KR102645076B1 - 차량, 전력 분배 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

차량은 제1 전압의 전력을 출력하는 제1 배터리; 제1 전압보다 큰 제 2 전압의 전력을 출력하는 제 2 배터리; 상기 제 2 배터리로부터 전력을 공급받는 전장 부품; 상기 제2 배터리로부터 상기 전장 부품으로 전력을 전달하는 전력 분배 장치를 포함하고, 상기 전력 분배 장치는, 상기 제 2 배터리와 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 스위치와, 상기 스위치를 동작시키는 코일을 구비한 릴레이; 및 상기 스위치에 병렬로 연결된 반도체 스위치를 포함하는 전력 분배 장치를 포함하고, 상기 전력 분배 장치는 상기 릴레이를 턴온 또는 턴오프하기 전에 상기 트랜지스터를 턴온할 수 있다.

Description

차량, 전력 분배 장치 및 방법 {Vehicle, and Power Distribution Apparatus and Method thereof}
개시된 발명은 차량, 전력 분배 장치 및 방법에 관한 것으로, 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가 발생하고, 이에 아크에 의해 발생 되는 소자의 파손을 방지하기 위한 차량용 전력 분배 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 화석 연료, 전기 등을 동력원으로 하여 도로 또는 선로를 주행하는 이동 수단 또는 운송 수단을 의미한다.
차량에는 운전자를 보호하고 운전자에게 편의와 재미를 제공하기 위하여 다양한 전장 부품이 마련되고 있다. 예를 들어, 차량에는 주행 보조 시스템, 시트 열선 등 큰 전력을 소비하는 전장 부품들이 마련되고 있다.
그 결과, 시동 모터에 전력을 공급하는 배터리의 소모가 증가하여, 시동이 걸리지 않는 문제가 발생하거나 배터리의 수명이 단축되는 문제가 발생하고 있다.
이에 오늘날 개발되고 있는 차량에는 화석 연료와 전기를 모두 이용하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 전기만을 이용하는 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 등이 있다.
하이브리드 자동차와 전기 자동차는 차량을 이동시키는 전동기에 전력을 공급하는 고전압 배터리와 차량의 전장 부품에 전력을 공급하는 저전압 배터리가 별도로 마련된다.
개시된 발명의 일 측면은 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가발생하고, 이에 아크에 의해 발생되는 소자의 파손을 방지하기 위한 차량, 전력 분배 장치 및 방법 제공하고자 한다.
또한, 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가 발생하여 다접점 방식의 스위치 제작 시 접점 사이의 거리가 멀어 릴레이의 크기가 커지는 문제점을 해결하고자 한다.
또한, 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가 발생하여 자석 이용하는 경우 주변 소자에 자기장으로 인하여 전장품에 오동작이 발생하는 문제점을 해결하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 차량은 제1 전압의 전력을 출력하는 제1 배터리; 제1 전압보다 큰 제 2 전압의 전력을 출력하는 제 2 배터리; 상기 제 2 배터리로부터 전력을 공급받는 적어도 하나 이상의 전장 부품을 포함하고, 상기 제 2 배터리와 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 스위치;상기 스위치를 동작시키는 코일; 및 상기 스위치에 병렬로 연결된 반도체 스위치을 포함하는 전력 분배 장치에있어서, 상기 전력 분배 장치는 상기 코일에 전류를 인가 또는 차단시키기 전에 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단시킬 수 있다.
상기 전력 분배 장치는 사용자의 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품의 동작 온/오프 입력을 수신하는 통신부; 상기 코일에 인가되는 전류, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 인가되는 전압을 제어하는 제어부; 및 상기 코일, 상기 스위치 및 상기 반도체 스위치로 구성된 스위치부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 사용자의 온 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키고, 상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 사용자의 오프 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키고, 상기 코일에 전류가 차단된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 전장 부품은 PTC 히터(heater), 송풍기(Blower) 를 포함할 수 있다.
상기 제 2 배터리는 48 V 전압의 전력을 공급할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전력 분배 장치는 제 1 배터리로부터 전력을 적어도 하나 이상의 전장 부품으로 전달하는 전력 분배 장치에 있어서, 상기 전력 분배 장치는 상기 제 1 배터리와 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 스위치; 상기 스위치를 동작시키는 코일; 및 상기 코일에 전류가 인가되기 전에 제어 신호 입력단에 전압이 인가 또는 차단되는 반도체 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 사용자의 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품의 동작 온/오프 입력을 수신하는 통신부; 상기 코일에 인가되는 전류, 상기 반도체 스위치에 인가되는 전압을 제어하는 제어부; 및 상기 코일, 상기 스위치 및 상기 반도체 스위치로 구성된 스위치부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 사용자의 온 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키고, 상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 사용자의 오프 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키고, 상기 코일에 전류가 차단된 이후, 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가할 수 있다.
