KR20120136828A - 차량 시동 장치 및 제어방법 - Google Patents

차량 시동 장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량이나 전기자동차에서 보조배터리의 방전으로 차량의 시동이 불가한 상황이 발생하였을 때, 사용자가 비치하거나 비교적 용이하게 입수할 수 있는 6V이상의 소형 건전지 등을 이용하여 차량의 시동이 가능하도록 함으로써, 차량 사용의 편의성 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량 시동 장치 및 제어방법{Vehicle Starting Apparatus and Control Method thereof}
본 발명은 차량 시동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량이나 전기자동차 등의 차량에서 보조배터리, 즉 12V배터리가 방전되어 차량의 시동이 불가능한 경우에 차량을 시동시킬 수 있도록 하는 장치 및 그 제어방법에 관한 기술이다.
운전자의 부주의나 차량의 환경 및 기타 요인들에 의해 차량의 보조배터리가 과방전되면, 차량의 시동장치가 정상적으로 작동하지 못해, 차량의 시동이 불가능한 상태가 된다.
여기서, 상기 차량의 시동이란, 물론 하이브리드 차량의 경우에는 엔진이 탑재되어 있으므로 그 엔진의 시동이 이루어져, 차량의 발진이 가능해지는 상태로 볼 수도 있으나, 엄밀하게는 하이브리드 차량은 모터만으로 발진이 가능한 경우도 있어서, 반드시 엔진의 시동이 이루어진 경우만 차량의 시동이 이루어진 것으로 볼 것이 아니라, 차량의 시동에 필요한 전원으로서 기능하는 보조배터리가 적어도 시동이 가능한 충전상태를 확보하여 그에 따라 차량의 시동장치가 정상적으로 구동되는 것을 의미하는 것으로 볼 것이다.
따라서, 전기자동차의 경우에도 그 시동이란, 보조배터리로부터의 전원이 정상적으로 공급되어 BMS가 작동되어 고전압릴레이로 고전압배터리의 전기를 제어할 수 있게 되는 상황을 말하는 것으로 볼 수 있다.
하이브리드 차량이나 전기자동차의 경우에는 공통적으로 고전압배터리와, 이를 제어하는 BMS 및 보조배터리와 DC-DC컨버터를 구비하고 있는 바, 본 발명은 이와 같은 장치를 공통적으로 구비하고 있고, 차량의 시동에 필요한 전원을 상기 보조배터리를 통해 공급하는 차량에서, 상기 보조배터리의 방전으로 인해 시동이 불가능한 상태를 대비한 것이다.
도 1은 종래의 하이브리드 차량이나 전기자동차에 공통적으로 구성된 전원시스템을 차량의 시동 장치 관점에서 도시한 것으로서, 보조배터리 및 고전압배터리와, 상기 고전압배터리를 제어하는 BMS(Battery Management System)와, 상기 BMS의 지령에 따라 동작하여 상기 고전압배터리의 전원을 인가 및 차단하는 고전압릴레이와, 상기 고전압배터리의 전원을 12V전원으로 감압시켜 상기 보조배터리의 충전 및 차량부하에 전원을 공급하는 DC-DC컨버터를 포함하여 구성되어 있다.
상기 BMS와 DC-DC컨버터에는 각각 제1CPU 및 제2CPU가 구비되어 있으며, 상기 BMS의 제1레귤레이터와 상기 DC-DC컨버터의 제2레귤레이터는 각각 상기 보조배터리의 전원을 공급받는 B+단자로부터의 전원 및 시동스위치(시동키)가 IG상태(시동상태)로 되면 12V의 전원이 인가되는 IG단자로부터의 전원을 상기 제1CPU 및 제2CPU가 각각 받아들일 수 있는 상태로 조절하여 공급하도록 되어 있으며, 상기 제1CPU 및 제2CPU는 CAN 등과 같은 차량의 통신라인에 의해 정보를 교환할 수 있도록 되어 있다.
상기와 같은 시동 장치에서, 상기 보조배터리가 방전되어 충분한 전원을 공급하지 못하는 상황이 되면, 상기 BMS 및 DC-DC컨버터는 상기 B+단자를 통해 충분한 전원을 공급받지 못하여, 그 작동이 불가함에 따라 차량의 시동이 이루어지지 못하게 되는 문제가 있다.
