KR20160114796A - Apparatus for dual battery and method for charging and discharging the same - Google Patents

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KR20160114796A
KR20160114796A KR1020150040966A KR20150040966A KR20160114796A KR 20160114796 A KR20160114796 A KR 20160114796A KR 1020150040966 A KR1020150040966 A KR 1020150040966A KR 20150040966 A KR20150040966 A KR 20150040966A KR 20160114796 A KR20160114796 A KR 20160114796A
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battery
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이동우
김승수
이원호
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대성전기공업 주식회사
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Abstract

Disclosed is a dual battery device. An embodiment of the present invention comprises: a main battery pack having a main battery outputting main power; a sub battery pack having a sub battery charged with the main power supplied from the main battery or generation power of an alternator, wherein the charging with the main power is determined according to the amount of the main power of the main battery; and a connector connecting the main battery pack and the sub battery pack electrically and connecting nodes between the main battery pack and the sub battery pack to the alternator and a load. The sub battery pack includes: the sub battery which is charged or discharges the charged power as sub power; a converter boosting the main power from the main battery or the generation power of the alternator to charge the sub battery; a first switch switching on or switching off to send or block the main power from the main battery to the converter and switching on or switching off to send or block the generation power supplied from the alternator to the converter; an LIN transmitting and receiving terminal receiving the magnitude of the main power outputted from the main battery; and a battery managing unit having the first switch turned on to provide the main power form the main battery or the generation power of the alternator to the converter, and preventing the main power from the main battery from being transmitted to the converter by switching off the first switch if the main power of the main battery reaches threshold power while the generation power of the alternator is not supplied.

Description

듀얼 배터리 장치 및 충방전 방법{Apparatus for dual battery and method for charging and discharging the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a dual battery device and a charging /

본 발명은 듀얼 배터리 장치 및 듀얼 배터리 장치의 충방전 방법으로서, 특히 차량에 마련되는 메인 배터리와 서브 배터리로 이루어진 듀얼 배터리 장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dual battery device and a dual battery device charging and discharging method, and more particularly, to a dual battery device including a main battery and a sub battery and a charging method.

일반적으로 자동차는 시동시에는 배터리 전압을 이용하게 되고 자동차의 실내 램프등이나 계기류, 에어컨 장치와 같은 전기장치에 전원을 공급하기 위해 배터리와 발전기가 장착되어 있다. 대부분의 자동차 배터리는 납축 전지로 구성되어 있으며, 리튬 이온 배터리는 전기 자동차용으로 일부 사용되고 있다.Generally, automobiles use battery voltage at start-up, and are equipped with batteries and generators to supply power to electric devices such as automobile interior lamps, instruments, and air conditioners. Most automotive batteries consist of lead-acid batteries, and lithium-ion batteries are used for electric vehicles.

자동차의 배터리는 시동을 걸 때 스타터 모터를 회전시켜 엔진을 구동하게 되면 엔진에 팬 밸트로 접속되어 있는 교류발전기가 발전하여 배터리를 충전시키도록 되어 있으나 그 충전하여 사용할수 있는 용량에는 한계가 있어 사용자의 부주의로 인해 때때로 배터리가 방전되어 차량 시동을 걸수 없는 경우가 발생하곤 하였고, 또한 자동차용 배터리는 지속적으로 충/방전을 하여 사용하게 되는데 오랜 시간 충/방전을 하게 되면 배터리의 용량과 수명이 단축되어 배터리로서의 기능을 발휘할수 없는 경우도 발생하게 된다.When the starter motor is rotated to start the engine, the AC generator connected to the engine by the fan belt is charged to charge the battery. However, since the capacity of the battery is limited, The battery is sometimes discharged due to carelessness of the vehicle and the vehicle can not start. In addition, the battery of the automobile is continuously charged and discharged. When the charge / discharge is performed for a long time, the capacity and the life of the battery are shortened So that the battery can not be used.

기존에는 차량에 탑재되는 메인 배터리와 서브 배터리는 서로 분리되어 각각의 모듈이 여러 곳에 산재되어 있다. 따라서 차량 내의 배터리 산재로 인하여 불필요한 부품의 중복과 공간의 낭비를 초래한다. 또한 납축 전지만을 사용하는 경우 연료 절감에 한계를 가져온다. 또한 메인 배터리를 그대로 이용하여 서브 배터리를 충전하고 있는데, 이럴 경우 안정적인 충전이 되기 어려워 효율과 수명이 낮아지는 문제가 있다.
Conventionally, the main battery and the sub battery mounted on the vehicle are separated from each other, and the respective modules are scattered in various places. Therefore, unnecessary parts overlap and waste of space are caused by the scattered battery in the vehicle. In addition, when only lead acid batteries are used, the fuel saving is limited. In addition, the sub-battery is charged using the main battery as it is. In such a case, it is difficult to charge the sub-battery stably.

한국공개특허 10-10-2014-0134070Korean Patent Publication 10-10-2014-0134070

본 발명의 기술적 과제는 메인 배터리와 서브 배터리를 하나의 패키지 형태로 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 서브 배터리에 안정적인 충전을 이룰 수 있도록 하는데 있다. 또한 메인 배터리와 서브 배터리간에 불필요한 전력 소비를 줄여 연료 절감을 기여할 수 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 메인 배터리와 알터네이터, 메인 배터리와 차량 부하들 사이를 연결하는 릴레이의 신뢰성을 강화하는데 있다.
The main object of the present invention is to provide a main battery and a sub battery in the form of a single package. Another object of the present invention is to provide a sub-battery which can be stably charged. It also contributes to fuel savings by reducing unnecessary power consumption between the main battery and the sub-battery. Also, the technical problem of the present invention is to enhance the reliability of the relay connecting the main battery, the alternator, the main battery and the vehicle loads.

본 발명의 실시 형태는 메인 전력을 출력하는 메인 배터리를 구비한 메인 배터리팩; 상기 메인 배터리로부터 제공되는 메인 전력을 통해 충전되거나 알터네이터의 발전 전력을 통해 충전되는 서브 배터리를 구비하며, 상기 메인 배터리의 메인 전력의 크기에 따라 상기 메인 전력을 이용한 충전이 결정되는 서브 배터리팩; 및 상기 메인 배터리팩과 서브 배터리팩을 전기적으로 연결시키며, 상기 메인 배터리팩과 서브 배터리팩 사이의 노드를 알터네이터 및 부하에 각각 연결시킨 커넥터;를 포함하며, 상기 서브 배터리팩은, 충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 서브 전력으로서 방전하는 서브 배터리; 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력 또는 상기 알터네이터의 발전 전력을 승압시켜 상기 서브 배터리를 충전시키는 컨버터; 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력을 상기 컨버터로 스위칭 온 또는 스위칭 오프를 수행하며, 상기 알터네이터로부터 공급되는 발전 전력을 컨버터로 스위칭 온 또는 스위칭 오프시키는 제1스위치; 상기 메인 배터리에서 출력되는 메인 전력의 크기를 수신하는 LIN 송수신단; 및 상기 제1스위치를 스위칭 온시켜 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력 또는 상기 알터네이터의 발전 전력을 상기 컨버터로 제공하며, 상기 알터네이터의 발전 전력이 제공되지 않는 상태에서 상기 메인 배터리의 메인 전력이 설정된 임계 전력에 도달하면 상기 제1스위치를 스위칭 오프시켜 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력이 상기 컨버터로 전달되지 않도록 차단하는 배터리 관리부;를 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention is a battery pack comprising: a main battery pack having a main battery for outputting main power; And a sub battery which is charged through the main power supplied from the main battery or through the generated power of the alternator, and the charging using the main power is determined according to the magnitude of the main power of the main battery. And a connector electrically connecting the main battery pack and the sub battery pack and connecting a node between the main battery pack and the sub battery pack to an alternator and a load respectively, Or a sub-battery for discharging the charged power as sub-power; A converter for boosting main power from the main battery or generated power of the alternator to charge the sub battery; A first switch for switching on or off switching main power from the main battery to the converter and switching on or off generation power supplied from the alternator to a converter; A LIN transmitting / receiving end for receiving the magnitude of the main power output from the main battery; And switching on the first switch to provide main power from the main battery or generated power of the alternator to the converter, and in a state in which generation power of the alternator is not provided, the main power of the main battery is set to a set threshold power And turning off the first switch to block the main power from the main battery from being transmitted to the converter.

상기 서브 배터리팩은, 상기 메인 배터리의 메인 전력의 크기에 따라 상기 서브 배터리로부터의 서브 전력의 방전이 이루어짐을 특징으로 할 수 있다.And the sub-battery pack discharges sub-power from the sub-battery according to the magnitude of the main power of the main battery.

