KR102468832B1 - 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법 - Google Patents

페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템은, 제1 배터리와, 제2 배터리의 전압을 동일하게 유지시키는 배터리 이퀄라이저, 상기 제1 배터리와 차량 부하의 사이, 및 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 사이에 구비되는 스위치부, 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태에 따라, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 상기 차량 부하에 선택적으로 연결시키는 제어부를 포함한다.

Description

페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법{POWER SYSTEM OF VEHICLE WITH FAIL SAFE FUNCTION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 전원 시스템에 관한 것으로, 일례로 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법 에 관한 것이다.
일반적으로, 차량(버스, 트럭 등)은 24V의 전원 시스템을 가지고 있다.
도 1을 참고하면, 차량의 전원 시스템(1)은 알터네이터(ALT: ALTERNATOR), 제1 배터리(BAT1) 및 제2 배터리(BAT2)가 직렬 연결되는 배터리 모듈을 포함한다. 알터네이터(ALT)는 28V의 전원 공급이 가능하고, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)는 12V의 전원 공급이 가능하다. 차량의 전원 시스템(1)은 12V의 전원을 시스템 부하에 공급할 수 있다.
이러한 차량의 전원 시스템(1)은 배터리 이퀄라이저(BEQ: BATTERY EQUALIZER)없이 12V의 전원을 사용하는 경우, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2) 중에서 제2 배터리(BAT2)가 방전되고 제1 배터리(BAT1)가 충전될 수 있는데, 이때 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2) 간 전압균형이 깨짐으로써 제2 배터리(BAT2)가 과방전 상태가 되고, 제1 배터리(BAT1)가 과충전 상태가 될 수 있다. 즉, 차량의 전원 시스템(1)은 배터리 이퀄라이저(BEQ)없이 제2 배터리(BAT2)의 전원을 사용하는 것이 불가능하다.
도 2를 참고하면, 배터리 이퀄라이저(BEQ, 10)가 적용된 차량의 전원 시스템(2)을 확인할 수 있다.
차량의 전원 시스템(2)은 알터네이터(ALT), 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)를 포함하는 배터리 모듈과, 배터리 이퀄라이저(10)를 포함한다.
배터리 이퀄라이저(10)는 서로 직렬 연결된 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 충전 전압이 항상 같게 유지되도록 알터네이터(ALT)의 전압을 변환하고, 12V 시스템 부하에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
배터리 이퀄라이저(10)는, 제1 스위치(FET1), 제2 스위치(FET2), 제3 스위치(FET3), 다이오드(D), 인덕터(L), 저항(R), 및 커패시터(C2)를 포함하여 구성될 수 있으며, 배터리 모듈에 연결되어 입력 전압의 절반이 되도록 출력 전압을 제어할 수 있다.
배터리 이퀄라이저(10)는, 배터리 모듈에 연결된 상태에서 12V 시스템 부하가 배터리 이퀄라이저(10)의 용량보다 작으면, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 전압이 항상 같도록 제어할 수 있다.
그러나, 배터리 이퀄라이저(10)가 있음에도 불구하고, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2) 중에서 어느 하나의 배터리의 과다 방전이 발생하거나, 또는 어느 하나의 배터리의 SOC(State of Charge) 상태가 다른 배터리보다 상대적으로 많이 낮은 고장 상황이 발생하고 있으며, 이로 인해 차량의 전원 시스템(2)을 불안정하게 하는 다양한 현상들이 발생하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2008-0018546호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 서로 직렬 연결된 한 쌍의 배터리를 포함하는 배터리 모듈의 고장 발생시, 배터리 이퀄라이저의 제어를 통해 시스템 부하에 안정적인 전원 공급이 가능한 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템은, 제1 배터리와, 제2 배터리의 전압을 동일하게 유지시키는 배터리 이퀄라이저; 상기 제1 배터리와 차량 부하의 사이, 및 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 사이에 구비되는 스위치부; 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태에 따라, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 상기 차량 부하에 선택적으로 연결시키는 제어부;를 포함한다.
