하나 이상의 전기 부하 그룹, 적어도 하나의 스위치 및 제어기를 포함하는 제1 전력 모듈; 및 차량 네트워크로부터의 상태 정보를 기반으로 차량 동작 상태를 확인하고, 상기 차량 동작 상태에 기반하여 차량 네트워크를 통해 상기 제어기에 지시하여 상기 제1 전력 모듈의 발전, 전력 및 충전 제어 중 적어도 하나를 수행하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 각기 적어도 하나의 배터리, 다른 구동전압 기반의 부하그룹 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 적어도 하나의 전력 모듈을 통합 제어하는 통합 제어기의 차량 전력 제어 방법은, 차량 네트워크로부터 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 상태 정보를 기반으로 차량 동작 상태 및 전력 소비 상태 중 적어도 하나의 상태를 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 상태를 기반으로 상기 전력 모듈을 제어하여 발전, 전력 및 충전 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량 전력을 소비의 효율성을 높일 수 있으며, 부품 결함에 대해 진단하고, 정상 시스템과의 결함을 분리시킬 수 있어 차량 동작 성능 신뢰성 향상 및 기능 안전 요구에 대응 가능하다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템 모듈 구조는 종래의 내연 기관 자동차뿐만 아니라 환경차, 즉, 하이브리드 및 전기차에 대해서도 공용 가능하므로, 대량 생산 시 제작사 관점에서는 생산 효율화 및 고객 관점에서는 옵션 사양 선택폭 확대를 도모할 수 있다.
도 1은 단일 전압 기반 전력 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량 전력 시스템을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 내지 제3 전력 모듈을 세부적으로 도시한 도면.
도 4a는 본 발명에 따른 제1 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도.
도 4b는 본 발명에 따른 제1 및 제2 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도.
도 4c는 본 발명에 따른 제1 및 제3 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 전력 시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3 전력 모듈을 세부적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 전력 시스템(20)은 제1 내지 제3 전력 모듈(221~3) 및 통합 제어기(210)를 포함한다. 이러한, 본 발명의 실시예에 따른 차량 전력 시스템(20)은 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전력 시스템일 수 있다.
제1 내지 제3 전력 모듈(221~3)은 그에 연결된 부하와 기능별로 구분된 모듈이다. 이러한, 각 전력 모듈(221~223)은 각기 적어도 하나의 저장장치(배터리)와 각 저장장치와의 연결 또는 미연결을 위한 복수의 스위치를 포함한다.
이하, 도 3을 참조하여 각 전력 모듈(221~223)에 대하여 설명한다.
제1 전력 모듈(221)은 발전기(ALT), 스타터(St), 제1 저장장치(BAT1), 제2 저장장치(BAT2), 전압 안정기(PS), 제1 전압부하의 제1그룹(L1_1), 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2), 제1 내지 제4 스위치(SW1~4), 제1 통신부(미도시) 및 제1 개별제어기(U1)를 포함한다.
제1 및 제2 스위치(SW1~2)는 차량 동작 상태에 따른 전력 공급 제어를 위해 단락 또는 개방된다.
이때, 제1 스위치(SW1)는 제 1 저장장치의 전력이 스타터(St)의 모터에 충분히 공급될 수 있도록 초기 시동 시에만 개방 제어된다. 그리고 제2 스위치(SW2)는 제2 저장장치(BAT2)의 결함 발생 시에 개방된다.
제1 전압부하의 제1그룹(L1_1) 및 제2그룹(L1_2)은 둘 다 제1 전압을 이용하는 전기부하들이다. 여기서, 제1전압은 12V일 수 있다.
그 중에서, 제1 전압부하의 제1그룹(L1_1)은 차량 표준(일반, 기본) 사양 구현을 위한 전기부하들의 집합이다.