상기 서브 배터리팩은, 상기 서브 배터리의 서브 전력이 부하로 방전되도록 스위칭 온시키거나 또는 서브 배터리의 서브 전력이 부하로 방전되지 않도록 스위칭 오프시켜 차단하는 제2스위치; 및 상기 서브 배터리에서 방전되는 서버 전력의 크기를 측정하는 서브 전력 측정센서;를 포함하며, 상기 배터리 관리부는, 상기 메인 배터리의 메인 전력이 상기 서브 배터리의 서브 전력보다 낮은 경우 상기 제2스위치를 스위칭 온시켜 상기 서브 전력이 부하로 방전되도록 할 수 있다.The sub-battery pack may include a second switch for switching off the sub-power of the sub-battery to discharge the load, or for switching off the sub-power of the sub-battery so that the sub-power of the sub-battery is not discharged to the load; And a sub power measurement sensor for measuring a magnitude of a server power discharged from the sub battery, wherein the battery management unit switches the second switch when the main power of the main battery is lower than the sub power of the sub battery The sub power can be discharged to the load.

상기 제1스위치는 상기 메인 배터리로의 메인 전력이 상기 컨버터로만 향하도록 하는 단방향 스위치이며, 상기 제2스위치는, 상기 서브 배터리의 서브 전력이 차량내 부하로 흐를 수 있는 양방향 스위치임을 특징으로 할 수 있다.Wherein the first switch is a unidirectional switch that directs main power to the main battery only to the converter and the second switch is a bidirectional switch that allows the sub power of the sub battery to flow into an in- have.

상기 메인 배터리팩은, 충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 메인 전력으로서 방전하는 메인 배터리; 및 알터네이터의 발전 전력을 상기 메인 배터리에 제공하여 충전이 이루어지도록 하며, 상기 메인 배터리의 충전이 완료되면 상기 알터네이터의 발전 전력이 상기 메인 배터리로 도달하지 않도록 차단하는 스위칭을 하는 배터리 차단 스위치;를 포함할 수 있다.The main battery pack may include a main battery for charging or discharging the charged power as main power; And a battery cut-off switch for switching the power generation of the alternator to prevent the generated power of the alternator from reaching the main battery when charging of the main battery is completed can do.

상기 메인 배터리는 납축 전지이며, 상기 서브 배터리는 리튬 이온 전지임을 특징으로 할 수 있다.The main battery is a lead-acid battery, and the sub-battery is a lithium ion battery.

상기 메인 배터리팩, 서브 배터리팩은 상기 커넥터를 통해 연결되어 동일한 하우징 프레임에 마련될 수 있다.The main battery pack and the sub battery pack may be connected to the same housing frame through the connector.

또한 본 발명의 실시 형태는, 메인 전력을 출력하는 메인 배터리와 서브 전력을 출력하는 서브 배터리로 된 듀얼 배터리의 충방전 방법에 있어서, 상기 알터네이터의 발전 전력이 제공되는지를 파악하는 과정; 상기 메인 배터리의 메인 전력을 측정하며, 상기 서브 배터리의 서브 전력을 측정하는 과정; 엔진이 동작되어 알터네이터가 온 상태에서, 상기 메인 전력의 크기에 따라 메인 배터리의 충전이 이루어지며, 상기 서브 전력의 크기에 따라 서브 배터리의 충전이 이루어지는 배터리 충전 과정; 및 및 상기 메인 배터리의 메인 전력의 크기에 따라 상기 서브 배터리로부터의 서브 전력의 방전이 이루어지도록 하는 서브 배터리 방전 과정;을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a charging / discharging method of a dual battery comprising a main battery for outputting main power and a sub battery for outputting sub power, the method comprising: determining whether generation power of the alternator is provided; Measuring a main power of the main battery and measuring a sub power of the sub battery; A battery charging process in which the main battery is charged according to the magnitude of the main power when the engine is operated to turn on the alternator and the sub battery is charged according to the magnitude of the sub power; And a sub-battery discharging step of discharging the sub-power from the sub-battery according to the magnitude of the main power of the main battery.

상기 배터리 충전 과정은, 메인 전력 및 서브 전력이 모두 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우, 메인 배터리와 서브 배터리의 충전이 모두 이루어지며, 메인 전력만이 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우 메인 배터리만 충전이 이루어지며, 서브 전력만이 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우 서브 배터리만 충전이 이루어지며, 메인 전력 및 서브 전력이 모두 미리 설정된 충전 기준보다 크거나 같은 경우, 충전이 중단되도록 한다.When both the main power and the sub power are less than the predetermined charging reference, the main battery and the sub battery are both charged. If only the main power is less than the predetermined charging reference, only the main battery is charged If only the sub power is smaller than the predetermined charging reference, only the sub battery is charged. If both the main power and the sub power are greater than or equal to the predetermined charging reference, the charging is stopped.

상기 서브 배터리 방전 과정은, 상기 메인 배터리의 메인 전력이 상기 서브 배터리의 서브 전력보다 낮은 경우 상기 서브 전력이 부하로 방전되도록 할 수 있다.
The sub-battery discharging process may cause the sub-power to be discharged as a load when the main power of the main battery is lower than the sub-power of the sub-battery.

본 발명의 실시 형태에 따르면 본 발명은 배터리와 배터리 관련 모듈을 하나의 패키지 형태로 묶어놓은 것이기 때문에 부피와 무게가 감소되며, 여러 모듈 간의 인터페이스 공간 및 케이블 길이를 단축시켜, 궁극적으로 차량의 무게 감소에 효과가 있다. 서브 배터리로 리튬 이온을 사용하게 되면, 충전 시간이 빨라져 자동차 시동 직후, 고전류를 필요로 하는 전장 부하를 동작시키기 충분한 전류가 공급될 수 있다. 메인 배터리인 납축 전지에 리튬 이온 전지인 서브 배터리를 추가로 장착하여 배터리 부하 용량을 늘리고, 리튬 이온 전지의 장점을 극대화시킬 수 있다. 또한 시동이 꺼진 이후에 메인 배터리 대신에 방전 상태가 관리 가능한 서브 배터리를 사용하게 되면 블랙 박스 등과 같은 지속적으로 전류 소모를 하는 제품을 사용할 경우에도 서브 배터리를 감시하고 있다가 방전에 다다르기 전에 스위치를 차단하여 배터리의 방전 사고를 방지할 수 있다. 또한 본 발명은 DC/DC 컨버터를 사용 안정적인 전원을 공급받을 수 있기 때문에, 빈번한 재시동에도 안정적으로 보조 배터리를 충전시킬 수 있고, 배터리의 효율과 수명을 좋게 한다.
According to the embodiment of the present invention, since the battery and the battery-related modules are bundled into one package, the volume and weight are reduced, the interface space and the cable length between the modules are shortened, . Using lithium ion as the sub-battery, the charging time is accelerated so that a sufficient current can be supplied to operate the electric field load requiring high current immediately after starting the vehicle. The lead battery, which is the main battery, can be additionally equipped with a sub-battery, which is a lithium ion battery, to increase the load capacity of the battery and maximize the advantages of the lithium ion battery. Also, if a sub-battery that can manage the discharge status is used instead of the main battery after the start-up is turned off, the sub-battery is monitored even if a continuously consuming product such as a black box is used. It is possible to prevent a discharge accident of the battery. Further, since the DC / DC converter can be supplied with stable power, the present invention can stably charge the auxiliary battery even after frequent restarting, thereby improving battery efficiency and service life.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 배터리 장치를 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 듀얼 배터리 장치가 알터네이터 및 부하에 연결된 모습을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 차단 스위치의 상세 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩의 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 듀얼 배터리 장치가 알터네이터 및 부하에 연결된 모습을 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩의 동작 예시를 도시한 동작 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩 내의 컨버터 및 제1스위치 및 제2스위치에서 전류가 흐르는 모습을 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩 내의 컨버터 및 제1스위치 및 제2스위치의 회로 내에서 충전 전류가 흐르는 모습을 도시한 그림.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 메인 전력을 출력하는 메인 배터리와 서브 전력을 출력하는 서브 배터리로 된 듀얼 배터리를 이용하여 충전 또는 방전하는 과정을 도시한 플로차트.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 메인 배터리 및 서브 배터리의 충방전 과정을 도시한 플로차트.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 서브 배터리가 부하에 전력을 공급하는 모습을 도시한 그림.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 알터네이터에서 메인 배터리 및 서브 배터리에 전력을 공급하는 모습을 도시한 그림.1 is a diagram illustrating a dual battery device according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram showing a dual battery device connected to an alternator and a load according to an embodiment of the present invention;
3 is a detailed view of a battery cut-off switch according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a configuration of a sub battery pack according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing a dual battery device connected to an alternator and a load according to an embodiment of the present invention;
6 is an operational block diagram illustrating an exemplary operation of a sub battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view illustrating a current flowing in a converter and a first switch and a second switch in a sub-battery pack according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a view showing a state in which a charging current flows in the circuit of the converter and the first switch and the second switch in the sub-battery pack according to the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a process of charging or discharging using a main battery for outputting main power and a dual battery for outputting sub power according to an embodiment of the present invention. FIG.
10 is a flowchart illustrating a charging / discharging process of a main battery and a sub battery according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a state in which a sub battery supplies power to a load according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a state where electric power is supplied to a main battery and a sub battery in an alternator according to an embodiment of the present invention.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to explain the present invention in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. . Other objects, features, and operational advantages of the present invention, including its effects and advantages, will become more apparent from the description of the preferred embodiments. It should be noted that the same reference numerals are used to denote the same or similar components in the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 배터리 장치를 도시한 그림이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 듀얼 배터리 장치가 알터네이터 및 부하에 연결된 모습을 도시한 개념도이다.FIG. 1 is a view showing a dual battery device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which a dual battery device is connected to an alternator and a load according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 듀얼 배터리 장치는, 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200)이 커넥터(300)를 통해 연결되어 동일한 하우징 프레임에 마련된다. 본 발명은 두 개의 서로 다른 배터리를 하나의 패키지 형태로 결합하여, 고전류의 케이블을 사용할 필요 없이 배터리에 연결된 모듈까지 일체형으로 제작하여 제품을 통합시킨 배터리 통합 모듈이다.In the dual battery device of the present invention, the main battery pack 100 and the sub battery pack 200 are connected to each other through the connector 300 and are provided in the same housing frame. The present invention relates to a battery integration module in which two different batteries are combined into one package to integrate a module connected to a battery without using a high current cable and integrate the products.