상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 상기 스위치부에 의해 서로 직렬 연결될 수 있다.
상기 배터리 이퀄라이저와 상기 차량 부하는, 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 포함하는 배터리 모듈에 병렬 연결될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하를 연결시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하를 연결시킬 수 있다.
상기 배터리 이퀄라이저는 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리의 SOC 부족 상황 발생시, SOC 부족 상태의 배터리를 우선 충전할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 배터리 이퀄라이저와 상기 제1 배터리 사이, 및 상기 배터리 이퀄라이저와 상기 제2 배터리 사이에 복수의 연결스위치를 구비할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제1 연결스위치, 상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-1 연결스위치, 및 상기 제1 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하거나, 상기 제2 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-2 연결스위치를 포함할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 제1 배터리의 음전압단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제3-1 연결스위치, 및 상기 제1 배터리의 양전압단과 상기 제2 배터리의 음전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제3-2 연결스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제4-1 연결스위치, 및 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하거나, 상기 차량 부하의 타단과 그라운드를 연결하도록 스위칭 동작하는 제4-2 연결스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전원 시스템의 제어 방법은, 제1 배터리와 제2 배터리의 전압을 동일하게 유지시키는 배터리 이퀄라이저, 및 상기 제1 배터리와 차량 부하의 사이에, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 사이에 구비되는 스위치부를 포함하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 상태 모니터링 단계; 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태에 따라, 상기 스위치부를 이용하여 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 차량 부하에 연결하는 부하 연결 단계; 및 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리의 전압을 상기 차량 부하에 공급하는 전압 공급 단계;를 포함한다.
상기 부하 연결 단계는, 상기 제1 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 제1 부하 연결 단계와, 상기 제2 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 제2 부하 연결 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 부하 연결 단계에서, 상기 제1 배터리의 SOC 부족 상황인 경우, 상기 배터리 이퀄라이저를 이용하여 상기 제1 배터리를 우선 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 부하 연결 단계에서, 상기 제2 배터리의 SOC 부족 상황인 경우, 상기 배터리 이퀄라이저를 이용하여 상기 제2 배터리를 우선 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템 및 그것의 제어 방법에 의하면, 서로 직렬 연결된 한 쌍의 배터리를 포함하는 배터리 모듈의 고장 발생시, 고장 발생한 배터리의 연결을 해제하고, 정상적인 배터리를 차량 부하에 연결함으로써 배터리 이퀄라이저의 제어를 통해 차량 부하에 안정적인 전원 공급이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량의 전원 시스템의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리 이퀄라이저가 적용된 차량의 전원 시스템의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 블록도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 회로도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템(100)은, 알터네이터(ALT), 제1 배터리(BAT1), 제2 배터리(BAT2), 제어부(110), 배터리 이퀄라이저(120), 및 스위치부(130), 및 커패시터(C1)를 포함한다.
차량의 전원 시스템(100)은, 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)에 방전 고장이나 SOC 부족 현상이 발생하는 경우, 배터리 이퀄라이저(120)를 이용하여 방전 또는 SOC 부족 현상이 발생한 배터리를 우선 충전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량의 전원 시스템(100)은, 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)에 방전 고장이나 SOC 부족 현상이 발생하는 경우, 스위치부(130)를 이용하여 정상 상태의 배터리를 차량 부하에 연결시켜 안정적인 전원 공급이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
알터네이터(ALT)는 차량의 엔진 동작에 의해 발생하는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 알터네이터(ALT)는 배터리 충전을 위해 전기적 에너지를 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)에 공급할 수 있다. 알터네이터(ALT)는 대략 28V의 전압을 생성할 수 있다.
제1 배터리(BAT1)는 제1 부하(210)와 제2 부하(220)를 포함하는 차량 부하(200)에 전원을 공급할 수 있다. 제1 배터리(BAT1)는 대략 12V의 충전 전압을 보유할 수 있다. 제1 배터리(BAT1)는 알터네이터(ALT)에 의해 충전될 수 있다.
