KR20130107995A - 차량 운행 시스템, 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량 운행 시스템, 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예들은 차량 운행 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 전력을 생성하는 발전 모듈과, 발전 모듈에서 생성된 전력을 사용하여 충전되는 배터리와, 배터리의 충전을 제어하는 배터리 관리부와, 배터리를 냉각하는 냉각부를 포함하며, 배터리 관리부는 배터리의 만충전시 배터리로 공급되는 전력을 차단하며, 냉각부는 배터리 관리부가 배터리로 공급되는 전력을 차단할 경우, 발전 모듈에서 생성되는 전력을 소비하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템을 제공하여 배터리 팩이 만충전 된 이후에 생성되는 전력을 효율적으로 사용하여 배터리 팩의 안정성을 높이면서도 수명을 증가시킬 수 있도록 한다.

Description

차량 운행 시스템, 및 이의 제어방법{Vehicle operating system and method for controlling the same}
본 발명의 실시 예들은 차량 운행 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
통상적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차전지는 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
종래에는 운송 수단에 사용되는 엔진의 시동을 위한 전원공급장치로서, 납 축전지를 사용하고 있다. 최근에는 연비 개선을 위하여 ISG(Idle Stop & Go) 시스템이 적용되고 있으며, 점차 확산되는 추세이다. 공회전 제한장치인 ISG 시스템을 지원하는 전원공급장치는, 엔진 시동을 위한 고출력을 낼 수 있는 출력 특성을 가져야 한다. 또한 전원공급장치는 잦은 시동에도 충, 방전 특성이 강건하게 유지되고, 장 수명이 보장되어야 한다. 그런데, 기존의 납 축전지는 ISG 시스템 하에서 열화에 의한 충, 방전 특성의 악화 및 이로 인한 수명 단축이 문제가 되었다.
본 발명의 실시 예들은 배터리 팩이 운송 수단의 발전 모듈로부터 충전 전류를 공급받는 구성에서, 배터리 팩을 적절히 충전 가능한 차량 운행 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 예의 일 측면에 의하면, 전력을 생성하는 발전 모듈과, 발전 모듈에서 생성된 전력을 사용하여 충전되는 배터리와, 배터리의 충전을 제어하는 배터리 관리부와, 배터리를 냉각하는 냉각부를 포함하며, 배터리 관리부는 배터리의 만충전시 배터리로 공급되는 전력을 차단하며, 냉각부는 배터리 관리부가 배터리로 공급되는 전력을 차단할 경우, 발전 모듈에서 생성되는 전력을 소비하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템을 제공한다.
이러한 차량 운행 시스템의 일 특징에 의하면, 배터리 관리부로부터 배터리의 충전 상태에 관한 데이터를 수신하며, 수신한 데이터에 기초하여 냉각부를 제어하는 메인 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 특징의 일 측면에 따르면 메인 제어부는 배터리 관리부로부터 만충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 냉각부를 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
냉각부는 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고, 팬 제어부는 제어신호에 따라서 팬의 회전 속도를 조절할 수 있다.
팬 제어부는 발전 모듈에서 생성되는 전력을 모두 소비하도록 팬을 회전시킬 수 있다.
상기 특징의 다른 측면에 따르면 메인 제어부는 배터리 관리부로부터 배터리의 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 충전 상태가 기준값보다 클 경우, 냉각부의 구동을 개시하는 제어신호를 생성할 수 있다.
냉각부는 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고, 팬 제어부는 제어신호에 기초하여 팬의 회전 속도를 조절할 수 있다.
발전 모듈에서 생성되는 전력을 사용하여 배터리 충전 및 냉각부의 구동을 동시에 수행할 수 있다.
상기 특징의 또 다른 측면에 따르면, 충전 상태를 나타내는 데이터는 배터리의 전압을 나타내는 데이터일 수 있다.
메인 제어부는 배터리의 전압을 나타내는 데이터로부터 배터리의 온도를 추정하고, 추정된 온도에 따라서 냉각부를 제어할 수 있다.
한편, 차량 운행 시스템의 다른 특징에 의하면, 배터리 관리부는 배터리의 충전 상태에 관한 데이터를 냉각부로 직접 전송할 수 있다.
상기 특징의 일 측면에 따르면 냉각부는 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고, 팬 제어부는 데이터에 기초하여 팬의 회전 속도를 조절할 수 있다.
팬 제어부는 배터리 관리부로부터 만충전 상태를 나타내는 데이터를 수신한 경우 발전 모듈에서 생성된 전력을 모두 소비하도록 팬을 회전시킬 수 있다.