종래 상기와 같은 상황이 발생되면, 보조배터리를 교환하거나, 다른 보조배터리를 점퍼케이블로 연결하여 시동하는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법을 운전자가 직접 실시하기에는 무리가 있고, 시간과 비용이 요구된다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 상황을 고려하여 안출된 것으로서, 하이브리드 차량이나 전기자동차에서 보조배터리의 방전으로 차량의 시동이 불가한 상황이 발생하였을 때, 사용자가 비치하거나 비교적 용이하게 입수할 수 있는 6V이상의 소형 건전지 등을 이용하여 차량의 시동이 가능하도록 함으로써, 차량 사용의 편의성 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 차량 시동 장치 및 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 시동 장치는
외부전원을 BMS에 연결할 수 있도록 구비된 외부단자와;
상기 BMS의 제1레귤레이터에 대해, 상기 외부단자를 상기 BMS의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제1병렬연결수단과;
상기 외부단자로부터의 전원을 받아 상기 외부단자에 전원이 인가되었음을 상기 BMS의 제1CPU에 알려줄 수 있도록 구비된 제2레귤레이터와;
DC-DC컨버터의 제3레귤레이터에 대해, 상기 외부단자를 상기 DC-DC컨버터의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제2병렬연결수단;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 시동 장치 제어방법은
상기 외부단자에 전원이 연결되어 상기 제2레귤레이터가 상기 외부단자에 전원이 인가되었음을 상기 BMS의 제1CPU에 알리면, 상기 제1CPU는 비상동작모드임을 인지하고, 사용자에게 비상동작모드의 실행중임을 안내하고, 상기 DC-DC컨버터에 비상동작모드임을 알리는 비상안내단계와;
상기 제1CPU가 고전압릴레이를 제어하여 상기 DC-DC컨버터에 고전압배터리의 전기를 제공하는 전원제어단계와;
상기 DC-DC컨버터는 상기 고전압배터리로부터의 전기로 상기 보조배터리를 충전하는 충전단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하이브리드 차량이나 전기자동차에서 보조배터리의 방전으로 차량의 시동이 불가한 상황이 발생하였을 때, 사용자가 비치하거나 비교적 용이하게 입수할 수 있는 6V이상의 소형 건전지 등을 이용하여 차량의 시동이 가능하도록 함으로써, 차량 사용의 편의성 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 차량 시동 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량 시동 장치를 예시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량 시동 장치 제어방법의 실시예를 예시한 순서도,
도 4 내지 도 9는 본 발명에 다른 차량 시동 장치의 작동을 차례로 설명한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명 실시예의 차량 시동 장치는 외부전원을 BMS(1)에 연결할 수 있도록 구비된 외부단자(Vext)와; 상기 BMS(1)의 제1레귤레이터(5)에 대해, 상기 외부단자(Vext)를 상기 BMS(1)의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제1병렬연결수단과; 상기 외부단자(Vext)로부터의 전원을 받아 상기 외부단자(Vext)에 전원이 인가되었음을 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 알려줄 수 있도록 구비된 제2레귤레이터(9)와; DC-DC컨버터(11)의 제3레귤레이터(13)에 대해, 상기 외부단자(Vext)를 상기 DC-DC컨버터(11)의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제2병렬연결수단을 포함하여 구성된다.
상기 BMS(1)는 고전압릴레이(15)를 제어하여 고전압배터리(17)의 전원을 제어할 수 있게 되어 있고, 상기 DC-DC컨버터(11)의 제3레귤레이터(13)는 상기 B+단자 및 IG단자로부터의 전기를 DC-DC컨버터(11)의 제2CPU(19)에 전달하도록 되어 있으며, 상기 DC-DC컨버터(11)는 상기 고전압배터리(17)의 전원을 받아 보조배터리(21)를 충전시키고 차량부하에 전력을 공급할 수 있도록 되어 있고, 상기 제1CPU(7)와 제2CPU(19)는 서로 통신을 통해 정보를 주고 받을 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 외부단자(Vext)는 사용자가 적어도 6V 이상의 건전지나 기타 전원을 연결하도록 되어 있다.
