KR20190133545A - 시동 보조 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 시동 보조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시동 시 차량 배터리인 메인 배터리에 병렬로 연결되는 축전지에 의해 스타터 모터에 안정적인 시동 전원을 공급하고, 차량 배터리의 방전 시에도 스타터 모터를 구동하여 시동을 걸 수 있도록 하며, 정상 시동 완료 후 배터리로부터 충전전원을 공급받아 상기 축전지를 충전할 수 있도록 하는 시동 보조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

Description

시동 보조 장치 및 그 제어 방법{Start assisting apparatus and control method thereof}
본 발명은 자동차의 시동 보조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시동 시 차량 배터리인 메인 배터리에 병렬로 연결되는 축전지에 의해 스타터 모터에 안정적인 시동 전원을 공급하고, 차량 배터리의 방전 시에도 스타터 모터를 구동하여 시동을 걸 수 있도록 하며, 정상 시동 완료 후 배터리로부터 충전전원을 공급받아 상기 축전지를 충전할 수 있도록 하는 시동 보조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
자동차의 가장 기본적인 단계는 시동을 거는 것이다. 시동을 걸기 위해 자동차에는 시동 시스템이 구성되고 있으며, 시동 시스템은 자동차의 메인 배터리의 전원을 이용하여 시동을 건다.
이러한 자동차는 일정 온도 이하에서 시동을 걸리지 않거나 시동을 건 후 금방 꺼지는 현상들이 빈번하게 발생한다. 이와 같이 일정 온도 이하에서 시동이 걸리지 않거나 시동이 꺼지지 않도록 하기 위해 다양한 종류의 시동 보조 장치들이 개발되어 자동차에 적용되고 있다.
이러한 시동 꺼짐 방지 장치들로는 아초산에틸(C2H5NO2), 초산아밀(C4H11NO3), 초산에틸(C2H4NO3) 등의 연소 촉진제를 사용하는 연소 촉진제 공급 장치, 강압장치 및 예열 장치 등이 있다. 상술한 시동 보조 장치들에서 볼 수 있는 바와 같이 일반적인 시동 보조 장치들은 엔진기관과 연관된 기술들이다.
일반적으로, 자동차는 시동 시스템이 스타터 모터를 구동시킴에 의해 시동이 걸린다.
그러나 스타터 모터로 공급되는 전원이 낮거나 불안정한 경우 시동이 걸리지 않는다.
통상적으로 배터리는 그 용량이 유한하며, 시동 시마다 조금씩 성능이 떨어진다. 또한 배터리는 방전 시마다 성능이 급속도로 떨어지며, 겨울 등과 같이 낮은 온도에서도 성능이 떨어져 쉽게 방전되어 수명이 짧아진다.
이러한 배터리의 성능 저하는 자동차의 시동을 어렵게 만든다.
이러한 배터리에 의한 시동 성능을 보조하기 위해 배터리의 용량을 큰 것을 사용하거나, 2개의 배터리를 병렬 연결하여 사용하고 있다.