기존에는 차량에 탑재되는 메인 배터리(110)와 서브 배터리(210)는 서로 분리되어 각각의 모듈이 여러 곳에 산재되어 있어, 차량 내의 배터리 산재로 인하여 불필요한 부품의 중복과 공간의 낭비를 초래한다. 이와 같이 종래에 배터리 산재로 인한 공간 낭비를 없애기 위하여, 본 발명은 하나의 동일한 하우징 프레임에 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200)을 위치시켜 활용한다.Conventionally, the main battery 110 and the sub battery 210 mounted on the vehicle are separated from each other, and the respective modules are scattered in many places, which causes unnecessary duplication of parts and waste of space due to battery scattering in the vehicle. In order to eliminate the waste of space due to battery scattering, the present invention utilizes the main battery pack 100 and the sub battery pack 200 in one and the same housing frame.

본 발명은 동일한 하우징 프레임에 배치된 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200)의 전력을 모두 고려한다. 종래에는 납축 전지만을 사용하는 경우 연료 절감에 한계를 가져왔으며, 또한 메인 배터리(110)를 그대로 이용하여 서브 배터리(210)를 충전할 경우 안정적인 충전이 되기 어려워 배터리 효율과 수명이 낮아지는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 동일한 하우징 프레임에 배치된 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200)를 구비하여 전력을 모두 고려하는 것이다. 즉, 본 발명은, 자동차 배터리를 납축 전지로 된 메인 배터리(110)와 리튬 이온 배터리로 된 서브 배터리(210) 두개로 나누어, 서브 배터리(210)를 이용하여 차량내 부하별로 전력을 공급할 수 있다. 또한 알터네이터(alternator)가 동작하지 않을 경우, 예컨대, 시동이 꺼진 상황에서 서브 배터리(210)를 이용하여 자동차 부하에 전원을 공급할 수 있어 메인 배터리(110)의 방전을 방지할 수 있다.The present invention considers both the power of the main battery pack 100 and the power of the sub battery pack 200 disposed in the same housing frame. Conventionally, when only the lead-acid battery is used, there is a limit to the fuel saving. Also, when the sub-battery 210 is charged using the main battery 110 as it is, there is a problem that stable charging is difficult to achieve, . In order to solve this problem, the main battery pack 100 and the sub battery pack 200 disposed in the same housing frame are provided to consider all the power. That is, according to the present invention, an automobile battery can be divided into two main batteries 110 of a lead-acid battery and a sub-battery 210 of a lithium-ion battery, . Also, when the alternator does not operate, for example, in a state in which the startup is turned off, power can be supplied to the car load using the sub battery 210, thereby preventing discharge of the main battery 110.

커넥터(300)(connector)는, 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200)을 전기적으로 연결시키며, 메인 배터리팩(100)과 서브 배터리팩(200) 사이의 노드를 알터네이터 및 부하에 각각 연결시킨다. 커넥터(300)는 알터네이터, 부하, 및 서브 배터리팩(200)을 메인 배터리팩(100)의 배터리 차단 스위치(120)에 각각 병렬 연결시키는 구조를 가진다. 이러한 연결 구조의 내부 커넥팅 하드웨어 구조는 다양한 형태로 구현 가능할 것이다.The connector 300 electrically connects the main battery pack 100 and the sub battery pack 200 and connects nodes between the main battery pack 100 and the sub battery pack 200 to the alternator and the load, . The connector 300 has a structure in which the alternator, the load, and the sub-battery pack 200 are connected in parallel to the battery cut-off switch 120 of the main battery pack 100, respectively. The internal connecting hardware structure of such a connection structure may be implemented in various forms.

메인 배터리팩(100)(main battery pack)은, 메인 배터리(110)와 배터리 차단 스위치(120)를 포함한다.The main battery pack 100 includes a main battery 110 and a battery cut-off switch 120.

메인 배터리(110)(main battery)는 충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 메인 전력으로서 방전하는 전지이다. 메인 배터리(110)는 11V ~ 14V로 충전되어, 직류전원을 제공하는 배터리로서 재충전 가능한 직류전원 수단이다. 메인 배터리(110)는 잘 알려져 있는 바와 같은 납축 전지, 니켈-카드늄 전지, 리튬 이온 전지등 중에서 선택적으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 메인 배터리(110)는 납축 전지가 사용됨이 바람직하다.The main battery 110 is a battery that is charged or discharges the charged power as main power. The main battery 110 is a rechargeable DC power source as a battery that is charged with 11V to 14V and supplies a DC power. The main battery 110 may be selectively constructed from a lead-acid battery, a nickel-cadmium battery, a lithium ion battery or the like as is well known. In the embodiment of the present invention, the main battery 110 is preferably a lead-acid battery.

참고로, 납축 전지는, 충전이 가능한 2차 전지로서,. 납을 (-)극, 이산화납을 (+)극으로 하고, 비중이 1.25 정도인 황산을 전해질로 사용하여 만든 전지이다. 납축 전지는, 방전 시 두 전극이 모두 황산납이 되어 두 극 모두 질량이 점점 증가하며, 전해질인 황산의 농도는 점점 묽어진다. 황산의 농도가 너무 묽어지면 반응 물질의 경계면에 저항이 높은 물질이 만들어져 수명이 단축되고 충전이 어렵기 때문에 완전히 방전시키지 말고 적당한 시기에 충전하여야 한다.For reference, the lead-acid battery is a rechargeable secondary battery. It is a cell made of sulfuric acid having a specific gravity of about 1.25, with lead (-) pole and lead dioxide (+) pole as electrolyte. In the lead-acid battery, both electrodes become lead sulphate during discharging, the mass of both electrodes increases gradually, and the concentration of sulfuric acid, which is an electrolyte, gradually becomes thinner. If the concentration of sulfuric acid is too low, a material with high resistance is formed at the interface of the reactant, and the life is shortened and charging is difficult.

배터리 차단 스위치(120)(BDS;Battery Disconnect Switch)는 메인 배터리(110)를 연결 또는 차단하여 메인 배터리(110)의 충방전을 수행하는 모듈로서, 도 3에 구조를 상세히 도시하였다. 도 3을 참고하면, 배터리 차단 스위치(120)는 알터네이터에 접속되는 제1단자(T1)와 메인 배터리(110)에 접속되는 제2단자(T2), 제1단자(T1)와 제2단자(T2) 사이를 스위칭하는 BDS 릴레이(121), BDS 릴레이(121)와 병렬로 연결되어 제2단자(T2)에서 제1단자(T1) 방향으로만 전류를 흐르게 하는 다이오드(122)를 포함한다.The battery cut-off switch 120 (BDS) is a module for charging / discharging the main battery 110 by connecting or disconnecting the main battery 110, which is shown in detail in FIG. 3, the battery cutoff switch 120 includes a first terminal T1 connected to the alternator, a second terminal T2 connected to the main battery 110, a first terminal T1, And a diode 122 connected in parallel to the BDS relay 121 to allow current to flow only from the second terminal T2 toward the first terminal T1.