반면, 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2)은 차량의 특정 주행 조건 또는 차량 동작 상태에 따른 구동 전압 변동에 따라 그 성능에 영향을 받을 수 있는 민감 부하들의 집합이다. 예컨대, 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2)은 계기판, 에어컨, 헤드 유닛, 오디오 및 외장 앰프 등과 동일 또는 유사한 전기적 특성을 갖는 부하들을 포함할 수 있다.
전압 안정기(PS)는 제1 전압을 안정시켜 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2)에 공급한다. 이 같이, 본 발명에서는 전압에 민감한 부하에 안정적으로 전압을 공급할 수 있어, 전압 강하로 인해 발생하는 기능 문제를 줄일 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 그 단락 또는 개방에 따라 제1 전압 대전력 부하그룹(L1_3)을 제1 전력 모듈(221)에 연결하거나, 미연결한다.
제4 스위치(SW4)는 그 개방 및 단락에 따라 단일 전압 기반 전력 시스템 또는 멀티 전압 기반 전력 시스템을 결정한다.
제1 및 제2 저장장치(BAT2)는 전기 에너지 저장하는 배터리로서, 그와 연결된 부하에 전력을 공급한다. 예컨대, 제1 및 제2 저장장치(BAT1~2)는 납산, AGM, 리튬이온, 슈퍼 커패시터, EDLC 및 태양전지일 수 있다.
이때, 제1 저장장치(BAT1)는 메인 배터리, 제2 저장장치(BAT2)는 서브 배터리일 수 있다.
여기서, 제1 전압 대전력 부하그룹(L1_3)은 주행 안전을 위해 필수적으로 동작 전원이 확보되어야 할 대전력 소모 안전 부하들의 집합일 수 있다. 이러한, 1 전압 대전력 부하그룹(L1_3)은 제1 전력 모듈(221)에 포함될 수 있으며 포함되지 않을 수도 있다.
예컨대, 제1 전압 대전력 부하그룹(L1_3)은 현가장치(차량 서스펜션 장치), 조향, 제동, 와이퍼 및 외장 램프와 같은 안전상 주요한 전력소비부하일 수 있다.
제1 통신부(미도시)는 제1 개별제어기(U1)의 차량 네트워크 통신을 지원한다.
제1 개별제어기(U1)는 발전기(ALT), 스타터(St), 전압 안정기(PS), 제1 전압부하의 제1그룹(L1_1), 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2), 제1 내지 제4 스위치(SW1~4), 제1 통신부(미도시)의 구동 및 제1 및 제2 저장장치(BAT1~2)의 충/방전 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서, 제1 개별제어기(U1)는 엔진용 제어기(EMS: Engine Management System), 변속기용 제어기(TCU: Transmission Control Unit), 배터리용 제어기(BMS: Battery Management System), 퓨즈 릴레이 스위치 제어기(Box), 전력 변환 제어기(Converter) 중 적어도 하나를 포함한다. 이러한, 제1 개별제어기(U1)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 저장부를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 개별제어기(U1)는 통합 제어기(210)로부터의 차량 네트워크를 통한 지시에 대응하여 발전기(ALT), 스타터(St), 제1 저장장치(BAT1), 제2 저장장치(BAT2), 전압 안정기(PS), 제1 전압부하의 제1그룹(L1_1), 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2), 제1 내지 제4 스위치(SW1~4) 및 제1 통신부(미도시)를 제어할 수 있다.
제2 전력 모듈(222)은 제1 전력변환기(DC/DC1), 제3 저장장치(BAT3), 제2 전압부하그룹(L2), 제5 스위치(SW5), 제2 통신부(미도시) 및 제2 개별제어기(U2)를 포함한다. 이하, 제2 전력 모듈(222)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
제3 저장장치(BAT3)는 전기에너지를 저장하고 제2 전압부하그룹(L2)에 전력을 공급한다. 제3 저장장치(BAT3)는 그 정상 동작 시에는 제1 전력 모듈(221)로부터의 전기 에너지에 의해 충전될 수 있다.
제2 전압부하그룹(L2)은 제2전압을 사용하는 부하들의 집합이다.