상기 전력 분배 장치는 PTC 히터(heater) 또는 송풍기(Blower)에 상기 제 1 배터리로부터 전력을 전달할 수 있다.
상기 전력 분배 장치는 48V 전압의 전력을 공급하는 배터리로부터 전력을 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품에 전달할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전력 분배 방법은 제 1 전압의 전력을 출력하는 제 1 배터리와 제 1 전압보다 큰 제 2 전압의전력을 출력하는 제 2 배터리와 적어도 하나 이상의 전장 부품을 포함하고, 상기 제 2 배터리로부터 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품에 전력을 공급하는 차량의 제어 방법에 있어서, 사용자의 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품의 동작 온/오프 입력을 수신하는 과정; 상기 제 2 배터리와 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 스위치를 동작시키는 코일과 상기 스위치에 병렬로 연결된 반도체 스위치을 순차적으로 동작시키는 과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 온 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키는 과정; 및 상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 오프 입력이 수신되면, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키는 과정; 및 상기 코일에 전류가 차단된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 전장 부품은 히터(heater), 송풍기(Blower) 를 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가발생하고, 아크에 의해 발생되는 전력 분배 장치의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 개시된 발명의 일 측면은 PCB 의 크기를 축소할 수 있다.
또한, 고전압 배터리로부터 전압 인가되는 경우에 아크가 발생하여 자석 이용하는 경우 주변 소자에 자기장으로 인하여 전장품에 오동작이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 차체를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 차대를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 전장 부품을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 전력 분배 장치, 제 1 배터리, 및 제 2 배터리를 포함하는 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 분배 장치의 일 예를 도시한 블록도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 분배 장치의 내부 회로도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 분배 장치 내부의 구동을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 분배 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 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.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
차량(1)은 내연기관의 회전력 및/또는 전동기의 회전력을 이용하여 사람 및/또는 물건을 운송하는 기계/전기 장치이다.
내연기관을 이용하는 차량(1)은 휘발유, 경유, 가스 등의 화석 연료를 폭발적으로 연소시키고, 화석 연료의 연소 중에 발생하는 병진 운동력을 회전 운동력으로 변환하고, 변환된 회전력을 이용하여 이동할 수 있다.
전동기를 이용하는 차량(1)은 전기자동차(Electric Vehicle, EV)라 불리며, 배터리에 저장된 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하고, 변환된 회전력을 이용하여 이동할 수 있다.
내연기관과 전동기를 이용하는 차량(1)도 있다. 이러한 차량(1)은 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 불리며, 내연기관을 이용하여 이동할 수 있을 뿐만 아니라 전동기를 이용하여 이동할 수도 있다. 하이브리드 자동차는 외부로부터 화석 연료만을 공급받고 내연기관과 전동기(발전기)를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 일반 하이브리드 자동차와, 외부로부터 화석 연료와 전기 에너지를 모두 공급받을 수 있는 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 구분할 수 있다.
전기자동차와 하이브리드 자동차는 구동 전동기에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리와 차량(1)의 전기 장치(전장, 電裝) 부품에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리를 각각 포함하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 구동 전동기에 전기 에너지를 공급하는 배터리는 출력 전압이 대략 수백 볼트(volt, V)일 수 있으며, 전장 부품에 전기 전기 에너지를 공급하는 배터리는 출력 전략이 대략 수십 볼트일 수 있다.
또한, 전기자동차는 외부 전원으로부터 구동 전동기용 배터리를 충전하고, 구동 전동기용 배터리의 전압을 변환하여 전장 부품용 배터리를 충전한다. 하이브리드 자동차 역시 내연기관을 이용하여 구동 전동기용 배터리를 충전하고, 구동 전동기용 배터리의 전압을 변환하여 전장 부품용 배터리를 충전한다.
따라서, 전기자동차와 하이브리드 자동차는 구동 전동기용 배터리가 출력하는 수백 볼트의 전압을 전장 부품용 배터리를 충전하기 위한 수십 볼트의 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기를 포함할 수 있다.
이하에서는, 차량(1)과 차량(1)에 포함되는 직류-직류 변화기가 자세하게 설명된다.
도 1은 일 실시예에 의한 차량의 차체를 도시한다. 도 2는 일 실시예에 의한 차량의 차대를 도시한다. 도 3은 일 실시예에 의한 차량의 전장 부품을 도시한다. 또한, 도 4는 일 실시예에 의한 차량의 전력 분배 장치, 제 1 배터리 및 제 2 배터리를 포함하는 블록도를 도시한다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4을 참조하면, 차량(1)은 차량(1)의 외관을 형성하고 운전자 및/또는 수화물을 수용하는 차체(body) (10)와, 차체(10) 이외의 동력 생성 장치, 동력 전달 장치, 제동 장치, 조향 장치, 차륜 등을 포함하는 차대(chassis) (20)와 운전자를 보호하고 운전자에게 편의를 제공하는 전장 부품(30)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차체(20)는 운전자가 머무를 수 있는 실내 공간, 내연기관을 수용하는 내연기관 룸 및 화물을 수용하기 위한 트렁크 룸을 형성한다.