상기 특징의 다른 측면에 따르면, 충전 상태가 기준값보다 클 경우, 냉각부의 구동을 개시할 수 있다.
발전 모듈에서 생성되는 전력을 사용하여 배터리 충전 및 냉각부의 구동을 동시에 수행할 수 있다.
상기 특징의 다른 측면에 따르면, 충전 상태를 나타내는 데이터는 배터리의 전압을 나타내는 데이터일 수 있다.
냉각부는 배터리의 전압을 나타내는 데이터로부터 배터리의 온도를 추정하고, 추정된 온도에 따라서 냉각부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예의 다른 측면에 의하면, 발전 모듈에서 생성되는 전력으로 배터리를 충전하는 단계와, 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계와, 배터리가 만충전 상태인지 판단하는 단계와, 배터리가 만충전 상태일 때 배터리로 공급되는 전력을 차단하는 단계와, 발전 모듈에서 생성되는 전력을 배터리를 냉각시키는 냉각부에서 소비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 제어방법을 제공한다.
이러한 차량 운행 제어방법의 일 특징에 의하면 배터리가 만충전 상태일 경우, 냉각부는 발전 모듈에서 생성되는 전력을 모두 소비할 수 있다.
차량 운행 제어방법의 다른 특징에 의하면, 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계는 배터리의 전압을 측정하는 단계를 포함하며, 냉각부는 배터리의 충전 상태가 기준값보다 클 경우, 배터리의 전압에 기초하여 발전 모듈에서 생성되는 전력 중 배터리의 충전에 사용되는 전력량과 냉각부에서 사용되는 전력량을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 배터리 팩이 만충전 된 이후에 생성되는 전력을 효율적으로 사용하여 배터리 팩의 안정성을 높이면서도 수명을 증가시킬 수 있는 차량 운행 시스템을 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운행 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 팩의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 모듈의 전류 생성량을 나타내는 그래프이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 운행 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 도 8의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(1)을 나타내는 블록도이다. 차량 운행 시스템(1)이 적용되는 운송 수단은 예를 들면 자동차, 전기 자전거 등일 수 있다.
도 1을 참조하면, 차량 운행 시스템(1)은 배터리 팩(100), 스타트 모터(110), 발전 모듈(120), 냉각부(130), 전기 부하(140), 메인 제어부(150)를 포함한다.
배터리 팩(100)은 발전 모듈(110)로부터 생성되는 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장하고, 스타트 모터(120)로 스타트 모터(120)의 구동 전류를 공급한다. 또한 배터리 팩(100)은 저장된 전력을 후술할 배터리 관리부(102), 팬 제어부(132), 메인 제어부(150) 등의 제어 유닛의 동작 전원으로서 공급할 수 있을 것이다. 배터리 팩(100)은 배터리(101)와 배터리 관리부(BMS: Battery Management System)(102)를 포함한다.
배터리(101)는 충전 가능한 이차 전지일 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구성될 수 있다. 배터리(101)는 바람직하게는 리튬-이온 전지(lithium ion battery)일 수 있다.
본 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 연비 개선을 위해, ISG(Idle Stop & Go) 기능이 구현된 ISG 시스템의 엔진 시동을 위한 전원공급장치에 적용될 수 있다. ISG 시스템에서는 엔진의 중지와 재시동이 빈번하게 반복됨에 따라 배터리 팩(100)의 충전 및 방전이 반복된다.
종래 ISG 시스템에 적용되는 납 축전지는, 충전 및 방전 동작이 빈번하게 반복되는 경우 수명이 단축되고, 충방전 특성이 저하되는 문제가 있었다. 예를 들어 충전 및 방전의 반복에 따라 충전 용량이 저하되어 엔진의 시동성이 저하되며, 이로 인하여 납 축전지의 교환 주기가 짧아지는 문제가 있었다.
그러나 본 실시 예에 따르면, 배터리 팩(100)이 납 축전지에 비해, 충방전 특성이 비교적 일정하게 유지되며 경시적 열화가 적은 리튬-이온 전지를 포함함으로써, 엔진의 중지 및 재시동이 반복되는 ISG 시스템에 적합하게 적용될 수 있다. 또한 동일 충전 용량의 납 축전지에 비해 무게를 낮출 수 있으므로 연비개선 효과를 기대할 수 있으며, 납 축전지보다 적은 부피로도 동일 충전 용량을 구현할 수 있으므로 탑재 공간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시 예에서 배터리(101)는 리튬-이온 전지에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 전지를 포함할 수 있다. 단, 배터리(101)로서 사용되는 전지는 발전 모듈(120)의 출력 전압보다 정격 전압이 낮을 수 있다. 예를 들면, 배터리(101)로는 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hybride battery), 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery) 등이 사용될 수 있다.