제2 배터리(BAT2)는 제1 부하(210)와 제2 부하(22)를 포함하는 차량 부하(200)에 전원을 공급할 수 있다. 제2 배터리(BAT2)는 대략 12V의 충전 전압을 보유할 수 있다. 제2 배터리(BAT2)는 알터네이터(ALT)에 의해 충전될 수 있다. 제2 배터리(BAT2)는 스위치부(130)에 의해 제1 배터리(BAT1)에 직렬 연결될 수 있다.
제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 상태를 모니터링할 수 있다. 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 상태에 따라 배터리 이퀄라이저(120) 또는 스위치부(130)를 제어할 수 있다. 제어부(110)는 배터리 이퀄라이저(120) 제어를 통해 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)를 우선 충전시킬 수 있다. 제어부(110)는 스위치부(130) 제어를 통해 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)를 차량 부하(200)에 선택적으로 연결시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)의 고장 상황 발생시, 스위치부(130) 제어를 통해 제2 배터리(BAT2)와 차량 부하(200)를 연결시킬 수 있다. 또한, 제어부(110)는 제2 배터리(BAT2)의 고장 상황 발생시, 스위치부(130) 제어를 통해 제1 배터리(BAT1)와 차량 부하(200)를 연결시킬 수 있다. 고장 상황은 배터리의 충전 불량, 고장, SOC 부족 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)의 SOC 부족 상황 발생시, 배터리 이퀄라이저(120)의 제어를 통해 제1 배터리(BAT1)를 우선적으로 충전시킬 수 있다. 또한, 제어부(110)는 제2 배터리(BAT2)의 SOC 부족 상황 발생시, 배터리 이퀄라이저(120)의 제어를 통해 제2 배터리(BAT2)를 우선적으로 충전시킬 수 있다.
배터리 이퀄라이저(120)는 서로 직렬 연결된 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)를 포함하는 배터리 모듈에 병렬 연결될 수 있다. 배터리 이퀄라이저(120)는 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 전압을 동일하게 유지시킬 수 있다. 배터리 이퀄라이저(120)는 알터네이터(ALT)의 전압을 강압하는 벅 컨버터 회로를 구비할 수 있다. 배터리 이퀄라이저(120)는 알터네이터(ALT2)의 전압을 적절히 강압하여 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)를 충전시킬 수 있다.
배터리 이퀄라이저(120)는 제1 스위치 소자(FET1), 제2 스위치 소자(FET2), 제3 스위치 소자(FET3), 다이오드(D), 인덕터(L), 저항(R), 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
제1 스위치 소자(FET1)는 커패시터(C1)에 병렬 연결될 수 있다.
다이오드(D)는 커패시터(C1)에 병렬 연결되되, 출력단이 제1 스위치 소자(FET1)에 연결될 수 있다.
제2 스위치 소자(FET2)는 제1 스위치 소자(FET1)와 알터네이터(ALT)의 사이에 연결될 수 있다.
인덕터(L)는 제1 스위치 소자(FET1)와 다이오드(D) 사이의 노드에 일단이 연결될 수 있다.
저항(R)은 인덕터(L)의 타단에 연결될 수 있다.
커패시터(C2)는 저항(R)에 직렬 연결될 수 있다.
제3 스위치 소자(FET3)는 커패시터(C2)와 그라운드 사이에 연결될 수 있다.
배터리 이퀄라이저(120)는 인덕터(L)와 저항(R)이 만나는 지점을 출력단으로 하고, 출력단이 스위치부(130)에 연결될 수 있다. 배터리 이퀄라이저(120)는 스위치부(130)에 의해 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)에 연결되면, 제1 스위치 소자(FET1), 제2 스위치 소자(FET2), 및 제3 스위치 소자(FET3)의 스위칭 동작을 통해 전압을 적절히 강압함으로써 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 전압을 동일하게 유지시킬 수 있다.