제5 스위치(SW5)는 제3 저장장치(BAT3)의 정상 동작 시에는 단락 제어되고, 결함 발생시에 개방 제어된다.
또한, 제1 전력변환기(DC/DC1)는 제3 저장장치(BAT3)의 정상 구동 시에는 오프 되고, 제3 저장장치(BAT3)의 결함 발생 시에는 입력 전압을 승압할 수 있다.
상세하게는, 제3 저장장치(BAT3)는 제1 및 제2 저장장치(BAT2)와 직렬 연결된다. 따라서, 제1 전력변환기(DC/DC1)가 오프 되면, 제1 및 제2 저장장치(BAT2)로부터의 제1전압과 제3 저장장치(BAT3)로부터의 제1전압의 합산 전압인 제2전압이 제2 전압부하그룹(L2)에 공급될 수 있다. 반면, 제3 저장장치(BAT3)에 결함 발생시에 제1 전력변환기(DC/DC1)는 온 구동 된다. 따라서, 제1 전력변환기(DC/DC1)는 제1 전력 모듈(221)로부터의 제1전압을 승압하여 생성된 제2전압을 제2 전압부하그룹(L2)에 공급할 수 있다.
제2 통신부(미도시)는 제2 개별제어기(U2)의 차량 네트워크 통신을 지원한다.
제2 개별제어기(U2)는 차량 네트워크를 통한 통합 제어기(210)의 지시에 대응하여 제1 전력변환기(DC/DC1), 제2 전압부하그룹(L2), 제5 스위치(SW5) 및 제2 통신부(미도시)의 구동 및 제3 저장장치(BAT3)의 충/방전 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서, 제2 개별제어기(U2)는 엔진용 제어기(EMS: Engine Management System), 변속기용 제어기(TCU: Transmission Control Unit), 배터리용 제어기(BMS: Battery Management System), 퓨즈 릴레이 스위치 제어기(Box), 전력 변환 제어기(Converter) 중 적어도 하나를 포함한다. 이러한, 제2 개별제어기(U2)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 저장부를 더 포함할 수 있다.
제3 전력 모듈(223)은 제4 저장장치(BAT4), 제3 전압부하그룹(L3), 벨트구동부품(ALT2), 제6 스위치(SW6), 제2 전력변환기(DC/DC2), 제3 통신부(미도시) 및 제3 개별제어기(U3)를 포함한다. 이하, 제3 전력 모듈(223)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
제4 저장장치(BAT4)는 전기 에너지를 저장하고, 제3 전압부하그룹(L3)에 전력을 공급한다.
제3 전압부하그룹(L3)은 제3전압을 사용하는 부하의 집합이다.
벨트구동부품(ALT2)은 E-Machine 및 벨트 구동 머신과 같은 전동식 부하일 수 있다. 이러한, 전동식 부하는 전력을 소비할 수도 있고, 전력을 생성할 수도 있다.
제6 스위치(SW6)는 제4 저장장치(BAT4)의 정상 동작 시에 단락 제어되고, 결함 발생 시에 개방 제어된다.
제2 전력변환기(DC/DC2)는 제1전압과 제3전압 간의 전압 변환 후 제3전압을 분배하여 제3 전압부하그룹(L3)과 벨트구동부품(ALT2)에 공급하면서, 제3 저장장치(BAT3)를 충전한다. 이 같이, 본 발명에서는 종래의 전압(12V)과 다른 전원 체계를 사용하여 전력 공급량을 증대시킬 수 있다.
제3 개별제어기(U3)는 차량 네트워크를 통한 통합 제어기(210)의 지시에 대응하여 제3 전압부하그룹(L3), 벨트구동부품(ALT2), 제6 스위치(SW6), 제2 전력변환기(DC/DC2), 제3 통신부(미도시) 및 제4 저장장치(BAT4)의 충/방전 중 적어도 하나를 제어한다. 여기서, 제3 개별제어기(U3)는 엔진용 제어기(EMS: Engine Management System), 변속기용 제어기(TCU: Transmission Control Unit), 배터리용 제어기(BMS: Battery Management System), 퓨즈 릴레이 스위치 제어기(Box), 전력 변환 제어기(Converter) 중 적어도 하나를 포함한다.