본 실시 예에 따르면 배터리 팩(100)은 배터리 관리부(102)를 포함한다. 리튬-이온 전지 등은 납 축전지에 비하여 충방전 특성이 좋은 대신 안정성이 낮은 문제점이 있다. 따라서 배터리 팩(100)에는 배터리 관리부(102)를 포함시켜 배터리(101)가 안정적으로 충전 또는 방전될 수 있도록 한다. 즉, 배터리 관리부(102)는 배터리(101)의 충전 및 방전을 제어하여 배터리(101)의 과충전이나 과방전을 방지한다. 예를 들어, 배터리 관리부(102)는 배터리(101)의 만충전시에는 배터리(101)로 공급되는 전력을 차단한다.
배터리 관리부(102)는 제3 단자(P3)를 통하여 메인 제어부(150)와 통신하여 배터리(101)의 충전 상태나 온도 등 각종 데이터를 주고받을 수 있다. 또한 배터리 관리부(102)는 제4 단자(P4)를 통하여 후술할 팬 제어부(132)로 배터리의 충전 상태에 대한 데이터를 전송할 수 있다. 배터리 관리부(102)의 구체적인 구성에 대하여는 도 2를 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
스타트 모터(110)는 차량의 시동시에 가동되며, 엔진(미도시)의 구동축을 회전시키는 초기 회전 동력을 제공한다. 예를 들어, 스타트 모터(110)는 배터리 팩(100)의 제1 단자(P1) 및 제2 단자(P2)를 통하여 전력을 공급받아 엔진의 시동시 또는 아이들 스탑(idle stop) 이후 엔진의 재시동시에 구동축을 회전시켜 엔진을 가동할 수 있다.
발전 모듈(120)은 엔진의 구동축과 연결되어 엔진의 가동 중에 구동되어 회전 동력을 전기적인 출력으로 변환한다. 즉, 발전 모듈(120)은 엔진의 가동 중에 전력을 생성하는 구성으로서, 예를 들어 얼터네이터(alternator) 등일 수 있다. 발전 모듈(120)은 DC 발전기 또는 AC 발전기와 정류장치 등을 포함할 수 있으며, 대략 DC 15V, 보다 구체적으로 DC 14.4~14.8의 전압을 갖는 전력을 생성하여 적절한 부분에 공급할 수 있다. 여기서 발전 모듈(120)이 생성한 전력을 공급하는 적절한 부분이란 배터리 팩(100), 냉각부(130), 전기 부하(140) 등일 수 있다.
냉각부(130)는 배터리 팩(100)의 충전 및 방전에 따른 온도 상승을 감지하여 배터리 팩(100)을 냉각시켜 배터리 팩(100)의 온도를 낮춰준다. 냉각부(130)는 전원을 공급받아 회전 동력으로부터 바람을 생성하는 팬(131)과 팬(131)의 구동을 제어하는 팬 제어부(132)를 포함할 수 있다. 또한 냉각부(130)는 팬(131)으로 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 스위칭부(133)를 포함할 수 있다.
팬(131)은 배터리 팩(100)을 직접 냉각시킬 수 있도록 가능한 팬(131)에서 발생한 바람이 배터리 팩(100) 또는 배터리 팩(100)에 포함된 배터리(101)에 직접 도달하도록 구성할 수 있다. 또는 팬(131)은 적어도 덕트 등을 통하여 바람이 배터리 팩(100)이나 배터리(101)로 도달하도록 구성할 수도 있을 것이다.
본 실시 예에 따른 팬 제어부(132)는 배터리 관리부(102)로부터 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터를 수신한다. 팬 제어부(132)는 수신한 데이터에 기초하여 팬(131)을 구동한다. 예를 들어, 팬 제어부(132)의 동작은 다음과 같다.
팬 제어부(132)는 배터리(101)의 충전 상태가 기준치 예컨데 90% 이하인 경우에는 스위칭부(133)를 OFF 시켜 팬(131)으로 공급되는 전력을 차단할 수 있다. 또한 팬 제어부(132)는 배터리(101)의 충전 상태가 기준치보다 클 경우에는 스위칭부(133)를 ON 시켜 팬(131)으로 전력을 공급하며, 팬(131)을 구동시키되 배터리(101)의 충전 상태에 기초하여 팬(131)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 또한 팬 제어부(132)는 배터리(101)가 만충전 상태인 경우에는 스위칭부(133)를 ON 시키고 발전 모듈(120)에서 생성되는 모든 전력이 팬(131)에서 소비되도록 팬(131)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
전기 부하(140)는 배터리 팩(100)에 저장된 전력을 소비하는 구성이다. 전기 부하(140)는 예를 들면 네비게이션, 오디오, 조명등, 차량용 블랙 박스, 도단 방지 장치 등 다양한 종류의 전자 장치일 수 있다. 전기 부하(140)를 이루는 구성의 개수 및 종류는 운송 수단의 구체적인 구현 예에 따라 달라질 수 있다.