스위치부(130)는 배터리 이퀄라이저(120)와 제1 배터리(BAT1)를 연결시킬 수 있다. 또한 스위치부(130)는 배터리 이퀄라이저(120)와 제2 배터리(BAT2)를 연결시킬 수 있다. 또한, 스위치부(130)는 차량 부하(200)에 전압(예, 12V) 공급시, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)를 직렬 연결시킬 수 있다. 또한 스위치부(130)는 제1 배터리(BAT1)와 차량 부하(200)를 연결시킬 수 있다. 또한 스위치부(130)는 제2 배터리(BAT2)와 차량 부하(200)를 연결시킬 수 있다.
스위치부(130)는 제1 연결스위치(SW1_1), 제2-1 연결 스위치(SW2_1), 제2-2 연결스위치(SW2_2), 제3-1 연결스위치(SV3_1), 제3-2 연결스위치(SV3_2), 제4-1 연결스위치(SW4_1), 및 제4-2 연결스위치(SW4_2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 연결스위치(SW1_1), 제2-1 연결 스위치(SW2_1), 제2-2 연결스위치(SW2_2), 제4-1 연결스위치(SW4_1), 및 제4-2 연결스위치(SW4_2)는, 싱글 폴 더블 쓰로우(SPDT: Single Pole Double Throw) 형태의 스위치일 수 있다. 제3-1 연결스위치(SV3_1)와, 제3-2 연결스위치(SV3_2)는 푸쉬 버튼 스위치(Push Button Switch)일 수 있다.
제1 연결스위치(SW1_1)는 배터리 이퀄라이저(120)의 출력단과 제1 배터리(BAT1)의 양전압단을 연결시키도록 스위칭 동작하거나, 배터리 이퀄라이저(120)의 출력단과 제2 배터리(BAT2)의 양전압단을 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제2-1 연결 스위치(SW2_1)는 배터리 이퀄라이저(120)의 입력단(또는 제2 스위칭 소자(FET2))과 제1 배터리(BAT1)의 양전압단을 연결시키도록 스위칭 동작하거나, 배터리 이퀄라이저(120)의 입력단과 제2 배터리(BAT2)의 양전압단을 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제2-2 연결스위치(SW2_2)는, 제1 배터리(BAT1)의 음전압단과 그라운드를 연결시키도록 스위칭 동작하거나, 제2 배터리(BAT2)의 음전압단과 그라운드를 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제3-1 연결스위치(SV3_1)는 제1 배터리(BAT1)의 음전압단과 제2 배터리(BAT2)의 양전압단을 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제3-2 연결스위치(SV3_2)는 제1 배터리(BAT1)의 양전압단과 제2 배터리(BAT2)의 음전압단을 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제4-1 연결스위치(SW4_1)는 배터리 이퀄라이저(120)의 입력단과 제1 부하(210)의 일단을 연결시키도록 스위칭 동작하거나, 배터리 이퀄라이저(120)의 출력단과 제1 부하(210)의 일단을 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
제4-2 연결스위치(SW4_2)는 배터리 이퀄라이저(120)의 출력단과 제2 부하(220)의 일단을 연결시키도록 스위칭 동작하거나, 제1 부하(210)의 타단과 그라운드를 연결시키도록 스위칭 동작할 수 있다.
이하에서는, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 상태, 및 차량 상태를 고려한 스위치부(130)의 동작을 설명한다.
표 1 내지 표 4는, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 상태, 및 차량 상태에 따른 스위치부(130)의 동작 상태를 나타낸다.
표 1은 제1 배터리(BAT1)의 상태를 고려하지 않고, 제2 배터리(BAT2)의 정상 상태인 경우(예, 제1 케이스)에서 스위치부(130)의 동작 상태를 보여준다.
SW1_1 SW2_1 SW2_2 SV3_1 SV3_2 SW4_1 SW4_2
BAT2 BAT1 BAT2 BAT1 SV3_2 SV3_1 N1 N2 N2 N3
O X O X X O O X X O X O
표 1을 참고하면, O는 연결스위치가 해당 노드에 연결된 상태, 또는 연결스위치의 온(ON) 상태를 나타내고, X는 연결스위치가 해당 노드에 연결되지 않은 상태, 또는 연결스위치의 오프(OFF)를 나타낸다. 이는 표 2 내지 표 4에서 동일하게 적용된다.