그러나 용량이 큰 배터리를 사용하는 것은 성능 저하를 조금 늦출 수 있을 뿐 문제를 해결한 것은 아니고, 2개의 배터리를 사용하는 것은 보조 배터리의 충전이 제대로 수행되지 않는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1236654호(2013.02.08.등록) 대한민국 공개특허 제10-2015-0031809(2015.03.25.공개)
따라서 본 발명의 목적은 시동 시 적어도 둘 이상의 축전지 셀로 구성되는 축전지를 차량 배터리인 메인 배터리와 병렬로 연결하여 스타터 모터에 안정적인 시동 전원을 공급하고, 차량 배터리의 방전 시에도 방전된 배터리로의 전원의 누설없이 스타터 모터를 구동하여 시동을 걸 수 있도록 하며, 정상 시 배터리로부터 충전전원을 공급받아 상기 축전지를 충전하되 셀 밸런싱을 수행하면서 충전할 수 있는 시동 보조 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시동 보조 장치는: 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 플러스 단자와 연결되는 플러스 시동 전원 접속부; 상기 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 마이너스 단자와 연결되는 마이너스 시동 전원 접속부; 차량의 차량 시스템과 연결되어 차량 시스템으로부터 엔진 시동 신호를 입력받는 차량 시스템 접속부; 적어도 둘 이상의 축전지 셀을 포함하고 마이너스 단자가 상기 마이너스 시동 전원 접속부에 연결되는 축전기 모듈; 및 상기 차량 시스템 접속부를 통해 엔진 시동 신호가 입력되면 상기 축전지 모듈이 상기 메인 배터리 및 스타터 모터에 병렬 연결되도록 상기 축전기 모듈의 플러스 단자를 상기 시동 전원 접속부에 연결하여 상기 축전기 모듈의 전원이 메인 배터리의 전원과 병렬로 상기 스타터 모터에 공급되도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 시스템 접속부는, 상기 차량 시스템으로부터 엔진 시동 완료 신호를 더 수신받아 상기 제어모듈로 출력하고, 상기 제어모듈은, 상기 엔진 시동 완료 신호의 수신 시 상기 축전기 모듈의 플러스 단자 및 상기 플러스 시동 전원 접속부의 연결을 해제하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 시스템 접속부는, 상기 차량 시스템으로부터 충전 제어 신호를 더 수신받아 상기 제어모듈로 출력하고, 상기 제어모듈은, 상기 충전 제어 신호의 수신 시 상기 플러스 시동 전원 접속부를 축전기 모듈의 플러스 단자에 연결하여 메인 배터리의 전원을 충전전원으로 축전기 모듈을 충전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는: 상기 축전기 모듈의 충전 시 상기 축전기 모듈에 포함되는 둘 이상의 축전지 셀들의 전원이 일정하게 유지되도록 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 밸런싱부는, 차량 시스템 접속부를 통해 충전 제어 신호를 입력받은 제어모듈의 제어를 받아 상기 축전기 모듈의 셀 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
축전기 모듈은, 3V의 축전지 셀 5개로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 제어 방법은: 엔진 시동 신호의 입력 시 제어모듈이 축전지 모듈의 플러스 단자를 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 플러스 단자가 연결되는 플러스 시동전원 접속부에 연결되어 축전지 모듈의 전원을 상기 메인 배터리의 전원과 함께 병렬로 스타터 모터에 공급하는 스타트 전원 공급 과정; 및 상기 스타터 모터의 구동에 의한 시동 완료에 따른 엔진 시종 완료 신호의 입력 시 상기 플러스 시동 전원 접속부에 연결된 축전기 모듈의 플러스 단자 연결을 해제하여 축전지 모듈에서 스타터 모터로 공급되는 전원을 차단하는 보조 전원 차단 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 상기 엔진 시동 완료 신호의 의한 시동 완료 후 충전 제어 신호가 차량 시스템으로부터 수신되면 상기 제어모듈이 상기 축전지 모듈의 플러스 단자를 상기 플러스 시동전원 접속부에 연결하여 메인 배터리로부터 공급되는 전원을 충전전원으로 축전기 모듈로 제공하도록 제어하여 상기 축전기 모듈을 충전하는 축전기 충전 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
셀 밸런싱부가 상기 축전기 모듈의 충전이 개시되면 축전기 모듈의 복수의 축전지 셀들에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 밸런싱 과정은, 셀 밸런싱부가 상기 제어모듈 및 차량 시스템 접속부 중 어느 하나로부터 충전제어 신호의 입력 여부를 모니터링하는 샐 밸런싱 모니터링 단계; 및 상기 충전제어 신호의 입력 시 상기 셀 밸런싱부가 상기 축전기 모듈의 복수의 축전지 셀들에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 차량 구성과의 연결 및 시동 보조 장치의 구성 및 동작을 설명하고, 상기 장치의 제어방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 시동 보조 장치(300)는 차량의 메인 배터리(100), 스타터 모터(150) 및 차량 시스템(200)과 연결된다.
메인 배터리(100) 및 스타터 모터(150)는 시동 보조 장치(300)에 전원라인을 통해 병렬로 연결되도록 구성되어, 시동 시 메인 배터리(100)에서 공급되는 전원과 시동 보조 장치(300)에서 공급되는 보조 전원이 스타터 모터(150)에 병렬로 공급될 수 있도록 구성된다.