메인 제어부(150)는 배터리 팩(100)이 장착된 차량 운행 시스템(1)의 전체 동작을 제어하는 제어부이다. 메인 제어부(150)는 배터리 팩(100)과 제3 단자(P3)를 통해 연결되어 각종 데이터 및 제어 신호를 교환하고, 배터리 팩(100)의 상태를 모니터링 하고, 배터리 팩(100)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 팩(100)의 구조를 나타내는 블록도이다.
배터리 팩(100)은 앞서 설명한 바와 같이 배터리(101), 배터리 관리부(102), 제1 내지 제4 단자(P1~P4)를 포함하며, 배터리 관리부(102)는 다시 배터리 제어부(103)와 보호회로(104)를 포함할 수 있다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과를 메인 제어부(150)로 전송한다. 즉, 배터리 제어부(103)는 배터리(101)에 걸리는 전압, 배터리(101)에 흐르는 전류, 배터리(101)의 온도, 배터리(101)의 충전 상태 등의 데이터를 검출한다. 배터리 제어부(103)는 상기 각각의 데이터를 독립적으로 검출할 수도 있으며, 어느 하나의 데이터로부터 추정하여 획득할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 전압을 측정하고, 측정한 전압으로부터 배터리(101)의 충전 상태 또는 온도 등을 추정할 수 있다.
배터리 제어부(103)는 검출한 각종 데이터를 제3 단자(P3)를 통하여 메인 제어부(150)로 전송한다. 그리고 배터리 제어부(103)는 메인 제어부(150)로부터 데이터나 제어신호 등을 수신하고, 수신한 데이터나 제어신호에 따라서 동작할 수 있을 것이다.
또한 배터리 제어부(103)는 검출한 각종 데이터들 중 배터리(101)의 충전 상태를 나타내는 데이터를 제4 단자(P4)를 통하여 팬 제어부(132)로 전송한다. 이때 배터리(101)의 충전 상태를 나타내는 데이터는 SOC을 추정하는데 사용되는 배터리(101)의 전압 데이터일 수 있다.
보호회로(104)는 배터리 제어부(103)의 제어에 따라서 배터리(101)로의 전류의 흐름을 제어한다. 예를 들어, 배터리(101)에 과전류가 흐르는 경우, 또는 배터리(101)가 과충전된 경우, 배터리 제어부(103)는 보호회로(104)가 전류 경로를 차단하도록 제어하며, 상기 제어에 따라서 보호회로(104)는 내부에 구비된 스위칭 소자 등을 Off 시켜 전류의 흐름을 차단한다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 모듈(120)의 전류 생성량을 나타내는 그래프이다. 가로축은 시간을 나타내며 세로축은 전류의 크기를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 발전 모듈(120)에서 전력을 생성하면 전류가 배터리 팩(100)으로 유입된다. 전류가 유입된 양이 증가할수록 배터리(101)의 충전량이 증가하며, t1에서 배터리(101)는 만충전 상태가 된다. 그러나 발전 모듈(120)에서는 계속해서 전력이 생성되어 전류가 유입되며(t1 이후의 빗금친 부분), 따라서 t1 이후의 전력이 배터리(101)로 계속해서 공급되면 배터리(101)가 과충전 상태가 되어 열화가 발생하는 등 배터리(101)에 손상이 발생한다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(1)의 동작 상태를 나타내는 도면이다. 도 4는 배터리(101)가 아직 충분히 충전되지 않은 경우를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 발전 모듈(120)에서 전력을 생성하고, 이에 따라서 전류 I1이 생성된다. 생성된 전류 I1은 배터리 팩(100) 및 냉각부(130) 측으로 흐른다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태를 검출하고, 배터리(101)의 충전이 필요하다고 판단하여 보호회로(104)에 포함된 스위칭 소자를 ON 시키기 위한 제어신호 Son을 생성하여 스위칭 소자에 인가한다. 이로 인하여 스위칭 소자가 ON 상태가 되어 전류 I2가 배터리(101)로 유입되어 충전이 진행된다. 예를 들어, 배터리(101)의 충전 상태가 90% 이하일 경우, 배터리 제어부(103)는 스위칭 소자를 ON 시키고 배터리(101)를 충전한다.
