KR102469456B1 - 차량용 보조 전원 관리 장치 - Google Patents

차량용 보조 전원 관리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 보조 전원 관리 장치에 관한 것으로, 보조 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 컨트롤러; 차량 ECU(Electronic Control Unit)와 CAN(Controller Area Network) 통신 및 상기 보조 배터리의 충전과 방전을 위한 구동 로직을 수행하는 제1 컨트롤러; 상기 제1 컨트롤러의 제어에 따라, 차량 전원을 상기 보조 배터리에 충전하거나, 상기 보조 배터리의 전원을 차량 전원측으로 공급하는 양방향 DC DC 컨버터; 상기 양방향 DC DC 컨버터의 전단 차량 전원 측에 형성되는 제1 스위치; 및 상기 양방향 DC DC 컨버터의 후단 보조 배터리 측에 형성되는 제2 스위치;를 포함하고, 상기 제1 컨트롤러는, 상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 주행 중 차량 전원 시스템에서 보조 배터리에 전원을 충전하고, 또한 차량이 주행하지 않을 때, 상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 차량 전원 시스템의 납산배터리에 공급하거나, 또는 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 제2 스위치를 통해 차량측 부하에 구동 전원으로 공급한다.

Description

차량용 보조 전원 관리 장치{AUXILIARY POWER MANAGEMENT APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 보조 전원 관리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 보조 배터리 전원 관리를 통해 연비를 증가시키거나 시동 성능을 향상시킬 수 있도록 하는, 차량용 보조 전원 관리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량 전원 시스템(예 : 발전기 및 납산배터리)은 주행 중 차량에서 보조 배터리로 사용되는 리튬 보조 배터리를 충전한다.
그리고 차량이 주행하지 않을 때(예 : 주차 중) 상기 보조 배터리에 충전된 전원(에너지)을 지정된 보조 장치(예 : 영상저장장치, 블랙박스 등)의 전원으로 공급한다.
또한 최근에는 차량이 주행하지 않을 때(예 : 주차 중) OTA(Over The Air) 기술을 활용하여 차량 내의 여러 전기 장치의 소프트웨어를 업데이트하기 위한 전원으로 공급하기도 하는데, 이에 소요되는 시간은 수 시간이 될 수 있으며, 이에 따라 차량 납산배터리 용량이 부족 할 경우, 보조 배터리의 전원을 이용하여 납산배터리를 충전할 수도 있다.
따라서 차량에 보조 배터리를 장착할 경우, 기존에는 보조 배터리에 대한 모니터링이나 관리를 하지 않고, 단순히 보조 배터리의 전원을 필요한 전기 장치에 제공하는 기능만 수행하였으나, 최근에는 연비를 증가시키거나 시동 성능을 향상시키기 위하여, 보조 배터리의 상태까지도 모니터링 하여 차량 전체의 전원을 관리할 수 있도록 하는 기능에 대한 필요성이 요구되고 있다.
아울러 동일한 성능(차량의 보조 배터리의 상태까지도 모니터링 하여 차량 전체의 전원을 관리할 수 있도록 하는 기능)을 구현하더라도 더 저렴한 가격에 구현할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2015-0026456호(2015.03.11. 공개, 차량용 전원 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량의 보조 배터리 전원 관리를 통해 연비를 증가시키거나 시동 성능을 향상시킬 수 있도록 하는, 차량용 보조 전원 관리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 보조 전원 관리 장치는, 보조 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 컨트롤러; 차량 ECU(Electronic Control Unit)와 CAN(Controller Area Network) 통신 및 상기 보조 배터리의 충전과 방전을 위한 구동 로직을 수행하는 제1 컨트롤러; 상기 제1 컨트롤러의 제어에 따라, 차량 전원을 상기 보조 배터리에 충전하거나, 상기 보조 배터리의 전원을 차량 전원측으로 공급하는 양방향 DC DC 컨버터; 상기 양방향 DC DC 컨버터의 전단 차량 전원 측에 형성되는 제1 스위치; 및 상기 양방향 DC DC 컨버터의 후단 보조 배터리 측에 형성되는 제2 스위치;를 포함하고, 상기 제1 컨트롤러는, 상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 주행 중 차량 전원 시스템에서 보조 배터리에 전원을 충전하고, 또한 차량이 주행하지 않을 때, 상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 차량 전원 시스템의 납산배터리에 공급하거나, 또는 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 제2 스위치를 통해 차량측 부하에 구동 전원으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 