KR20200001696A

KR20200001696A - 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20200001696A
Application number: KR1020180074483A
Authority: KR
Inventors: 이상진; 박준우; 박용진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 유라코퍼레이션; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-07
Also published as: KR102634453B1

Abstract

본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은, 메인 배터리; 보조 배터리; 복수의 스위칭 소자로 구성되며, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 마련되어 상기 메인 배터리의 전원을 상기 보조 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키거나 상기 보조 배터리의 전원을 상기 메인 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키는 전력변환부; 및 상기 보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 스위칭 소자에 입력되는 신호를 조정하여 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법{BATTERY CHARGING CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 배터리가 사용되는 차량에 있어서 충전과정 중에 과전류로 인해 배터리가 손상되거나 배터리의 방전으로 인해 차량 내 전장품의 전력 공급에 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 다양한 전장품들이 설치되어 있으며, 이러한 전장품들을 구동시키기 위한 전원을 공급하기 위해 배터리가 차량에 탑재되어 있다.

한편, 종래에는 차량 전장품들에 전원을 공급하기 위해 하나의 배터리가 차량에 탑재된 경우가 많았으나, 최근에는 운전자가 운전을 보다 편하게 할 수 있도록 도와주는 다양한 전장품들이 차량에 탑재되면서 보다 안정적으로 해당 전장품들에 전원을 공급해주기 위해 메인 배터리와 보조 배터리를 포함하여 복수의 배터리가 차량에 탑재되기도 한다.

이처럼, 차량에 메인 배터리와 보조 배터리가 탑재된 경우, 메인 배터리는 차량의 알터네이터(제너레이터)를 통해 충전되고, 보조 배터리는 메인 배터리의 충전된 전원을 이용하여 충전되며, 메인 배터리와 보조 배터리에서 차량에 설치된 다양한 전장품들에 전원을 공급해줄 수 있었다. 하지만, 메인 배터리의 충전된 전원을 이용하여 보조 배터리를 충전시키는 과정에서 갑자기 과전류가 보조 배터리에 인가되면 보조 배터리가 파손되는 문제가 발생할 수 있었고, 과전류가 발생하여 충전을 정지시킬 시, 보조 배터리가 방전되어 전장품들에 전력을 공급하는데 문제가 발생할 수 있었다.

KR 10-2017-0071081 A1

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 보조 배터리에 공급되는 충전전류를 제어함으로써 보조 배터리에 과전류가 인가되지 않도록 하며, 보조 배터리의 충전전압을 제어함으로써 보조 배터리가 방전되어 전장품들에 전력을 공급하는데 문제가 발생하는 것을 방지하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은, 메인 배터리; 보조 배터리; 복수의 스위칭 소자로 구성되며, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 마련되어 상기 메인 배터리의 전원을 상기 보조 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키거나 상기 보조 배터리의 전원을 상기 메인 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키는 전력변환부; 및 상기 보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 스위칭 소자에 입력되는 신호를 조정하여 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 상기 최대 허용 전류 값 이하가 되도록 제한하는 전류 제어부; 상기 보조 배터리가 상기 충전 목표 전압 값 이하로 충전되도록 충전전압을 제어하는 전압 제어부; 상기 센싱된 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교한 결과에 따라, 상기 전류 제어부 및 상기 전압 제어부에 각각 입력되는 신호를 출력하는 MCU(Micro Control Unit); 및 상기 전류 제어부 또는 상기 전압 제어부의 출력 신호를 입력받고, 입력된 신호에 기반하여 상기 스위칭 소자를 구동시키는 스위칭 소자 제어부 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 MCU는 상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 상기 전압 제어부에 입력할 수 있다.

상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 전류 제어부의 출력 신호가 상기 스위칭 소자 제어부에 입력될 수 있다.

상기 MCU는 상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 상기 전압 제어부에 입력할 수 있다.

상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 전압 제어부의 출력 신호가 상기 스위칭 소자 제어부에 입력될 수 있다.

상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC(State of Charge)를 모니터링 하는 SOC 모니터링부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 SOC 모니터링부를 통해 모니터링된 상기 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC에 기반하여 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제1 SOC 이상이고, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이하인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이고 제1 SOC 이하이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이하인 경우, 상기 전력변환부의 동작을 정지시킬 수 있다.

