KR20120113539A - 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량 - Google Patents

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Abstract

메인배터리, 보조배터리, 컨버터 및 시동스위치로 구성되어, 차량의 보조배터리가 방전되거나 고장이 난 경우에도 메인배터리의 축적된 전원을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있는 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량에 관하여 소개된다.

Description

비상시동시스템 및 이를 구비한 차량 {EMERGENCY START SYSTEM AND VEHICLE WITH SUCH SYSTEM}
본 발명은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차와 같이 배터리로 구동을 하는 차량에 있어서, 보조배터리의 완전 방전시 시동을 걸 수 없는 문제를 해결한 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량에 관한 것이다.
최근 환경적인 문제로 인해 기존의 내연기관 차량을 점진적으로 대체할 수 있는 기술들이 개발되고 상용화되고 있다. 대표적인 예가 바로 전기자동차(EV)와 하이브리드 전기자동차(HEV)라 할 것이다. 이들 차량은 종래의 엔진과 배터리를 동시에 이용하여 차량을 구동하거나 배터리만을 이용하여 차량을 구동하는 시스템이며, 연료원으로는 수소 또는 금속 또는 전기만을 이용하는 등 다양한 연료원을 활용하고 있다.
도 1은 이러한 전기를 이용한 차량의 일 예로서 전기자동차의 간단한 전기회로도이다. 전기자동차의 전원으로는 보조배터리(10)와 메인배터리(40)를 채용한다. 또한, 차량 전장품(50)에 전원을 공급하기 위한 컨버터(20)와, 직류전류를 교류전류로 변환하여 모터에 인가하기 위한 인버터(30) 및 메인배터리(40)의 동작을 제어하기 위한 메인배터리 제어부(42)가 서로 연결된다.
이러한 전기자동차에는 메인배터리(40)에 전기를 충전하여 차량(즉, 모터)을 구동하고 각종 전장품을 동작시키게 되는데, 보조배터리(10)의 경우에는 차량의 전장품을 웨이크업하거나 모터에 시동을 거는 역할만을 담당할 뿐, 종래와 같이 내연기관을 점화하는 에너지를 제공하거나 전장품을 지속적을 동작시키는 등의 역할은 하지 않는다. 즉, 보조배터리(10)는 초기 차량의 준비 단계에서만 기능을 하고 있게 된다.
이러한 경우, 보조배터리(10)의 완전 방전시에는 차량의 웨이크업을 할 수 없게 되고, 그에 따라 메인배터리 제어부(42) 역시 기능을 하지 못하며 기타 전장품이 기능을 하지 못하고 모터의 시동 자체가 걸리지 않게 되는 문제가 발생된다.
이는 차량의 주차 상태에서 보조배터리(10)로부터 유출되는 암전류가 존재하고, 장시간 오랜 주차의 경우 보조배터리(10)의 충전량이 방전되며, 또한 보조배터리 시스템 자체의 손상시 메인배터리(40)에는 충분한 전기량이 존재함에도 불구하고 시동을 걸지못하여 운행을 할 수 없는 문제가 발생된다.
따라서, 보조배터리(10)가 방전되거나 고장이 난 경우에도 메인배터리(40)의 축적된 전원을 이용하여 차량에 시동을 걸게끔 하는 기술이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 보조배터리(10)가 방전되거나 고장이 난 경우에도 메인배터리(40)의 축적된 전원을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있는 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비상시동시스템은, 복수의 셀이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리; 차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리; 상기 메인배터리의 전압을 강하하여 전장품에 인가하는 컨버터; 및 복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터와 보조배터리 또는 컨버터와 메인배터리의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리의 방전시 메인배터리의 일부의 셀을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치;를 포함할 수 있다.
상기 차량은 컨버터, 인버터, 메인배터리 제어부를 포함하는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
상기 시동스위치는 메인배터리 노드, 보조배터리 노드, 컨버터 노드 및 각 노드의 사이에서 선택적으로 노드를 연결하는 노드연결부를 포함할 수 있다.
