KR20170069375A - 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

외부전원에 연결될 경우 차량의 제1배터리 충전을 제어하는 충전기; 제1배터리로부터 출력되는 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부품에 공급하는 제1컨버터; 제1컨버터로부터 출력되는 저전압으로 충전되고, 차량 시동시 제1배터리 및 제1컨버터를 웨이크업하며, 외부 충전단자가 마련된 제2배터리; 및 충전기에 마련되며, 외부로 전원을 출력하는 외부 출력단자가 구비되고, 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결되는 경우 외부전원으로부터 인가되는 고전압을 저전압으로 변환하여 제2배터리에 공급하는 제2컨버터;를 포함하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법이 소개된다.

Description

전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법 {SYSTEM AND METHOD FOR EMERGENCY STARTING OF ELECTRIC CHARGEABLE VEHICLE}
본 발명은 소형 컨버터를 이용하여 제2배터리의 방전시 비상 시동을 걸 수 있도록 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래에는 차량의 12V 제2배터리가 방전될 경우 다른 가솔린/디젤 차량처럼 보험사에서 제공하는 긴급 출동 서비스를 이용하여 별도의 전원을 연결하여 점프 스타트를 실시하였다. 이 때문에 바쁜 출퇴근 시간에 12V 제2배터리가 방전될 경우 다른 차량을 이용해야 하는 등의 문제점이 있었다.
한편, 외부 충전이 가능한 플러그인하이브리드 차량이나 전기자동차의 경우 차량의 제1배터리를 충전하기 위한 완속충전장비(OBC)가 마련된다. OBC를 통해 외부의 고전압으로 제1배터리를 충전하고, 제1배터리는 컨버터를 통해 저전압으로 변환하여 차량의 전장부품을 구동하는 시스템이다.
이러한 전기자동차 역시 시동은 제2배터리의 12V를 이용하여 각 전장부품의 제어파트를 웨이크업함으로서 시동과정이 시작되는데, 제2배터리가 방전된 경우는 전기자동차 역시 시동이 어려운 문제가 있었다.
따라서, 이러한 외부 충전 차량의 경우 제2배터리가 방전되더라도 외부의 전원을 이용하여 쉽게 비상충전이 가능토록 하는 기술의 개발이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0104044 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소형 컨버터를 이용하여 제2배터리의 방전시 비상 시동을 걸 수 있도록 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템은, 차량의 제1배터리 충전을 제어하는 충전기; 제1배터리로부터 출력되는 전압을 변환하여 차량의 전장부품과 제2배터리에 공급하는 제1컨버터; 및 충전기와 제2배터리 사이에 구비되며, 충전기로부터 인가되는 전압을 변환하여 제2배터리에 공급하는 제2컨버터;를 포함한다.
충전기는 외부전원에 연결될 경우 차량의 제1배터리 충전을 제어할 수 있다.
제1컨버터는 제1배터리로부터 출력되는 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부품과 제2배터리에 공급할 수 있다.
제2배터리는 제1컨버터로부터 출력되는 저전압으로 충전되고, 차량 시동시 제1배터리 및 제1컨버터를 웨이크업하며, 외부 충전단자가 마련될 수 있다.
제2컨버터는 충전기에 마련되며, 외부로 전원을 출력하는 외부 출력단자가 구비되고, 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결되는 경우 외부전원으로부터 인가되는 고전압을 저전압으로 변환하여 제2배터리에 공급할 수 있다.
제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자를 연결하는 비상충전라인;을 더 포함한다.
제2컨버터는 충전기의 변압기 2차측에 추가 권선을 통해 연결될 수 있다.
충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결된 상태에서 시동신호가 인가된 경우 비상시동상태로 인식하는 시동제어부;를 더 포함할 수 있다.
시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 비상시동알람을 동작시킬 수 있다.