배터리 제어부(103)는 또한 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터, 즉 배터리(101)의 전압에 관한 데이터 Sv를 팬 제어부(132)로 직접 전송한다. 팬 제어부(132)는 수신한 데이터 Sv에 기초하여 배터리(101)의 냉각이 필요 없다고 판단한다. 따라서 팬 제어부(132)는 스위칭부(133)가 OFF 상태가 되도록 제어신호 Soff를 스위칭부(133)로 인가하여 팬(131)으로 유입되는 전류 I3를 차단한다.
따라서 I1 = I2 가 되며, I3 = 0 이 된다. 즉, 배터리(101)가 충전되며 냉각부(130)는 구동되지 않는다.
팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터, 특히 배터리(101)의 전압에 관한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 온도를 추정할 수 있다. 배터리(101)의 전압이 높을수록 배터리(101)의 충전이 오래 진행된 것이며, 따라서 배터리(101)의 온도가 높을 것이라고 추정할 수 있다. 따라서 팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터가 기준치 이하이면 배터리(101)의 냉각이 필요 없다고 판단하며, 따라서 팬(131)을 구동시키지 않을 수 있다.
도 5는 배터리(101)의 충전량이 기준값보다 클 경우를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 발전 모듈(120)에서 전력을 생성하고, 이에 따라서 전류 I1이 생성된다. 생성된 전류 I1은 배터리 팩(100) 및 냉각부(130) 측으로 흐른다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태를 검출하고, 배터리(101)의 충전량이 기준값보다 크다고 판단하여 보호회로(104)에 포함된 스위칭 소자를 계속해서 ON 시키고, 배터리(101)를 충전한다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터, 즉 배터리(101)의 전압에 관한 데이터 Sv를 팬 제어부(132)로 직접 전송한다. 팬 제어부(132)는 수신한 데이터 Sv에 기초하여 배터리(101)의 냉각이 필요하다고 판단한다. 따라서 팬 제어부(132)는 스위칭부(133)가 ON 상태가 되도록 하는 제어신호 Son을 스위칭부(133)로 인가하여 팬(131)으로 전류 I3를 유입시켜 팬(131)의 구동을 개시한다.
따라서 I1 = I2 + I3가 되며, I2 ≠ 0, I3 ≠ 0 이 된다. 즉, 배터리(101)의 충전과 냉각부(130)의 구동이 동시에 수행된다.
팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 온도를 추정할 수 있다. 배터리(101)의 충전량이 기준값보다 크므로 배터리(101)의 전압도 기준전압보다 커지며, 따라서 배터리(101)의 온도가 높을 것이라고 추정할 수 있다. 따라서 팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터가 기준치보다 크면 배터리(101)의 냉각이 필요하다고 판단하며, 따라서 팬(131)을 구동시킨다.
이때, 팬 제어부(132)는 배터리(101)의 온도에 따라서 냉각의 정도를 결정하여야 한다. 따라서 팬 제어부(132)는 배터리(101)의 전압에 관한 데이터에 기초하여 팬(131)의 회전 속도를 결정하여 제어신호 Sd를 생성하고 생성된 제어신호 Sd를 팬(131)에 인가하여 팬(131)을 구동할 수 있을 것이다. 즉, 팬(131)으로 유입되는 전류의 양을 조절할 수 있을 것이다. 이로 인하여 발전 모듈(120)에서 생성되는 전력 중 배터리 팩(100)의 충전에 사용되는 전력량과 냉각부(130)에서 사용되는 전력량을 결정할 수 있게 된다.
도 6은 배터리(101)가 만충전된 경우를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 발전 모듈(120)에서 전력을 생성하고, 이에 따라서 전류 I1이 생성된다. 생성된 전류 I1은 배터리 팩(100) 및 냉각부(130) 측으로 흐른다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태를 검출하고, 배터리(101)가 만충전 되었다고 판단하여 보호회로(104)에 포함된 스위칭 소자를 OFF 시키기 위한 제어신호 Soff를 생성하여 스위칭 소자에 인가한다. 이루 인하여 스위칭 소자가 OFF 상태가 되어 배터리(101)로 유입되는 전류가 차단되어 충전이 종료된다.
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터, 즉 배터리(101)의 전압에 관한 데이터를 팬 제어부(132)로 직접 전송한다. 팬 제어부(132)는 수신한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 냉각이 필요하다고 판단한다. 따라서 팬 제어부(132)는 스위칭부(133)가 계속해서 ON 상태가 되도록 하여 팬(131)으로 전류 I3를 유입시켜 팬(131)을 계속해서 회전시킨다.
