KR20130045708A - 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법 - Google Patents

차량의 배터리 충전장치 및 충전방법 Download PDF

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Abstract

완속충전포트 회로, 급속충전포트 회로 및 배터리팩 회로가 연결되고, 배터리팩 회로측에 릴레이가 구비되어 완속충전포트 회로 또는 급속충전포트 회로를 선택적으로 배터리팩 회로와 연결될 수 있도록 하는 통합PRA(Power Relay Assembly); 및 완속충전포트 또는 급속충전포트의 포트 연결을 감지하여 상기 릴레이를 제어함으로써 완속충전포트 또는 급속충전포트가 배터리팩 회로와 선택적으로 연결될 수 있도록 하는 BMS(Battery Mnagement System);를 포함하는 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법이 소개된다.

Description

차량의 배터리 충전장치 및 충전방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING BATTERY FOR VEHICLE}
본 발명은 차량 배터리를 충전하기 위한 PRA를 축소시키고, 급속충전시의 안정도를 향상시킬 수 있는 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법에 관한 것이다.
널리 배터리가 장착된 차량이라 함은 하이브리드 차량, 전기자동차, 연료전지 차량 등 배터리가 차량의 주 구동원으로써 사용되는 차량들을 말한다.
도 1은 종래의 차량의 배터리 충전장치를 나타낸 도면으로서, 이러한 전기 자동차에는 완속(일반가정용 AC 110V, 220V)충전과 급속충전이 있다. 현재 전기차 배터리팩에는 급속충전 시 안전성을 위해 보조PRA(17)를 추가하여 장착하게 되어 있다. PRA는 Power Relay Assembly로서 배터리와 포트간의 연결을 제어하는 릴레이가 장착되어 있다.
또한, 완속충전의 경우 완속충전포트(30)와 OBC(On-Board Charger,35)가 연결되어 있고, OBC(35)는 가정용 교류전원을 직류로 변환하는 역할을 수행하는 것이다. 그리고 OBC는 PRA #1(37)과 연결되어 배터리팩과 연결될 수 있도록 한다.
이러한 구조를 통하여 두 개의 PRA를 설치하고, 각각 BMS(Battery Mnagement System,50)의 제어를 받아 완속충전 또는 급속충전을 행하는 것이다.
그러나, 이러한 구조는 근본적으로 두 개의 PRA를 필요로 하는 점에서 원가증대와 중량증대 등의 비효율적인 측면이 있었다.
구체적으로, 완속충전시에는 완속충전포트(30)에 AC 110V 또는 220V 충전코드를 삽입하면 OBC(35)에서 BMS(50)에 충전신호를 보낸다. 그리고 BMS(50)에서 PRA #1(37)에 릴레이를 ON시켜 완속충전할 수 있는 상태를 만들면 OBC(35)를 통해 충전전류가 PRA #1(37)을 통해 배터리팩으로 충전이 된다.(OBC: 교류 전류를 직류전류로 변환, 충전하는 기능을 가짐, 차량내부 충전 장치임)
급속충전의 경우에는 급속충전포트(10)에 급속충전기를 삽입하면 급속충전신호를 BMS(50)에 전송한다. 그리고 BMS(50)에서 PRA #2(17)에 릴레이를 ON시켜 급속충전할 수 있는 상태를 만들면 충전전류가 PRA #2(17)를 통해 배터리팩으로 충전이 된다.
이와 같이 급속충전용 PRA #2(17)를 별도 장착하는 이유는 PRA #2(17)가 급속충전을 하기 위한 릴레이용으로 사용하기 위함이다. 즉 차량의 모든 키 신호뿐만 아니라 IG_ON상태 이후의 단계에서도 급속충전을 하는 신호가 없으면 OFF가 되어 있어 고전압 충전포트 커버가 고객에게 개방되어 있어도 안전성을 확보하기 위해 별도 장착을 한다.
한편, 완속충전의 경우에는 IG_ON상태 이상에서도 OBC가 OFF가 되어 있기 때문에 고객에게 완속충전포트 커버가 개방되어 있어도 안전성을 확보할 수 있다.
따라서, 이러한 급속충전의 안정성을 확보하면서도 PRA의 삭제를 통하여 원가 및 공수를 축소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있었다.
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 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량 배터리를 충전하기 위한 PRA를 축소시키고, 급속충전시의 안정도를 향상시킬 수 있는 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법은, 완속충전포트 회로, 급속충전포트 회로 및 배터리팩 회로가 연결되고, 배터리팩 회로측에 릴레이가 구비되어 완속충전포트 회로 또는 급속충전포트 회로를 선택적으로 배터리팩 회로와 연결될 수 있도록 하는 통합PRA(Power Relay Assembly); 및 완속충전포트 또는 급속충전포트의 포트 연결을 감지하여 상기 릴레이를 제어함으로써 완속충전포트 또는 급속충전포트가 배터리팩 회로와 선택적으로 연결될 수 있도록 하는 BMS(Battery Mnagement System);를 포함한다.
상기 완속충전포트는 OBC(On-Board Charger)를 통해 배터리팩 회로와 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 BMS는 OBC로부터 완속충전포트의 포트 연결을 감지할 수 있다.
상기 BMS는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 상기 릴레이의 융착여부를 체크하고 릴레이 융착으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지할 수 있다.
상기 BMS는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성할 수 있다.
상기 BMS는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 차량의 시동상태를 체크하고 시동 중으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지할 수 있다.
상기 BMS는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성할 수 있다.
한편, 청구항 1의 차량의 배터리 충전장치를 이용한 충전방법은, BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계; PRA 릴레이의 융착여부를 체크하는 체크단계; PRA 릴레이의 미융착시 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계; 및 PRA 릴레이의 융착시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계;를 포함한다.
또는 차량의 배터리 충전은, BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계; 차량의 시동여부를 체크하는 체크단계; 차량이 시동 전일 경우 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계; 및 차량이 시동 중일 경우 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계;를 포함한다.
상기 폐쇄단는 급속충전 주유구가 개방된 상태이고 PRA 릴레이의 융착시, 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 경우에는 급속충전 주유구를 폐쇄시킬 수 있다.