상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 충전제어 방법은, 보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라, MCU(Micro Control Unit)에서 전류 제어부 및 전압 제어부에 각각 입력되는 신호를 출력하는 단계; 및 상기 전류 제어부 또는 상기 전압 제어부의 출력 신호를 입력받고, 입력된 신호에 기반하여 전력변환부의 스위칭 소자를 구동시켜 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 상기 전압 제어부에 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 상기 전압 제어부에 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC(State of Charge)를 모니터링 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC를 모니터링하는 단계 이후에, 상기 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC에 기반하여 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 보조 배터리에 공급되는 충전전류를 제어함으로써 보조 배터리에 과전류가 인가되지 않도록 하여 보조 배터리가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 보조 배터리의 충전전압을 제어함으로써 보조 배터리가 방전되는 것을 방지하여 전장품들에 안정적으로 전원이 공급되도록 할 수 있다.

아울러, 메인 배터리 및 보조 배터리의 SOC를 모니터링하여 메인 배터리의 SOC를 안정적으로 유지함으로써, 차량의 전원 공급 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템에서, 제어부의 세부 구성을 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 제어부의 세부 구성을 상세히 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은 메인 배터리(100), 보조 배터리(200), 전력변환부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 메인 배터리(100)와 보조 배터리(200)의 SOC를 모니터링하는 SOC 모니터링부(700), 보조 배터리에 인가되는 충전전류를 센싱하는 보조 배터리 전류센싱부(500), 보조 배터리의 충전전압을 센싱하는 보조 배터리 전압센싱부(600), 메인 배터리의 전류를 측정하는 메인 배터리 전류센싱부(800) 및 메인 배터리의 전압을 측정하는 메인 배터리 전압센싱부(900)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에서 메인 배터리(100) 및 보조 배터리(200)는 차량의 시동, 점등, 점화 및 차량 내 설치된 다양한 전장품들에 전원을 공급하는 역할을 하는 배터리로서, 실시예에 따라 12V의 배터리일 수 있다. 이때, 메인 배터리(100)는 차량의 알터네이터(제너레이터) 등을 통해 충전될 수 있으며, 충전된 전원을 통해 보조 배터리(200)를 충전시킬 수 있다.

전력변환부(300)는 복수의 스위칭 소자(310)로 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 배터리(100)와 보조 배터리(200) 사이에 마련되어 메인 배터리(100)의 전원을 보조 배터리(200)의 충전을 위한 전원으로 변환시키거나 보조 배터리(200)의 전원을 메인 배터리(100)의 충전을 위한 전원으로 변환시키는 역할을 한다.

구체적으로, 전력변환부(300)는 본래 메인 배터리(100)의 전원을 보조 배터리(200)의 충전을 위한 전원으로 변환시켜 보조 배터리(200)를 충전할 수 있도록 마련된 장치이다. 추후 보다 상세히 설명하겠지만 본 발명에서는 제어부(400)를 통해 전력변환부(300)의 스위칭 소자(310)를 적절히 조절하여 메인 배터리(100)로 보조 배터리(200)를 충전할 수 있을 뿐만 아니라 보조 배터리(200)의 전원을 이용하여 메인 배터리(200)의 전원을 충전할 수 있다.

제어부(400)는 보조 배터리(200)에 인가되는 충전전류를 센싱하는 보조 배터리 전류센싱부(500) 및 보조 배터리의 충전전압을 센싱하는 보조 배터리 전압센싱부(600)를 통해 센싱된 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 스위칭 소자(310)에 입력되는 신호를 조정하여 보조 배터리(200)의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 역할을 한다. 이처럼, 본 발명에서는 제어부(400)를 통해 보조 배터리(200)의 충전전류 및 충전전압을 제어함으로써, 보조 배터리에 과전류가 인가되지 않도록 하여 보조 배터리가 파손되는 것을 방지할 수 있고, 보조 배터리가 방전되는 것을 방지하여 전장품들에 안정적으로 전원이 공급되도록 할 수 있다. 이하에서는, 제어부(400)의 세부 구성에 대해 상세히 설명하면서 제어부(400)를 통해 보조 배터리(200)의 충전전류 및 충전전압이 제어되는 것에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 제어부(400)는 전류 제어부(410), 전압 제어부(420), MCU(Micro control Unit)(430) 및 스위칭 소자 제어부(440)를 포함하여 구성될 수 있다.