다시 도 1로 돌아가서, 통합 제어기(210)는 차량 네트워크 통신을 통해 수신된 상태 정보를 기반으로 차량 진단, 발전 제어, 전력 제어, 충전 제어 및 회생 제동 등을 수행한다. 이때, 통합 제어기(210)는 각 전력 모듈(221~223)의 각 구성요소에 대한 제어를 지시할 수 있다.
여기서, 상태 정보는 차량 속도, 온도, 각 저장장치(BAT1~4)의 배터리 잔량(SOC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 각 저장장치(BAT1~4)의 배터리 잔량은 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)으로부터 제공될 수 있다.
통합 제어기(210)는 차량 동작 상태 또는 전력 소비 상태를 기반으로 각 전력 모듈(221~223)을 제어할 수 있다.
(1) 차량 동작 상태 기반
구체적으로, 통합 제어기(210)는 상태 정보로부터 차량 동작 상태를 확인하고, 차량 동작 상태에 기반하여 제1 전력 모듈(221)을 제어할 수 있다. 이때, 차량 동작 상태는 크랭킹 상태, 시동 온 상태 및 코스팅 모드일 수 있다.
① 차량 크랭킹 상태에서,
통합 제어기(210)는 차량 크랭킹 상태에서, 스타터(St)로 안정적인 전력 공급이 이뤄지도록 한다.
구체적으로, 통합 제어기(210)는 제1 스위치(SW1)를 개방하여 제1 저장장치(BAT1)로부터의 전력이 다른 부하로 전달되지 않고 스타터(St)에 공급되도록 한다. 따라서, 본 발명에서는 다른 부하로 공급되는 전력에 의해 스타터(St)에 대한 안정적인 전원 공급이 불가하여 차량 크래킹이 방해되는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 통합 제어기(210)는 제2 스위치(SW2)를 단락 제어하여 제1 전압부하의 제1그룹과 제2그룹2(L1_1~2)에 전력을 공급할 수 있다.
전술한, 통합 제어기(210)는 엔진 제어 유닛(ECU)로부터 차량 크래킹 상태임을 알리는 상태 정보를 수신하여 차량 크래킹 상태임을 확인할 수 있다.
② 시동 온(Ignition ON) 상태에서
통합 제어기(210)는 시동 온(Ignition ON) 상태에서, 발전기(ALT)에서 각 저장장치(BAT1~4)로 전원을 공급하여 각 배터리(저장장치)가 충전되도록 제1 및 제2 스위치(SW1~2)를 제어한다. 구체적으로, 통합 제어기(210)는 시동 온 상태에서는 제1 및 제2 스위치(SW1~2)를 단락시킬 수 있다.
여기서, 통합 제어기(210)는 엔진 제어 유닛(ECU)로부터 차량 시동 온 상태임을 알리는 상태 정보를 수신하여 시동 온 상태임을 확인할 수 있다.
③ 코스팅 모드에서
통합 제어기(210)는 코스팅 모드에서 제1 저장장치(BAT1)의 전원으로 모든 부하를 구동하고, 제2 저장장치(BAT2)는 방전되지 않도록 제1 및 제2 스위치(SW1~2)를 제어한다. 구체적으로, 통합 제어기(210)는 코스팅 모드에서 제1 스위치(SW1)를 단락시키고, 제2 스위치(SW2)를 개방시킬 수 있다.
여기서, 통합 제어기(210)는 엔진 제어 유닛(ECU)로부터 차량 코스팅 모드임을 알리는 상태 정보를 수신하여 코스팅 모드임을 확인할 수 있다.
