KR20140072265A

KR20140072265A - 전기자동차 및 그 동작방법

Info

Publication number: KR20140072265A
Application number: KR1020120136874A
Authority: KR
Inventors: 박성준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-13

Abstract

본 발명은 전기자동차 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 전기자동차 내부에 통신라인을 복수로 구비함으로써, 메인 통신방식에 이상이 발생하는 경우, 구비되는 다른 통신라인을 이용하여 통신 가능하므로, 통신 이상이 발생하더라도 차량이 지속적으로 정상 주행할 수 있도록 하여, 차량의 안전성이 향상되는 효과가 있다.

Description

전기자동차 및 그 동작방법{Electric vehicle and operating method thereof}

본 발명은 전기자동차 및 그 동작방법에 관한 것으로, 차량을 제어를 위한 제어신호를 전달하는데 있어서 차량 내 통신 네트워크에 이상이 있는 경우 전원/전력선 통신라인 (PLC : Power Line Communication)을 이용하여 제어신호를 전달하여 차량이 정상 주행하도록 하는 전기자동차 및 그 동작방법에 관한 것이다.

전기자동차는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.

전기자동차(Electric vehicle; EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.

또한, 하이브리드 전기자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다.

또한, 최근 모터/제어기술도 점점 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있다. DC모터를 AC모터로 변환함에 따라 출력과 EV의 동력성능(가속성능, 최고속도)이 크게 향상되어 가솔린차에 비하여 손색없는 수준에 도달하였다. 고출력화를 추진하면서 고회전함에 따라 모터가 경량 소형화되어 탑재중량이나 용적도 크게 감소하였다.

하이브리드 자동차를 포함한 전기자동차는 배터리로부터 동작전원을 공급받고, 모터를 제어하여 동작하므로, 모터를 제어하고 배터리의 상태를 확인하여 제어하기 위해 차량 내부의 통신을 통한 제어신호의 전달이 중요하다. 자동차는 일반적으로 CAN 통신을 통해 내부 각 구성요소간에 제어신호를 전달하는데, 통신선에 이상이 발생하거나 CAN통신 관련 프로세서에 이상이 있는 경우, 자동차는 더 이상 주행하기 어려운 상태가 되어 정지하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 통신에러로 인하여 차량 주행이 어려워지는 경우, 주행 중에 도로에서 차량이 정차하게 되므로, 사고로 이어질 수 있는 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 차량 내부의 통신 문제로 인하여 차량 주행이 불가능해지는 상황에 대비하여, 제어기 전원/전력 라인 (Power Line)을 이용하여, 차량 내부의 통신에 이상이 발생한 경우 전원/전력 공급선로를 이용하여 통신함으로써 별도 통신 라인 구성 없이 차량이 정상 주행 되도록 하는 전기자동차 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차는 배터리의 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System); 상기 배터리로부터 동작전원을 공급받아 모터를 제어하여 차량이 주행하도록 하는 모터제어부(MCU); 입력되는 데이터에 대응하여 상기 모터제어부를 제어하여 차량을 동작시키고 제어하는 제어부; 및 상기 BMS, 상기 모터제어부 및 상기 제어부를 복수의 통신방식에 따른 각각의 통신라인으로 연결하여, 데이터를 송수신하는 차량통신부를 포함하고, 상기 차량통신부는 제 1 통신방식으로 데이터 송수신 중, 상기 제 1 통신방식에 에러가 발생하는 경우, 제 2 통신방식을 활성화하여 상기 제 2 통신방식으로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기자동차의 동작방법은 차량 내 구비되는 복수의 통신방식 중 제 1 통신방식을 메인으로 하여, 주행 중 데이터를 송수신하여 차량을 제어하는 단계; 상기 제 1 통신방식을 통해 송수신되는 데이터를 모니터링 하여 상기 제 1 통신방식에 대한 에러 발생 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제 1 통신방식에 에러 발생 시, 제 2 통신방식을 활성화하여 제 2 통신방식을 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 전기자동차 및 그 동작방법은 차량내 통신에 이상이 발생한 경우 전원/전력선 통신라인 (PLC)을 이용하여 차량 내부 제어신호가 전달되도록 구성됨에 따라, 주행 중 차량이 정차하지 않고 정상적으로 주행할 수 있어 안정적인 주행을 보장하고, 발생할 수 있는 사고를 방지하여 운전자의 안전을 보장하는 효과가 있다. 또한 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 통신라인 구성이 도시된 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 통신이상이 발생하는 경우의 동작방법이 도시된 순서도이다.
도 4 및 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 통신라인 연결의 예가 도시된 예시도이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 전기자동차는 도 1에 도시된 바와 같이, 센서부(150), 인터페이스부(160), 모터제어부(MCU)(120), 전원부(170), BMS(130), 배터리(140) 및 차량 주행 및 동작에 따른 전반을 제어하는 제어부(VCU)(110)를 포함한다. 또한, 복수의 통신라인을 포함하여 차량 내, 데이터를 송수신하는 차량통신부(190)가 구비된다.