제2 배터리(BAT2)는 스위치부(130)의 스위칭 동작에 따라 배터리 이퀄라이저(120)와 제1 부하(210)에 연결된다. 배터리 이퀄라이저(120)는 제어부(110)의 제어에 따라 제2 배터리(BAT2)의 전압(예, 12V)을 제1 부하(210)에 공급할 수 있다.
표 2는 제1 케이스에서 제1 배터리(BAT1)가 정상 상태이고, 제2 배터리(BAT2)의 고장 상황이 발생하고, 차량이 안전 상태(예, 정차, 일정한 엔진 RPM)로 변경되는 경우(제2 케이스), 스위치부(130)의 동작 상태를 보여준다.
SW1_1 SW2_1 SW2_2 SV3_1 SV3_2 SW4_1 SW4_2
BAT2 BAT1 BAT2 BAT1 SV3_2 SV3_1 N1 N2 N2 N3
O X O X X O O X O X O X
표 2를 참고하면, 제1 배터리(BAT1)는 스위치부(130)의 동작 상태에 따라 제1 부하(210)에 연결된다. 배터리 이퀄라이저(120)는 제어부(110)의 제어에 따라 제1 배터리(BAT1)의 전압을 제1 부하(210)에 안정적으로 공급할 수 있다.
한편, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 연결 및 연결 해제는 차량이 안정된 상태에서 진행되는 것이 바람직하다. 즉, 차량이 정차, 주차 또는 시동 오프(OFF) 이고, 공회전 RPM(예, 가솔린 엔진)이 대략 750~800RPM인 경우, 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 연결 및 연결 해제가 수행될 수 있다.
표 3은 제1 배터리(BAT1)가 정상 상태이고, 제2 배터리(BAT2)의 상태를 고려하지 않는 경우(제3 케이스), 스위치부(130)의 동작 상태를 보여준다.
SW1_1 SW2_1 SW2_2 SV3_1 SV3_2 SW4_1 SW4_2
BAT2 BAT1 BAT2 BAT1 SV3_1 SV3_2 N1 N2 N2 N3
X O X O O X X O X O X O
표 3을 참고하면, 제1 배터리(BAT1)는 스위치부(130)의 스위칭 동작에 따라 배터리 이퀄라이저(120)와 제1 부하(210)에 연결된다. 배터리 이퀄라이저(120)는 제어부(110)의 제어에 따라 제1 배터리(BAT2)의 전압(예, 12V)을 제1 부하(210)에 공급할 수 있다.
표 4는 제3 케이스에서 제1 배터리(BAT1)의 고장 상황이 발생하고, 제2 배터리(BAT2)의 정상 상태이고, 차량이 안전 상태(예, 정차, 일정한 엔진 RPM)로 변경되는 경우(제4 케이스), 스위치부(130)의 동작 상태를 보여준다.
SW1_1 SW2_1 SW2_2 SV3_1 SV3_2 SW4_1 SW4_2
BAT2 BAT1 BAT2 BAT1 SV3_1 SV3_2 N1 N2 N2 N3
X O X O O X X O X O X O
표 4를 참고하면, 제2 배터리(BAT2)는 스위치부(130)의 동작 상태에 따라 제1 부하(210)에 연결된다. 배터리 이퀄라이저(120)는 제어부(110)의 제어에 따라 제2 배터리(BAT2)의 전압을 제1 부하(210)에 안정적으로 공급할 수 있다.
한편, 제4 케이스에서 차량이 안정화 상황(예시, 시동 오프(OFF), ISG 상황, P단 위치, 또는 엔진 공회전 RPM 범위 안) 이후에 시동 온(ON)이 되어 제1 케이스가 되는 경우, 배터리 이퀄라이저(120)와 제1 부하(210)가 연결되고, 제어부(110)는 사용자에게 제1 배터리(BAT1)의 고장을 알릴 수 있다.