시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법은, 시동신호를 인지하는 시작단계; 충전기가 외부전원 연결 및 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자 연결을 체크하는 체크단계; 충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결된 경우 비상시동상태로 인식하는 인식단계; 및 비상시동상태인 경우 외부전원으로부터 제2배터리를 충전하는 비상충전단계;를 포함한다.
인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 비상시동알람을 동작시키는 알람단계;를 더 포함할 수 있다.
인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어하는 제한단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 소형 컨버터를 이용하여 제2배터리의 방전시 비상 시동을 걸 수 있도록 한다.
저전압 시동시 소모되는 전류가 크지만 시간이 매우 짧기 때문에 사용되는 파워부품의 크기는 작으며 이 때문에 보조컨버터의 크기는 소형화가 가능하여, 기존 OBC와 비교할 때 작은 공간, 적은 비용으로 구성이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템의 비상 컨버터를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법의 순서도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템의 비상 컨버터를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법의 순서도이다.
본 발명은 향후 널리 보급될 전기차가 여러 가지 문제로 인해 12V 배터리가 과방전되었을 경우, OBC를 충전시킬 수 있는 교류전원만 차량 근처에 있다면 간단하게 시동을 걸 수 있는 방법을 제시한다. OBC(ON BOARD CHARGER)가 사용되는 전기 자동차에서 12V 배터리가 방전되었을 경우, OBC에 12V 출력회로를 내부 구성하여, OBC가 상용 전원을 이용하여 12V를 출력하고 이를 보조배터리에 연결하여 시동함으로써, 운전자가 외부의 도움없이 자체적으로 시동을 할 수 있다. 이를 통하여 운전자가 보험 서비스 등을 기다리는 시간 없이 운전자가 자체적으로 시동을 할 수 있게 하여 차량 상품성을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 OBC가 사용되는 플러그인 하이브리드 차량에도 동일하게 적용 가능하다.
본 발명은 OBC 내부에 별도의 소형 보조컨버터를 추가 구성하였다. 이 소형 보조컨버터는 OBC 메인 변압기의 2차측에 추가로 권선을 감아 12V~14V 출력이 가능하게 하였다. 2차측은 기존 DC/DC 컨버터의 2차측과 동일하게 구성된 특징이 있다. 상용전원이 인가될 경우 OBC는 DC 고전압과 저전압 DC가 동시에 출력 가능하다. 이 경우 시동을 위한 소비전류는 높으나 동작시간이 매우 짧기 때문에 보조컨버터의 파워부품 소자들은 작은 크기로 패키지가 가능하며, 기존 OBC내부에 작은 공간을 차지하기 때문에 저비용으로도 적용이 가능하다.
구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템을 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템은, 외부전원에 연결될 경우 차량의 제1배터리 충전을 제어하는 충전기(100); 제1배터리(200)로부터 출력되는 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부품에 공급하는 제1컨버터(300); 제1컨버터(300)로부터 출력되는 저전압으로 충전되고, 차량 시동시 제1배터리(200) 및 제1컨버터(300)를 웨이크업하며, 외부 충전단자가 마련된 제2배터리(400); 및 충전기(100)에 마련되며, 외부로 전원을 출력하는 외부 출력단자가 구비되고, 외부 출력단자와 제2배터리(400)의 외부 충전단자가 연결되는 경우 외부전원(10)으로부터 인가되는 고전압을 저전압으로 변환하여 제2배터리에 공급하는 제2컨버터(120);를 포함한다.
도시된 바와 같이, 외부 충전이 가능한 차량의 경우 OBC(충전기)가 마련된다. OBC는 제1배터리에 연결되어 외부전원으로 충전이 가능하다. 그리고 제1배터리에는 제1컨버터가 연결되어 저전압으로 변환하고 전장부품에 공급한다. 제2배터리 역시 제1컨버터를 통해 평상시 충전이 이루어진다.
또한, 제1배터리에는 인버터(500)와 모터(600)가 연결되어 고전압으로 직접 차량을 구동하도록 한다.