전류 제어부(410)는 보조 배터리(200)에 인가되는 충전전류가 최대 허용 전류 값 이하가 되도록 제한하는 역할을 한다. 구체적으로 전류 제어부(410)는 도 2에 도시된 바와 같이, Op-amp(U1), 저항(R1), 커패시터(C1) 및 다이오드(D1)를 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전류 제어부(410)에서는 MCU(430)로부터 사전 설정된 최대 허용 전류 이하의 충전전류가 보조 배터리(200)에 인가되도록 하기 위한 구형파 신호를 입력받으면, 저항(R1) 및 커패시터(C1)의 로우패스필터(Low Pass Filter)를 통해 구형파 신호가 DC 전압으로 변환되고, 해당 DC 전압이 Op-amp(U1)의 (+)핀으로 입력되며, Op-amp(U1)의 출력 신호가 다이오드(D1)로 전달되고, 다이오드(D1)를 통해 해당 출력 신호가 스위칭 소자 제어부(440)에 전달되며, 스위칭 소자 제어부(440)에서는 사전 설정된 최대 허용 전류 이하의 충전전류가 보조 배터리(200)에 인가되도록 할 수 있다. 여기서, Op-amp(U1)의 버퍼회로를 통해 Op-amp(U1)에 입력된 전압이 강하되는 것을 방지할 수 있다.

전압 제어부(420)는 보조 배터리(200)가 충전 목표 전압 값 이하로 충전되도록 충전전압을 제어할 수 있다. 구체적으로, 전압 제어부(420)는 도 2에 도시된 바와 같이 Op-amp(U2), 복수의 저항(R2,R3,R4), 복수의 커패시터(C2,C3) 및 다이오드(D2)를 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전압이 충전 목표 전압 값 이상이면, 전압 제어부(420)에서는 MCU(430)로부터 충전 목표 전압 값을 기준 전압 값으로 하는 신호를 Op-amp(U2)에서 입력받고, Op-amp(U2)의 출력 신호가 다이오드(D2)를 통해 스위칭 소자 제어부(440)에 전달되며, 스위칭 소자 제어부(440)에서는 보조 배터리(200)가 충전 목표 전압 값 이하로 충전되도록 스위칭 소자(310)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 스위칭 소자 제어부(440)는 pwm 신호의 듀티비를 조절함으로써 스위칭 소자(310)가 온/오프되는 시간을 조절하여 보조 배터리(200)가 충전 목표 전압 값 이하로 충전되도록 할 수 있다.

MCU(430)는 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전류 및 충전전압 값을 사전 설정된 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교한 결과에 따라, 전류 제어부(410) 및 전압 제어부(420)에 각각 입력되는 신호를 출력한다.

구체적으로 MCU(430)는 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 보조 배터리(200)에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부(410)에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 기준 전압 값으로 전압 제어부(420)에 입력되도록 할 수 있다. 보다 나은 이해를 위해 센싱된 충전전압(Vout)은 10V, 충전 목표 전압은 12V, 최대 허용 전류는 30A, 최저전압은 8V라고 가정하고, 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

센싱된 충전전압(10V)이 충전 목표 전압(12V)보다 낮으므로, MCU(430)에서는 보조 배터리(200)에 30A 이하의 충전전류가 인가되도록 하는 구형파를 전류 제어부(410)에 입력하고 전압 제어부(420)에 기준 전압 값으로 8V를 입력해준다. 도 2를 참조하면, 전압 제어부(420)의 기준 전압 값(8V)은 센싱된 충전전압(Vout, 10V) 보다 작으므로, Op-amp(U2)의 출력은 0V가 되어 D2는 도통되지 않아 전압 제어부(420)의 출력은 스위칭 소자 제어부(440)에 전달되지 않는다.

반면, MCU(430)로부터 보조 배터리(200)에 30A 이하의 충전전류가 인가되도록 하는 구형파가 입력된 전류 제어부(410)에서는 해당 구형파가 저항(R1) 및 커패시터(C1)의 로우패스 필터를 통해 DC 전압으로 변환되어 Op-amp(U1)의 (+)핀에 입력되고, Op-amp(U1)의 출력이 다이오드(D1)을 통해 스위칭 소자 제어부(440)에 입력될 수 있으며, 스위칭 소자 제어부(440)에서는 30A 이하의 전류가 보조 배터리(200)에 인가되도록 할 수 있다. 이처럼, 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값보다 작은 경우에는, 전류 제어부(410)의 출력 신호가 스위칭 소자 제어부(440)에 입력될 수 있다.