스타트 모터에 의해 엔진에 시동이 걸리면 BDS 릴레이를 온(ON)시켜, 알터네이터를 통해 출력되는 발전 전력이 메인 배터리(110)로 전달되어 충전될 수 있도록 한다. 반면에 엔진 시동이 꺼져 알터네이터가 오프(OFF)될 경우, 메인 배터리(110)의 방전 전력은 다이오드나 온(ON) 상태로 된 BDS 릴레이를 통하여 부하로 메인 전력이 제공되며, 아울러 서브 배터리팩(200)에 제공되어 서브 배터리(210)의 충전이 이루어지도록 한다.When the engine is started by the start motor, the BDS relay is turned on so that the generated power output through the alternator is transferred to the main battery 110 to be charged. On the other hand, when the engine is turned off and the alternator is turned off, the discharge power of the main battery 110 is supplied to the load through the diode or the BDS relay turned on, 200 so that the sub-battery 210 is charged.

참고로, 자동차 충전 시스템의 심장이라고 할 수 있는 알터네이터(alternator)는 자동차 내의 모든 전원을 공급하는 발전기로, 회전중에는 항시 배터리를 가득 충전(fully charge)하는 역할을 한다. 알터네이터는 발전부인 코일과 마그네틱, 컨트롤부인 레귤레이터(regulator), 그리고 냉각구조로 이루어 진다. 엔진의 크랭크축과 연결되어 있는 알터네이터(발전기)는 벨트에 의해 돌아가면서 전기를 생산하는데, 이 때 생성된 전기는 교류(AC: Alternating Current)이며, 자동차에 필요한 직류(DC: Direct Current)로 전환되어 레귤레이터(voltage regulator)에 의해 일정하게 전기를 생성한다. 알터네이터의 고장은 주로 교류를 직류로 전환시키는 알터네이터 내부에 있는 다이오드(diodes)와 레귤레이터(voltage regulator)의 고장이 원인인 경우가 많다.For reference, the alternator, which is the heart of a car charging system, is a generator that supplies all the power in an automobile and plays a role of fully charging the battery during rotation. The alternator consists of a coil, a magnet, a regulator as a generator, and a cooling structure. The alternator (generator) connected to the crankshaft of the engine produces electricity by turning around by the belt. The generated electricity is AC (Alternating Current), which is converted to direct current (DC) So that electricity is constantly generated by a voltage regulator. The failures of the alternator are often caused by failures of the diodes and the voltage regulator inside the alternator, which converts the alternating current into direct current.

본 발명의 배터리 차단 스위치(120)는, 상기의 알터네이터의 발전 전력을 상기 메인 배터리(110)에 제공하여 충전이 이루어지도록 한다. 다만, 메인 배터리(110)의 충전이 완료되면 알터네이터의 발전 전력이 메인 배터리(110)로 도달하지 않도록 BDS 릴레이를 차단하는 스위칭을 수행한다. 예를 들어, 사용자가 자동차에 시동을 걸게 되면 메인 배터리(110)는 알터네이터로부터 발전 전력을 공급받게 되는데 메인 배터리(110)가 충전이 완료되면 BDS 릴레이를 OFF시켜 알터네이터로부터 발전 전력의 공급을 차단하여 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.
The battery cut-off switch 120 of the present invention supplies the generated power of the alternator to the main battery 110 to charge the battery. However, when charging of the main battery 110 is completed, switching is performed to shut off the BDS relay so that the generated power of the alternator does not reach the main battery 110. For example, when the user starts the vehicle, the main battery 110 receives the generated power from the alternator. When the main battery 110 is completely charged, the BDS relay is turned off to cut off the supply of the generated power from the alternator Unnecessary power consumption can be reduced.

서브 배터리팩(200)은, 메인 배터리(110)로부터 제공되는 메인 전력을 통해 충전되거나 알터네이터의 발전 전력을 통해 충전되는 서브 배터리(210)를 구비하며, 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기에 따라 메인 전력을 이용한 충전이 결정되도록 한다. 이하 도 4 내지 도 8과 함께 상술한다.The sub battery pack 200 includes a sub battery 210 which is charged through the main power supplied from the main battery 110 or through the generated power of the alternator and is connected to the main power of the main battery 110 So that charging using the main power is determined. 4 to 8 will be described in detail below.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩의 구성 블록도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 듀얼 배터리 장치가 알터네이터 및 부하에 연결된 모습을 도시한 개념도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩의 동작 예시를 도시한 동작 블록도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩 내의 컨버터 및 제1스위치 및 제2스위치에서 전류가 흐르는 모습을 도시한 그림이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서브 배터리팩 내의 컨버터 및 제1스위치 및 제2스위치의 회로 내에서 충전 전류가 흐르는 모습을 도시한 그림이다.5 is a conceptual diagram illustrating a dual battery device connected to an alternator and a load according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation example of a sub-battery pack according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a view illustrating a current flowing in the converter, the first switch, and the second switch in the sub- FIG. 8 is a view showing a state in which a charging current flows in the converter of the sub-battery pack, the first switch, and the second switch according to the embodiment of the present invention.

서브 배터리팩(200)(main battery pack)은, 서브 배터리(210), 컨버터(240), 제1스위치(230), LIN 송수신단(250), 및 배터리 관리부(220)를 포함할 수 있다. 이밖에 제2스위치(260), LIN 송수신단(250), 및 서브 전력 측정센서(미도시)를 포함할 수 있다.The main battery pack 200 may include a sub battery 210, a converter 240, a first switch 230, a LIN transmission / reception terminal 250, and a battery management unit 220. In addition, the second switch 260, the LIN transmitting / receiving end 250, and the sub power measuring sensor (not shown) may be included.

서브 배터리(210)(sub battery)는, 충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 서브 전력으로서 방전하는 전지이다. 서브 배터리(210)는 13V ~ 15V로 충전되어, 직류전원을 제공하는 배터리로서 재충전 가능한 직류전원 수단이다. 서브 배터리(210)는 잘 알려져 있는 바와 같은 납축 전지, 니켈-카드늄 전지, 리튬 이온 전지등 중에서 선택적으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 서브 배터리(210)는 리튬 이온 전지가 사용됨이 바람직하다.The sub battery 210 (sub battery) is a battery that is charged or discharges the charged power as a sub power. The sub battery 210 is a rechargeable DC power source as a battery that is charged with 13V to 15V and supplies a DC power. The sub-battery 210 may be selectively constructed from a lead-acid battery, a nickel-cadmium battery, a lithium ion battery or the like as is well known. In the embodiment of the present invention, the sub-battery 210 is preferably a lithium ion battery.

참고로, 리튬 이온 전지(Li-ion battery)는 이차 전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬 이온 전지는 충전 및 재사용이 불가능한 일차 전지인 리튬 전지와는 다르며, 전해질로서 고체 폴리머를 이용하는 리튬 이온 폴리머 전지와도 다르다. 리튬 이온 전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작기 때문에, 에너지밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화시스템, 그리고 항공산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하고 있다. 리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극 재질은 흑연이다. 양극에는 층상의 리튬코발트산화물(lithium cobalt oxide)과 같은 산화물, 인산철리튬(lithium iron phosphate, LiFePO4)과 같은 폴리음이온, 리튬망간 산화물, 스피넬 등이 쓰일 수 있다.For reference, a lithium ion battery (Li-ion battery) is a kind of secondary battery, in which lithium ions move from a cathode to an anode during a discharge process. At the time of charging, lithium ions move from the anode to the cathode again and find their place. A lithium ion battery is different from a lithium battery, which is a primary cell that can not be charged and reused, and is different from a lithium ion polymer battery using a solid polymer as an electrolyte. Since the lithium ion battery has a high energy density and no memory effect and the degree of natural discharge is small even when not in use, it is increasingly used in the fields of industry, automation system, and aviation industry . Lithium-ion batteries can be roughly divided into three parts: anodes, cathodes, and electrolytes. A wide variety of materials can be used. The most commonly used cathode material is graphite. As the anode, a layered oxide such as lithium cobalt oxide, a polyanion such as lithium iron phosphate (LiFePO4), lithium manganese oxide, spinel, or the like may be used.