즉, 상기 보조배터리(21)의 방전 등으로 차량의 시동이 이루어지지 않는 경우, 사용자는 상기 외부단자(Vext)에 건전지 등의 전원을 연결하고, 이에 의해 상기 BMS(1) 및 DC-DC컨버터(11)가 작동하여 상기 고전압배터리(17)의 전원으로 상기 보조배터리(21)를 충전시킴으로써, 보조배터리(21)를 통한 정상적인 시동이 가능한 상태로 전환시키는 것이다.
본 실시예에서, 상기 제1병렬연결수단은 상기 BMS(1)의 B+단자와 상기 제1레귤레이터(5) 사이에 설치된 제1다이오드(23)와, 상기 BMS(1)의 IG단자와 상기 제1레귤레이터(5) 사이에 설치된 제2다이오드(25)와, 상기 외부단자(Vext)를 상기 제1다이오드(23)와 상기 제1레귤레이터(5) 사이로 연결하는 제3다이오드(27)와, 상기 외부단자(Vext)를 상기 제2다이오드(25)와 상기 제1레귤레이터(5) 사이로 연결하는 제4다이오드(29)로 구성된다.
또한, 상기 제2병렬연결수단은 상기 DC-DC컨버터(11)의 B+단자와 상기 제3레귤레이터(13) 사이에 설치된 제5다이오드(31)와, 상기 DC-DC컨버터(11)의 IG단자와 상기 제3레귤레이터(13) 사이에 설치된 제6다이오드(33)와, 상기 외부단자(Vext)를 상기 제5다이오드(31)와 상기 제3레귤레이터(13) 사이로 연결하는 제7다이오드(35)와, 상기 외부단자(Vext)를 상기 제6다이오드(33)와 상기 제3레귤레이터(13) 사이로 연결하는 제8다이오드(37)로 구성된다.
따라서, 통상의 정상적인 상태에서 상기 BMS(1) 및 DC-DC컨버터(11)의 B+단자와 IG단자에 공급되는 전기가 상기 외부단자(Vext)로 흐르지 않고, 상기 외부단자(Vext)로부터 공급되는 전원이 상기 BMS(1) 및 DC-DC컨버터(11)의 B+단자와 IG단자로 흐르지 않으면서도, 상기 BMS(1) 및 DC-DC컨버터(11)의 B+단자와 IG단자 및 상기 외부단자(Vext)로부터의 전기는 상기 BMS(1)의 제1레귤레이터(5)와 상기 DC-DC컨버터(11)의 제3레귤레이터(13)에 각각 공급될 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 구성된 차량 시동 장치를 제어하는 본 발명에 따른 제어방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외부단자(Vext)에 전원이 연결되어 상기 제2레귤레이터(9)가 상기 외부단자(Vext)에 전원이 인가되었음을 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 알리면, 상기 제1CPU(7)는 비상동작모드임을 인지하고, 사용자에게 비상동작모드의 실행중임을 안내하고, 상기 DC-DC컨버터(11)에 비상동작모드임을 알리는 비상안내단계(S10)와; 상기 제1CPU(7)가 고전압릴레이(15)를 제어하여 상기 DC-DC컨버터(11)에 고전압배터리(17)의 전기를 제공하는 전원제어단계(S20)와; 상기 DC-DC컨버터(11)는 상기 고전압배터리(17)로부터의 전기로 상기 보조배터리(21)를 충전하는 충전단계(S30)를 포함하여 구성된다.
상기 충전단계(S30)에서는 상기 보조배터리(21)의 충전상태가 소정수준 이상이 되는지를 모니터링하다가, 소정수준 이상 충전이 완료되면, 상기 DC-DC컨버터(11)는 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 비상동작모드 해제 요청을 송신하고, DC-DC컨버터(11)의 동작을 정지하도록 한다.
상기 충전단계(S30)에서 상기 제1CPU(7)가 상기 DC-DC컨버터(11)로부터 비상동작모드 해제 요청을 수신하면, 상기 제1CPU(7)는 사용자에게 비상동작모드의 종료를 안내하고, 그 동작을 정지하는 종료안내단계(S40)를 수행하도록 한다.