상기 메인배터리의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀은 일측극이 상기 메인배터리 노드에 연결되고 타측극이 상기 보조배터리 및 컨버터의 일측극에 함께 연결될 수 있다.
상기 보조배터리의 타측극은 보조배터리 노드에 연결되고 컨버터의 타측극은 컨버터 노드에 각각 연결될 수 있다.
상기 시동스위치는 평상시에는 메인배터리 노드, 보조배터리 노드 및 컨버터 노드를 모두 연결하지 않고, 1 단계에서는 보조배터리 노드와 컨버터 노드를 연결하여 차량에 시동을 걸고, 2 단계에서는 메인배터리 노드와 컨버터 노드를 연결하여 차량에 시동을 걸도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 비상시동시스템을 구비한 차량은, 복수의 셀이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리; 상기 메인배터리의 전류를 교류로 변환하여 구동모터에 인가하는 인버터; 차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리; 상기 보조배터리의 전압을 변환하여 전장품에 인가하는 컨버터; 및 복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터와 보조배터리 또는 컨버터와 메인배터리의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리의 방전시 메인배터리의 일부의 셀을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치;를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량에 따르면, 차량의 보조배터리가 방전된 경우에도 시동스위치를 조작함으로써 메인배터리의 잉여 전원을 이용하여 시동을 걸 수 있는바, 장시간 추자시 또는 보조배터리 고장시에도 시동이 가능해진다.
도 1은 종래 차량의 배터리 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 비상시동시스템의 평상시 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 비상시동시스템의 보조배터리 이용상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 비상시동시스템의 메인배터리 이용상태를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비상시동시스템 및 이를 구비한 차량에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 비상시동시스템의 평상시 상태를 나타낸 도면으로서, 이러한 차량의 비상시동시스템은, 복수의 셀(410)이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리(400); 차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리(100); 상기 메인배터리(400)의 전압을 강하하여 전장품(500)에 인가하는 컨버터(200); 및 복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터(200)와 보조배터리(100) 또는 컨버터(200)와 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리(100)의 방전시 메인배터리(400)의 일부의 셀(480)을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치(600);를 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 예는 전기자동차 시스템에 적용되는 예를 설명하는 것이나, 본 발명이 적용될 수 있는 실시예에는 전기자동차에만 한정되는 것이 아니라, 하이브리드 전기자동차 및 기타 전기를 차량의 구동원으로 사용함으로써 대용량의 메인배터리가 장착되는 차량의 경우 모두 적용될 수 있을 것이다.
이러한 차량의 경우에는 보조배터리(100)와 메인배터리(400)가 마련되고, 보조배터리(100)는 초기 차량 전장품(500)들의 웨이크업 또는 시동시에만 전원을 공급하고, 시동이 된 후부터는 메인배터리(400)가 작동하게 되므로, 메인배터리(400)를 통해 모터를 구동하고 전장품(500)을 구동할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 보조배터리(100)는 컨버터(200)와 시동스위치(600)를 통해 연결되는데, 초기 차량이 정차된 상태에서 사용자가 키를 조작하거나 단추 기타 작동장치를 조작함으로써 보조배터리(100)가 컨버터(200)와 연결되고, 컨버터(200)를 통해 전압이 조정되어 각 전장품(500)에 웨이크업 신호를 보낼 수 있게 할 수 있다. 또한, 메인배터리(400)의 제어부(420)를 가동함으로써 메인배터리(400)가 작동하게 되고, 이를 통해 인버터(300)에서 직류전류를 교류전류로 변환한 후 모터를 구동하거나 전장품(500)에 컨버터(200)를 통해 전원을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 보조배터리(100)는 시동스위치(600)의 1 단계에서 웨이크업과 시동을 함에 있어 매우 중요한 역할을 하는 것이다.
그러나, 이러한 보조배터리(100)가 방전된 상태 또는 고장난 상태에서는 아무리 컨버터(200)와 초기 접점을 이루더라도 컨버터(200)를 통해 공급하는 전원의 역할을 수행할 수 없게 되고, 따라서 차량의 전장품(500)은 웨이크업 되지 않으며 시동 역시 걸릴 수 없게 되는 것이다. 그러나 메인배터리(400)에는 여전히 충분한 충전량이 확보되어 있음에도 불구하고 이러한 전원을 활용하지 못하였음은 기존의 전기자동차 시스템이 가지고 있던 치명적인 단점이라고 할 수 있다.