차체(20)는 후드(hood) (21), 프런트 펜더(front fender) (22), 루프 패널(roof panel) (23), 도어(door) (24), 트렁크 리드(trunk lid) (25), 쿼터 패널(quarter panel) (26) 등을 포함할 수 있다. 또한, 운전자의 시야를 확보하기 위하여, 차체(20)의 전방에는 프런트 윈도우(front window) (27)가 설치되고, 차체(20)의 측면에 사이드 윈도우(side window) (28)가 설치되고, 차체(20)의 후방에는 리어 윈도우(rear window) (29)가 마련될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차대(20)는 운전자 및/또는 자율 주행 시스템의 제어에 따라 차량(1)이 주행할 수 있도록 동력 생성 장치(21), 동력 전달 장치(22), 조향 장치(23), 제동 장치(24), 차륜(25) 등을 포함할 수 있다. 또한, 차대(20)는 동력 생성 장치(21), 동력 전달 장치(22), 조향 장치(23), 제동 장치(24), 차륜(25)을 고정하는 프레임(26)을 더 포함할 수 있다.
동력 생성 장치(21)는 차량(1)이 주행하기 위한 회전력을 생성하며, 내연기관(21a), 연료 공급 장치, 배기 장치, 전동기(21b), 제1 배터리(B1), 제 2 배터리(B2) 등을 포함할 수 있다.
동력 전달 장치(22)는 동력 생성 장치(21)에 의하여 생성된 회전력을 차륜(25)으로 전달하며, 클러치/변속기(22a), 변속 레버, 차동 장치, 구동축(22b) 등을 포함할 수 있다.
조향 장치(23)는 차량(1)의 주행 방향을 제어하며, 스티어링 휠(23a), 조향 기어(23b), 조향 링크(23c) 등을 포함할 수 있다.
제동 장치(24)는 차륜(25)의 회전을 정지시키며, 브레이크 페달, 마스터 실린더, 브레이크 디스크(24a), 브레이크 패드(24b) 등을 포함할 수 있다.
차륜(25)은 동력 생성 장치(21)로부터 동력 전달 장치(22)를 통하여 회전력을 제공받으며, 차량(1)을 이동시킬 수 있다. 차륜(25)은 차량의 전방에 마련되는 전륜과, 차량의 후방에 마련되는 후륜을 포함할 수 있다.
차량(1)은 이상에서 설명된 기계 부품뿐만 차량(1)의 제어, 운전자 및 동승자의 안전과 편의를 위한 다양한 전장 부품들(30)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 차량(1)은 엔진 관리 시스템(Engine Management System, EMS) (31)과, 변속기 제어 유닛(Transmission Control Unit, TCU) (32)과, 전자 제동 시스템(Electronic Braking System, EBS) (33)과, 전동 조향 장치(Electric Power Steering, EPS) (34)와, 차체 제어 모듈(body control module, BCM) (35)과, 오디오 장치(audio) (36)와, 공조 장치(heating/ventilation/air conditioning, HVAC) (37)와, 메인 배터리 센서(38)와, 보조 배터리 센서(39)와, 전력 분배 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 전장 부품들(30)에 전력을 공급하는 메인 배터리(B1)와 보조 배터리(B2)가 마련될 수 있다.
엔진 관리 시스템(31)은 가속 페달을 통한 운전자의 가속 명령에 응답하여 엔진의 동작을 제어하고 엔진을 관리할 수 있다. 예를 들어, 엔진 관리 시스템(31)은 엔진 토크 제어, 연비 제어, 엔진 고장 진단 등을 수행할 수 있다.
변속기 제어 유닛(32)은 변속 레버를 통한 운전자의 변속 명령 또는 차량(1)의 주행 속도에 응답하여 변속기의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 변속기 제어 유닛(32)은 변속 제어, 클러치 제어 및 변속 중 엔진 토크 제어 등을 수행할 수 있다.
전자 제동 시스템(33)은 제동 페달을 통한 운전자의 제동 명령에 응답하여 차량(1)의 제동 장치를 제어하고 차량(1)의 균형을 유지할 수 있다. 예를 들어, 전자 제동 시스템(33)은 안티락 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System, ABS) 및 안정성 제어 장치(Electric Stability Control, ESC) 등을 포함할 수 있다.
전동 조향 장치(34)는 운전자가 쉽게 스티어링 휠을 조작할 수 있도록 운전자를 보조할 수 있다. 예를 들어, 전동 조향 장치(34)는 저속 주행 또는 주차 시에는 조향력을 감소시키고 고속 주행 시에는 조향력을 증가시키는 등 사용자의 조향 조작을 보조할 수 있다.