따라서 I1 = I3 가 되며, I2 = 0 이 된다. 즉, 배터리(101)의 충전은 종료되고 냉각부(130)만 구동된다.
팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 온도를 추정할 수 있다. 배터리(101)가 만충전된 상태이므로 크므로 배터리(101)의 전압도 기준전압보다 커지며, 따라서 배터리(101)의 온도가 높을 것이라고 추정할 수 있다. 따라서 팬 제어부(132)는 배터리 제어부(103)로부터 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터가 기준치보다 크면 배터리(101)의 냉각이 필요하다고 판단하며, 따라서 팬(131)을 구동시킨다.
이때, 배터리(101)는 만충전 상태라서 온도가 최대가 되어있으므로 냉각부(130)를 최대로 가동시킬 필요가 있다. 또한 배터리(101)로 전력이 공급되어 배터리(101)가 충전되면 배터리(101)가 열화될 수도 있다. 따라서 팬 제어부(132)는 발전 모듈(120)에서 생성된 전력을 모두 소비하도록 팬(131)을 회전시킨다.
본 실시 예에서는 배터리 제어부(103)에서 팬 제어부(132)로 배터리(101)의 전압에 관한 데이터를 전송하고, 팬 제어부(132)가 수신한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 온도를 판단하여 팬(131)의 구동 여부, 및 회전 속도를 제어하도록 하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 제어부(103)에서 배터리(101)의 전압에 기초하여 배터리(101)의 온도를 판단하고, 배터리 제어부(103)는 판단 결과에 기초하여 냉각부(130)를 제어하기 위한 제어신호를 팬 제어부(132)에 인가하도록 구성할 수도 있을 것이다.
도 7은 도 1의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(1)의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 메인 제어부(150) 또는 배터리 관리부(102)는 발전 모듈(120)에서 전력이 생성되는지를 판단한다(S101). 발전 모듈(120)에서 전력이 생성될 경우 배터리(101)의 충전을 개시한다(S102).
배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태를 검출하고 이에 기초하여 충전량을 측정한다(S103). 측정한 충전량이 기준값보다 큰지를 판단하고(S104), 측정한 충전량이 기준값 이하라고 판단한 경우에는 S103 단계로 돌아간다.
측정한 충전량이 기준값보다 큰 경우에는 배터리 제어부(103)는 팬 제어부(132)로 충전 상태를 통지한다(S105). 즉 배터리 제어부(103)는 배터리(101)의 충전 상태에 대한 데이터, 예를 들어 배터리(101)의 전압에 관한 데이터를 팬 제어부(132)로 전송한다.
그리고 팬 제어부(132)는 수신한 배터리(101)의 전압에 관한 데이터에 기초하여 배터리(101)의 온도가 높다고 추정하고, 이로부터 팬(131)의 구동이 필요하다고 판단하여 팬(131)의 구동을 개시한다(S106).
배터리 제어부(103)는 배터리(101)가 만충전 되었는지를 판단하고(S107), 만충전이 되지 않은 경우 S103 단계로 돌아가 앞서 설명한 단계를 반복한다. 반면에 배터리(101)가 만충전 되었다고 판단한 경우에는 보호회로(104)에 포함된 스위칭 소자를 OFF시켜 배터리(101)의 충전을 종료한다(S108).
배터리 제어부(103)는 팬 제어부(132)로 배터리(101)의 만충전 상태를 통지한다(S109). 즉, 배터리(101)의 전압에 관한 데이터를 팬 제어부(132)로 전송한다.
팬 제어부(132)는 수신한 데이터에 기초하여 배터리(101)가 만충전 되었으며 온도가 충분히 높은 상태일 것이라고 추정한다. 따라서 팬 제어부(132)는 발전 모듈(120)에서 생성되는 전력을 모두 소비하도록 팬(131)의 회전 속도를 증가시킨다(S110).