전원부(170)는 가정내의 전원 또는 충전소와의 연결을 위한 연결단자 또는 연결회로를 포함하고, 외부 전원 연결 시 BMS(130)의 관리하에 충전전류를 배터리(190)에 인가하여 배터리(140)를 충전하는 충전부(미도시)를 포함한다. 또한, 전원부(170)는 배터리(190)에 충전된 동작전원을 차량의 각 부에서 사용할 수 있는 전원으로 변경하여 공급하는 컨버터(미도시) 및 인버터(미도시)를 포함한다.

배터리(140)는 전원부(170)로부터 공급되는 전원에 의해 충전되어, 고전압의 전기에너지를 저장하여, 자동차에 동작전원을 공급한다. 배터리(140)는 고전압의 적어도 하나의 배터리 셀로 구성된다.

BMS(Battery management system)(130)는 배터리(140)의 잔여용량을 체크하여 충전의 필요성을 판단하고, 배터리에 저장된 충전전류를 전기자동차의 각 부로 공급하는데 따른 관리를 수행한다. BMS(130)는 배터리를 제어하는 배터리제어부(BCU)(131)을 포함한다.

이때, BMS(130)는 배터리를 충전하고 사용할 때, 배터리 내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어함으로써 배터리의 수명을 연장한다.

또한, BMS(130)는 전류사용에 대한 관리를 통해 차량이 장시간 주행할 수 있도록 하고, 공급되는 전류에 대한 보호 회로를 포함한다.

인터페이스부(160)는 운전자의 조작에 의해 소정의 신호를 입력하는 입력수단과, 전기 자동차의 현 상태 동작 중 정보를 출력하는 출력수단을 포함한다. 또한, 인터페이스부(160)는 스티어링 휠, 액셀러레이터, 브레이크와 같은 운전을 위한 조작수단을 포함한다.

이때 출력수단은 정보를 표시하는 디스플레이부, 음악, 효과음 및 경고음을 출력하는 스피커 그리고 각종 상태 등을 포함한다. 입력수단은 차량 주행에 따름 방향지시등, 테일램프, 헤드램프, 브러시 등의 동작을 위한 복수의 스위치, 버튼 등을 포함한다.

센서부(150)는 차량 주행, 또는 소정 동작 중에 발생하는 신호를 감지하여 입력하고 이를 제어부(110)로 입력한다. 센서부(150)는 차량 내부 및 외부에 복수의 센서를 포함하여 다양한 감지신호를 입력한다. 이때 설치되는 위치에 따라 센서의 종류 또한 상이할 수 있다.

모터제어부(MCU)(120)는 연결된 적어도 하나의 모터를 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 모터의 구동을 제어한다. 또한 고전압의 전원이 모터 특성에 맞게 변경되어 공급되도록 한다.

제어부(VCU)(110)는 BMS(130)를 통해 배터리(140)을 관리하고, 인터페이스부(160) 및 센서부(150)의 입력에 대응하여 설정된 동작이 수행되도록 소정의 명령을 생성하여 인가하여 제어하고, 데이터의 입출력을 제어하여 가전기기의 동작상태가 표시되도록 한다.

제어부(110)는 차량 내부의 통신라인을 이용하여, 차량 각 부에 제어신호를 전달한다. 이때 제어부(110)는 통신상태에 따라 어느 하나의 통신방식을 선택하여 차량을 제어한다.

차량통신부(190)는 전기자동차 내부에 구비되는 복수의 통신라인을 통해 차량 내 각 부의 데이터가 송수신 되도록 한다. 이때 차량통신부(190)는 복수의 통신라인에 대응하는 복수의 통신모듈을 포함한다.

차량통신부(190)는 복수의 통신라인 중 어느 하나를 메인통신으로 하여 데이터가 상호 송수신 되도록 하며, 제어부(110)의 제어에 따라 통신방식을 변경하여 데이터를 송수신한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 통신라인 구성이 도시된 도이다.

제어부(110)는 인터페이스부(160)의 키스위치(미도시)에 의해 시동신호가 입력되면, 시동신호를 각 부로 전달하고, BMS(130)가 정상인지 여부를 판단하여, 모터로 전원이 공급되도록 한다. 이때 모터제어부(120)는 제어부(110)의 제어신호에 따라 모터로 공급되는 전원을 제어하고, 모터의 구동을 제어함으로써 차량이 주행가능하게 된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(VCU)(110), 모터제어부(MCU)(120), BMS의 BCU(131) 간에는 상호 복수의 통신라인(11.12)에 각각 연결되어 신호를 송수신한다. 또한, 전기자동차 완속충전기 (On-board Charger; OBC)(180)와 직류변환장치(Low-voltage DC-to-DC Converter, LDC)(170) 또한 복수의 통신라인에 각각 연결되어 VCU(110), MCU(120), BCU(131)와 신호를 송수신한다.