차체 제어 모듈(35)은 운전자에게 편의를 제공하거나 운전자의 안전을 보장하는 전장 부품들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 차체 제어 모듈(35)은 차량(1)에 설치된 도어 잠금 장치, 헤드 램프, 와이퍼, 파워 시트, 시트 히터, 클러스터, 룸 램프, 내비게이션, 다기능 스위치 등을 제어할 수 있다.
제 1 배터리(B1)와 제 2 배터리(B2)는 엔진의 회전력으로부터 생성된 전기 에너지를 저장하고, 차량(1)에 포함된 각종 전장 부품들(30)에 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 차량(1)의 주행 중에 발전기는 엔진의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 제 1 배터리(B1)와 제 2 배터리(B2)는 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 저장할 수 있다. 이 때, 제 1 배터리(B1)는 제 2 배터리(B2)보다 큰 전력을 공급할 수 있다.
이에, 제 1 배터리(B2)는 차량(1)에 미리 정해진 전자 장치로 전력을 공급하고, 제 2 배터리(B2)의 경우 차량(1)의 주행을 위하여 시동 모터에 엔진의 시동을 위한 전력을 공급할 수 있다.
제 1 배터리 센서 (38) 및 제 2 배터리 센서(39)는 각각 제 1 배터리(B1) 및 제 2 배터리(B2)와 관련된 각종 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제 1/제 2 배터리 센서(38, 39)는 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 정격 용량, 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 충전율(State of Charge, SoC), 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 잔존 수명(State of Health, SoH), 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 출력 전압, 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 출력 전류, 제 1/제 2 배터리(B1, B2)의 온도 등의 배터리 상태 정보를 획득할 수 있다.
전력 분배 장치(100)는 제 1 배터리(B1) 및/또는 제 2배터리(B2)의 전기 에너지를 차량(1)의 전장 부품들(30) 각각에 분배할 수 있다. 이에, 전력 분배 장치(100)는 내부적으로 제 1 배터리(B1)의 전기 에너지를 차량(1)의 전장 부품들에 분배하기 위한 제 1 전력 분배 장치(101)와 제 2 배터리(B2)의 전기 에너지를 차량(1)의 전장 부품들에 분배하기 위한 제 2 전력 분배 장치(102)를 포함한다.
예를 들어, 전력 분배 장치(100)는 제 1 배터리(B1) 및/또는 제 2 배터리(B2)로부터 전장 부품들(30) 각각으로 전기 에너지의 공급을 허용하거나, 전장 부품들(30) 각각으로 전기 에너지의 공급을 차단할 수 있다.
예를 들어, 전력 분배 장치(100)는 엔진 관리 시스템(31), 변속기 제어 유닛(32) 등으로부터 차량(1)의 주행 상태에 관한 정보를 수신하고 제 1 배터리 센서(38) 및/또는 제 2 배터리 센서(39)로부터 제 1 배터리(B1) 및/또는 제 2 배터리(B2)의 상태에 관한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 전력 분배 장치(100)는 차량(1)의 주행 정보와 제 1 배터리(B1) 및/또는 제 2 배터리(B2)의 상태 정보를 기초로 전장 부품들(30) 각각으로의 전기 에너지의 공급을 제어할 수 있다.
이외에도 차량(1)은 운전자를 보호하고 운전자에게 편의를 제공하기 위한 전장 부품을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량(1)은 도어 잠금 장치, 헤드 램프, 와이퍼, 파워 시트, 시트 히터, 클러스터, 룸 램프, 내비게이션, 다기능 스위치 등의 전장 부품들(30)을 포함할 수 있다.
이러한 전장 부품들(30)은 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 전장 부품들(30)은 이더넷(Ethernet), 모스트(MOST, Media Oriented Systems Transport), 플렉스레이(Flexray), 캔(CAN, Controller Area Network), 린(LIN, Local Interconnect Network) 등을 통하여 데이터를 주고 받을 수 있다.
전장 부품들(30)은 제 1배터리(B1) 및/또는 제 2 배터리(B2)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제 1 배터리(B1)와 제 2 배터리(B2)는 차량(1)의 주행 중 또는 주차 중에 전장 부품들(30)에 전력을 공급할 수 있다.
구체적으로, 도 4는 제 1 배터리(B1) 와 제 2 배터리(B2)로부터 차량에 포함된 각종 전자 장치의 부하단으로 전력이 공급되는 것을 설명하기 위한 블록도이다.
먼저, 제 2 배터리(B2)는 시동 배터리로서, 예를 들면 12V 연축전지로서 스타터와 연결된 제 2 배터리(B2)로부터 출력되는 전원에 의하여 구동되는 제 1 부하, 제 2 부하 등이 있다. 이 때, 제 2 배터리(B2)로부터 출력되는 전원에 의하여 구동되는 제 1 부하, 제 2 부하 등을 임의로 저전압부하단 이라고 한다. 이 때, 제 2 전력 분배 장치(102)는 제 3 전장 부품 그룹(30c) 또는 제 4 전장 부품 그룹(30d)와 같은 복수개의 부품 그룹을 포함하는 저전압 부하단에 공급되는 전력을 제어한다.