그리고 발전 모듈(120)에서 전력이 계속해서 생성되는지를 판단하여(S111) 전력이 생성되는 경우에는 S103 단계로 돌아가며, 전력이 생성되지 않는 경우에는 동작을 종료한다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(1)에 따르면 배터리(101)가 만충전 되면 더 이상의 충전이 수행되지 않도록 배터리(101)로 공급되는 전력을 차단하고, 발전 모듈(120)에서 생성되는 전력이 모두 팬(131)에 의하여 소비되도록 제어한다. 따라서 배터리(101)의 열화 등 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배터리(101)를 냉각시킴으로 인하여 배터리 팩(100)의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 팬 제어부(132)는 배터리(101)의 전압에 기초하여 배터리(101)의 온도를 추정하고, 이로부터 팬(131)의 구동 여부 및 회전 속도를 조절할 수 있으며, 따라서 별도로 배터리(101)의 온도를 측정할 필요가 없게 되어 배터리(101)의 온도 측정을 위한 구성을 생략할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(1)을 나타내는 블록도이다. 본 실시 예에서는 도 1에 따른 차량 운행 시스템(2)과의 차이점을 중점적으로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 본 실시 예에 따른 배터리 관리부(202)는 배터리(201)의 충전 상태에 대한 데이터, 즉 배터리(201)의 전압에 관한 데이터를 메인 제어부(250)로 전송한다.
메인 제어부(250)는 수신한 데이터에 기초하여 팬(231)의 구동 여부를 지시하는 제어신호를 팬 제어부(232)로 전송한다. 즉 메인 제어부(250)가 팬 제어부(232)의 동작을 지시한다.
팬 제어부(232)는 메인 제어부(250)로부터의 지시에 기초하여 팬(231)을 구동한다. 메인 제어부(250)로부터의 지시에 팬(231)의 구동 여부 및 회전 속도가 모두 포함되어 있을 수 있다. 또는 메인 제어부(250)는 배터리 관리부(202)로부터 수신한 배터리(201)의 전압에 관한 데이터 또는 그에 기초한 온도 데이터를 수신하고, 팬 제어부(232)가 수신한 데이터에 기초하여 팬(231)의 구동 여부 및 회전 속도를 결정할 수도 있을 것이다.
이상과 같이 본 실시 예는 배터리(201)의 전압에 관한 데이터 및 그에 기초한 배터리(101)의 온도 추정에 배터리 관리부(202)와 팬 제어부(232) 뿐만 아니라 메인 제어부(250)가 관여하게 된다.
도 9는 본 발명의 도 8의 실시 예에 따른 차량 운행 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 메인 제어부(250) 또는 배터리 관리부(202)는 발전 모듈(220)에서 전력이 생성되는지를 판단한다(S201). 발전 모듈(220)에서 전력이 생성될 경우 배터리(201)의 충전을 개시한다(S202).
배터리 관리부(202)는 배터리(201)의 충전 상태를 검출하고 이에 기초하여 충전량을 측정한다(S203). 측정한 충전량이 기준값보다 큰지를 판단하고(S204), 측정한 충전량이 기준값 이하라고 판단한 경우에는 S203 단계로 돌아간다.
측정한 충전량이 기준값보다 큰 경우에는 배터리 관리부(202)는 메인 제어부(250)로 충전 상태를 통지한다(S205). 즉 배터리 관리부(202)는 배터리(201)의 충전 상태에 대한 데이터, 예를 들어 배터리(201)의 전압에 관한 데이터를 메인 제어부(250)로 전송한다. 메인 제어부(250)는 수신한 데이터에 기초하여 팬(231)의 구동 여부를 지시하는 제어신호를 팬 제어부(232)로 전송한다. 즉 메인 제어부(250)가 팬 제어부(232)의 동작을 지시한다(S206).
그리고 팬 제어부(232)는 수신한 지시에 기초하여 배터리(201)의 온도가 높다고 추정하고, 이로부터 팬(231)의 구동이 필요하다고 판단하여 팬(231)의 구동을 개시한다(S207).
배터리 관리부(202)는 배터리(201)가 만충전 되었는지를 판단하고(S208), 만충전이 되지 않은 경우 S203 단계로 돌아가 앞서 설명한 단계를 반복한다. 반면에 배터리(201)가 만충전 되었다고 판단한 경우에는 보호회로에 포함된 스위칭 소자를 OFF시켜 배터리(201)의 충전을 종료한다(S209).
배터리 관리부(202)는 메인 제어부(250)로 배터리(201)의 만충전 상태를 통지한다(S210). 즉, 배터리(201)의 전압에 관한 데이터를 메인 제어부(250)로 전송한다. 그리고 메인 제어부(250)가 수신한 데이터에 기초하여 다시 팬 제어부(232)의 동작을 지시한다(S211).
팬 제어부(232)는 수신한 지시에 기초하여 배터리(201)가 만충전 되었으며 온도가 충분히 높은 상태일 것이라고 추정한다. 따라서 팬 제어부(232)는 발전 모듈(220)에서 생성되는 전력을 모두 소비하도록 팬(231)의 회전 속도를 증가시킨다(S212).