상기 폐쇄단계는 급속충전 주유구가 개방된 상태이고 차량이 시동 중일 경우, 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 경우에는 급속충전 주유구를 폐쇄시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법에 따르면, 차량 배터리를 충전하기 위한 PRA를 축소시키고, 급속충전시의 안정도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 차량의 배터리 충전장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 충전장치를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 차량의 배터리 충전장치의 통합PRA를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 충전방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 배터리 충전장치 및 충전방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 충전장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 차량의 배터리 충전장치의 통합PRA를 나타낸 도면이다.
본 발명의 차량의 배터리 충전장치는, 완속충전포트(30) 회로, 급속충전포트(10) 회로 및 배터리팩(300) 회로가 연결되고, 배터리팩(300) 회로측에 릴레이(R)가 구비되어 완속충전포트(30) 회로 또는 급속충전포트(10) 회로를 선택적으로 배터리팩(300) 회로와 연결될 수 있도록 하는 통합PRA(Power Relay Assembly,100); 및 완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)의 포트 연결을 감지하여 상기 릴레이(R)를 제어함으로써 완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)가 배터리팩(300) 회로와 선택적으로 연결될 수 있도록 하는 BMS(Battery Mnagement System,500);를 포함한다.
통합PRA는 릴레이를 통하여 선택적으로 완속충전포트(30) 회로, 급속충전포트(10) 회로 및 배터리팩(300) 회로를 연결하도록 한다. 즉, +극의 하나의 릴레이와 -극의 하나의 릴레이를 사용하여 BMS(500)의 제어를 통해 배터리팩(300)과 완속충전포트(30) 또는 배터리팩(300)과 급속충전포트(10)를 연결하도록 하는 것이다. 이러한 구성을 통해 종래의 보조 PRA 즉, 급속충전용 PRA #2를 삭제할 수 있는 것이다.
한편, 이러한 통합PRA(100)의 제어는 BMS(500)에 의해 수행될 수 있다. BMS(500)는 완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)의 포트 연결을 감지하여 상기 릴레이(R)를 제어함으로써 완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)가 배터리팩(300) 회로와 선택적으로 연결될 수 있도록 한다. 즉, BMS(500)는 완속충전포트(30)와 연결된 OBC(35)를 통하여 포트의 접속여부를 알 수 있고, 또는 급속충전포트(10)로부터 포트의 접속여부를 체크하여 상기 릴레이(R)를 작동시키는 것이다.
한편, 상기 완속충전포트(30)는 OBC(On-Board Charger,35)를 통해 배터리팩(300) 회로와 연결되도록 구성되고 BMS(500)는 OBC(35)로부터 완속충전포트(30)의 포트 연결을 감지하도록 함으로써 완속충전포트(30)에 대하여는 포트 또는 릴레이의 융착이나 고장시에도 대비가 가능하다. 이는 릴레이(R)와 OBC(35)에 의한 이중 안전장치 때문이다.
한편, 급속충전포트(10)에 대하여는 릴레이(R) 이외에도 별도의 안전기구를 마련하는 것이 필요한다. 이를 위해, 상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 상기 릴레이(R)의 융착여부를 체크하고 릴레이(R) 융착으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하도록 한다. 즉, BMS(500)의 릴레이(R) 융착 여부를 통해 차량의 외부로 노출된 급속충전 주유구 자체를 개방하지 않도록 함으로써 이중의 안전장치 역할을 수행하도록 하는 것이다.
또한, 상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성하여 사용자가 이를 인지할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
한편, 상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 차량의 시동상태를 체크하고 시동 중으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하도록 할 수 있다. 그리고, 이 역시 BMS(500)는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성하도록 하는 것도 가능하다.
일반적으로 전기 자동차의 경우에는 이그니션(IG) 온 또는 레디(Ready) 상태에서 스타트를 수행하게 되는데, 이러한 시동 중에는 급속충전시 배터리의 관리상 충전을 하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이를 위해 BMS는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 차량의 시동상태를 체크하고 시동 중으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하도록 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배터리 충전방법의 순서도로서, 청구항 1의 차량의 배터리 충전장치를 이용한 충전방법이 도시되어 있다. 이러한 차량의 배터리 충전방법은, BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계(S100); 통합PRA 릴레이의 융착여부를 체크하는 체크단계(S200); 통합PRA 릴레이의 미융착시 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계(S500); 및 통합PRA 릴레이의 융착시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계(S400);를 포함한다.
즉, 릴레이의 융착여부를 통해 급속충전의 경우 주유구를 막음으로써 안전사고에 대비하고, 물론 완속충전의 경우는 OBC를 통한 회로 폐쇄를 통해 안전장치 역할을 수행하도록 하는 것이다.
또한, 또 다른 차량의 배터리 충전장치를 이용한 충전방법은, BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계(S100); 차량의 시동여부를 체크하는 체크단계(S300); 차량이 시동 전일 경우 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계(S500); 및 차량이 시동 중일 경우 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계(S400);를 포함할 수 있다. 즉, 릴레이 융착 상태뿐만 아니라, 차량의 시동 중인 경우에도 급속충전을 방지하여 에너지와 배터리를 관리할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 상기 폐쇄단계(S400)는 급속충전 주유구가 개방된 상태이고 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 경우에는 급속충전 주유구를 폐쇄시키도록 함이 바람직하다.
즉, 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 상태에서 릴레이의 융착이나 시동 중인 것으로 판단된 경우에는 주유구를 폐쇄시키도록 하는 동작신호를 생성하되, 이는 어디까지나 급속충전포트가 연결되지 않은 상태에서 수행되도록 하여 포트의 물리적 손상을 방지하도록 하는 것이다.
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.
10 : 급속충전포트 30 : 완속충전포트
100 : 통합PRA 300 : 배터리팩
500 : BMS