그러나 시동 오프 후 실내등을 점등한 상태로 오랜 기간 주차를 하거나 하는 등의 특정한 상황에서는 전장부품의 전력 소모로 인하여 제2배터리가 완전방전되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 본 발명에 따르면 외부의 교류전원을 이용하여 제2배터리를 바로 충전하고 시동을 걸 수 있도록 하는 것이다.
구체적으로, 제2배터리(400)는 평상시 제1컨버터(300)로부터 출력되는 저전압으로 충전되고, 차량 시동시 제1배터리(200) 및 제1컨버터(300)를 웨이크업하도록 한다. 시동시에는 이와 같이 제2배터리(400)를 통해 최초 각종 제어기들의 웨이크업이 필요하다.
한편, OBC(100)에는 소형의 제2컨버터(120)가 마련된다. 제2컨버터는 충전기에 마련되며, 외부로 전원을 출력하는 외부 출력단자가 구비된다. 그리고 제2배터리의 방전으로 인하여 사용자가 비상시동을 위해 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자를 점프선 등으로 연결할 경우 외부전원으로부터 인가되는 고전압을 저전압으로 변환하여 제2배터리에 공급하도록 하는 것이다.
종래의 경우 제2배터리 방전시 별도의 전원을 가지고 점프를 해야 시동이 가능한 구조였다. 그러나 본 발명의 경우 충전기 내부에 별도의 제2컨버터를 구성하고 12V를 출력할 수 있게 하는 외부 출력단자를 구비하였다. 12V 외부 출력단자는 비상시에 12V ~ 14V까지 출력이 가능하며, 제2배터리까지 연결할 경우 비상시동이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템의 비상 컨버터를 나타낸 도면으로서, 기존회로에서는 상용전원(10)을 이용하여 제1배터리를 충전시킬 수 있는 고전압 DC 전원만을 생성하는 데에 비해 도 2의 회로에서는 별도의 제2컨버터(120)를 구성하기 위해 OBC(100)의 변압기(T) 2차측에 별도의 추가 권선을 연결하여 12V~ 14V 레벨의 DC 전원을 추가로 출력하는 것이 가능하게 구성하였다. 12V 시동시 소모되는 전류가 크지만 시간이 매우 짧기 때문에 사용되는 파워부품의 크기는 작으며 이 때문에 제2컨버터의 크기는 소형화가 가능하여, 기존 OBC와 비교할 때 작은 공간, 적은 비용으로 구성이 가능하다.
그리고, 차량에는 비상 시동을 위해 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자를 연결하는 비상충전라인을 구비해둘 수 있다. 일종의 점프선과 유사한 역할을 수행한다.
또한, 본 발명은 충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결된 상태에서 시동신호가 인가된 경우 비상시동상태로 인식하는 시동제어부를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2배터리의 완전방전시 사용자가 비상충전라인으로 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자를 연결하며, 충전기가 외부전원에 연결된 경우 시동제어부에서는 시동시 비상시동상태로 인지하는 것이다.
시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 비상시동알람을 동작시킬 수 있다. 이는 차량 실내의 클러스터나 스피커 등을 통하여 알람을 출력할 수 있는 것이다. 또한, 시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어할 수 있다. 그리고 비상충전라인이 탈거된 후 비상시동을 종료하고 정상시동으로 인식하며 주행이 가능하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법의 순서도로서, 본 발명의 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법은, 시동신호를 인지하는 시작단계; 충전기가 외부전원 연결 및 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자 연결을 체크하는 체크단계(S100); 충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결된 경우 비상시동상태로 인식하는 인식단계(S400); 및 비상시동상태인 경우 외부전원으로부터 제2배터리를 충전하는 비상충전단계(S500);를 포함한다.
인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 비상시동알람을 동작시키는 알람단계(S400);를 더 포함할 수 있다.