(2) 전력 소비 상태 기반
통합 제어기(210)는 상태 정보로부터 전력 소모량, 배터리 잔량 및 배터리 결함 발생 중 적어도 하나의 전력 소비 상태를 확인하고, 전력 소비 상태에 기반하여 제1 내지 제3 전력 모듈(221~3)을 제어할 수 있다.
① 전력 소비가 많은 상황일 때
통합 제어기(210)는 상태 정보(SoC)로부터 전력 소비가 많은 상황임을 확인하면, ECU(Engine Control Unit)에 발전기(ALT)의 발전량 증가를 요청할 수 있다. 이때, 통합 제어기(210)는 복수의 저장장치(BAT1~4)에 대한 SoC로부터 총 전력 소비량이 사용 가능한 전력량보다 많은 상황(전력 소비가 많은 상황)인지를 확인할 수 있다.
더불어, 통합 제어기(210)는 ECU(Engine Control Unit)에 코스팅 구간 증가를 요청할 수 있다. 또한, 통합 제어기(210)는 편의부하의 작동을 단속하여 전력 소비를 줄일 수 있다. 여기서, 편의부하는 히터, 에어컨 등과 같이 탑승자의 편의를 위한 부하로서, 제1 전압부하의 제1그룹(L1_1) 또는 제2그룹(L1_2)에 포함된 부하일 수 있다.
더 상세하게는, 통합 제어기(210)는 발전기(ALT)에서 생성된 전력(A)과 제1 내지 제4 저장장치(BAT1~4)에 저장된 전력(B)의 합과 총 부하 소모 전력(C)를 비교하여 발전 제어, 충전 제어 및 부하 작동 제어를 수행할 수 있다.
일 예로서, 통합 제어기(210)는 전력(A)와 전력(B)의 합이 전력(C) 미만인 경우에는 제1 전력 모듈(221)이 편의부하의 전원을 단계적으로 차단 또는 그 출력을 제한하도록 지시할 수 있다.
② 배터리 잔량 부족 시
통합 제어기(210)는 상태 정보(SoC)로부터 배터리 잔량이 부족한 상황임을 확인하면, 시동 온 및 코스팅 모드 진입을 금지시킨다.
이때, 통합 제어기(210)는 제1 및 제2 저장장치(BAT1~2)의 배터리 잔량이 기설정된 임계치 이하이면, 배터리 잔량 부족 상황인 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 임계치는 적어도 1회의 시동 온을 수행하기에 충분하지 않은 정도인 실험치일 수 있다.
이 경우, 통합 제어기(210)는 현재 구동중인 편의부하에 대해 별도의 지시를 송신하지 않아, 편의 부하의 동작을 유지할 수 있다.
③ 배터리 결함 발생 시
통합 제어기(210)는 제1 내지 제4 저장장치(BAT4) 중에서 결함이 발생한 저장장치가 있으면, 제1 내지 제6 스위치(SW6) 중 적어도 하나를 개방하여 결함이 발생한 저장장치와의 연결을 해제한다.
예를 들어, 통합 제어기(210)는 제2 저장장치(BAT2)의 결함 발생 시에 제2 스위치(SW2)를 개방 제어할 수 있고, 제3 저장장치(BAT3)의 결함 발생 시에 제5 스위치(SW5)를 개방 제어할 수 있으며, 제4 저장장치(BAT4)의 결함 발생 시에 제6 스위치(SW6)를 개방 제어할 수 있다.
(3) 기타 제어
제1 전력 모듈(221)이 제3 전력 모듈(223)과 연결 시에, 통합 제어기(210)는 벨트구동부품(ALT2)으로부터 제2 전력변환기(DC/DC2)를 통해 제1 저장장치(BAT1)를 충전할 수도 있다. 이때, 통합 제어기(210)는 제1 및 제4 스위치(SW1, SW4)를 단락 제어하고, 그 외 스위치(SW2, SW3, SW5, SW6)를 개방 제어하며, 제2 전력변환기(DC/DC2)가 제3전압을 제1전압으로 레벨 변환하도록 할 수 있다.
