KR20140013250A - 멀티 배터리팩을 이용한 차량용 전원 공급 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티 배터리팩을 이용한 차량용 전원 공급 장치 및 제어 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원 공급 장치는, 메인 배터리팩, 보조 배터리팩, 메인 배터리팩의 전원 및 보조 배터리팩의 전원 중 하나가 차량 구동계에 선택적으로 전달되도록 스위칭 동작하는 PRA 및 메인 배터리팩을 모니터링하고 모니터링 결과를 기초로 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 BMS를 포함한다. 이에 의해, 차량용 전원 공급 장치의 배터리팩에 비상 상황으로 인한 제어 불가능한 고장 발생시에도, 전기 자동차의 비상 상황에 대한 대응력이 강화되어, 승객과 차량에 대한 안전성을 확보할 수 있다.

Description

멀티 배터리팩을 이용한 차량용 전원 공급 장치 및 제어 방법{Vehicle power supply with multi battery packs and power control method therof}
본 발명은 차량용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 구동계에 전원을 공급하기 위한 차량용 전원 공급 장치 및 이에 의한 전원 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 전기 자동차에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치의 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 전원 공급 장치는, 고전압 배터리팩(10), PRA(Power Relay Assembly)(20), BMS(Battery Manageemnt System)(30), 인버터(40) 및 모터(50)를 구비한다.
고전압 배터리팩(10)은 모터(50)를 구동시키는 인버터(40)에 필요한 전원을 PRA(20)를 통해 공급한다.
BMS(30)는 고전압 배터리팩(10)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 되는 고전압 배터리팩(10)의 상태에 따라 PRA(120)에 구비된 릴레이의 스위칭 동작을 제어하여 전원 공급을 제어한다.
도 2는, 도 1에 도시된 차량용 전원 공급장치의 BMS(30)에 의한 전원 공급 제어 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, BMS(30)는 PRA(120)의 릴레이에 대한 ON/OFF 제어를 통해, 고전압 배터리팩(10)의 전원을 인버터(40)에 공급한다(S21).
그리고, BMS(30)는 고전압 배터리팩(10)을 구성하는 셀들의 전압들과 온도들을 측정하고 릴레이에 흐르는 전류를 측정하면서 고전압 배터리팩(10)에 고장발생 여부를 모니터링 한다(S22).
S22단계의 모니터링 결과 고전압 배터리팩(10)에 고장이 발생한 것으로 판단된 경우(S23-Y), BMS(130)는 릴레이를 OFF 시켜 고전압 배터리팩(10)을 차량 구동계에서 차단시킨다(S24).
S24단계에 의해 전기 자동차에 전원 공급이 차단되는데, 운행 위치나 상황에 따라 전기 자동차에 대한 전원 공급 중단은 승객과 차량의 안전에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 차량용 전원 공급 장치의 배터리팩에 비상 상황으로 인한 제어 불가능한 고장 발생시에도, 승객과 차량의 안전하게 보호하기 위한 멀티 배터리팩을 이용한 차량용 전원 공급 장치 및 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 전원 공급 장치는, 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 메인 배터리팩; 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조 배터리팩; 상기 메인 배터리팩의 전원 및 상기 보조 배터리팩의 전원 중 하나가 차량 구동계에 선택적으로 전달되도록 스위칭 동작하는 PRA(Power Relay Assembly); 및 상기 메인 배터리팩을 모니터링하고, 모니터링 결과를 기초로 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 BMS(Battery Manageemnt System);를 포함한다.
그리고, 상기 BMS는, 상기 메인 배터리팩에 복구 불가능한 고장이 발생한 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에서 차단되고 상기 보조 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 BMS는, 상기 메인 배터리팩에 복구 가능한 고장이 발생한 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 보호 모드로 운영되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 BMS는, 상기 보호 모드가 설정된 시간 동안 지속되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에서 차단되고 상기 보조 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 BMS는, 상기 메인 배터리팩이 정상 상태인 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 보조 배터리팩의 용량은, 차량에 대한 비상 조치를 위한 이동거리 만큼을 이동하는데 필요한 전원을 저장할 수 있는 용량일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 차량용 전원 공급 제어 방법은, 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 메인 배터리팩의 상태를 모니터링 하는 단계; 및 상기 모니터링 단계에서 판단된 상기 메인 배터리팩의 상태를 기초로, '상기 메인 배터리팩의 전원' 및 '차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조 배터리팩의 전원' 중 하나가 차량 구동계에 공급되도록 제어하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량용 전원 공급 장치의 배터리팩에 비상 상황으로 인한 제어 불가능한 고장 발생시에도, 전기 자동차의 비상 상황에 대한 대응력이 강화되어, 승객과 차량에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 전기 자동차에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치의 블럭도,
도 2는, 도 1에 도시된 차량용 전원 공급장치의 BMS에 의한 전원 공급 제어 과정을 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원 공급 장치의 블럭도, 그리고,