본 발명은 이러한 단점을 극복할 수 있는 것으로서, 도시된 바와 같이 시동스위치가 세 개의 접점을 구비하게 된다. 구체적으로, 시동스위치(600)는 메인배터리 노드(640), 보조배터리 노드(620), 컨버터 노드(660) 및 각 노드의 사이에서 선택적으로 노드를 연결하는 노드연결부(680)를 포함할 수 있다.
또한, 메인배터리(400)에는 보조배터리(100)의 방전시를 대비하여 보조배터리(100)를 대체할 수 있도록, 직렬로 연결된 일부의 셀(480)을 보조배터리(100)의 용량만큼 할당한다. 예를 들어, 보조배터리(100)가 12V 용량이라면, 메인배터리(400)의 4개의 셀(3.75V*4, 480)을 15V 만큼 할당해둔다. 이러한 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)은 일측극이 상기 메인배터리 노드(640)에 연결되고 타측극이 상기 보조배터리(100) 및 컨버터(200)의 일측극(120,220)에 함께 연결될 수 있다. 이와 같이 구성할 경우, 보조배터리(100)의 타측극(140)은 보조배터리 노드(620)에 연결되고 컨버터(200)의 타측극(240)은 컨버터 노드(660)에 각각 연결될 수 있다.
이를 통해 상기 시동스위치(600)는 평상시에는 메인배터리 노드(640), 보조배터리 노드(620) 및 컨버터 노드(660)를 모두 연결하지 않고, 1 단계에서는 보조배터리 노드(620)와 컨버터 노드(660)를 연결하여 차량에 시동을 걸고, 2 단계에서는 메인배터리 노드(640)와 컨버터 노드(660)를 연결하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 구성된다.
즉, 평상시에는 시동스위치(600)의 노드연결부(680)가 접점을 형성하지 않고 개방된 상태를 유지한다. 탑승자가 차량에 탑승하여 전장품(500)을 웨이크업하고 시동을 걸기 위해 조작시에는 1 단계로서 노드연결부(680)가 이동하여 도 3과 같이 보조배터리 노드(620)와 컨버터 노드(660)를 연결한다. 이를 통해 컨버터(200)에는 보조배터리(100)의 전압이 걸리게 되고 컨버터(200)가 이를 강압하여 보냄으로써 각 전장품(500)이 웨이크업이 되고 메인배터리의 제어부(420)가 웨이크업 되어 시동이 걸린다. 시동이 걸린 후에는 노드연결부(680)가 다시 평상시의 상태대로 도 2와 같이 원위치 된다.
한편, 보조배터리(100)가 완전방전 되거나 고장이 난 경우에는 1 단계(도 3)와 같이 노드연결부(680)가 위치하더라도 웨이크업 및 시동이 걸리지 않게 된다. 따라서 이 경우 탑승자는 보조배터리(100)의 방전을 알게 되고, 키 또는 기타 조작수단을 더욱 조정하여 노드연결부(680)가 도 4와 같이 2 단계를 수행하도록 한다.
2 단계에서는 노드연결부(680)가 더욱 회전되어 메인배터리 노드(640)와 컨버터 노드(660)를 연결하도록 한다. 이로써 메인배터리의 구획된 일부 셀(480)은 보조배터리(100)를 대체하여 컨버터와 직접 연결되는 것이며, 이를 통해 차량에 시동을 걸 수 있는 것이다. 시동이 걸린 후에는 노드연결부(680)가 다시 도 2와 같이 원위치 되고, 보조배터리(100)는 메인배터리(400)로부터 다시 재충전됨으로써 차후의 시동상황을 대비하게 되는 것이다.