이때 통신라인은, 차량 내부의 CAN통신선(11)과, 전력선통신선(12)이 각각 구비된다. 차량통신부(190)는 복수의 통신라인, 즉 CAN통신과 전력선통신 중 어느 하나를 이용하여 차량 내 데이터가 전송되도록 한다.

VCU(110), MCU(120), BCU(131), LDC(170), OBS(180)은 각각 CAN 통신을 기본통신으로 하여 데이터를 송수신하되, CAN통신에 이상이 발생하는 경우 차량통신부(190)는 전력선통신선(12)을 이용하여 데이터가 송수신 되도록 한다.

VCU(110)는 CAN 통신의 이상 여부를 판단하고, 이상이 있는 경우 전력선 통신으로 변경하여 통신하도록 제어한다. VCU(110)는 통신변경을 위한 통신제어신호를 전력선통신선(12)을 통해 전달하고, 통신제어신호를 수신한 MCU(120), BCU(131), LDC(170), OBS(180)는 CAN통신을 종료하고 전력선 통신을 개시한다.

이때 전력선통신선(12)은 차량 내부의 전원선으로, 전력선 통신방식은, 차량통신부(190)는 전력선통신선(12)의 전원 공급라인에 소정 kHz, MHz 대역의 주파수 신호를 사용하여 데이타를 전송한다.

전력선 통신방식은, 전압을 9~17V 내에서 설정하고, 신호의 진폭, 주파수, 위상 변조를 통해 다양한 데이타 코딩/디코딩 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 통신이상이 발생하는 경우의 동작방법이 도시된 순서도이다.

도 3을 참조하면, 제어부(VCU)(110)는 CAN통신을 메인 통신으로 하여 차량내 제어신호를 전송한다.

차량통신부(190)는 제어부(110)의 설정에 따라 복수의 통신라인, 즉 CAN 통신과 전력선 통신중, CAN통신을 활성화하여 CAN통신을 통해 데이터가 송수신 되도록 한다.

차량통신부(190)는 CAN통신선을 통해 송수신되는 데이터를 바탕으로 CAN통신의 상태를 모니터링한다(S310).

이때, 차량통신부(190)는 송수신되는 데이터에 이상이 있는 경우 또는 특정 확인신호에 대하여 응답 수신 여부를 통해 CAN통신에 이상이 있는지 여부를 판단하여 통신에러신호를 제어부(110)로 입력한다.

제어부(110)는 차량통신부(190)로부터 입력되는 통신에러신호에 대응하여 CAN통신에 이상이 발생한 것을 판단한다(S320). 제어부(110)는 CAN통신에 이상이 없는 경우 CAN통신을 메인으로 하여 현 상태를 유지하며 차량이 정상 주행하도록 한다.

제어부(110)는 CAN통신에 이상이 발생한 경우, 전력선 통신선(12)을 이용하는 전력선통신이 수행되도록 차량통신부(190)를 제어한다. 차량통신부(190)는 제어부(110)의 제어에 따라, 통신방식 변경에 따른 통신제어신호를 전력선통신선(12)을 통해 각 부로 전송한다.

통신제어신호를 수신하는 각 부, 예를 들어, MCU(120), BCU(131), LDC(170), OBS(180)는 전력선통신선(12)을 통해 수신되는 통신제어신호에 따라 CAN통신을 종료하고 전력선통신을 개시한다(S340).

제어부(110)는 CAN통신에 이상이 발생하였음을 알리는 에러를 인터페이스부(160)를 통해 표시한다. 예를 들어, 차량 컨트롤 패널에 통신에러 램프를 점등하거나, 소정의 경고 신호를 출력할 수 있다. 또한, 별도의 디스플레이가 구비되는 경우, 통신에러에 대한 경고메시지를 출력할 수 있다.

제어부(110)는 CAN통신에 이상이 있더라도 상기와 같이 전력선으로 통신방식을 변경하여 제어신호를 전송함으로써, 차량이 정상 주행하도록 한다.

도 4 및 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 통신라인 연결의 예가 도시된 예시도이다.

전력선 통신의 제 1 예는 전술한 도 2와 같이 VCU(110), MCU(120), BCU(131), LDC(170), OBS(180)를 각각 전력선 통신선(12)에 연결하여 통신할 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량통신부(190)는 구면파에 NRZ, 맨체스터 방식 등으로 데이터를 전송하는 경우, CAN통신의 ID Addressing 방법과 동일하게 통신할 수 있다. 이 경우, 데이터 전송 신호는 S1~S6과 같다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, VCU(110), MCU(120), BCU(131), LDC(170), OBS(180)의 각 부를 전력선 통신선으로 상호 연결하여 각각 1대 1 또는 1대 다수로 통신할 수 있도록 한다.