Claims (11)

  1. 완속충전포트(30) 회로, 급속충전포트(10) 회로 및 배터리팩(300) 회로가 연결되고, 배터리팩(300) 회로측에 릴레이(R)가 구비되어 완속충전포트(30) 회로 또는 급속충전포트(10) 회로를 선택적으로 배터리팩(300) 회로와 연결될 수 있도록 하는 통합PRA(Power Relay Assembly,100); 및
    완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)의 포트 연결을 감지하여 상기 릴레이(R)를 제어함으로써 완속충전포트(30) 또는 급속충전포트(10)가 배터리팩(300) 회로와 선택적으로 연결될 수 있도록 하는 BMS(Battery Mnagement System,500);를 포함하는 차량의 배터리 충전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 완속충전포트(30)는 OBC(On-Board Charger,35)를 통해 배터리팩(300) 회로와 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 BMS(500)는 OBC(35)로부터 완속충전포트(30)의 포트 연결을 감지하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 상기 릴레이(R)의 융착여부를 체크하고 릴레이(R) 융착으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 개방신호가 접수될 경우 차량의 시동상태를 체크하고 시동 중으로 판단시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 BMS(500)는 급속충전 주유구의 폐쇄 유지시 경고신호를 함께 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전장치.
  8. 청구항 1의 차량의 배터리 충전장치를 이용한 충전방법으로서,
    BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계(S100);
    통합PRA 릴레이의 융착여부를 체크하는 체크단계(S200);
    통합PRA 릴레이의 미융착시 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계(S500); 및
    통합PRA 릴레이의 융착시 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계(S400);를 포함하는 차량의 배터리 충전방법.
  9. 청구항 1의 차량의 배터리 충전장치를 이용한 충전방법으로서,
    BMS에서 급속충전 주유구의 개방신호를 접수하는 접수단계(S100);
    차량의 시동여부를 체크하는 체크단계(S300);
    차량이 시동 전일 경우 급속충전 주유구를 개방하는 개방단계(S500); 및
    차량이 시동 중일 경우 급속충전 주유구의 폐쇄를 유지하는 폐쇄단계(S400);를 포함하는 차량의 배터리 충전방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 폐쇄단계(S400)는 급속충전 주유구가 개방된 상태이고 통합PRA 릴레이의 융착시, 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 경우에는 급속충전 주유구를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 폐쇄단계(S400)는 급속충전 주유구가 개방된 상태이고 차량이 시동 중일 경우, 급속충전포트의 연결이 감지되지 않은 경우에는 급속충전 주유구를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전방법.
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