컨버터(240)(converter)는, 직류 전력을 더 높은 직류 전력으로 승압(boost)시키는 직류-직류(DC-DC) 변환기이다. 따라서 컨버터(240)는, 메인 배터리(110)로부터의 메인 전력 또는 알터네이터의 발전 전력을 제공받아 이를 승압시켜 서브 배터리(210)를 충전시킨다. 예를 들어, 컨버터(240)는, 메인 배터리(110)에서 방전되는 11V~14V의 메인 전력을 제공받아, 서브 배터리(210)를 13V~15V로서 충전시킬 수 있다. 이러한 컨버터(240)는, 다양한 회로 구성을 가질 수 있는데, 예를 들어, 필터, 인덕터, 다이오드, 커패시터, FET, 및 PWM(Pulse Width Modulation) 모듈로 구현된다. 배터리 관리부(220)의 제어 신호에 따라 PWM 모듈은 FET를 스위칭시켜 승압(boost) 동작을 수행한다.The converter 240 is a DC-DC converter that boosts DC power to higher DC power. Accordingly, the converter 240 receives the main power from the main battery 110 or the generated power of the alternator, and boosts the main power to charge the sub-battery 210. For example, the converter 240 can receive main power of 11V to 14V discharged from the main battery 110, and charge the sub-battery 210 as 13V to 15V. Such a converter 240 may have various circuit configurations, for example, a filter, an inductor, a diode, a capacitor, an FET, and a PWM (Pulse Width Modulation) module. According to the control signal of the battery management unit 220, the PWM module performs a boost operation by switching FETs.

제1스위치(230)는, 메인 배터리(110)로부터의 메인 전력 또는 알터네이터의 발전 전력을 컨버터(240)로의 스위칭을 수행한다. 즉, 메인 배터리(110)로부터 메인 전력이 공급되는 경우 메인 전력을 컨버터(240)로 스위칭 온(ON) 또는 스위칭 오프(OFF)를 수행한다. 즉, 제1스위치(230)가 닫히게 되면 메인 배터리(110)에서 컨버터(240)로 전원이 공급되며, 제1스위치(230)가 열리게 되면 전원 공급이 차단된다.The first switch 230 switches the main power from the main battery 110 or the generated power of the alternator to the converter 240. That is, when the main power is supplied from the main battery 110, the main power is switched on or off to the converter 240. That is, when the first switch 230 is closed, power is supplied from the main battery 110 to the converter 240. When the first switch 230 is opened, the power supply is interrupted.

또한 제1스위치(230)는 시동이 걸려 알터네이터로부터 발전 전력이 공급되는 경우 알터네이터의 발전 전력을 컨버터(240)로 스위칭 온(ON) 또는 스위칭 오프(OFF)시킨다. 시동이 안걸린 상태에서는 알터네이터의 발전 전력이 공급되지 않기 때문에 메인 배터리(110)에서 방전되는 메인 전력이 제1스위치(230)로 인가되며, 시동이 걸리게 되면 알터네이터의 발전 전력이 메인 배터리(110)의 메인 전력보다 크기 때문에 발전 전력이 제1스위치(230)로 인가된다. Also, the first switch 230 may switch on (turn on) or turn off (turn off) the generated power of the alternator to the converter 240 when generating power is supplied from the alternator due to startup. The main power discharged from the main battery 110 is applied to the first switch 230. When the starting power is applied to the first switch 230, the generated power of the alternator is supplied to the main battery 110, So that the generated power is applied to the first switch 230. [0053]

이러한 제1스위치(230)는 릴레이로 구현될 수 있다. 또한 제1스위치(230)는 메인 배터리(110)로의 메인 전력이 컨버터(240)로만 향하도록 하는 단방향 스위치로 구현됨을 특징으로 한다. 제1스위치(230)는 서브 배터리(210)의 충전 용도로 사용되기 때문에 단방향 스위치로 구현함이 바람직하기 때문이다.The first switch 230 may be implemented as a relay. Also, the first switch 230 is implemented as a unidirectional switch that directs the main power to the main battery 110 to the converter 240 only. This is because the first switch 230 is preferably used as a unidirectional switch since it is used for charging the sub-battery 210.

LIN 송수신단(250)은, 메인 배터리(110)에서 출력되는 메인 전력의 크기를 차량의 전자 제어 유닛(ECU:Engine Control Unit)로부터 수신하여 배터리 관리부(220)로 전달한다. 전자 제어 유닛은 차량의 모둔 부하로부터 정보를 수신하는데, 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기를 감지한다. 감지된 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기는 LIN 송수신단(250)을 통해 서브 배터리팩(200)의 LIN 송수신단(250)으로 전달된다.The LIN transmitting / receiving unit 250 receives the magnitude of the main power output from the main battery 110 from an engine control unit (ECU) of the vehicle and transmits the magnitude of the main power to the battery management unit 220. The electronic control unit receives information from every load of the vehicle and senses the magnitude of the main power of the main battery 110. [ The main power of the main battery 110 sensed is transmitted to the LIN transmitting / receiving end 250 of the sub battery pack 200 through the LIN transmitting / receiving end 250.

LIN(Local Interconnect Network)은 자동차 통신 케이블인 CAN 통신 케이블에 주로 사용되는 멀티 통신 방식으로서, ECU와 자동차의 능동센서 및 능동 액추에이터 등의 부하 간의 데이터 전송에 사용된다. LIN은 간단하며, 느린 12V, 단선 버스이다. LIN은 마스터-슬레이브(master-slave) 원리에 따라 작동하며, 신호형태 및 프로토콜은 표준화되어 있다. LIN은 주소를 기반(address based)으로 한 단선 버스를 통한 데이터 전송 방식으로서, LIN 데이터 버스(LIN data bus)에서는 1개의 메인 ECU(master)에 종속 슬레이브(slave)를 16개까지 연결할 수 있다.LIN (Local Interconnect Network) is a multi-communication method mainly used for CAN communication cable, which is used for data transmission between an ECU and an active sensor of an automobile and an active actuator. LIN is a simple, slow 12V, single-wire bus. LIN operates according to the master-slave principle, and the signal form and protocol are standardized. LIN is an address-based data transfer system through a single-wire bus. In the LIN data bus, up to 16 slaves can be connected to one main ECU (master).

배터리 관리부(220)(BMS;Battery Management System)는, 서브 배터리(210)의 충전과 방전 상태를 감시 또는 제어한다. 즉, 배터리 관리부(220)는, 셀단위로 이루어진 리튬 이온 전지인 서브 배터리(210)의 충전과 방전 상태에서 각각의 셀 단위로 동일한 전압으로 관리 제어하는 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행한다. 또한 배터리의 SOC(State Of Charge) SOH(State Of Health, 예측 수명)을 계산하여 CAN 통신 케이블을 통하여 보조 배터리의 상태 정보 데이터를 보내주며, 각종 에러 및 시스템 진단을 CAN 통신 케이블을 통하여 수행한다.
The battery management unit 220 (BMS) monitors or controls the state of charge and discharge of the sub-battery 210. That is, the battery management unit 220 performs cell balancing for managing and controlling the sub-battery 210, which is a lithium-ion battery, on a cell-by-cell basis, at the same voltage in the charging and discharging states. It also calculates state of charge (SOC) SOH (state of health) of the battery and sends the status information data of the auxiliary battery through the CAN communication cable and performs various errors and system diagnosis through the CAN communication cable.

배터리 관리부(220)는, 제1스위치(230)를 스위칭 온(ON)시켜 메인 배터리(110)로부터의 메인 전력 또는 알터네이터의 발전 전력을 컨버터(240)로 제공한다. 제1스위치(230)를 스위칭 온(ON)시킴으로써, 시동이 안걸린 상태에서는 메인 배터리(110)로부터 제공되는 메인 전력을 컨버터(240)로 전달되도록 하며, 시동이 걸린 상태에서는 알터네이터의 발전 전력을 컨버터(240)로 전달되도록 할 수 있다.The battery management unit 220 turns on the first switch 230 to provide the main power from the main battery 110 or the generated power of the alternator to the converter 240. [ The main power supplied from the main battery 110 is transmitted to the converter 240 when the first switch 230 is switched on and the main power supplied from the main battery 110 is not supplied. Converter 240 as shown in FIG.

또한 배터리 관리부(220)는, 알터네이터의 발전 전력이 제공되지 않는 상태에서 메인 배터리(110)의 메인 전력이 미리 설정된 임계 전력에 도달하면, 제1스위치(230)를 스위칭 오프(OFF)시켜 메인 배터리(110)로부터의 메인 전력이 컨버터(240)로 전달되지 않도록 차단한다. 운전자가 시동을 끄게 되면 메인 배터리(110)는 시간이 흐를수록 전압이 떨어지게 되고 여러 차량내 부하의 전류 소모와, 시동 후에도 지속적으로 동작하는 전자 장치들로 인해 메인 배터리(110)가 방전될 수 있기 때문에 메인 배터리(110) 상태를 감시하여 단방향 스위치인 제1스위치(230)를 스위칭 오프(OFF)하여 오픈(open)시켜, 메인 배터리(110)의 방전을 방지할 수 있다. 임계 전력은, 시동이 걸릴 수 있는 최소 전압을 가지는 전력값이 될 수 있다.
When the main power of the main battery 110 reaches a predetermined threshold power in a state where generated power of the alternator is not provided, the battery management unit 220 switches off the first switch 230, Thereby preventing the main power from the converter 110 from being transmitted to the converter 240. When the driver turns off the main battery 110, the voltage drops as time elapses. As a result, the main battery 110 can be discharged due to current consumption of loads in various vehicles and electronic devices continuously operating after starting. It is possible to prevent the main battery 110 from discharging by monitoring the state of the main battery 110 and switching off the first switch 230 as a unidirectional switch to open the first switch 230. The threshold power may be a power value having a minimum voltage that can be started.