통합 제어기(210)는 제4 스위치(SW4)의 개방시킴에 따라 단일 전압 기반의 전력 시스템을 구성할 수 있고, 제4 스위치(SW4)를 단락시킴에 따라 멀티 전압 기반의 전력 시스템으로 구성할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 안정성과 신뢰성이 높은 전력 공급 체계를 구성할 수 있어, 차량 전력 제어의 효율성을 높이고, 차량 전장품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4a 내지 4c를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 시스템에 대하여 설명한다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도이다. 그리고 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제3 전력 모듈을 포함하는 전력 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4a 내지 4c에서, 점선으로 표시된 블록은 옵션(OPT) 사양으로서 생략될 수 있다. 도 4a 내지 4c에서는 설명의 편의성을 위해서 제1 내지 제3 전력 모듈(221~223)이 제1 내지 제3 개별 제어기(개별 제어기 1-1 내지 1-n)을 포함하는 형태가 아니라 제1 내지 제3 전력 모듈(221~223)의 구성요소의 상위에 제1 내지 제3 개별 제어기(개별 제어기 1-1 내지 1-n)이 존재하는 형태로 도시하였으며, 통신부는 생략되었다.
도 4a와 같이, 차량 전력 시스템은 제1 전력 모듈(221)만으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 전력 모듈(221)에서 제2 저장장치(BAT2)와 제1 전압부하의 제2그룹(L1_2)은 생략될 수도 있다.
도 4b와 같이, 차량 전력 시스템은 상호 다른 전압을 이용하는 제1 및 제2 전력 모듈(221, 222)을 포함하는 이중 전원(12V 및 24V) 체계로 구성될 수 있다.
이때, 상호 동일한 전압을 저장하는 제1 및 제2 저장장치(BAT1~2)는 서로 직렬로 연결되어, 제1 전력변환기(DC/DC1)의 미구동시에도 제2 전압부하그룹(L2)에 승압된 전압(24V)을 공급할 수 있다.
도 4c와 같이, 차량 전력 시스템은 상호 다른 전압을 이용하는 제1 및 제3 전력 모듈(221, 223)로 포함하는 이중 전원(12V 및 48V) 체계로 구성될 수 있다.
이때, 제3 전력 모듈(223) 내에는 벨트 구동 부품(도 4c의 ALT)이 포함될 수 있다. 이 경우, 제1 전력 모듈(221) 내 발전기(ALT)는 생략될 수 있다.
그러면, 엔진 오프(Off) 감속 주행 시에 벨트 구동 부품(도 4c의 ALT)에 의해 제2 전력변환기(DC/DC2)가 제1 전력 모듈(221) 내 저장장치(BAT1, BAT2 중 적어도 하나)를 충전할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 다른 실시예에서는 연료 소모 효율을 개선할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 전력 시스템을 모듈화 및 플랫폼화하여 설계 용이성 및 제조 공정 간소화를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 복수의 차종에 대한 전력 시스템을 공용화하도록 지원할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
20: 차량 전력 시스템 210: 통합 제어기
221~223: 제1 내지 제3 전력 모듈 SW1~6: 제1 내지 제6 스위치
BAT1~4: 제1 내지 제4 저장장치 PS: 전압 안정기
L1_1, 2: 제1 전압부하의 제1 및 제2그룹
L1_3: 제1 전압 대전력 부하그룹
L2: 제2 전압부하그룹 L3: 제3 전력부하그룹
DC/DC1~2: 제1 및 제2 전력변환기 ALT2: 벨트구동부품
ALT: 발전기 St: 스타터

Claims (20)

  1. 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차를 포함하는 적어도 하나의 배터리를 구비한 차량의 전력 시스템으로서,
    적어도 하나의 배터리, 차량 시동을 수행하는 스타터(Starter), 적어도 하나의 스위치 및 제어기를 포함하는 제1 전력 모듈; 및
    차량 네트워크로부터의 상태 정보를 기반으로 차량 동작 상태를 확인하고, 상기 차량 동작 상태에 기반하여 차량 네트워크를 통해 상기 제어기에 지시하여 상기 제1 전력 모듈의 발전, 전력 및 충전 제어 중 적어도 하나를 수행하는 통합 제어기
    를 포함하고,
    상기 통합 제어기는,
    상기 상태 정보로부터 차량 코스팅(Coasting) 모드임을 확인하면, 상기 적어도 하나의 배터리 중에서 메인 배터리의 전원으로 모든 부하를 구동시키고, 서브 배터리는 방전되지 않도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 차량 전력 시스템.