다음으로, 제 1 전력 분배 장치(101)는 전압을 발전시키는 제너레이터(MHSG: Mild Hybrid Start Generator)와 제 1 배터리(B1)으로부터 데이터를 수신하여 제너레이터(MHSG)를 구동시키고, 제 1 배터리(B1)에서 출력되는 전원에 의하여 구동되는 제 1 전장 부품 그룹(30a), 제 2 전장 부품 그룹(30b) 등을 포함하는 고 전압 부하단으로 전력을 분배하고, 제너레이터(MHSG)에서 발전된 전압을 설정된 전압으로 컨버팅하는 직류-직류변환기(105)를 포함한다.
구체적으로, 제너레이터(MHSG)는 전력 분배 장치(100)의 제어에 의하여 설정된 전압을 발전시키는 것으로, 제너레이터(MHSG)의 발전전압은 제 1 배터리(B1)를 충전시킨다.
고전압부하단의 각종 부하는 제 1 배터리(B1)로부터 출력된 전원(예를 들면, 48V)에 의하여 구동되는 전기 자동차 및/또는 하이브리드 자동차의 장치(예를 들면송풍기(Blower), 히터 등)로서, 고전압 부하단의 각종 장치에 대하여 도 5에서 후술한다.
따라서, 제 1 배터리(B1) 및 제 2 배터리(B2)로부터 각종 부하단에 전력을 공급하여 차량이 동작할 수 있다.
직류-직류 변환기(105)는 제1 배터리(B1)가 출력하는 제1 전압을 제2 배터리(B2)의 제2 전압으로 변환할 수 있다. 직류-직류 변환기(105)에 의하여 변환된 제2 전압의 전기 에너지는 제2 배터리(B2)에 저장될 수 있다.
구체적으로, 직류-직류 변환기(105)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전압(V1)를 출력하는 제1 배터리(B1)와 제2 전압(V2)를 출력하는 제2 배터리(B2) 사이에 마련될 수 있으며, 직류-직류 변환기(105)는 제1 전압(V1)을 입력받고 제2 전압(V2)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 직류-직류 변환기(105)는 제너레이터(MHSG)에서 발전된 직류 48V 전압을 직류 12V 로 변환시켜 제 1 배터리에 출력할 수 있다. 이 때 제 1 배터리(B1)은 직류-직류 변환기(105)를 거치지 않고 제너레이터(MHSG)에서 출력된 48V의 발전전압으로 충전 가능하다.
따라서, 일 실시예에 따른 제 1 배터리(B1)은 리튬 이온 전지세롤 조립된 전지팩으로 구성 가능하여, 48V의 전원을 고전압 부하단에 전원을 공급한다. 여기서 제 1 배터리(B1)는 제너레이터(MHSG)에서 발전된 전압으로 충전된다. 이를 위하여 제 1 배터리(B1)는 충전전압을 제어하고, 고전압 부하단에 포함된 적어도 하나 이상의 부하단에 전력을 분배하기 위한 제 1 전력 분배 장치(101)에 의하여 동작가능하다.
이상에서는 차량에 포함된 각종 전자 장치(30)와 각종 전자 장치에 전력을 공급하는 전력 분배 장치(100)에 대하여 개략적으로 살펴보았다.
이하에서는 전력 분배 장치(100) 내 제 1 배터리(B1)로부터 고전압 부하단에 전력을 공급하는 제 1 전력 분배 장치(101)의 내부 구성 및 제 1 전력 분배 장치(101) 내 회로 구성도에 대하여 자세히 살펴본다.
먼저, 도 5는 본 발명에 의한 전력 분배 장치(100) 내 제 1 전력 분배 장치(101)의 일 예를 도시한 블록도이고, 도 6은 일 실시예에 의한 제 1 전력 분배 장치(101)치의 내부 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 전력 분배 장치(101)는 제 1통신부(102), 제 1제어부(103), 및 제 1 스위치부(104)를 포함한다.