제1 부하(210)에서 요구하는 전류가 급격히 증가하는 경우에, 배터리 이퀄라이저(120)는 정전류 제어 동작을 수행하고, 제2 배터리(BAT2)를 이용하여 제1 부하(210)에 동작 전류를 공급한다. 제1 부하(210)에 동작 전류의 공급이 완료되면, 배터리 이퀄라이저(120)는 제2 배터리(BAT2)를 CC-CV 방식으로 충전하여 배터리 전압 균형을 회복시킨다.
다른 한편, 스위치부(130)는 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)의 연결 해제 시, 음전압단에 연결되어 있는 스위치부터 연결을 해제하고, 그런 다음 양전압단에 연결되어 있는 스위치를 연결 해제한다. 또한, 스위치부(130)는 제1 배터리(BAT1) 또는 제2 배터리(BAT2)의 연결 시, 양전압단에 스위치를 우선 연결하고, 그런 다음 음전압단에 스위치를 연결한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템의 제어 방법은, 배터리 상태 모니터링 단계(S510), 제1 고장 판단 단계(S520), 제1 부하 연결 단계(S530), 제1 공급 단계(S540), 제2 고장 판단 단계(S550), 제2 부하 연결 단계(S560), 및 제2 공급 단계(S570)를 포함할 수 있다.
배터리 상태 모니터링 단계(S510)에서, 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2)의 상태를 모니터링한다. 여기서, 모니터링은 제1 배터리(BAT1)와 제2 배터리(BAT2) 각각에 대한 전압 검출을 통해 수행될 수 있다.
제1 고장 판단 단계(S520)에서, 제어부(110)는 모니터링 결과를 통해 제1 배터리(BAT1)의 고장 상황 여부를 판단한다. 제1 배터리의 고장 상황은 배터리 손상, SOC 부족을 포함할 수 있다.
제1 부하 연결 단계(S530)에서, 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)의 고장 상황시, 스위치부(130)를 제어하여 제1 배터리(BAT1)와 차량 부하(200)의 연결을 해제하고, 제2 배터리(BAT2)를 차량 부하(200)에 연결시킨다. 한편, 제어부(110)는 제1 배터리(BAT1)의 SOC 부족 상황인 경우, 스위치부(130)를 제어하여 배터리 이퀄라이저(120)와 제1 배터리(BAT1)의 연결을 유지하고, 배터리 이퀄라이저(120)를 제어하여 제1 배터리(BAT1)를 우선 충전시킬 수 있다.
제1 공급 단계(S540)에서, 제어부(110)는 배터리 이퀄라이저(120)를 제어하여 제2 배터리(BAT2)의 전압을 차량 부하(200)에 공급할 수 있다.
한편, 제2 고장 판단 단계(S550), 제어부(110)는 모니터링 결과를 통해 제2 배터리(BAT2)의 고장 상황 여부를 판단한다. 제2 배터리의 고장 상황은 배터리 손상, SOC 부족을 포함할 수 있다.
제2 부하 연결 단계(S560)에서, 제어부(110)는 제2 배터리(BAT2)의 고장 상황시, 스위치부(130)를 제어하여 제2 배터리(BAT2)와 차량 부하(200)의 연결을 해제하고, 제1 배터리(BAT2)를 차량 부하(200)에 연결시킨다. 한편, 제어부(110)는 제2 배터리(BAT2)의 SOC 부족 상황인 경우, 스위치부(130)를 제어하여 배터리 이퀄라이저(120)와 제2 배터리(BAT2)의 연결을 유지하고, 배터리 이퀄라이저(120)를 제어하여 제2 배터리(BAT2)를 우선 충전시킬 수 있다.