한편, 서브 배터리팩(200)은 서브 배터리(210)에서 방전이 이루어져 차량내 부하로 전원을 공급하게 된다. 이때, 서브 배터리팩(200)은, 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기에 따라 서브 배터리(210)로부터의 서브 전력의 방전이 이루어지도록 구현할 수 있다Meanwhile, the sub-battery pack 200 is discharged from the sub-battery 210 and supplies power to the in-vehicle load. At this time, the sub-battery pack 200 can be implemented so that the sub-power is discharged from the sub-battery 210 according to the magnitude of the main power of the main battery 110

이를 위해 서브 배터리팩(200)은, 제2스위치(260) 및 서브 전력 측정 센서(미도시)를 포함한다. 제2스위치(260)는, 서브 배터리(210)의 서브 전력이 부하로 방전되도록 스위칭 온(ON)시키거나 또는 서브 배터리(210)의 서브 전력이 부하로 방전되지 않도록 스위칭 오프(OFF)시켜 차단하는 기능을 수행한다.To this end, the sub-battery pack 200 includes a second switch 260 and a sub-power measurement sensor (not shown). The second switch 260 switches off the sub power of the sub battery 210 to be discharged to the load or turns off the sub power of the sub battery 210 to discharge the load, .

이러한 제2스위치(260)는 릴레이(relay)로 구현될 수 있다. 릴레이는 전기적 신호의 인가에 따라 여자(magnetizing)되는 코일과, 코일의 여자시 접점이 개방 또는 폐로되는 접점을 포함하게 구성될 수 있다. 또한 제2스위치(260)는 서브 배터리(210)의 서브 전력이 차량내 부하로 흐를 수 있는 양방향 스위치로 구현됨을 특징으로 한다. 제2스위치(260)는 서브 배터리(210)의 충전 용도로 사용되지 않기 때문에 양방향 스위치로 구현할 수 있다.The second switch 260 may be implemented as a relay. The relay may be configured to include a coil magnetized in response to the application of an electrical signal and a contact in which the excitation contact of the coil is opened or closed. Also, the second switch 260 is implemented as a bi-directional switch in which the sub-power of the sub-battery 210 can flow into an in-vehicle load. Since the second switch 260 is not used for charging the sub-battery 210, it can be implemented as a bi-directional switch.

서브 전력 측정 센서(미도시)는, 서브 배터리(210)에서 방전되는 서버 전력의 크기를 측정한다. 측정 방식은, 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데, 예컨대, 저항에 흐르는 전류의 크기와, 저항에 걸리는 전압을 측정하는 방식 등으로 구현될 될 수 있다.A sub power measurement sensor (not shown) measures the magnitude of the server power discharged from the sub battery 210. The measuring method can be implemented in various ways, for example, by measuring the magnitude of the current flowing through the resistor and measuring the voltage across the resistor.

배터리 관리부(220)는, 메인 배터리(110)의 메인 전력이 서브 배터리(210)의 서브 전력보다 낮은 경우 제2스위치(260)를 스위칭 온(on)시켜 서브 배터리(210)의 서브 전력이 부하로 방전되도록 하여, 부하에 서브 전력이 공급되도록 한다. 즉, 서브 배터리(210)의 서브 전력이 높을 경우에만 제2스위치(260)를 온(ON)시켜 동작하도록 하며, 메인 배터리(110)의 메인 전력이 더 높을 경우에는 제2스위치(260)를 오프(OFF)시켜 동작되지 않도록 한다.The battery management unit 220 turns on the second switch 260 when the main power of the main battery 110 is lower than the sub power of the sub battery 210, So that the sub power is supplied to the load. That is, the second switch 260 is turned on only when the sub power of the sub battery 210 is high. When the main power of the main battery 110 is higher, the second switch 260 is operated OFF (OFF) so as not to operate.

결국, 본 발명은 메인 배터리와 서브 배터리를 결합시키고, 여러 개의 모듈을 1 ~ 2개의 PCB로 통합하여 단일화된 통합 모듈을 만들어 배터리와 하나의 패키지 형태로 만들 수 있다. 또한 컨버터를 이용하여 15v전압으로 승압(boost)시켜 사용함으로써, 안정적인 보조 배터리 충전에 필요한 전압을 얻을 수 있다. 또한 메인 배터리의 상태를 감시하여 충전이 완료되면 메인 배터리와 알터네이터간에 스위치를 사용하여 전원 공급을 차단함으로써 불필요한 전력 소비를 줄여 연료 절감에 기여할 수 있다. 메인 배터리와 알터네이터, 메인 배터리와 차량 부하들 사이를 연결하는 스위치에 기계릴레이나 퓨즈 대신에 전자릴레이를 적용함으로써 보다 제품의 신뢰성을 강화하였다.
As a result, the present invention can combine a main battery and a sub battery, integrate several modules into one or two PCBs, and make a unified integrated module into a package with a battery. Also, by using the converter to boost the voltage to 15v, a voltage required for stable auxiliary battery charging can be obtained. In addition, by monitoring the state of the main battery and using the switch between the main battery and the alternator when the charging is completed, the power supply is cut off, thereby reducing unnecessary power consumption and contributing to fuel saving. The reliability of the product has been further enhanced by applying electronic relays instead of mechanical relays or fuses to the main battery, the alternator, and the switch between the main battery and the vehicle loads.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 메인 전력을 출력하는 메인 배터리와 서브 전력을 출력하는 서브 배터리로 된 듀얼 배터리를 이용하여 충전 또는 방전하는 과정을 도시한 플로차트이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 메인 배터리 및 서브 배터리의 충방전 과정을 도시한 플로차트이다.FIG. 9 is a flowchart illustrating a process of charging or discharging a main battery using main batteries and a dual battery using a sub battery to output sub power according to an embodiment of the present invention. Discharge process of the main battery and the sub-battery according to the example.

우선, 알터네이터(alternator)의 발전 전력이 제공되는지를 파악하는 과정을 가진다(S900). 시동이 걸리면 알터네이터는 구동되어 발전 전력을 출력하는데, 차량의 전자 제어 유닛(ECU)은 알터네이터의 정상적인 구동이 이루어지고 있는지를 파악하여 이를 배터리 관리부(220)(BMS)로 전달한다.First, a process of determining whether generated power of an alternator is provided (S900). When the starter is started, the alternator is driven to output the generated electric power. The electronic control unit (ECU) of the vehicle determines whether or not the alternator is normally driven and transfers it to the battery management unit 220 (BMS).

그리고, 메인 배터리(110)의 메인 전력을 측정하며, 서브 배터리(210)의 서브 전력을 측정한다(S920). 차량의 전자 제어 유닛(ECU)은, 차량 시동이 꺼진 상태에서 방전되는 메인 배터리의 메인 전력과, 서브 배터리(210)의 서브 전력을 측정하여 배터리 관리부(220)로 전달한다.Then, the main power of the main battery 110 is measured and the sub power of the sub battery 210 is measured (S920). The electronic control unit ECU of the vehicle measures the main power of the main battery discharged in the state where the vehicle is turned off and the sub power of the sub battery 210 and delivers the measured main power to the battery management part 220.

이밖에, 전자 제어 유닛(ECU)이 아니라 배터리 관리부(220)에서 알터네이터의 발전 전력, 메인 배터리(110)의 메인 전력, 및 서브 배터리(210)의 서브 전력을 직접 측정할 수 있다. In addition, the generated power of the alternator, the main power of the main battery 110, and the sub power of the sub battery 210 can be directly measured by the battery management unit 220 instead of the electronic control unit (ECU).