도 5에서는 제 1 전력 분배 장치(101)에 대하여 설명하였으나, 제 2 배터리(B2)로부터 저전압 부하단에 전력을 공급하는 제 2 전력 분배 장치(102) 역시 동일한 내부 구성으로 제 2 통신부, 제 2 제어부, 및 제 2 스위치부를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 통신부(102)는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 전장 부품들(30)로부터 통신 신호를 수신하고 전장 부품들(30)로 통신 신호를 전송하는 캔 트랜시버(CAN transceiver)와, 캔 트랜시버의 동작을 제어하는 통신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
캔 트랜시버는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 전장 부품들(30)로부터 통신 데이터를 수신하고 통신 데이터를 제 1 제어부(103)으로 출력할 수 있으며, 제 1 제어부(103)로부터 통신 데이터를 수신하고, 통신 데이터를 차량용 통신 네트워크(CNT)를 통하여 전장 부품들(30)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 캔 트랜시버는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 제 1 배터리 센서(38)로부터 배터리 상태 정보 및/또는 엔진 관리 시스템(31)/변속기 제어 유닛(32)으로부터 차량(1)의 주행 정보를 수신할 수 있다. 또한, 캔 트랜시버는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 엔진 관리 시스템(31)로 발전 제어 요청을 전송할 수 있다.
이처럼, 제 1 통신부(102)는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 차량(1)의 전장 부품들(30)과 데이터를 주고 받을 수 있으며, 전력 분배 장치(100) 내 포함된 제 1 전력 분배 장치(101)는 제 1 통신부(102)을 통하여 엔진 관리 시스템(31), 배터리 센서(38) 등의 전장 부품들(30)과 통신할 수 있다.
제 1 스위치부(104)는 제 1 제어부(103)의 제어에 따라 차량(1)의 전장 부품(30)으로의 전력 공급을 허용하거나 차단할 수 있는 복수의 스위치(331,332)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(331)는 제 1 전장 부품 그룹(30a)으로 전력 공급을 허용하거나 차단할 수 있다. 또한, 제 2 스위치(332)는 제 2 전장 부품 그룹(30b)으로 전력 공급을 허용하거나 차단할 수 있다.
이 때, 제 1 전장 부품 그룹(30a) 내지 제 2 전장 부품 그룹(30b)는 오로지 2개의 전장 부품 그룹에 한정되는 것은 아니며, 차량에 따라 고전압 부하단에 속하는 적어도 1개 이상의 다양한 전장 부품 그룹이 포함될 수 있다.
따라서, 일 예로 제 1 전장 부품 그룹(30a)는 PTC 히터 등을 포함하고, 제 2 전장 부품 그룹(30b)는 송풍기(Blower) 모터 등을 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 스위치부(104)에 포함된 복수의 스위치(331,332) 각각은 도 6에 도시된 회로도를 통하여 설명될 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 배터리(B1)와 제 1 전장 부품 그룹(30a)사이에 연결된 제 1 스위치(331)와 제 1 배터리(B1)과 제 2 전장 부품 그룹(30b) 사이에 연결된 제 2 스위치(332)는 병렬로 연결된다.
구체적으로, 제 1 스위치(331)는 내부적으로, 제 1 배터리(B1)와 접하여 위치한 제 1 퓨즈(F1)을 포함하고, 제 1 퓨즈(F1)와 제 1 전장 부품 그룹(30a) 사이에 직렬로 제 1 전력 스위치(S1)가 연결될 수 있다.
또한, 제 1 제어부(103)로부터 제어 신호를 입력으로 전류를 공급받는 제 1코일(L1)이 제 1전력 스위치(S1)와 병렬로 연결된다.
이 때, 추가적으로, 제 1 배터리(B1)로부터 고전압이 인가되어 제 1 전력 스위치(S1)가 소손되는 것을 방지하기 위하여 제 1 전력 스위치(S1)와 병렬로 위치한반도체 스위치(제 1 모스펫)가 제 1 퓨즈(F1) 와 제 1 전장 부품 그룹(30a)사이에 위치한다.
특히, 반도체 스위치는 제어 신호 입력단 및 전류 출력단을 포함한다. 구체적으로, 제어 신호 입력단은 트랜지스터의 게이트(G)단을 나타내고, 전류 출력단은 트랜지스터의 소스(S)단 및 드레인(D)단을 나타낸다.
이 때, 트랜지스터는 본 발명에 따른 실시예에서 도시된 바와 같이, 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, BJT(Bipolar Junction Transistor) 등이 사용될 수도 있다.
다만, 본 발명에 따른 실시예에서는 편의상 모스펫으로 설명한다.
도 4에 도시된 바에 따르면, 제 1 모스펫의 게이트단(G단)은 제 1 제어부(103)로부터 제어 신호에 따라 전압을 공급받을 수 있다.
이와 동일하게 제 2 스위치(332)는 내부적으로, 제 1 배터리(B1)와 접하여 위치한 제 2 퓨즈(F2)을 포함하고, 제 2 퓨즈(F2)와 제 2 전장 부품 그룹(30b) 사이에 직렬로 제 2 전력 스위치(S2)가 연결될 수 있다.
또한, 제 1 제어부(103)로부터 제어 신호를 입력으로 전류를 공급받는 제 2코일(L2)이 제 2 전력 스위치(S1)와 병렬로 연결된다.