  2. 제1항에서, 상기 통합 제어기는,
    상기 상태 정보로부터 차량 크래킹(Cranking) 상태임을 확인하면, 상기 적어도 하나의 배터리 중 하나로부터 상기 스타터로 인가되는 전원이 다른 전력소비부하로 분배되어 전달되지 않도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 것인 차량 전력 시스템.
  3. 제1항에서, 상기 통합 제어기는,
    상기 상태 정보로부터 차량 시동 온 상태임을 확인하면, 발전기로부터의 전원을 이용하여 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하는 것인 차량 전력 시스템.
  4. 제3항에서, 상기 발전기는,
    상기 제1 전력 모듈에 포함된 발전기이거나, 상기 제1 전력 모듈과 다른 전압을 생성하는 타 전력 모듈로부터 전원을 인가받는 벨트 구동 부품인 차량 전력 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에서, 상기 제1 전력 모듈은,
    차량 표준 사양의 제1부하그룹; 구동 전압 변동에 따라 그 성능에 영향을 받는 기설정된 제2부하그룹; 및 상기 적어도 하나의 배터리로부터의 전원을 안정시켜 상기 제2부하그룹에 공급하는 전압 안정기(Voltage Stabliizer)를 포함하는 것인 차량 전력 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전력 모듈과 각기 다른 전압을 사용하는 부하그룹 및 각기 적어도 하나의 다른 배터리를 포함하는 적어도 하나의 다른 전력 모듈
    을 더 포함하는 차량 전력 시스템.
  8. 제7항에서, 상기 통합 제어기는,
    배터리 관리 시스템으로부터 각 배터리의 SoC를 상기 상태 정보로 수신하고, 상기 각 배터리의 SoC로부터 상기 적어도 하나의 배터리 및 적어도 하나의 다른 배터리 중에서 결함이 있는 부품을 확인하고, 상기 결함이 있는 부품이 다른 구성요소와 분리되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 것인 차량 전력 시스템.
  9. 제7항에서, 상기 통합 제어기는,
    상기 상태 정보인 각 배터리의 SoC로부터 전력 소비량이 이용 가능한 전력량보다 많은 제1상태인지를 확인하고, 상기 제1상태이면 발전기의 발전량 증가 및 편의부하 중 적어도 일부 동작 제한 중 적어도 하나를 제어하는 것인 차량 전력 시스템.
  10. 제7항에서, 상기 통합 제어기는,
    상기 상태 정보인 각 배터리의 SoC로부터 상기 적어도 하나의 배터리의 배터리 잔량이 기설정된 임계치 이하임을 확인하면, 시동 온 및 코스팅 모드 진입을 제한하는 것인 차량 전력 시스템.
  11. 제7항에서,
    상기 제1 전력 모듈 및 상기 다른 전력 모듈 사이에 구비되는 타 스위치를 더 포함하고,
    상기 통합 제어기는, 상기 타 스위치를 개방하여 단일 전압 기반 전력 시스템 또는 상기 타 스위치를 단락시켜 멀티 전압 기반 전력 시스템을 구성하는 것인 차량 전력 시스템.
