KR20150101186A - 차량용 전력공급 시스템 및 이를 이용한 전력공급 방법 - Google Patents

차량용 전력공급 시스템 및 이를 이용한 전력공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동차용 전력공급 시스템은, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 자동차의 스타터 및 전장품에 전력을 공급하는 배터리 팩; 상기 자동차가 시동 오프 되는 경우 제1 제어 신호를 출력하는 제어 유닛; 및 상기 제1 제어 신호에 따라 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단시키는 스위칭 유닛을 포함한다.

Description

차량용 전력공급 시스템 및 이를 이용한 전력공급 방법{Power supply system for vehicles and Method of power supply using the same}
본 발명은 차량용 전력공급 시스템 및 이를 이용한 전력공급 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 자동차의 시동이 오프(off) 상태에서 배터리가 완전 방전되어 시동 불능이 되는 것을 방지할 수 있는 차량용 전력공급 시스템 및 이를 이용한 전력공급 방법에 관한 것이다.
자동차용 배터리는 시동이 걸린 상태에서는 알터네이터에 의한 충전으로 인해 그 용량이 유지될 수 있지만, 시동이 오프된 상태에서는 충전이 이루어지지 않고 자가방전 내지는 각종 전장품의 이용에 의한 방전에 의해 용량이 점점 감소하게 된다.
특히, 자동차가 시동이 오프된 상태에서 라디오, DMB 등을 시청하거나, 또는 실수로 전조등이나 실내등을 켜놓는 등의 전력 소모 행위를 하는 경우 배터리의 용량은 급격히 감소하게 되며, 이러한 용량 감소로 인해 배터리가 자동차의 시동에 요구되는 출력을 낼 수 없게 되는 문제가 발생될 수도 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 자동차가 시동이 오프된 상태에서 자유롭게 전장품을 이용하더라도 이로 인해 배터리의 용량이 저하되어 자동차의 시동에 요구되는 출력을 낼 수 없게되는 상황을 방지할 수 있는 자동차용 전력공급 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 전력공급 시스템은, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 자동차의 스타터 및 전장품에 전력을 공급하는 배터리 팩; 상기 자동차가 시동 오프 되는 경우 제1 제어 신호를 출력하는 제어 유닛; 및 상기 제1 제어 신호에 따라 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단시키는 스위칭 유닛을 포함한다.
상기 제어 유닛은, 상기 자동차가 시동 온 되는 경우 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 스위칭 유닛은, 상기 제2 제어 신호가 출력되는 경우 차단되었던 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 다시 허용할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈은, 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 전력공급 시스템; 상기 배터리 팩을 충전시키는 알터네이터; 및 상기 배터리 팩과 연결되어 전력을 공급 받는 전장품을 포함한다.
한편, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력공급 방법은, (a) 자동차의 시동 오프를 감지하는 단계; 및 (b) 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 전력공급 방법은, (c) 자동차의 시동 오프를 감지하는 단계; 및 (d) 상기 제1 제어 신호에 따라 차단되었던 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 다시 허용하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자동차가 시동이 오프된 상태에서 자유롭게 전장품을 이용하더라도 이로 인해 배터리의 용량이 저하되어 자동차의 시동에 요구되는 출력을 낼 수 없게되는 상황을 방지할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 전력공급 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 배터리 팩 구성의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 스위칭 유닛의 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 전력공급 시스템을 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 전력공급 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 배터리 팩 구성의 일 예를 나타내는 개략도이고, 도 3은, 도 1에 도시된 스위칭 유닛의 구현 예를 나타내는 회로도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 전력공급 시스템은 배터리 팩(10), 제어 유닛(20) 및 스위칭 유닛(30)을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 자동차의 시동(내연기관의 시동을 의미함)을 위한 스타터(S) 및 전장품(E)과 연결되어 동작에 필요한 전력을 공급하는 것으로서, 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈(11,12)을 포함하며, 이러한 배터리 모듈(11,12)은 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(C)은, 반복적인 충방전이 가능한 이차전지라면 특별한 제한 없이 적용이 가능하다.