회로;를 더 포함하고, 상기 스위치 제어 회로는, 복수의 트랜지스터를 조합하여 구현되며, 일 측에 차량 전원을 인가받고, 다른 일 측에 상기 제1 컨트롤러에서 출력되는 제어 신호를 인가받아 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 각기 온/오프 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 내부에 전원 칩과 차지 펌프(Charge Pump)을 포함하여, 상기 제1 컨트롤러 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 회로에 각기 필요한 구동 전원을 공급하고, 또한 내부에 CAN 통신 칩을 포함하여, 상기 제1 컨트롤러와 차량 ECU간 CAN 통신을 수행할 수 있도록 하는 전원 및 통신칩;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 스위치는, B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor)를 통해 전류가 흐르게 하거나 차단하며, 또한 전원 역전압 또는 과전류 발생 시 차단하기 위한 것이며, 상기 제2 스위치는, B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor)를 통해 전류가 흐르게 하거나 차단하며, 또한 배터리 과충전 또는 과방전을 방지하기 위한 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 컨트롤러는, 내부에 전류 센싱을 위한 오피앰프회로를 포함하고, 상기 오피앰프회로가 상기 보조 배터리에 인가되거나 상기 보조 배터리에서 방전되는 전류를 션트저항을 통해 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 컨트롤러는, 내부에 LIN(Local Interconnect Network) 통신회로를 포함하여, 상기 제1 컨트롤러가 외부 전기 장치와 LIN 통신을 수행할 수 있도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량의 보조 배터리 전원 관리를 통해 연비를 증가시키거나 시동 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 보조 전원 관리 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 보조 전원 관리 장치의 일 실시 예를 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 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 보조 전원 관리 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 차량용 보조 전원 관리 장치는, 제1 컨트롤러(110), 제2 컨트롤러(120), 전원 및 통신칩(130), 양방향 DC DC 컨버터(140), 제1 스위치(150), 제2 스위치(160), 스위치 제어 회로(170), 션트저항(SR), 및 보조 배터리(SBAT)를 포함한다.
상기 제2 컨트롤러(120)는 보조 배터리(SBAT)의 상태를 모니터링 한다.
상기 제2 컨트롤러(120)는 내부에 전류 센싱을 위한 오피앰프회로(OPAMP)를 포함하고, 상기 오피앰프회로(OPAMP)가 상기 보조 배터리(SBAT)에 인가(충전)되거나 상기 보조 배터리(SBAT)에서 방전되는 전류를 션트저항(SR)을 통해 검출한다.
또한 상기 제2 컨트롤러(120)는 내부에 LIN(Local Interconnect Network) 통신회로를 포함하여, 상기 제1 컨트롤러(110)가 외부 전기 장치(예 : 블랙박스 등)와 LIN 통신을 수행할 수 있도록 한다.
상기 제1 컨트롤러(110)는 차량(예 : 차량 ECU)과의 통신(예 : CAN 통신) 및 상기 보조 배터리(SBAT)의 충전과 방전을 위한 구동 로직을 수행한다.
이를 위해 상기 제1 컨트롤러(110)는 상기 스위치 제어 회로(170)를 통해 상기 제1 스위치(150) 및 상기 제2 스위치(160)를 제어한다.
상기 스위치 제어 회로(170)는 복수의 트랜지스터를 조합하여 구현되며, 일 측에 차량 전원을 인가받고, 다른 일 측에 상기 제1 컨트롤러(110)에서 출력되는 제어 신호(예 : 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 신호)를 인가받아 상기 제1 스위치(150) 및 상기 제2 스위치(160)에 각기 온/오프 신호를 출력한다. 보다 구체적으로 상기 스위치 제어 회로(170)는 상기 제1컨트롤러(110)에서 제1 제어 신호를 베이스에 인가받는 제1 트랜지스터(171); 베이스에 상기 제1 트랜지스터(171)의 컬렉터가 연결되고, 이미터에 전원 및 통신칩을 통해 출력되는 차량 전원을 인가받으며, 컬렉터를 통해 제1 스위치(150)의 온/오프 신호를 출력하는 제2 트랜지스터(172); 상기 제1컨트롤러(110)에서 제2 제어 신호를 베이스에 인가받는 제3 트랜지스터(173); 및 베이스에 상기 제3 트랜지스터(173)의 컬렉터가 연결되고, 이미터에 전원 및 통신칩을 통해 출력되는 차량 전원을 인가받으며, 컬렉터를 통해 제2 스위치(160)의 온/오프 신호를 출력하는 제4 트랜지스터(174);로 구현된다.