이 때, 추가적으로, 제 1 배터리(B1)로부터 고전압이 인가되어 제 2 전력 스위치(S2)가 소손되는 것을 방지하기 위하여 제 2 전력 스위치(S2)와 병렬로 위치한 제 2 모스펫(MOSFET)이 제 2 퓨즈(F2) 와 제 2 전장 부품 그룹(30b)사이에 위치한다.
이 때, 제 2 모스펫의 게이트단(G단)은 제 1 제어부(103)로부터 제어 신호에 따라 전압을 공급받을 수 있다.
제 1 제어부(103)는 차량(1)의 주행 상태, 히터, 송풍기(Blower)와 같은 제 1 전장 부품 그룹(30a) 또는 제 2 전장 부품 그룹(30b)등으로의 전력 공급이 허용 또는 차단되도록 복수의 스위치(331,332)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있다. 또한, 제 1 제어부(103)는 제 1 통신부(102)를 통하여 수신된 전력 차단 명령 또는 전력 공급 명령에 응답하여 전력 공급이 허용 또는 차단되도록 복수의 스위치(331,332)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있다.
이러한 제 1 제어부(103)는 제 1 전력 분배 장치(101)를 제어하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장하는 메모리와, 메모리에 저장된 프로그램에 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 제 1 제어부(103)는 제 1 스위치부(104) 내에 포함된 복수의 모스펫의 게이트단에 전압 인가를 위한 게이트 드라이브(Gate Driver)를 더 포함한다.
이상에서는 제 1 전력 분배 장치(101)의 구성이 설명되었다.
이하에서는 제 1 전력 분배 장치(101) 내 스위치의 동작이 설명된다.
구체적으로, 제 1 전력 분배 장치(101)는 고 전압 부하단에 전압을 분배하기 위하여 제 1 스위치(331) 및 제 2 스위치는 도 7 및 도 8에 도시된 바에 따라 동작된다. 도 7은 일 실시예에 의한 전력 분배 장치 내부의 구동을 설명하기 위하여, 모스펫의 온(On)/오프(Off) 동작 및 코일 전류의 인가되는 시점을 도시한 그래프이며, 도 8은 일 실시에에 의한 전력 분배 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
예를 들어, 사용자가 제 1 전장 부품 그룹(30a)에 속한 부하를 온 동작을 하게 되면, 본 발명에 따른 전력 분배 장치(100) 내 제 1 전력 분배 장치가 동작하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 제어부(103)는 t1[sec]시점에 제 1 모스펫의 게이트단(G단)으로 전압을 인가(또는 차단)한다. 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D(Drain)단에서 S(Source)단으로 전압이 우회(Bypass)된다.
이에 제 1 제어부(103)는 전압이 우회된 이후 t2[sec]시점에 코일에 전류를 인가하여 제 1 스위치를 동작시킨다.
제 1 스위치가 동작되어 제 1 전장 부품 그룹(30a)으로 전압이 공급되면, 제 1 제어부(103)는 t3[sec]시점에 제 1 모스펫의 게이트 전압을 차단(또는 인가)한다. 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D단에서 S단으로 전압의 우회(Bypass)가 차단된다.
마찬가지로, 사용자가 제 1 전장 부품 그룹(30a)에 속한 부하를 오프 동작을 하게 되면, 본 발명에 따른 전력 분배 장치(100) 내 제 1 전력 분배 장치가 동작하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 제어부(103)는 t4[sec]시점에 제 1 모스펫의 게이트단(G단)으로 전압을 인가(또는 차단)한다. 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D(Drain)단에서 S(Source)단으로 전압이 우회(Bypass)된다.
이에 제 1 제어부(103)는 전압이 우회된 이후 t5[sec]시점에 코일에 전류를 차단하여 제 1 스위치를 동작시킨다.
제 1 스위치가 동작되어 제 1 전장 부품 그룹(30a)으로 전압이 차단되면, 제 1 제어부(103)는 t6[sec]시점에 제 1 모스펫의 게이트 전압을 차단(또는 인가)한다. 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D단에서 S단으로 전압의 우회(Bypass)가 차단(또는 인가)된다.
일 예로, 본 발명에 따른 전력 분배 장치(100)가 활성화되면(S100), 제 1 전장 부품 그룹(30a) 및 제 2 전장 부품 그룹(30b)를 포함하는 고전압 부하단에 전력을 공급할 수 있다.
구체적으로, 고전압 부하단에 속한 부하를 동작시키기 위한 사용자의 입력을 수신하면(S200), 제 1 전력 분배 장치(101)는 해당 부하의 동작을 온 오프하기 위하여 제 1 스위치부를 동작시킨다. 구체적으로, 제 1 스위치부에 속한 제 1 스위치가 사용자가 입력한 제 1 전장 부품 그룹(30a)에 있다고 가정할 때, 제 1 제어부(103)는 제 1 스위치(104)에 속한 제 1 모스펫의 게이트단(G1단)으로 전압을 인가(또는 차단)한다(S300). 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D1(Drain)단에서 S1(Source)단으로 전압이 우회(Bypass)된다(S400).