또한, 상기 전장품(E)은, 예를 들어 라디오, 실내 조명, 시트 열선 등과 같이 본 발명에 따른 자동차용 전력공급 시스템이 적용된 자동차에 설치된 각종 전기 장치들을 의미하는 것이다.
한편, 본 발명의 도 2에서는, 배터리 팩(10)이 전기적으로 연결된 두 개의 배터리 모듈(11,12)로 이루어진 경우만을 도시하고 있고, 이러한 배터리 모듈(11,12) 각각이 전기적으로 연결된 4개의 배터리 셀(C)로 이루어진 경우만을 도시하고 있으나, 이러한 배터리 모듈(11,12) 및 배터리 셀(C)의 개수는 예시적인 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 도 2에서는 상기 복수의 배터리 셀(C)이 직렬로 연결된 경우만을 도시하고 있으나, 이 또한 예시적인 것일 뿐, 배터리 팩(10)에 요구되는 용량 및 전압 등에 따라 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식이 적용될 수도 있음은 물론이다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제어 유닛(20)은, 자동차가 시동 오프(off)되는 경우 제1 제어 신호를 출력하고, 반대로 자동차가 시동 온(on) 되는 경우 제2 제어 신호를 출력함으로써 전장품(E)에 전력을 공급하는 배터리 모듈의 개수를 조절한다.
여기서, 상기 제1 제어 신호는 배터리 팩(10)을 이루는 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결(병렬 연결)을 차단시킴으로써 나머지 일부 배터리 모듈만으로 전장품(E)에 대한 전력 공급이 이루어지도록 하기 위한 신호에 해당한다.
반대로, 상기 제2 제어 신호는 배터리 팩(10)을 이루는 복수의 배터리 모듈이 모두 전기적으로 연결(병렬 연결) 되어 모든 배터리 모듈이 전장품(E)에 대한 전력 공급에 이용될 수 있도록 하는 신호에 해당한다.
상기 제어 유닛(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 자동차에 구비된 MCU(M,Main control unit)와 연결되어 스타터(S)의 온(on)/오프(off) 신호를 감지함으로써 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호의 출력 여부를 결정할 수 있으며, 이와는 달리 스타터(S)와 직접 연결되어 스타터(S)의 온(on)/오프(off) 신호를 감지함으로써 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호의 출력 여부를 결정할 수도 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 스위칭 유닛(30)은, 복수의 배터리 모듈(11,12) 사이에 설치되어 제어 유닛(20)의 제어 신호에 따라 스타터(S) 또는 전장품(E)에 전력을 공급하는데 이용되는 배터리 모듈(11,12)의 개수를 조절한다.
즉, 상기 스위칭 유닛(30)은, 제어 유닛(20)에서 제1 제어 신호가 출력되는 경우, 복수의 배터리 모듈(11,12) 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단하도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
이처럼, 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈에 있어서 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결이 차단되는 경우, 나머지 배터리 모듈만으로 전장품(E)에 대한 전력 공급이 이루어지게 된다.
또한, 상기 스위칭 유닛(30)은, 제어 유닛(20)에서 제2 제어 신호가 출력되는 경우, 차단되었던 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 다시 허용하도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
이처럼, 차단되었던 일부 배터리 모듈의 전기적 연결이 다시 회복되는 경우, 배터리 팩(P)은 전체 배터리 모듈을 이용하여 스타터(S)를 구동시킬 수 있게 되며, 스타터(S)가 구동된 이후에는 자동차의 알터네이터에 의해 모든 배터리 모듈이 충전될 수 있다.
즉, 본 발명의 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(P)이 두 개의 배터리 모듈(11,12)로 이루어진 경우에 있어서, 시동 오프(off) 신호가 감지되면 제2 배터리 모듈(12)은 제1 배터리 모듈(11)과의 전기적 연결이 해제되고 이로써 전장품(E)과 제2 배터리 모듈(11) 사이의 전기적 연결 또한 해제된다.
이 경우, 전장품(E)에 대한 전력 공급은 제1 배터리 모듈(11)을 통해서만 이루어지게 된다.