도 4는, 도 3에 도시된 차량용 전원 공급 장치의 BMS에 의한 전원 공급 제어 과정을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전원 공급 장치의 블럭도이다. 본 실시예에 따른 차량용 전원 공급 장치(100)는 다수의 배터리팩(111, 112)을 구비하고 있으며, 이들을 선택적으로 운용하여 배터리팩의 고장으로 인해 발생하는 비상 상황에 적절한 대처가 가능하다.
이와 같은 기능을 수행하는 차량용 전원 공급 장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인-배터리팩(111), 보조-배터리팩(112), PRA(Power Relay Assembly)(120), BMS(Battery Manageemnt System)(130), 인버터(140) 및 모터(150)를 구비한다.
메인-배터리팩(111)과 보조-배터리팩(112)은, 차량 구동계에 필요한 전원을 공급하는 배터리팩이라는 점에서 공통된다.
하지만, 메인-배터리팩(111)은 차량 구동계에 상시 전원을 공급하기 위한 것인 반면, 보조-배터리팩(112)은 보조적으로 구비되는 것으로 메인-배터리팩(111)에 고장이 발생하였고 그 고장이 자연 복구나 배터리팩 제어에 의한 복구가 불가능한 상황에서 차량 구동계에 전원을 공급한다는 점에서, 양자는 차이가 있다.
전원 공급 보조를 위한 것이므로, 보조-배터리팩(112)의 용량은 메인-배터리팩(111)의 용량 보다 작다. 구체적으로, 보조-배터리팩(112)에는 차량에 대한 비상 조치를 위해 필요한 이동거리 만큼을 이동할 수 있는 전원(예를 들면, 2.8kWh)이 저장된다.
PRA(120)는 메인-배터리팩(111)과 보조-배터리팩(112) 중 하나를 인버터(140)에 전기적으로 연결하기 위한 스위칭 수단으로, 메인-릴레이(121)와 보조-릴레이(122)를 포함한다.
메인-릴레이(121)는 메인-배터리팩(111)과 인버터(140)를 전기적으로 연결하거나 차단하고, 보조-릴레이(122)는 보조-배터리팩(112)과 인버터(140)를 전기적으로 연결하거나 차단한다.
메인-릴레이(121)와 보조-릴레이(122)의 스위칭 동작은, 후술할 BMS(130)에 의해 제어된다.
인버터(140)는 PRA(120)를 통해 메인-배터리팩(111) 또는 보조-배터리팩(112)로부터 인가되는 전원으로 모터(150)를 구동하여, 차량에 구동력을 발생시킨다.
BMS(130)는 메인-배터리팩(111)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 되는 메인-배터리팩(111)의 상태에 따라 PRA(120)의 스위칭 동작을 제어하여, 차량 구동을 위한 전원 공급을 제어한다.
BMS(130)에 의한 전원 공급 제어에 대해, 이하에서 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는, 도 3에 도시된 차량용 전원 공급 장치(100)의 BMS(130)에 의한 전원 공급 제어 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, BMS(130)는 보조-릴레이(122)를 OFF 시키고, 메인-릴레이(121)를 ON/OFF 제어하여, 메인-배터리팩(111)의 전원을 차량 구동계를 구성하는 인버터(140)와 모터(150)에 공급한다(S410).
그리고, BMS(130)는 메인-배터리팩(111)을 구성하는 셀들의 전압들과 온도들을 측정하고 메인-릴레이(121)에 흐르는 전류를 측정하면서 메인-배터리팩(111)에서의 고장발생 여부를 모니터링 한다(S420).
S420단계의 모니터링 결과 메인-배터리팩(111)이 정상 상태인 경우(S430-N), S410단계부터 수행되므로 차량 구동계에는 메인-배터리팩(111)의 전원이 계속 전달된다.
한편, S420단계의 모니터링 결과 메인-배터리팩(111)이 정상 상태가 아닌 경우, 즉 메인-배터리팩(111)에 고장이 발생한 경우(S430-Y), BMS(130)는 발생된 고장의 종류를 판별한다(S440).
메인-배터리팩(111)에 발생된 고장이 자연 복구 또는 제어에 의한 복구가 가능한 경우(S440-Y), BMS(130)는 메인 배터리팩(111)이 보호 모드로 운영되도록 메인-릴레이(121)를 ON/OFF 제어한다(S450).
S450단계에 의해, 차량용 전원 공급 장치를 1차적으로 보호하고, 차량 사고를 예방하게 된다. 운전자의 주의를 환기시키기 위해, BMS(130)는 디스플레이나 스피커 등의 출력 수단을 통해 고장 사실을 안내할 수 있다.
이후, S420단계부터 재수행되는데, S420단계의 모니터링 결과 메인-배터리팩(111)이 정상 상태로 돌아오면(S430-N), BMS(130)는 보호 모드 운영을 중단하고 S410단계를 수행한다.
반면, 메인-배터리팩(111)에 발생된 고장이 자연 복구 또는 제어에 의한 복구가 불가능한 경우(S440-N), BMS(130)는 메인-릴레이(121)를 OFF 시켜고, 보조-릴레이(122)를 ON/OFF 제어하여, 보조-배터리팩(112)의 전원을 차량 구동계를 구성하는 인버터(140)와 모터(150)에 공급한다(S460).
S460단계의 수행 결과, 메인-배터리팩(111)이 차량 구동계에서 차단되고, 보조-배터리팩(112)이 차량 구동계에 연결되어 보조 전원(비상 전원)을 공급하게 된다.
S460단계에 의해, 보호 모드 운용을 통해서도 복구할 수 없는 심각한 고장에 대해 승객과 차량의 안전한 이동을 위해 비상 전원이 공급된다. 이 경우에도, 운전자의 주의를 환기시키기 위해, BMS(130)는 디스플레이나 스피커 등의 출력 수단을 통해 고장 사실을 안내할 수 있다.
이후에도, S420단계부터 재수행되는데, S420단계의 모니터링 결과 메인-배터리팩(111)이 정상 상태로 돌아오면(S430-N), BMS(130)는 보조-릴레이(122)를 OFF 시키고, 메인-릴레이(121)를 ON/OFF 제어하여, 메인-배터리팩(111)의 전원을 차량 구동계를 구성하는 인버터(140)와 모터(150)에 공급하게 된다(S410).
한편, S450단계에 의한 보호 모드가 기설정된 시간 동안 지속되는 경우에도, BMS(130)는 메인-릴레이(121)를 OFF 시켜고, 보조-릴레이(122)를 ON/OFF 제어하여, 보조-배터리팩(112)의 전원을 차량 구동계를 구성하는 인버터(140)와 모터(150)에 공급할 수 있다. 이 경우는, 메인-배터리팩(111)에 발생된 고장이 자연 복구 또는 제어에 의한 복구가 불가능한 경우로 취급할 수 있기 때문이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
111 : 메인-배터리팩 112 : 보조-배터리팩
120 : PRA(Power Relay Assembly)
121 : 메인-릴레이 122 : 보조-릴레이
130 : BMS(Battery Manageemnt System)
140 : 인버터 150 : 모터