상기 비상시동시스템이 구비된 차량은, 복수의 셀(410)이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리(400); 상기 메인배터리(400)의 전류를 교류로 변환하여 구동모터에 인가하는 인버터(300); 차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리(100); 상기 보조배터리(100)의 전압을 변환하여 전장품(500)에 인가하는 컨버터(200); 및 복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터(200)와 보조배터리(100) 또는 컨버터(200)와 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리(100)의 방전시 메인배터리(400)의 일부의 셀(480)을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치(600);를 포함할 수 있다. 이러한 차량은 컨버터(200), 인버터(300), 메인배터리 제어부(420)를 포함하는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차일 수 있으며, 종래의 전기자동차 등의 기술에 그대로 접목되어 보조배터리의 방전시에도 메인배터리를 이용함으로써 시동을 걸 수 있는 것이다.
이를 통해 사용자는 보조배터리(100)의 잔여량 또는 고장여부를 걱정하지 않아도 되며, 시동이 걸리지 않는 상황이 발생하는 불편을 겪을 필요가 없고, 간단한 키의 조작만으로도 언제든지 시동을 걸 수 있기 때문에 차량에 대한 신뢰도가 상승하는 것이다. 더욱이, 메인배터리(400)의 일부 셀(480)에 접점을 형성하여 구성하는 것이기 때문에 차량의 기존 레이아웃을 해할 염려도 없고, 제조 원가가 절감되며, 메인배터리(400) 또는 보조배터리(100)의 교체시에도 시스템은 그대로 유지되기 때문에 차량의 유지보수가 용이한 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 보조배터리 200 : 컨버터
300 : 인버터 400 : 메인배터리
500 : 전장품 600 : 시동스위치

Claims (7)

  1. 복수의 셀(410)이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리(400);
    차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리(100);
    상기 메인배터리(400)의 전압을 강하하여 전장품(500)에 인가하는 컨버터(200); 및
    복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터(200)와 보조배터리(100) 또는 컨버터(200)와 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리(100)의 방전시 메인배터리(400)의 일부의 셀(480)을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치(600);를 포함하는 비상시동시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량은 컨버터(200), 인버터(300), 메인배터리 제어부(420)를 포함하는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차인 것을 특징으로 하는 비상시동시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동스위치(600)는 메인배터리 노드(640), 보조배터리 노드(620), 컨버터 노드(660) 및 각 노드의 사이에서 선택적으로 노드를 연결하는 노드연결부(680)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상시동시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)은 일측극이 상기 메인배터리 노드(640)에 연결되고 타측극이 상기 보조배터리(100) 및 컨버터(200)의 일측극(120,220)에 함께 연결된 것을 특징으로 하는 비상시동시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보조배터리(100)의 타측극(140)은 보조배터리 노드(620)에 연결되고 컨버터(200)의 타측극(240)은 컨버터 노드(660)에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 비상시동시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 시동스위치(600)는 평상시에는 메인배터리 노드(640), 보조배터리 노드(620) 및 컨버터 노드(660)를 모두 연결하지 않고, 1 단계에서는 보조배터리 노드(620)와 컨버터 노드(660)를 연결하여 차량에 시동을 걸고, 2 단계에서는 메인배터리 노드(640)와 컨버터 노드(660)를 연결하여 차량에 시동을 거는 것을 특징으로 하는 비상시동시스템.
  7. 복수의 셀(410)이 구비되어 차량의 구동원으로 사용되는 메인배터리(400);
    상기 메인배터리(400)의 전류를 교류로 변환하여 구동모터에 인가하는 인버터(300);
    차량의 웨이크업 및 시동용으로 사용되는 보조배터리(100);
    상기 보조배터리(100)의 전압을 변환하여 전장품(500)에 인가하는 컨버터(200); 및
    복수의 단계로 동작할 수 있는 스위치로서, 상기 컨버터(200)와 보조배터리(100) 또는 컨버터(200)와 메인배터리(400)의 복수의 셀 중 직렬로 연결된 일부의 셀(480)을 선택적으로 연결할 수 있도록 마련됨으로써, 보조배터리(100)의 방전시 메인배터리(400)의 일부의 셀(480)을 이용하여 차량에 시동을 걸 수 있도록 하는 시동스위치(600);를 포함하는 비상시동시스템을 구비한 차량.
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