반면, 시동 온(on) 신호가 감지되면, 스타터(S)의 구동이 요구되는 경우에는 제2 배터리 모듈(12)은 다시 제1 배터리 모듈(11)과 병렬로 연결되고 이로써 스타터(S)는 제1 배터리 모듈(11) 및 제2 배터리 모듈(12) 모두로부터 전력을 공급 받을 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 전력공급 시스템은, 시동이 오프(off)된 경우와 시동 온(on)이 요구되는 경우에 있어서, 스타터(S) 및 전장품(E)에 전력을 공급하는 배터리 모듈(11,12)의 개수를 다르게 조절할 수 있도록 구성됨으로써, 혹시 모를 과방전에 따른 시동 불능의 발생을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 차량용 전력공급 시스템에 따르면, 시동이 오프(off) 되어 알터네이터에 의한 충전이 이루어지지 않는 상태에서는 일부 배터리 모듈만으로 전장품에 대한 전력을 공급하도록 함으로써 시동에 필요한 전력을 남겨두고, 시동 온(on) 신호가 감지되면 모든 배터리 모듈이 스타터의 구동에 필요한 전력을 공급하도록 함으로써 원활한 시동성을 확보할 수 있게 된다.
다음은, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 방법을 설명하기로 한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 방법은 시동 오프 신호를 감지하는 단계(a단계), 제1 제어 신호를 출력하는 단계(b단계), 시동 온 신호를 감지하는 단계(c단계), 및 제2 제어 신호를 출력하는 단계(d단계)를 포함할 수 있다.
상기 (a)단계는, 사용자의 자동차 키 조작이나 리모컨의 조작 등을 통해 자동차의 시동을 오프시키기 위한 전기적 신호가 발생되어 이를 제어 유닛(20)이 감지하는 단계이다.
상기 (b)단계는, 이러한 전기적 신호가 발생된 경우, 제어 유닛(20)으로부터 일부 배터리 모듈의 전기적 연결을 해제하기 위한 제1 제어 신호가 출력되는 단계이다. 이러한 제1 제어 신호의 출력에 따라서 스위칭 유닛(30)은 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결이 해제되도록 스위칭 동작을 수행하게 된다
상기 (c)단계는, 사용자의 자동차 키 조작이나 리모컨의 조작 등을 통해 자동차의 시동을 온 시키기 위한 전기적 신호가 발생되어 이를 제어 유닛(20)이 감지하는 단계이다.
상기 (d)단계는, 이러한 전기적 신호가 발생된 경우, 제어 유닛(20)으로부터 해제되었던 배터리 모듈의 전기적 연결을 회복하기 위한 제2 제어 신호가 출력되는 단계이다. 이러한 제2 제어 신호의 출력에 따라서 스위칭 유닛(30)은 모든 배터리 모듈 사이가 다시 전기적으로 연결(병렬 연결)될 수 있도록 스위칭 동작을 수행하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 방법은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력공급 시스템을 이용하여 차량에 필요한 전력을 공급하되, 시동 온/오프 신호의 감지에 따라 이용되는 배터리 모듈의 개수를 달리 함으로써 효율적인 전력 공급이 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 배터리 팩 11: 제1 배터리 모듈
12: 제2 배터리 모듈 20: 제어 유닛
30: 스위칭 유닛 S: 스타터
E: 전장품 M: MCU(Main control unit)

Claims (8)

  1. 전기적으로 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 자동차의 스타터 및 전장품에 전력을 공급하는 배터리 팩;
    상기 자동차가 시동 오프 되는 경우 제1 제어 신호를 출력하는 제어 유닛; 및
    상기 제1 제어 신호에 따라 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단시키는 스위칭 유닛을 포함하는 차량용 전력공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 자동차가 시동 온 되는 경우 제2 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은,
    상기 제2 제어 신호가 출력되는 경우 차단되었던 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 다시 허용하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈은,
    병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력공급 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전력공급 시스템;
    상기 배터리 팩을 충전시키는 알터네이터; 및
    상기 배터리 팩과 연결되어 전력을 공급 받는 전장품을 포함하는 자동차.
  7. (a) 자동차의 시동 오프를 감지하는 단계; 및
    (b) 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 차단시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 전력 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (c) 자동차의 시동 오프를 감지하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 제어 신호에 따라 차단되었던 일부 배터리 모듈 사이의 전기적 연결을 다시 허용하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 전력공급 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180006187A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 현대자동차주식회사 차량 전력 시스템 및 그 제어 방법

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