그 후, 엔진이 동작되어 알터네이터가 온 상태에서, 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기에 따라 메인 배터리(110)의 충전이 이루어지며, 서브 배터리(210)의 서브 전력의 크기에 따라 서브 배터리(120)의 충전이 이루어지는 배터리 충전 과정(S940)을 가진다. 본 발명의 충전 과정은 다양한 방식으로 이루어질 수도 있는다. 즉, 메인 배터리(110) 및 서브 배터리(210)의 충전 과정을 도시한 도 10을 참조하여 상술하면, 알터네이터가 오프(OFF)되어 발전 전력이 제공되지 않는지를 판단한다(S941). 알터네이터가 오프(OFF)되어 발전 전력이 제공되지 않는 경우, 메인 배터리(110)의 메인 전력이 미리 설정된 임계 전력에 도달하여 임계 전력보다 작거나 같은지를 판단한다(S942). Thereafter, when the engine is operated and the alternator is turned on, the main battery 110 is charged according to the magnitude of the main power of the main battery 110, and according to the sub power of the sub battery 210, (S940) in which the battery 120 is charged. The charging process of the present invention may be performed in various ways. More specifically, referring to FIG. 10 showing the charging process of the main battery 110 and the sub battery 210, the alternator is turned off to determine whether generation power is supplied (S941). If the alternator is turned off and no generated power is provided, it is determined whether the main power of the main battery 110 reaches a predetermined threshold power and is less than or equal to the threshold power (S942).

메인 배터리(110)의 메인 전력이 미리 설정된 임계 전력보다 작거나 같은 경우 배터리 차단 스위치를 오프(OFF)시켜 메인 전력을 차단한다(S943). 따라서 운전자가 시동을 끄게 되면 메인 배터리(110)는 시간이 흐를수록 전압이 떨어지게 되고 여러 차량내 부하의 전류 소모와, 시동 후에도 지속적으로 동작하는 전자 장치들로 인해 메인 배터리(110)가 방전될 수 있기 때문에 메인 배터리(110) 상태를 감시하여 임계 전력보다 작은 경우, 메인 배터리(110)로부터의 메인 전력을 차단함으로써, 메인 배터리(110)의 방전을 방지할 수 있다.When the main power of the main battery 110 is less than or equal to the predetermined threshold power, the main power is turned off by turning off the battery cutoff switch (S943). Therefore, when the driver turns off the main battery 110, the voltage drops as time passes. The main battery 110 is discharged due to current consumption of loads in various vehicles and electronic devices continuously operating after starting. The main battery 110 can be monitored to monitor the state of the main battery 110. If the main battery 110 is less than the threshold power, the main battery 110 can be prevented from discharging by shutting off the main power.

한편, 본 발명의 듀얼 배터리의 충전 과정은 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 알터네이터의 온 상태 시 메인 배터리와 서브 배터리가 상시 충전 상태로 이루어질 수도 있는 등 다양한 방식으로 구현 가능하나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 경우에 따라 본 발명의 충전 과정은 상시 충전시 발생하는 빈번한 충전 동작으로 인한 내구 연한 감소를 방지하기 위한 충전 과정을 더 구비할 수도 있다. Meanwhile, the charging process of the dual battery of the present invention can be performed in various manners. For example, the main battery and the sub battery may be always charged when the alternator is in the ON state. However, The charging process of the present invention may further include a charging process for preventing a decrease in durability due to a frequent charging operation that occurs during normal charging.

즉, 알터네이터가 온(ON)되어 발전 전력이 제공되는 경우에는, 메인 전력과 서브 전력이 모두 미리 설정한 충전 기준보다 작은지를 판단한다(S944). 충전기준보다 작은 경우 메인 배터리(110)와 서브 배터리(210)를 알터네이터의 발전 전력을 이용해 모두 충전하는 듀얼 충전 과정을 가진다(S946).That is, when the alternator is turned on to provide the generated power, it is determined whether both the main power and the sub power are smaller than a predetermined charging reference (S944). The main battery 110 and the sub-battery 210 are all charged using the generated power of the alternator (S946).

만약, 메인 전력만이 충전 기준보다 작거나 서브 전력만이 충전 기준보다 작은 경우(S945), 충전 기준보다 작은 메인 배터리(110)만을 발전 전력을 이용해 충전하거나 또는 충전 기준보다 작은 서브 배터리(210)만을 발전 전력을 이용해 충전하는 셀렉트 충전을 한다(S947).If only the main power is smaller than the charging reference or only the sub power is smaller than the charging reference (S945), only the main battery 110 smaller than the charging reference is charged using the generated power, or the sub battery 210, (Step S947).

만약, 메인 전력 및 서브 전력 모드 충전 기준보다 커서 충전이 필요하지 않은 경우 충전을 중단한다(S948). 충전을 중단함으로써 빈번한 충전 내지 과충전으로 인한 배터리 내구 연한 단축을 방지할 수 있다.
If charging is not required because it is greater than the main power and sub power mode charging reference, the charging is stopped (S948). By stopping the charging, it is possible to prevent the shortening of battery life due to frequent charging or overcharging.

한편, 메인 배터리(110)의 메인 전력의 크기에 따라 서브 배터리(210)로부터의 서브 전력의 방전이 이루어지도록 하는 서브 배터리 방전 과정이 이루어질 수 있다(S960). 서브 배터리의 방전 과정은, 메인 배터리(110)의 메인 전력이 서브 배터리(210)의 서브 전력보다 낮은 경우 서브 전력이 부하로 방전되도록 한다. 즉, 서브 배터리(210)의 서브 전력이 높을 경우에만 부하에 서브 전력이 공급되도록 하며, 메인 배터리(110)의 메인 전력이 더 높을 경우에는 부하에 서브 전력이 공급되지 않도록 한다. Meanwhile, a sub-battery discharge process may be performed to discharge the sub-power from the sub-battery 210 according to the magnitude of the main power of the main battery 110 (S960). The discharging process of the sub battery causes the sub power to be discharged to the load when the main power of the main battery 110 is lower than the sub power of the sub battery 210. [ That is, the sub power is supplied to the load only when the sub power of the sub battery 210 is high, and when the main power of the main battery 110 is higher, the sub power is not supplied to the load.

참고로, 본 발명에서 서브 배터리(210)는 메인 배터리(110)의 충전을 하는데 사용되지 않으며, 차량 시동이 이루어질 때 서브 배터리(210)가 알터네이터의 필요 전력을 제공한다. 즉, 차량의 ISG(Idling Sopt and Go) 적용이나, 신호 대기 등으로 시동이 꺼진 후 차량의 재시동을 위하여 알터네이터를 가동시키는 과정에서, 메인 배터리(110)의 전압 강하로 인한 문제를 서버 배터리(210)의 서버 전력으로 해결할 수 있다.In the present invention, the sub-battery 210 is not used for charging the main battery 110, and when the vehicle is started, the sub-battery 210 provides the required power of the alternator. That is, in the process of applying the ISG (Idling Sopt and Go) of the vehicle or operating the alternator for restarting the vehicle after the start of the vehicle is shut off due to a signal waiting or the like, the problem caused by the voltage drop of the main battery 110 is detected by the server battery 210 ) Can be solved by the server power of.

즉, 차량이 시동이 꺼진 상태에서는 도 11에 도시한 바와 같이 배터리 차단 스위치(120)를 오프(OFF)시켜 메인 배터리(110)의 전원이 부하쪽에 전달되는 것을 차단하고, 서버 배터리(210)의 서브 전력이 부하쪽에 전달되어 부하가 정상적으로 동작하도록 한다. 반면에 엔진이 정상적으로 동작하면 도 12에 도시한 바와 같이 배터리 차단 스위치(120)를 온(ON)시켜 알터네이터에서 메인 배터리(110)와 서브 배터리(210)에 전력을 공급하게 된다.
11, the battery cutoff switch 120 is turned off so that the power of the main battery 110 is prevented from being transmitted to the load side, and when the power of the server battery 210 is turned off, Sub power is transferred to the load side to allow the load to operate normally. On the other hand, when the engine operates normally, the battery cutoff switch 120 is turned on as shown in FIG. 12 to supply power to the main battery 110 and the sub battery 210 in the alternator.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
The embodiments of the present invention described above are selected and presented in order to assist those of ordinary skill in the art from among various possible examples. The technical idea of the present invention is not necessarily limited to or limited to these embodiments And various changes, modifications, and equivalents may be made without departing from the spirit and scope of the present invention.