상기 비상안내단계(S10)에서 사용자에게 비상동작모드의 실행중임을 안내하는 것이나, 상기 종료안내단계(S40)에서 비상동작모드의 종료를 안내하는 것은 경고등을 점등하고 소등하여 안내하도록 할 수 있을 것이며, 이외에 LCD 등과 같이 사용자가 인식할 수 있는 다양한 수단을 통하여 사용자에게 비상동작모드의 실행과 종료를 알리도록 할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제어방법에 따른 상기 시동 장치의 작동을 도 4 내지 도 9를 참조하여 살펴본다.
도 4는 보조배터리(21)가 방전되어 사용자가 상기 외부단자(Vext)에 건전지 등의 전원을 연결하여 비상 시동을 시도하는 상태를 설명한 것으로서, 사용자가 상기 외부단자(Vext)에 연결한 전원은 상기 제2레귤레이터(9)로 공급됨과 아울러 상기 제1병렬연결수단의 제3다이오드(27)와 제4다이오드(29)를 통해 상기 제1레귤레이터(5)로 공급되고, 상기 제2병렬연결수단의 제7다이오드(35)와 제8다이오드(37)를 통해 상기 제3레귤레이터(13)로 공급되는 것을 도시하고 있다.
이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1레귤레이터(5)를 통해 상기 제1CPU(7)의 동작전원이 공급되고, 상기 제3레귤레이터(13)를 통해 상기 제2CPU(19)의 동작 전원이 공급되며, 상기 제2레귤레이터(9)는 상기 제1CPU(7)에게 상기 외부단자(Vext)로부터 전원이 공급되고 있음을 알리게 된다.
물론, 상기 제1CPU(7) 및 제2CPU(19)는 상기 외부단자(Vext)로 제공된 6V 정도의 전원으로도 그 제어작동이 가능하며, 본 발명은 이와 같은 성질을 이용한 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 제1CPU(7)는 상기 제2레귤레이터(9)로부터의 신호에 의해 비상동작모드임을 인식하고, 이를 상기 경고등 등을 통해 사용자에게 표시하여 안내함은 물론, 상기 제2CPU(19)로 비상동작모드임을 알려주는 상기 비상안내단계(S10)를 수행한다.
이어, 상기 제1CPU(7)는 도 7과 같이 상기 고전압릴레이(15)를 구동하여, 상기 고전압배터리(17)의 전원이 상기 DC-DC컨버터(11)에 제공될 수 있도록 하는 전원제어단계(S20)를 수행한다.
이에 따라, 상기 DC-DC컨버터(11)는 도 8과 같이 상기 고전압배터리(17)로부터의 전원으로 상기 보조배터리(21)를 충전하며, 그 충전상태가 소정수준 이상이 되면, 도 9와 같이 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 비상동작모드 해제 요청을 송신하고, DC-DC컨버터(11)의 동작을 정지하는 상기 충전단계(S30)를 수행한다.
여기서, 상기 보조배터리(21)의 충전상태를 판단하는 소정수준이란, 보조배터리(21)에 차량의 시동에 필요한 전기가 충전되었다고 인정되는 수준을 말하는 바, 도 3에서는 충전전류가 5A이상이 되었는지의 여부를 상기 소정수준으로 삼고 있다.
물론, 상기와 같이 충전단계(S30)가 완료된 후, 상기 제1CPU(7)는 사용자에게 비상동작모드의 종료를 안내하고, 그 동작을 정지하는 종료안내단계(S40)를 수행하는 바, 사용자는 상기와 같이 비상동작모드의 종료를 안내 받으면, 상기 외부단자(Vext)에 연결하였던 건전지 등의 전원을 해제하고 정상적인 시동조작을 통해 차량의 시동을 걸면 된다.