상기 양방향 DC DC 컨버터(140)는, 상기 제1 컨트롤러(110)의 제어에 따라, 차량 전원(예 : 납산배터리)을 보조 배터리(SBAT)에 충전하거나, 상기 보조 배터리(SBAT)의 전원을 차량 전원(예 : 납산배터리)측으로 공급한다.
상기 제1 스위치(150)는 상기 양방향 DC DC 컨버터(140)의 전단(예 : 차량 전원 측)에 형성된 B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor)를 통해 전류가 흐르게 하거나 차단하며, 또한 전원 역전압 또는 과전류 발생 시 차단할 수 있다.
상기 제2 스위치(160)는 상기 양방향 DC DC 컨버터(140)의 후단(예 : 보조 배터리 측)에 형성된 B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor)를 통해 전류가 흐르게 하거나 차단하며, 또한 배터리 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있다.
상기 전원 및 통신칩(130)(예 : SBC(System Basis Chip))은 내부에 전원 칩(전원 IC)과 차지 펌프(Charge Pump)을 포함하여, 상기 제1 컨트롤러(110) 및 상기 스위치 제어 회로(170)에 각기 필요한 구동 전원을 공급한다.
또한 상기 전원 및 통신칩(130)은 내부에 통신 칩(통신 IC)를 포함하여, 상기 제1 컨트롤러(110)와 차량(예 : 차량 ECU)간의 통신(예 : CAN 통신)을 수행한다.
상기 제1 컨트롤러(110)는 상기 제1 스위치(150), 상기 양방향 DC DC 컨버터(140), 및 상기 제2 스위치(160)를 제어하여, 주행 중 차량 전원 시스템(예 : 발전기 및 납산배터리)에서 보조 배터리(SBAT)에 전원을 충전한다.
또한 상기 제1 컨트롤러(110)는, 차량이 주행하지 않을 때, 상기 제1 스위치(150), 상기 양방향 DC DC 컨버터(140), 및 상기 제2 스위치(160)를 제어하여, 상기 보조 배터리(SBAT)에 충전된 전원을 상기 납산배터리에 공급하거나, 또는 상기 보조 배터리(SBAT)에 충전된 전원을 상기 제2 스위치(160)를 통해 차량측 부하(예 : 차량측 부하1, 차량측 부하2)에 구동 전원으로 공급한다.
상기와 같이 본 실시 예는 상기 보조 배터리(SBAT)의 상태를 모니터링하기 위한 고가의 전용 배터리 모니터링 칩(예 : Cell Monitoring Chip)을 사용하지 않고, 내부에 전압 및 전류 측정기능(예 : OPAMP)이 있는 저가의 컨트롤러(예 : MCU, Micro Controller)를 사용하여 상기 보조 배터리(SBAT)의 상태를 모니터링 할 수 있도록 함으로써, 고가의 전용 배터리 모니터링 칩을 사용하는 것과 동일한 성능을 얻으면서 비용은 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 실시 예는 상기 제1 스위치(150)와 상기 제2 스위치(160)의 온/오프 구동을 위한 별도의 구동 칩(Driver IC)을 포함하지 않아도 되므로 회로의 구성을 간단화하면서 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 실시 예는 CAN 통신과 LIN 통신 등 2채널 통신이 필요 할 때, 상기 제2 컨트롤러(120)에 포함된 LIN 통신 회로를 이용할 수 있도록 함으로써, 회로의 구성을 간단화하면서 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 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 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 제1 컨트롤러 120 : 제2 컨트롤러
130 : 전원 및 통신칩 140 : 양방향 DC DC 컨버터
150 : 제1 스위치 160 : 제2 스위치
170 : 스위치 제어 회로 SR : 션트저항
SBAT : 보조 배터리

Claims (6)

  1. 보조 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 컨트롤러;
    차량 ECU(Electronic Control Unit)와 CAN(Controller Area Network) 통신 및 상기 보조 배터리의 충전과 방전을 위한 구동 로직을 수행하는 제1 컨트롤러;
    상기 제1 컨트롤러의 제어에 따라, 선택적으로, 차량 전원인 납산배터리 전원을 상기 보조 배터리에 충전하거나, 상기 보조 배터리의 전원을 차량 전원인 납산배터리 측으로 공급하는 양방향 DC DC 컨버터;
    상기 양방향 DC DC 컨버터의 전단 차량 전원 측에 형성되는 제1 스위치; 및