다시 말해, 센싱된 충전전압이 충전 목표 전압 보다 낮은 경우에는, 보조 배터리(200)를 충전시켜야 하는 상황인데, 본 발명에서는 상술한 방식에 따라 보조 배터리(200)에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 제어함으로써, 보조 배터리(200)에 과전류가 인가되어 보조 배터리(200)가 파손되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

한편, MCU(430)는 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리(200)의 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하인 경우, 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부(410)에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 기준 전압 값으로 전압 제어부(420)에 입력할 수 있다. 보다 나은 이해를 위해 센싱된 충전전압(Vout)은 12V, 충전 목표 전압은 12V, 센싱된 충전전류는 28A, 최대 허용 전류는 30A라고 가정하고, 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

센싱된 충전전압(12V)이 충전 목표 전압(12V) 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류(28A)가 사전 설정된 최대 허용 전류(30A) 이하이므로, MCU(430)에서는 전류 제어부(410)에 로우 시그널을 입력하며, 충전 목표 전압 값(12V)을 기준 전압 값으로 전압 제어부(420)에 입력해준다. 도 2를 참조하여 설명하면, 전류 제어부(410)에는 로우 시그널이 입력되고 Op-amp(U1)로부터 로우 시그널(0V)이 출력됨으로써 다이오드(D1)가 도통되지 않아 전류 제어부(410)의 출력은 스위칭 소자 제어부(440)에 전달되지 않는다.

반면, 전압 제어부(420)에서는 MCU(430)로부터 기준 전압 값으로 12V가 입력되고, Op-amp(U2)에서 출력된 전압에 의해 다이오드(D2)가 도통되어, 전압 제어부(420)의 출력이 스위칭 소자 제어부(440)에 입력될 수 있으며, 스위칭 소자 제어부(440)에서는 보조 배터리(200)가 12V 이하로 충전되도록 스위칭 소자(310)를 제어할 수 있다. 이처럼, 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 최대 허용 전류 이하인 경우에는, 전압 제어부(420)의 출력 신호가 스위칭 소자 제어부(440)에 입력될 수 있다.

한편, SOC 모니터링부(700)는 메인 배터리(100)와 보조 배터리(200)의 SOC를 모니터링 하며, 제어부(700)는 SOC 모니터링부(700)에서 모니터링한 메인 배터리(100)와 보조 배터리(200)의 SOC에 기반하여 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어할 수 있다.

구체적으로 제어부(400)는 모니터링된 메인 배터리(100)의 SOC가 사전 설정된 제1 SOC 이상이고, 보조 배터리(200)의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용하여 메인 배터리(100)가 충전되도록 할 수 있다. 여기서, 제1 SOC는 만충상태를 기준으로 70%의 SOC를 의미하며, 제2 SOC는 만충상태를 기준으로 80%의 SOC를 의미할 수 있다. 다시 말해, 메인 배터리(100)의 SOC가 70% 이상이고, 보조 배터리(200)의 SOC가 80% 이상인 경우에 제어부(400)는 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용해서 메인 배터리(100)를 충전시킬 수 있다.

또한, 제어부(400)는 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이하인 경우, 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용하여 메인 배터리(100)가 충전되도록 할 수 있다. 여기서 제3 SOC는 만충상태를 기준으로 40%의 SOC를 의미할 수 있다. 즉, 메인 배터리(100)의 SOC가 40% 이하인 경우, 제어부(400)는 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용해서 메인 배터리(100)를 충전시켜 메인 배터리(100)가 방전되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 제어부(400)는 메인 배터리(100)의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이고 제1 SOC 이하이며, 보조 배터리(200)의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용해서 메인 배터리(100)가 충전되도록 할 수 있다. 예를 들어, 메인 배터리(100)의 SOC가 40% 이상이고 70% 이하이며, 보조 배터리(200)의 SOC가 80% 이상인 경우, 제어부(400)는 전력변환부(300)의 동작 방향을 제어하여 보조 배터리(200)의 전원을 이용해서 메인 배터리(100)가 충전되도록 할 수 있다.

만약, 메인 배터리(100)의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이며, 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이하인 경우, 제어부(400)는 전력변환부(300)의 동작을 정지시킬 수 있다. 다시 말해, 메인 배터리(100)의 SOC가 40% 이상이며, 보조 배터리(200)의 SOC가 80% 이하인 경우, 제어부(400)는 전력변환부(300)의 동작을 정지시킬 수 있다. 여기서 전력변환부(300)의 동작을 정지시킨다는 것은 전력변환부(300) 내의 스위칭 소자들이 구동되지 않고, 메인 배터리(100)와 보조 배터리(200) 사이에 전력 이동이 일어나지 않음을 의미할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법은, 보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하는 단계, 비교 결과에 따라, MCU에서 전류 제어부 및 전압 제어부에 각각 입력되는 신호를 출력하는 단계 및 전류 제어부 또는 전압 제어부의 출력 신호를 입력받고, 입력된 신호에 기반하여 전력변환부의 스위칭 소자를 구동시켜 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러, 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 기준 전압 값으로 전압 제어부에 입력하는 단계 및 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 최대 허용 전류 이하인 경우, 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 전압 제어부의 기준 전압 값으로 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