이후, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D1(Drain)단에서 S1(Source)단으로 전압이 우회(Bypass)되어 부하단에 전류가 인가되면(S400의 예), 제 1 제어부(103)는 전압이 우회된 이후 코일에 전류를 인가하여 제 1 스위치(S01)를 동작시킨다(S500,S600).
따라서, 제 1 스위치(S01)가 동작되어 제 1 전장 부품 그룹(30a)으로 전압이 공급되면, 제 1 제어부(103)는 제 1 모스펫의 게이트 전압을 차단(또는 인가)한다(S700). 따라서, 제 1 배터리(B1)로부터 전압이 D단에서 S단으로 전압의 우회(Bypass)가 차단된다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
105: 직류-직류 변환기
100: 전력 분배 장치
101: 제 1 전력 분배 장치
102: 제 2 전력 분배 장치

Claims (16)

  1. 제 1 전압의 전력을 출력하는 제 1 배터리;
    제1 전압보다 큰 제 2 전압의 전력을 출력하는 제 2 배터리;
    상기 제 2 배터리로부터 전력을 공급받는 전장 부품;
    상기 제 2 배터리로부터 상기 전장 부품으로 전력을 전달하는 전력 분배 장치를 포함하고,
    상기 전력 분배 장치는 상기 제 2 배터리와 상기 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 스위치와, 상기 스위치를 동작시키는 코일을 구비한 릴레이;
    상기 스위치에 병렬로 연결된 반도체 스위치;
    사용자로부터 상기 전장 부품의 동작 턴온/턴오프 입력을 수신하는 통신부; 및
    상기 코일에 인가되는 전류, 및 상기 반도체 스위치에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함하는 전력 분배 장치를 포함하고,
    상기 전력 분배 장치는 상기 릴레이를 턴온 또는 턴오프하기 전에 상기 반도체 스위치를 턴온 하고,
    상기 제어부는
    상기 사용자의 턴온 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키고,
    상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하고,
    상기 사용자의 턴오프 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키고,
    상기 코일에 전류가 차단된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 차량.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전장 부품은 PTC 히터(heater), 송풍기(Blower) 를 포함하는 차량.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 배터리는 48 V 전압의 전력을 공급하는 차량.
  7. 제 1 배터리로부터 전력을 적어도 하나 이상의 전장 부품으로 전달하는 전력 분배 장치에 있어서,
    상기 전력 분배 장치는
    상기 제 1 배터리와 상기 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 스위치와 상기 스위치를 구동시키는 코일을 구비한 릴레이;
    상기 릴레이를 턴온 또는 턴오프하기 전에 턴온되는 상기 릴레이에 병렬로 연결된 반도체 스위치;
    사용자의 상기 전장 부품의 동작 턴온/턴오프 입력을 수신하는 통신부; 및
    상기 코일에 인가되는 전류, 및 상기 반도체 스위치에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 사용자의 턴온 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키고,
    상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하고,
    상기 사용자의 오프 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키고,
    상기 코일에 전류가 차단된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 전력 분배 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 전력 분배 장치는 PTC 히터(heater) 또는 송풍기(Blower)에 상기 제 1 배터리로부터 전력을 전달하는 전력 분배 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 전력 분배 장치는 48V 전압의 전력을 공급하는 배터리로부터 전력을 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품에 전달하는 전력 분배 장치.
  13. 제 1 전압의 전력을 출력하는 제 1 배터리와 제 1 전압보다 큰 제 2 전압의전력을 출력하는 제 2 배터리와 적어도 하나 이상의 전장 부품을 포함하고, 상기 제 2 배터리로부터 상기 전장 부품에 전력을 공급하는 차량의 제어 방법에 있어서,
    사용자의 상기 적어도 하나 이상의 전장 부품의 동작 턴온/턴오프 입력을 수신하는 과정;
    상기 제 2 배터리와 상기 전장 부품 사이에 직렬로 연결된 스위치를 동작시키는 코일로 구성된 릴레이와 상기 릴레이에 병렬로 연결된 반도체 스위치를 순차적으로 동작시키는 과정;을 포함하고,
    상기 사용자의 온 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 인가시키는 과정; 및
    상기 코일에 전류가 인가된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 과정;을 포함하고,
    상기 사용자의 오프 입력이 수신되면,
    상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 인가 또는 차단한 이후, 상기 코일에 전류를 차단시키는 과정; 및
    상기 코일에 전류가 차단된 이후, 상기 반도체 스위치의 제어 신호 입력단에 전압을 차단 또는 인가하는 과정;을 포함하는 전력 분배 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전장 부품은 히터(heater), 송풍기(Blower) 를 포함하는 전력 분배 방법.
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