  12. 제7항에서,
    상기 다른 전력 모듈은,
    상기 적어도 하나의 배터리와 동일한 전압을 충전 및 출력하며, 상기 적어도 하나의 배터리와 직렬 연결되는 제3 배터리;
    상기 적어도 하나의 배터리로부터의 제1전압과 상이한 제2전압으로 구동하는 제2 전압부하그룹; 및
    상기 제3 배터리와 상기 적어도 하나의 배터리 사이의 노드를 개방 또는 단락시키는 제5 스위치를 포함하고,
    상기 통합 제어기는, 상기 제3 배터리의 정상 구동 시에는 상기 제5 스위치를 단락 제어하여 상기 적어도 하나의 배터리 및 상기 제3 배터리의 합산 전압인 상기 제2전압이 상기 제2 전압부하그룹에 공급되도록 하는 것인 차량 전력 시스템.
  13. 제12항에서,
    상기 다른 전력 모듈은, 구동 시에 상기 적어도 하나의 배터리로부터의 제1전압을 승압한 결과 생성된 상기 제2전압을 상기 제2 전압부하그룹에 공급하는 전력변환기를 더 포함하고,
    상기 통합 제어기는, 상기 제3 배터리의 결함 발생 시에 제5 스위치를 개방 제어하며, 상기 전력변환기를 구동시키는 것인 차량 전력 시스템.
  14. 각기 적어도 하나의 배터리, 다른 구동전압 기반의 부하그룹 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 적어도 하나의 전력 모듈을 통합 제어하는 통합 제어기의 차량 전력 제어 방법으로서,
    차량 네트워크로부터 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 상태 정보를 기반으로 차량 동작 상태 및 전력 소비 상태 중 적어도 하나의 상태를 확인하는 단계;
    상기 적어도 하나의 상태를 기반으로 상기 전력 모듈을 제어하여 발전, 전력 및 충전 중 적어도 하나를 제어하는 단계;
    상기 상태 정보로부터 차량 코스팅(Coasting) 모드임을 확인하는 단계; 및
    상기 코스팅 모드임을 확인하면, 상기 적어도 하나의 배터리 중에서 메인 배터리의 전원으로 모든 부하를 구동시키고, 서브 배터리는 방전되지 않도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 차량 전력 제어 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 상태 정보로부터 차량 크래킹(Cranking) 상태인지를 확인하는 단계; 및
    상기 차량 크래킹 상태임을 확인하면, 상기 적어도 하나의 배터리 중 하나로부터 스타터로 인가되는 전원이 다른 전력소비부하로 분배되어 전달되지 않도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 전력 제어 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 상태 정보로부터 차량 시동 온 상태인지를 확인하는 단계; 및
    상기 시동 온 상태임을 확인하면, 발전기로부터의 전원을 이용하여 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 전력 제어 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항에서,
    배터리 관리 시스템으로부터 각 배터리의 SoC를 포함하는 상기 상태 정보로 수신하는 단계;
    상기 각 배터리의 SoC로부터 상기 적어도 하나의 배터리 및 적어도 하나의 다른 배터리 중에서 결함이 있는 부품을 확인하는 단계; 및
    상기 결함이 있는 부품이 다른 구성요소와 분리되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 것인 차량 전력 제어 방법.
  19. 제14항에서,
    배터리 관리 시스템으로부터 각 배터리의 SoC를 포함하는 상기 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 SoC로부터 전력 소비량이 이용 가능한 전력량보다 많은 제1상태인지를 확인하는 단계; 및
    상기 제1상태이면 발전기의 발전량 증가 및 편의부하 중 적어도 일부 동작 제한 중 적어도 하나를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 전력 제어 방법.
  20. 제14항에서,
    배터리 관리 시스템으로부터 각 배터리의 SoC를 포함하는 상기 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 각 배터리의 SoC로부터 상기 적어도 하나의 배터리의 배터리 잔량이 기설정된 임계치 이하인지를 확인하는 단계; 및
    상기 배터리 잔량이 상기 임계치 이하이면, 시동 온 및 코스팅 모드 진입을 제한하는 단계를 포함하는 것인 차량 전력 제어 방법.
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