차량 시스템(200)은 차량의 차체제어모듈(Body Control Module: BCM) 등을 포함하는 전자 시스템으로, 차량의 키박스를 통한 자동차 키의 회전에 의한 시동 시도 또는 시동 버튼의 눌림에 의한 시동 시도 발생 시 엔진 시동 신호를 생성하고, 엔진의 시동 완료 후 엔진 시동 완료 신호를 출력하며, 실시예에 따라 충전 버튼의 눌림 발생 시 충전 제어 신호를 출력한다. 상기 엔진 시동 완료 신호는 상기 엔진 시동 신호가 온(High or Low) 신호일 때 오프(Low or High) 신호가 될 수 있을 것이다. 상기 충전 버튼은 시동 보조 장치에 구성될 수도 있을 것이다.
상기 엔진 시동 신호 및 엔진 시동 완료 신호는 시동 보조 장치(300)로 공급되고, 충전 제어 신호는 실시예에 따라 시동 보조 장치(300)로 공급될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 시동 보조 장치(300)의 상세 구성 및 동작을 설명하면, 시동 보조 장치(300)는 플러스 시동 전원 접속부(310), 마이너스 시동 전원 접속부(320), 차량 시스템 접속부(330), 축전기 모듈(340) 및 제어모듈(360)을 포함하며, 실시예에 따라 셀 밸런싱부(350) 및 충전 버튼(370)을 더 포함할 수 있을 것이다.
플러스 시동 전원 접속부(310)는 메인 배터리(100) 및 스타터 모터(150)의 플러스 단자에 전원라인으로 연결되고 제어모듈(360)과 전원라인으로 연결되어 상기 제어모듈(360)로부터 보조 전원을 입력받거나 메인 배터리(100)의 전원을 제어모듈(360)로 공급하는 연결 포인트를 제공한다.
마이너스 시동 전원 접속부(320)는 메인 배터리(100) 및 스타터 모터(150)의 마이너스 단자와 전원라인으로 연결되고, 축전지 모듈(340)의 마이너스 단자에 전원라인으로 연결된다.
차량 시스템 접속부(330)는 차량 시스템(200)과 연결될 수 있는 연결 수단을 포함하여 차량 시스템(200)으로부터 엔진 시동 신호 및 엔진 시동 완료 신호를 입력받아 제어모듈(360)로 출력하며, 실시예에 따라 충전 제어 신호를 입력받아 제어모듈(360)로 출력한다.
상기 차량 시스템 접속부(330)는 차량 시스템(200)의 상기 엔진 시동 신호가 전송되는 엔진 시동 신호선 및 충전 제어 신호선이 연결되는 연결 핀으로 구성될 수도 있고, 엔진 시동 신호, 엔진 시동 완료 신호, 충전 제어 신호 등을 출력하는 ODB(On Board Diagnosis) 2 등과 같은 인터페이스 장치일 수도 있을 것이다.
축전기 모듈(340)은 3V의 대용량 축전기 5개가 직렬로 구성되어 15V의 보조전원을 공급하며, 플러스 단자가 제어모듈(360)에 연결되고 마이너스 단자가 마이너스 시동 전원 접속부(320)에 접속되도록 구성된다.
셀 밸런싱부(350)는 축전기 모듈(340)과 연결되어 축전기 모듈(340)을 구성하는 5개의 축전지 셀들의 전압을 측정하고, 측정되는 전압에 기초하여 상기 각 축전지 셀들의 전압이 동일하게 충전 및 방전되도록 하는 셀 밸런싱을 수행한다.
상기 셀 밸런싱부(350)는 제어모듈(360)을 통해 충전 제어 신호를 입력받거나, 차량 시스템 접속부(330)를 통해 직접 충전 제어 신호를 입력받거나, 충전버튼(370)으로부터 직접 충전 제어 신호를 입력받아 축전기 모듈(340)의 셀 밸런싱을 수행하도록 구성될 수도 있고, 전원 공급 이후 지속적으로 충전 및 방전 시 축전기 모듈(340)의 전압을 모니터링하여 셀 밸런싱을 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.
충전버튼(370)은 사용자에 의해 눌릴 시 충전 제어 신호를 생성하여 제어모듈(360) 및 셀 밸런싱부(350) 중 어느 하나로 출력한다.