이때 차량통신부(190)는 각 부를 연결하는 전력선 통신선에 각각 상이한 주파수를 할당하여 상호 신호가 중첩되거나 영향을 주지 않도록 한다.

예를 들어 VCU(110)와 MCU(120) 사이에는 1.3MHZ, VCU(110)와 BCU(131) 사이에는 1.0MHZ가 각각 할당되고, VCU(110)와 LDC(170)는 1.9MHZ, VCU와 OBC(180) 사이에는 1,7MHZ가 할당되며, MCU와 LDC간에는 1.5MHZ 가 할당될 수 있다. 또한 MCU와 BCU , LDC, OBC 사이에도 각각 상이한 주파수 대역이 할당될 수 있다.

이와 같이 통신 대역폭을 각각 할당함으로써 멀티 채널화하는 경우, 모든 제어기가 동시에 데이터를 다수의 제어기에 전송할 수 있게 된다. 이때, 각 대역폭에서 FSK, ASK 방식으로 데이타 전송이 가능하다.

그에 따라 본 발명은 CAN통신에 에러가 발생하는 경우 전력선 통신라인을 이용하여 제어신호를 전달함에 따라 차량이 멈추는 문제를 해결할 수 있고, 그에 따른 안정성의 확보가 가능하다.

또한 전력선통신을 이용하는 경우 기존의 전력선을 이용할 수 있어 추가 설치가 용이하고 비용 절감 효과가 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 다양한 통신이 가능해진다.

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.

110: 제어부(VCU) 120:모터제어부(MCU)
130: BMS 131: BCU
140: 배터리 150: 센서부
160: 인터페이스부 170: LDC
180: OBS

Claims

배터리의 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System);
상기 배터리로부터 동작전원을 공급받아 모터를 제어하여 차량이 주행하도록 하는 모터제어부(MCU);
입력되는 데이터에 대응하여 상기 모터제어부를 제어하여 차량을 동작시키고 제어하는 제어부; 및
상기 BMS, 상기 모터제어부 및 상기 제어부를 복수의 통신방식에 따른 각각의 통신라인으로 연결하여, 데이터를 송수신하는 차량통신부를 포함하고,
상기 차량통신부는 제 1 통신방식으로 데이터 송수신 중, 상기 제 1 통신방식에 에러가 발생하는 경우, 제 2 통신방식을 활성화하여 상기 제 2 통신방식으로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 차량통신부는 제 1 통신방식으로 송수신되는 데이터를 모니터링하여 상기 데이터에 이상이 있는 경우, 또는 소정의 확인신호에 대한 응답이 여부에 따라 상기 제 1 통신방식에 대한 에러 발생 여부를 판단하고, 에러 발생시 통신에러신호를 상기 제어부로 입력하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제 1 통신방식에 에러가 발생한 경우, 차량 내 통신방식을 변경하기 위한 통신제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 3 항에 있어서,
상기 차량통신부는 상기 제2 통신방식으로 상기 통신에러신호를 상기 BMS, 상기 모터제어부로 전송하여 차량의 통신방식을 변경하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 1 항에 있어서,
차량의 상태를 출력하는 인터페이스부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제 1 통신방식에 에러가 발생한 경우, 상기 인터페이스부를 통해 통신에러를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 차량통신부는 CAN 통신방식 또는 전력선 통신방식을 이용하여 차량 내 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
제 6 항에 있어서,
상기 차량통신부는 상기 전력선 통신방식을 활성화하는 경우, 상기 BMS, 상기 모터제어부 및 상기 제어부를 각각 연결하는 전력선 통신선에 상이한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 대역에 따라 데이터를 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
차량 내 구비되는 복수의 통신방식 중 제 1 통신방식을 메인으로 하여, 주행 중 데이터를 송수신하여 차량을 제어하는 단계;
상기 제 1 통신방식을 통해 송수신되는 데이터를 모니터링 하여 상기 제 1 통신방식에 대한 에러 발생 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제 1 통신방식에 에러 발생 시, 제 2 통신방식을 활성화하여 제 2 통신방식을 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 전기자동차의 동작방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 통신방식으로 송수신되는 데이터를 모니터링하여 상기 데이터에 이상이 있는 경우, 또는 소정의 확인신호에 대한 응답이 여부에 따라 상기 제 1 통신방식에 대한 에러 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 동작방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 통신방식의 에러에 대하여, 경고등, 경고음, 경고메시지 중 적어도 하나의 형태로 경고를 출력하는 단계를 더 포함하는 전기자동차의 동작방법.