    상기 양방향 DC DC 컨버터의 후단 보조 배터리 측에 형성되는 제2 스위치;를 포함하고,
    상기 제1 컨트롤러는,
    상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 주행 중 차량 전원 시스템에서 보조 배터리에 전원을 충전하고,
    또한 차량이 주행하지 않을 때, 상기 제1 스위치, 상기 양방향 DC DC 컨버터, 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 선택적으로, 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 차량 전원 시스템의 납산배터리에 공급하거나, 또는 상기 보조 배터리에 충전된 전원을 상기 제2 스위치를 통해 차량측 부하에 구동 전원으로 공급하며,
    상기 제1 스위치는,
    상기 납산배터리와 상기 양방향 DC DC 컨버터의 사이에 형성되며,
    전원 역전압 및 과전류를 차단하기 위하여, B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor) 회로로 형성되고,
    상기 제2 스위치는,
    상기 양방향 DC DC 컨버터와 상기 보조 배터리 사이에 형성되며,
    보조 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하기 위하여, B2B(Back to Back) FET(Field Effect Transistor) 회로로 형성되고,
    상기 제2 컨트롤러는,
    상기 보조 배터리의 상태를 모니터링하기 위하여,
    내부에 전류 센싱을 위한 오피앰프회로(OPAMP)를 포함하며,
    상기 오피앰프회로(OPAMP)의 양단에 연결된 션트저항(SR)을 통해 상기 보조 배터리에 인가되거나 상기 보조 배터리에서 방전되는 전류를 검출하며,
    상기 제1컨트롤러에서 출력되는 제어 신호를 인가받아, B2B FET 회로로 형성된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 각각 온/오프 신호를 출력함으로써 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 회로;를 더 포함하고,
    상기 스위치 제어 회로는,
    복수의 트랜지스터를 조합하여 구현하되,
    상기 제1컨트롤러에서 제1 제어 신호를 베이스에 인가받는 제1 트랜지스터(171); 베이스에 상기 제1 트랜지스터(171)의 컬렉터가 연결되고, 이미터에 전원 및 통신칩을 통해 출력되는 차량 전원을 인가받으며, 컬렉터를 통해 제1 스위치의 온/오프 신호를 출력하는 제2 트랜지스터(172); 상기 제1컨트롤러에서 제2 제어 신호를 베이스에 인가받는 제3 트랜지스터(173); 및 베이스에 상기 제3 트랜지스터(173)의 컬렉터가 연결되고, 이미터에 전원 및 통신칩을 통해 출력되는 차량 전원을 인가받으며, 컬렉터를 통해 제2 스위치의 온/오프 신호를 출력하는 제4 트랜지스터(174);로 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 전원 관리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    내부에 전원 칩과 차지 펌프(Charge Pump)을 포함하여, 상기 제1 컨트롤러 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 회로에 각기 필요한 구동 전원을 공급하고, 또한 내부에 CAN 통신 칩을 포함하여, 상기 제1 컨트롤러와 차량 ECU간 CAN 통신을 수행할 수 있도록 하는 전원 및 통신칩;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 전원 관리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제2 컨트롤러는,
    내부에 LIN(Local Interconnect Network) 통신회로를 포함하여,
    상기 제1 컨트롤러가 외부 전기 장치와 LIN 통신을 수행할 수 있도록 구현된 것을 특징으로 하는 차량용 보조 전원 관리 장치.
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KR20150026456A (ko) * 2013-09-03 2015-03-11 현대모비스 주식회사 차량용 전원 시스템
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KR102099199B1 (ko) * 2019-10-29 2020-04-09 주식회사 이아우토반 차량용 전원 공급 장치

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