제어모듈(360)은 플러스 시동 전원 접속부(310) 및 축전기 모듈(340)과 전원 라인으로 연결되고, 차량 시스템 접속부(330)와 제어라인으로 연결되어, 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 전반적인 동작을 제어한다.
구체적으로 제어모듈(360)은 전원입력 제어모듈(361) 및 전원출력 제어모듈(362)을 포함하여 구성된다.
전원입력 제어모듈(361)은 차량 시스템 접속부(330)를 통해 엔진 시동 신호가 입력되면 축전기 모듈(340)의 플러스 단자를 플러스 시동 전원 접속부(310)와 연결되어 스타터 모터(150)에 메인 배터리(100)의 전원과 보조 전원을 병렬로 공급한다.
전원입력 제어모듈(361)은 차량 시스템 접속부(330)를 통해 엔진 시동 완료 신호가 입력되면 상기 축전기 모듈(340) 및 플러스 시동 전원 접속부(310)의 연결을 해제하여 축전기 모듈(340)의 보조 전원이 스타터 모터(150)로 공급되지 않도록 한다.
전원출력 제어모듈(362)은 차량 시스템 접속부(330) 및 충전버튼(370) 중 어느 하나로부터 충전 제어 신호가 입력되면 축전기 모듈(340)의 플러스 단자와 플러스 시동 전원 접속부(310)를 연결시킨 후 메인 배터리(100)로부터 공급되는 전원을 충전전원으로 축전기 모듈(340)로 공급하여 축전기 모듈(340)의 충전을 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 시동 보조 장치의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어모듈(360)은 차량 시스템 접속부(330)를 통해 엔진 시동 신호가 입력되는지를 검사한다(S111).
차량 시스템 접속부(330)로부터 엔진 시동 신호가 입력되면 제어모듈(360)의 전원입력 제어모듈(361)은 축전기 모듈(340)의 플러스 단자 및 플러스 시동 전원 접속부(310)를 전원라인으로 연결하여(S113), 축전기 모듈(340)의 보조 전원이 메인 배터리(100)의 전원과 병렬로 스타터 모터(150)로 공급될 수 있도록 한다(S115).
축전지 모듈의 보조전원이 플러스 시동 전원 접속부(310)로 공급되기 시작하면 제어모듈(360)의 전원입력 제어모듈(361)은 엔진 시동 완료 신호가 입력되는지를 검사하고(S117), 엔진 시동 완료 신호가 입력되면 축전기 모듈(340)과 플러스 시동 전원 접속부(310)의 전원라인 연결을 해제한다(S119).
시동이 걸린 후 제어모듈(360)의 전원출력 제어모듈(362)은 충전 제어 신호가 입력되는지를 검사하고(S121), 충전 제어 신호가 입력되면 축전기 모듈(340)의 플러스 단자를 플러스 시동전원 접속부(310)에 연결하여(S123), 메인 배터리(100)의 전원을 충전전원으로 축전기 모듈(340)로 공급하여 축전기 모듈(340)을 충전한다(S125).
충전이 개시되면 셀 밸런싱부(350)는 축전기 모듈(340)의 축전지 셀들에 대해 셀 밸런싱을 수행한다(S127).
상기 축전기 모듈(340)의 충전 및 셀 밸런싱은 엔진 시동이 종료될 때까지, 즉 시동이 꺼질 때까지 수행될 것이다(S129).