1; BMS
5; 제1레귤레이터
7; 제1CPU
9; 제2레귤레이터
11; DC-DC컨버터
13; 제3레귤레이터
15; 고전압릴레이
17; 고전압배터리
19; 제2CPU
21; 보조배터리
23; 제1다이오드
25; 제2다이오드
27; 제3다이오드
29; 제4다이오드
31; 제5다이오드
33; 제6다이오드
35; 제7다이오드
37; 제8다이오드
Vext; 외부단자
S10; 비상안내단계
S20; 전원제어단계
S30; 충전단계
S40; 종료안내단계

Claims (7)

  1. 외부전원을 BMS(1)에 연결할 수 있도록 구비된 외부단자(Vext)와;
    상기 BMS(1)의 제1레귤레이터(5)에 대해, 상기 외부단자(Vext)를 상기 BMS(1)의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제1병렬연결수단과;
    상기 외부단자(Vext)로부터의 전원을 받아 상기 외부단자(Vext)에 전원이 인가되었음을 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 알려줄 수 있도록 구비된 제2레귤레이터(9)와;
    DC-DC컨버터(11)의 제3레귤레이터(13)에 대해, 상기 외부단자(Vext)를 상기 DC-DC컨버터(11)의 B+단자 및 IG단자와 병렬로 연결시키는 제2병렬연결수단;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1병렬연결수단은
    상기 BMS(1)의 B+단자와 상기 제1레귤레이터(5) 사이에 설치된 제1다이오드(23)와;
    상기 BMS(1)의 IG단자와 상기 제1레귤레이터(5) 사이에 설치된 제2다이오드(25)와;
    상기 외부단자(Vext)를 상기 제1다이오드(23)와 상기 제1레귤레이터(5) 사이로 연결하는 제3다이오드(27)와;
    상기 외부단자(Vext)를 상기 제2다이오드(25)와 상기 제1레귤레이터(5) 사이로 연결하는 제4다이오드(29);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시동 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2병렬연결수단은
    상기 DC-DC컨버터(11)의 B+단자와 상기 제3레귤레이터(13) 사이에 설치된 제5다이오드(31)와;
    상기 DC-DC컨버터(11)의 IG단자와 상기 제3레귤레이터(13) 사이에 설치된 제6다이오드(33)와;
    상기 외부단자(Vext)를 상기 제5다이오드(31)와 상기 제3레귤레이터(13) 사이로 연결하는 제7다이오드(35)와;
    상기 외부단자(Vext)를 상기 제6다이오드(33)와 상기 제3레귤레이터(13) 사이로 연결하는 제8다이오드(37);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시동 장치.
  4. 청구항 1항 내지 청구항 3항 중 어느 한 항의 차량 시동 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 외부단자(Vext)에 전원이 연결되어 상기 제2레귤레이터(9)가 상기 외부단자(Vext)에 전원이 인가되었음을 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 알리면, 상기 제1CPU(7)는 비상동작모드임을 인지하고, 사용자에게 비상동작모드의 실행중임을 안내하고, 상기 DC-DC컨버터(11)에 비상동작모드임을 알리는 비상안내단계(S10)와;
    상기 제1CPU(7)가 고전압릴레이(15)를 제어하여 상기 DC-DC컨버터(11)에 고전압배터리(17)의 전기를 제공하는 전원제어단계(S20)와;
    상기 DC-DC컨버터(11)는 상기 고전압배터리(17)로부터의 전기로 상기 보조배터리(21)를 충전하는 충전단계(S30);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시동 장치 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 비상안내단계(S10)에서 사용자에게 비상동작모드의 실행중임을 안내하는 것은 경고등을 점등하여 안내하는 것
    을 특징으로 하는 차량 시동 장치 제어방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 충전단계(S30)에서는
    상기 보조배터리(21)의 충전상태가 소정수준 이상이 되는지를 모니터링하다가, 소정수준 이상 충전이 완료되면, 상기 DC-DC컨버터(11)는 상기 BMS(1)의 제1CPU(7)에 비상동작모드 해제 요청을 송신하고, DC-DC컨버터(11)의 동작을 정지하는 것
    을 특징으로 하는 차량 시동 장치 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 충전단계(S30)에서 상기 제1CPU(7)가 상기 DC-DC컨버터(11)로부터 비상동작모드 해제 요청을 수신하면, 상기 제1CPU(7)는 사용자에게 비상동작모드의 종료를 안내하고, 그 동작을 정지하는 종료안내단계(S40);
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시동 장치 제어방법.
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