100:메인 배터리팩
110:메인 배터리
120:배터리 차단 스위치
200:서브 배터리팩
210:서브 배터리
220:배터리 관리부
230:제1스위치
240:컨버터
250:LIN 송수신단
260:제2스위치100: Main battery pack
110: main battery
120: Battery disconnect switch
200: Sub battery pack
210: Sub battery
220: Battery management section
230: first switch
240: Converter
250: LIN transmit and receive unit
260: second switch

Claims (10)

메인 전력을 출력하는 메인 배터리를 구비한 메인 배터리팩;
상기 메인 배터리로부터 제공되는 메인 전력을 통해 충전되거나 알터네이터의 발전 전력을 통해 충전되는 서브 배터리를 구비하며, 상기 메인 배터리의 메인 전력의 크기에 따라 상기 메인 전력을 이용한 충전이 결정되는 서브 배터리팩; 및
상기 메인 배터리팩과 서브 배터리팩을 전기적으로 연결시키며, 상기 메인 배터리팩과 서브 배터리팩 사이의 노드를 알터네이터 및 부하에 각각 연결시킨 커넥터;
를 포함하며, 상기 서브 배터리팩은,
충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 서브 전력으로서 방전하는 서브 배터리;
상기 메인 배터리로부터의 메인 전력 또는 상기 알터네이터의 발전 전력을 승압시켜 상기 서브 배터리를 충전시키는 컨버터;
상기 메인 배터리로부터의 메인 전력을 상기 컨버터로 스위칭 온 또는 스위칭 오프를 수행하며, 상기 알터네이터로부터 공급되는 발전 전력을 컨버터로 스위칭 온 또는 스위칭 오프시키는 제1스위치;
상기 메인 배터리에서 출력되는 메인 전력의 크기를 수신하는 LIN 송수신단; 및
상기 제1스위치를 스위칭 온시켜 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력 또는 상기 알터네이터의 발전 전력을 상기 컨버터로 제공하며, 상기 알터네이터의 발전 전력이 제공되지 않는 상태에서 상기 메인 배터리의 메인 전력이 설정된 임계 전력에 도달하면 상기 제1스위치를 스위칭 오프시켜 상기 메인 배터리로부터의 메인 전력이 상기 컨버터로 전달되지 않도록 차단하는 배터리 관리부;
를 포함하는 듀얼 배터리 장치.
A main battery pack having a main battery for outputting main power;
And a sub battery which is charged through the main power supplied from the main battery or through the generated power of the alternator, and the charging using the main power is determined according to the magnitude of the main power of the main battery. And
A connector electrically connecting the main battery pack and the sub battery pack, and connecting nodes between the main battery pack and the sub battery pack to an alternator and a load, respectively;
Wherein the sub-battery pack includes:
A sub-battery which is charged or discharges the charged electric power as a sub-electric power;
A converter for boosting main power from the main battery or generated power of the alternator to charge the sub battery;
A first switch for switching on or off switching main power from the main battery to the converter and switching on or off generation power supplied from the alternator to a converter;
A LIN transmitting / receiving end for receiving the magnitude of the main power output from the main battery; And
The main power of the main battery or the alternator generating power is supplied to the converter by switching on the first switch, and when the main power of the main battery is not set to the set threshold power A battery management unit for switching off the first switch to block main power from the main battery from being transmitted to the converter;
And a battery.
청구항 1에 있어서, 상기 서브 배터리팩은,
상기 메인 배터리의 메인 전력의 크기에 따라 상기 서브 배터리로부터의 서브 전력의 방전이 이루어짐을 특징으로 하는 듀얼 배터리 장치.
The battery pack according to claim 1, wherein the sub-
And the sub-power from the sub-battery is discharged according to a magnitude of the main power of the main battery.
청구항 2에 있어서,
상기 서브 배터리팩은, 상기 서브 배터리의 서브 전력이 부하로 방전되도록 스위칭 온시키거나 또는 서브 배터리의 서브 전력이 부하로 방전되지 않도록 스위칭 오프시켜 차단하는 제2스위치; 및 상기 서브 배터리에서 방전되는 서버 전력의 크기를 측정하는 서브 전력 측정센서;를 포함하며,
상기 배터리 관리부는, 상기 메인 배터리의 메인 전력이 상기 서브 배터리의 서브 전력보다 낮은 경우 상기 제2스위치를 스위칭 온시켜 상기 서브 전력이 부하로 방전되도록 하는 듀얼 배터리 장치.
The method of claim 2,
The sub-battery pack may include a second switch for switching off the sub-power of the sub-battery to discharge the load, or for switching off the sub-power of the sub-battery so that the sub-power of the sub-battery is not discharged to the load; And a sub power measurement sensor for measuring a magnitude of a server power discharged from the sub battery,
Wherein the battery management unit switches on the second switch when the main power of the main battery is lower than the sub power of the sub battery so that the sub power is discharged to the load.
청구항 3에 있어서,
상기 제1스위치는 상기 메인 배터리로의 메인 전력이 상기 컨버터로만 향하도록 하는 단방향 스위치이며,
상기 제2스위치는, 상기 서브 배터리의 서브 전력이 차량내 부하로 흐를 수 있는 양방향 스위치임을 특징으로 하는 듀얼 배터리 장치.
The method of claim 3,
Wherein the first switch is a unidirectional switch that directs main power to the main battery only to the converter,
Wherein the second switch is a bi-directional switch in which the sub-power of the sub-battery can flow into an in-vehicle load.
청구항 1에 있어서, 상기 메인 배터리팩은,
충전이 이루어지거나 또는 충전된 전력을 메인 전력으로서 방전하는 메인 배터리; 및
알터네이터의 발전 전력을 상기 메인 배터리에 제공하여 충전이 이루어지도록 하며, 상기 메인 배터리의 충전이 완료되면 상기 알터네이터의 발전 전력이 상기 메인 배터리로 도달하지 않도록 차단하는 스위칭을 하는 배터리 차단 스위치;
를 포함하는 듀얼 배터리 장치.
The battery pack according to claim 1,
A main battery for charging or discharging the charged power as main power; And
A battery shut-off switch for switching between shutting off generation power of the alternator to the main battery when charging of the main battery is completed, providing a generated power of the alternator to the main battery to perform charging;
And a battery.
청구항 1에 있어서,
상기 메인 배터리는 납축 전지이며, 상기 서브 배터리는 리튬 이온 전지임을 특징으로 하는 듀얼 배터리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the main battery is a lead acid battery, and the sub-battery is a lithium ion battery.
청구항 1 내지 청구항 6중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 메인 배터리팩, 서브 배터리팩은 상기 커넥터를 통해 연결되어 동일한 하우징 프레임에 마련되는 듀얼 배터리 장치.
The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the main battery pack and the sub battery pack are connected to each other through the connector and are provided in the same housing frame.
메인 전력을 출력하는 메인 배터리와 서브 전력을 출력하는 서브 배터리로 된 듀얼 배터리의 충방전 방법에 있어서,
상기 알터네이터의 발전 전력이 제공되는지를 파악하는 과정;
상기 메인 배터리의 메인 전력을 측정하며, 상기 서브 배터리의 서브 전력을 측정하는 과정;
엔진이 동작되어 알터네이터가 온 상태에서, 상기 메인 전력의 크기에 따라 메인 배터리의 충전이 이루어지며, 상기 서브 전력의 크기에 따라 서브 배터리의 충전이 이루어지는 배터리 충전 과정; 및
상기 메인 전력의 크기에 따라 상기 서브 배터리로부터의 서브 전력의 방전이 이루어지도록 하는 서브 배터리 방전 과정;
을 포함하는 듀얼 배터리의 충방전 방법.
A method for charging and discharging a dual battery comprising a main battery for outputting main power and a sub battery for outputting sub power,
Determining whether generated power of the alternator is provided;
Measuring a main power of the main battery and measuring a sub power of the sub battery;
A battery charging process in which the main battery is charged according to the magnitude of the main power when the engine is operated to turn on the alternator and the sub battery is charged according to the magnitude of the sub power; And
A sub-battery discharging step of discharging sub-power from the sub-battery according to the magnitude of the main power;
And a charging / discharging method of the dual battery.
청구항 8에 있어서, 상기 배터리 충전 과정은,
메인 전력 및 서브 전력이 모두 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우, 메인 배터리와 서브 배터리의 충전이 모두 이루어지며,
메인 전력만이 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우 메인 배터리만 충전이 이루어지며, 서브 전력만이 미리 설정된 충전 기준보다 작은 경우 서브 배터리만 충전이 이루어지며,
메인 전력 및 서브 전력이 모두 미리 설정된 충전 기준보다 크거나 같은 경우, 충전이 중단되도록 하는 듀얼 배터리의 충방전 방법.
9. The method of claim 8,
When both the main power and the sub power are smaller than the preset charging reference, both the main battery and the sub battery are charged,
Only the main battery is charged when only the main power is smaller than the predetermined charging reference and only the sub battery is charged when only the sub power is smaller than the predetermined charging reference,
Wherein charging is stopped when both the main power and the sub power are equal to or greater than a preset charging reference.
청구항 8에 있어서, 상기 서브 배터리 방전 과정은,
상기 메인 배터리의 메인 전력이 상기 서브 배터리의 서브 전력보다 낮은 경우 상기 서브 전력이 부하로 방전되도록 하는 듀얼 배터리의 충방전 방법.9. The method of claim 8,
And when the main power of the main battery is lower than the sub power of the sub battery, the sub power is discharged as a load.
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