더 나아가, 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC를 모니터링 하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC를 모니터링하는 단계 이후에, 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC에 기반하여 전력변환부의 동작 방향을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법의 각 단계에서의 세부적인 기술적 특징은 앞서 설명한 차량용 배터리 충전 제어 시스템에서 설명한 기술적 특징과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

100: 메인 배터리 200: 보조 배터리
300: 전력변환부 310: 스위칭 소자
400: 제어부 410: 전류 제어부
420: 전압 제어부 430: MCU
440: 스위칭 소자 제어부 500: 보조 배터리전류센싱부
600: 보조 배터리 전압센싱부 700: SOC 모니터링부
800: 메인 배터리 전류센싱부 900: 메인 배터리 전압센싱부

Claims

메인 배터리;
보조 배터리;
복수의 스위칭 소자로 구성되며, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 마련되어 상기 메인 배터리의 전원을 상기 보조 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키거나 상기 보조 배터리의 전원을 상기 메인 배터리의 충전을 위한 전원으로 변환시키는 전력변환부; 및
상기 보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 스위칭 소자에 입력되는 신호를 조정하여 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 상기 최대 허용 전류 값 이하가 되도록 제한하는 전류 제어부;
상기 보조 배터리가 상기 충전 목표 전압 값 이하로 충전되도록 충전전압을 제어하는 전압 제어부;
상기 센싱된 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교한 결과에 따라, 상기 전류 제어부 및 상기 전압 제어부에 각각 입력되는 신호를 출력하는 MCU(Micro Control Unit); 및
상기 전류 제어부 또는 상기 전압 제어부의 출력 신호를 입력받고, 입력된 신호에 기반하여 상기 스위칭 소자를 구동시키는 스위칭 소자 제어부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 MCU는
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 상기 전압 제어부에 입력하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 전류 제어부의 출력 신호가 상기 스위칭 소자 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 MCU는
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 상기 전압 제어부에 입력하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 전압 제어부의 출력 신호가 상기 스위칭 소자 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC(State of Charge)를 모니터링 하는 SOC 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 제어부는,
상기 SOC 모니터링부를 통해 모니터링된 상기 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC에 기반하여 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제어부는,
상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제1 SOC 이상이고, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제어부는,
상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이하인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제어부는,
상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이고 제1 SOC 이하이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이상인 경우, 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하여 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 상기 메인 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제어부는,
상기 메인 배터리의 SOC가 사전 설정된 제3 SOC 이상이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 사전 설정된 제2 SOC 이하인 경우, 상기 전력변환부의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
보조 배터리 전류센싱부 및 보조 배터리 전압센싱부를 통해 센싱된 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압 값을 최대 허용 전류 및 충전 목표 전압 값과 비교하는 단계;
상기 비교 결과에 따라, MCU(Micro Control Unit)에서 전류 제어부 및 전압 제어부에 각각 입력되는 신호를 출력하는 단계; 및
상기 전류 제어부 또는 상기 전압 제어부의 출력 신호를 입력받고, 입력된 신호에 기반하여 전력변환부의 스위칭 소자를 구동시켜 상기 보조 배터리의 충전전류 및 충전전압을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 배터리 충전제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값보다 작은 경우, 상기 보조 배터리에 인가되는 충전전류가 사전 설정된 최대 허용 전류 이하가 되도록 하는 구형파를 전류 제어부에 입력하며, 사전 설정된 최저 전압을 상기 전압 제어부에 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 센싱된 보조 배터리의 충전전압 값이 상기 충전 목표 전압 값 이상이고, 센싱된 보조 배터리의 충전전류가 상기 최대 허용 전류 이하인 경우, 상기 로우 시그널(Low Signal)을 전류 제어부에 입력하며, 충전 목표 전압 값을 상기 전압 제어부에 기준 전압 값으로 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC(State of Charge)를 모니터링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리의 SOC를 모니터링하는 단계 이후에, 상기 메인 배터리와 보조 배터리의 SOC에 기반하여 상기 전력변환부의 동작 방향을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.