Claims (7)

  1. 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 메인 배터리팩;
    차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조 배터리팩;
    상기 메인 배터리팩의 전원 및 상기 보조 배터리팩의 전원 중 하나가 차량 구동계에 선택적으로 전달되도록 스위칭 동작하는 PRA(Power Relay Assembly); 및
    상기 메인 배터리팩을 모니터링하고, 모니터링 결과를 기초로 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 BMS(Battery Manageemnt System);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 메인 배터리팩에 복구 불가능한 고장이 발생한 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에서 차단되고 상기 보조 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 메인 배터리팩에 복구 가능한 고장이 발생한 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 보호 모드로 운영되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 보호 모드가 설정된 시간 동안 지속되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에서 차단되고 상기 보조 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 메인 배터리팩이 정상 상태인 것으로 판단되면, 상기 메인 배터리팩이 상기 차량 구동계에 연결되도록 상기 PRA의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 보조 배터리팩의 용량은, 차량에 대한 비상 조치를 위한 이동거리 만큼을 이동하는데 필요한 전원을 저장할 수 있는 용량인 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 장치.


  7. 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 메인 배터리팩의 상태를 모니터링 하는 단계; 및
    상기 모니터링 단계에서 판단된 상기 메인 배터리팩의 상태를 기초로, '상기 메인 배터리팩의 전원' 및 '차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 보조 배터리팩의 전원' 중 하나가 차량 구동계에 공급되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 공급 제어 방법.
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