도 3에서 나타내지는 않았으나, 셀 밸런싱부(350)가 축전기 모듈(340)의 충전이 완료되면 셀 밸런싱을 종료하고, 제어모듈(360)로 충전 완료를 통지하고, 충전 완료를 통지받은 제어모듈(360)의 전원출력 제어모듈(362)은 축전기 모듈(340)의 플러스 단자와 플러스 시동 전원 접속부(310)의 전원라인을 차단하여 충전을 종료하도록 구성될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 메인 배터리 150: 스타터 모터
200: 차량 시스템 300: 시동 보조 장치
310: 플러스 시동 전원 접속부
320: 마이너스 시동 전원 접속부
330: 차량 시스템 접속부
340: 축전기 모듈 350: 셀 밸런싱부
360: 제어모듈 361: 전원입력 제어모듈
362: 전원출력 제어모듈

Claims (10)

  1. 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 플러스 단자와 연결되는 플러스 시동 전원 접속부;
    상기 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 마이너스 단자와 연결되는 마이너스 시동 전원 접속부;
    차량의 차량 시스템과 연결되어 차량 시스템으로부터 엔진 시동 신호를 입력받는 차량 시스템 접속부;
    적어도 둘 이상의 축전지 셀을 포함하고 마이너스 단자가 상기 마이너스 시동 전원 접속부에 연결되는 축전기 모듈; 및
    상기 차량 시스템 접속부를 통해 엔진 시동 신호가 입력되면 상기 축전지 모듈이 상기 메인 배터리 및 스타터 모터에 병렬 연결되도록 상기 축전기 모듈의 플러스 단자를 상기 시동 전원 접속부에 연결하여 상기 축전기 모듈의 전원이 메인 배터리의 전원과 병렬로 상기 스타터 모터에 공급되도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 시스템 접속부는,
    상기 차량 시스템으로부터 엔진 시동 완료 신호를 더 수신받아 상기 제어모듈로 출력하고,
    상기 제어모듈은
    상기 엔진 시동 완료 신호의 수신 시 상기 축전기 모듈의 플러스 단자 및 상기 플러스 시동 전원 접속부의 연결을 해제하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차량 시스템 접속부는,
    상기 차량 시스템으로부터 충전 제어 신호를 더 수신받아 상기 제어모듈로 출력하고,
    상기 제어모듈은,
    상기 충전 제어 신호의 수신 시 상기 플러스 시동 전원 접속부를 축전기 모듈의 플러스 단자에 연결하여 메인 배터리의 전원을 충전전원으로 축전기 모듈을 충전시키는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축전기 모듈의 충전 시 상기 축전기 모듈에 포함되는 둘 이상의 축전지 셀들의 전원이 일정하게 유지되도록 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부는,
    차량 시스템 접속부를 통해 충전 제어 신호를 입력받은 제어모듈의 제어를 받아 상기 축전기 모듈의 셀 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 축전기 모듈은,
    3V의 축전지 셀 5개로 구성되는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치.
  7. 엔진 시동 신호의 입력 시 제어모듈이 축전지 모듈의 플러스 단자를 차량의 메인 배터리 및 스타터 모터의 플러스 단자가 연결되는 플러스 시동전원 접속부에 연결되어 축전지 모듈의 전원을 상기 메인 배터리의 전원과 함께 병렬로 스타터 모터에 공급하는 스타트 전원 공급 과정; 및
    상기 스타터 모터의 구동에 의한 시동 완료에 따른 엔진 시종 완료 신호의 입력 시 상기 플러스 시동 전원 접속부에 연결된 축전기 모듈의 플러스 단자 연결을 해제하여 축전지 모듈에서 스타터 모터로 공급되는 전원을 차단하는 보조 전원 차단 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엔진 시동 완료 신호의 의한 시동 완료 후 충전 제어 신호가 차량 시스템으로부터 수신되면 상기 제어모듈이 상기 축전지 모듈의 플러스 단자를 상기 플러스 시동전원 접속부에 연결하여 메인 배터리로부터 공급되는 전원을 충전전원으로 축전기 모듈로 제공하도록 제어하여 상기 축전기 모듈을 충전하는 축전기 충전 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    셀 밸런싱부가 상기 축전기 모듈의 충전이 개시되면 축전기 모듈의 복수의 축전지 셀들에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 과정은,
    셀 밸런싱부가 상기 제어모듈 및 차량 시스템 접속부 중 어느 하나로부터 충전제어 신호의 입력 여부를 모니터링하는 샐 밸런싱 모니터링 단계; 및
    상기 충전제어 신호의 입력 시 상기 셀 밸런싱부가 상기 축전기 모듈의 복수의 축전지 셀들에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시동 보조 장치 제어 방법.
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KR20150031809A (ko) 2013-09-16 2015-03-25 엘에스엠트론 주식회사 시동보조기능을 갖는 하이브리드엔진과 이를 이용한 하이브리드 트랙터 및 하이브리드 차량

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