그리고 발전 모듈(220)에서 전력이 계속해서 생성되는지를 판단하여(S213) 전력이 생성되는 경우에는 S203 단계로 돌아가며, 전력이 생성되지 않는 경우에는 동작을 종료한다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 차량 운행 시스템(2)에 따르면 배터리(201)가 만충전 되면 더 이상의 충전이 수행되지 않도록 배터리(201)로 공급되는 전력을 차단하고, 발전 모듈(220)에서 생성되는 전력이 모두 팬(231)에 의하여 소비되도록 제어한다. 따라서 배터리(201)의 열화 등 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배터리(201)를 냉각시킴으로 인하여 배터리 팩(200)의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 팬 제어부(232)는 배터리(201)의 전압에 기초하여 배터리(201)의 온도를 추정하고, 이로부터 팬(231)의 구동 여부 및 회전 속도를 조절할 수 있으며, 따라서 별도로 배터리(201)의 온도를 측정할 필요가 없게 되어 배터리(201)의 온도 측정을 위한 구성을 생략할 수 있게 된다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
1,2 차량 운행 시스템 100,200 배터리 팩
101,201 배터리 102,202 배터리 관리부
103 배터리 제어부 104 보호회로
110,210 스타트 모터 120,220 발전 모듈
130,230 냉각부 131,231 팬
132,232 팬 제어부 133,233 스위칭부
140,240 전기 부하 150,250 메인 제어부

Claims (20)

  1. 전력을 생성하는 발전 모듈;
    상기 발전 모듈에서 생성된 전력을 사용하여 충전되는 배터리;
    상기 배터리의 충전을 제어하는 배터리 관리부;
    상기 배터리를 냉각하는 냉각부;를 포함하며,
    상기 배터리 관리부는 상기 배터리의 만충전시 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단하며,
    상기 냉각부는 상기 배터리 관리부가 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단할 경우, 상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 소비하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리부로부터 상기 배터리의 충전 상태에 관한 데이터를 수신하며, 상기 데이터에 기초하여 상기 냉각부를 제어하는 메인 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 배터리 관리부로부터 만충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 데이터에 기초하여 상기 냉각부를 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 상기 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고,
    상기 팬 제어부는 상기 제어신호에 따라서 상기 팬의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팬 제어부는 상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 모두 소비하도록 상기 팬을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 배터리 관리부로부터 상기 배터리의 충전 상태를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 충전 상태가 기준값보다 클 경우, 상기 냉각부의 구동을 개시하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 상기 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고,
    상기 팬 제어부는 상기 제어신호에 기초하여 상기 팬의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 사용하여 상기 배터리 충전 및 상기 냉각부의 구동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 충전 상태를 나타내는 데이터는 상기 배터리의 전압을 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 배터리의 전압을 나타내는 데이터로부터 상기 배터리의 온도를 추정하고, 상기 추정된 온도에 따라서 상기 냉각부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는 상기 배터리의 충전 상태에 관한 데이터를 상기 냉각부로 직접 전송하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 배터리를 냉각시키기 위한 팬 및 상기 팬의 구동을 제어하는 팬 제어부를 포함하고,
    상기 팬 제어부는 상기 데이터에 기초하여 상기 팬의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 팬 제어부는 상기 배터리 관리부로부터 만충전 상태를 나타내는 데이터를 수신한 경우 상기 발전 모듈에서 생성된 전력을 모두 소비하도록 상기 팬을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 충전 상태가 기준값 이상일 경우, 상기 냉각부의 구동을 개시하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 사용하여 상기 배터리 충전 및 상기 냉각부의 구동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 충전 상태를 나타내는 데이터는 상기 배터리의 전압을 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 배터리의 전압을 나타내는 데이터로부터 상기 배터리의 온도를 추정하고, 상기 추정된 온도에 따라서 상기 냉각부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 시스템.
  18. 발전 모듈에서 생성되는 전력으로 배터리를 충전하는 단계;
    상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계;
    상기 배터리가 만충전 상태인지 판단하는 단계;
    상기 배터리가 만충전 상태일 때 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단하는 단계; 및
    상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 상기 배터리를 냉각시키는 냉각부에서 소비하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리가 만충전 상태일 경우, 상기 냉각부는 상기 발전 모듈에서 생성되는 전력을 모두 소비하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 제어방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계는 상기 배터리의 전압을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 냉각부는 상기 배터리의 충전 상태가 기준값 이상일 경우, 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 발전 모듈에서 생성되는 전력 중 상기 배터리의 충전에 사용되는 전력량과 상기 냉각부에서 사용되는 전력량을 결정하는 것을 특징으로 하는, 차량 운행 제어방법.
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