제2 공급 단계(S570)에서, 제어부(110)는 배터리 이퀄라이저(120)를 제어하여 제1 배터리(BAT1)의 전압을 차량 부하(200)에 공급할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 차량의 전원 시스템
ALT: 알터네이터
BAT1: 제1 배터리
BAT2: 제2 배터리
110: 제어부
120: 배터리 이퀄라이저
FET1, FET2, FET3: 제1, 제2, 제3 스위치 소자
130: 스위치부
SW1_1: 제1 연결스위치
SW2_1, SW2_2: 제2-1, 제2-2 연결스위치
SW3_1, SW3_2: 제3-1, 제3-2 연결스위치
SW4_1, SW4_2: 제4-1, 제4-2 연결스위치
C1: 커패시터
200: 차량 부하
210: 제1 부하
220: 제2 부하

Claims (14)

  1. 제1 배터리와, 제2 배터리의 전압을 동일하게 유지시키는 배터리 이퀄라이저;
    상기 제1 배터리와 차량 부하의 사이, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 사이, 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 사이에 구비되는 스위치부; 및
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태에 따라, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 상기 차량 부하에 선택적으로 연결시키는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는, 상기 스위치부에 의해 서로 직렬 연결되고,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제1 연결스위치,
    상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-1 연결스위치,
    상기 제1 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하거나, 상기 제2 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-2 연결스위치,
    상기 제1 배터리의 음전압단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결 또는 연결 해제하도록 스위칭 동작하는 제3-1 연결스위치, 및
    상기 제1 배터리의 양전압단과 상기 제2 배터리의 음전압단을 연결 또는 연결 해제하도록 스위칭 동작하는 제3-2 연결스위치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 이퀄라이저와 상기 차량 부하는,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 포함하는 배터리 모듈에 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 이퀄라이저는
    상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리의 SOC 부족 상황 발생시, SOC 부족 상태의 배터리를 우선 충전하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제4-1 연결스위치, 및
    상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 차량 부하의 일단을 연결하거나, 상기 차량 부하의 타단과 그라운드를 연결하도록 스위칭 동작하는 제4-2 연결스위치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 차량의 전원 시스템.
  11. 제1 배터리와 제2 배터리의 전압을 동일하게 유지시키는 배터리 이퀄라이저, 및 상기 제1 배터리와 차량 부하의 사이에, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 사이에, 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 사이에 구비되는 스위치부를 포함하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 상태 모니터링 단계;
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 상태에 따라, 상기 스위치부를 이용하여 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 차량 부하에 연결하는 부하 연결 단계; 및
    상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리의 전압을 상기 차량 부하에 공급하는 전압 공급 단계;를 포함하고,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는, 상기 스위치부에 의해 서로 직렬 연결되고,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 출력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제1 연결스위치,
    상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제1 배터리의 양전압단을 연결하거나, 상기 배터리 이퀄라이저의 입력단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-1 연결스위치,
    상기 제1 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하거나, 상기 제2 배터리의 음전압단과 그라운드를 연결하도록 스위칭 동작하는 제2-2 연결스위치,
    상기 제1 배터리의 음전압단과 상기 제2 배터리의 양전압단을 연결 또는 연결 해제하도록 스위칭 동작하는 제3-1 연결스위치, 및
    상기 제1 배터리의 양전압단과 상기 제2 배터리의 음전압단을 연결 또는 연결 해제하도록 스위칭 동작하는 제3-2 연결스위치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부하 연결 단계는,
    상기 제1 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 제1 부하 연결 단계와,
    상기 제2 배터리의 고장 상황 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 제2 배터리와 상기 차량 부하의 연결을 해제시키고, 상기 제1 배터리와 상기 차량 부하를 연결시키는 제2 부하 연결 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 부하 연결 단계에서,
    상기 제1 배터리의 SOC 부족 상황인 경우, 상기 배터리 이퀄라이저를 이용하여 상기 제1 배터리를 우선 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 부하 연결 단계에서,
    상기 제2 배터리의 SOC 부족 상황인 경우, 상기 배터리 이퀄라이저를 이용하여 상기 제2 배터리를 우선 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전원 시스템의 제어 방법.
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