인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어하는 제한단계(S400);를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제2배터리가 과방전된 상태일 경우 차량 각 부품의 제어기에 전원이 인가가 안되므로 차량 시동이 불가하다(S200). 시동불가시, 비상버터가 구비된 충전기를 이용하여 차량 시동을 걸 수 있다. 운전자가 충전기에 별도의 제2배터리 비상충전라인을 연결하고 반대편에는 점프할 수 있도록 제2배터리 각 단자에 연결한다(S300). 이때 차량은 제2컨버터에 케이블이 연결되었음을 확인하여 비상시동임을 인지한다(비상 시동시 주행 불가).
운전자가 충전기를 상용전원에 연결하고, 긴급 시동버튼을 누르면 상용전원을 이용하여 내부의 제2컨버터가 12V~14V 레벨의 전압을 생성하며 제2배터리 충전라인을 통해 제2배터리를 충전한다(S500). 이때 시동을 걸 수 있다.
이때 차량 계기판에는 비상 시동 알림 등을 띄운다. 시동이 걸리면 고전압 배터리 및 제1컨버터가 동작하여 제2배터리를 충전한다. 이 경우 계속 긴급시동모드임을 운전자에게 알려주며, 운전자가 상용전원을 탈 거 하는 순간 긴급시동모드가 해지되고, 주행이 가능한 상태가 된다(S600).
본 발명의 전기충전 차량의 비상시동 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 소형 컨버터를 이용하여 제2배터리의 방전시 비상 시동을 걸 수 있도록 한다.
저전압 시동시 소모되는 전류가 크지만 시간이 매우 짧기 때문에 사용되는 파워부품의 크기는 작으며 이 때문에 보조컨버터의 크기는 소형화가 가능하여, 기존 OBC와 비교할 때 작은 공간, 적은 비용으로 구성이 가능하다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 충전기 200 : 제1배터리
300 : 제1컨버터 400 : 제2배터리
500 : 인버터 600 : 모터

Claims (13)

  1. 차량의 제1배터리 충전을 제어하는 충전기;
    제1배터리로부터 출력되는 전압을 변환하여 차량의 전장부품과 제2배터리에 공급하는 제1컨버터; 및
    충전기와 제2배터리 사이에 구비되며, 충전기로부터 인가되는 전압을 변환하여 제2배터리에 공급하는 제2컨버터;를 포함하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    충전기는 외부전원에 연결될 경우 차량의 제1배터리 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1컨버터는 제1배터리로부터 출력되는 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부품과 제2배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제2배터리는 제1컨버터로부터 출력되는 저전압으로 충전되고, 차량 시동시 제1배터리 및 제1컨버터를 웨이크업하며, 외부 충전단자가 마련된 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제2컨버터는 충전기에 마련되며, 외부로 전원을 출력하는 외부 출력단자가 구비되고, 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자가 연결되는 경우 외부전원으로부터 인가되는 고전압을 저전압으로 변환하여 제2배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제2컨버터의 외부 출력단자와 제2배터리의 외부 충전단자를 연결하는 비상충전라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제2컨버터는 충전기의 변압기 2차측에 추가 권선을 통해 연결된 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터와 제2배터리가 연결된 상태에서 시동신호가 인가된 경우 비상시동상태로 인식하는 시동제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 비상시동알람을 동작시키는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    시동제어부는 비상시동상태로 인식된 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템.
  11. 청구항 1의 전기충전 차량의 비상시동 시스템을 제어하는 방법으로서,
    시동신호를 인지하는 시작단계;
    충전기와 외부전원의 연결 및 제2컨버터와 제2배터리의 연결을 체크하는 체크단계;
    충전기가 외부전원에 연결되고 제2컨버터와 제2배터리가 연결된 경우 비상시동상태로 인식하는 인식단계; 및
    비상시동상태인 경우 외부전원으로부터 제2배터리를 충전하는 비상충전단계;를 포함하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 비상시동알람을 동작시키는 알람단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    인식단계 이후에는, 비상시동상태인 경우 차량의 주행이 불가능하도록 제어하는 제한단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기충전 차량의 비상시동 시스템 제어방법.
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