KR20200049212A - 차량용 전력 제어 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 전력 제어 장치가 개시된다. 차량용 전력 제어 장치는 시동모터에 전력을 공급하는 제1 배터리; 차량의 전기부하에 전력을 공급하는 제2 배터리; 제1 배터리와 제2 배터리 중 적어도 하나의 전력을 단속하거나, 또는 제너레이터에서 발생되어 제1 배터리와 제2 배터리에 공급되는 전력을 단속하는 스위칭부; 및 차량 시동시 시동모터에 전력을 공급하는지 또는 전기부하에 전력을 공급하는지에 따라 스위칭부를 제어하여 제1 배터리의 전력을 시동모터에 공급하고 제2 배터리의 전력을 전기부하에 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 전력 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING ELECTRIC POWER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2개의 배터리 중 어느 하나의 배터리로 차량 시동에 필요한 전력을 공급하고 나머지 하나의 배터리로 차량의 각종 전기부하에 전력을 공급하는 차량용 전력 제어 장치에 관한 것이다.

친환경 차량인 전기 차량 또는 연료전지 차량은 차량의 시동에 필요한 전원을 제공하고 저전압으로 동작하는 전장 부하들에 전원을 제공하기 위해 저전압 배터리('보조 배터리'라고도 함)를 구비한다. 또한, 화석연료를 사용하여 엔진을 동작하는 일반적인 내연기관 차량에서도 차량의 시동이나 전장 부하들의 전원을 제공하기 위해 충전이 가능한 배터리를 구비한다. 이러한 배터리는 주로 저가로 제작 가능한 납산 배터리가 지금까지 사용되었으나, 추후에는 수명이 길고 전기적 특성이 우수한 리튬 배터리로 대체될 전망이다.

리튬 배터리는 그 특성상 완전한 방전을 차단하여야 하므로 보조 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 임계 전압(방전 하한 전압)보다 낮아지면 릴레이를 이용하여 차량 시스템과의 전기적 연결을 차단하도록 설치된다.

한편, 종래의 배터리는 차량 내부에 하나의 배터리를 구비하고, 하나의 배터리로부터 차량 시동을 걸기 위한 시동 모터 및 차량 내 각종 전기부하에 필요한 전력을 공급하고 있다.

그러나, 이러한 방식은 차량 내 전자부품을 하나의 배터리에서 담당하므로 배터리 전력부하가 높은 문제점이 있었다. 게다가, 순간적으로 높은 전력부하로 인해 배터리의 수명이 저하되고, 소모된 전력을 보충하기 위한 발전기의 목표부하도 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2017-0071030호(2017.06.23)의 '하이브리드 차량의 배터리 SOC 관리 장치 및 방법'에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 2개의 배터리를 구비하고 이들 중 어느 하나의 배터리로 차량 시동에 필요한 전력을 공급하고 나머지 하나의 배터리로 차량의 각종 전기부하에 전력을 공급하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력 제어 장치는 시동모터에 전력을 공급하는 제1 배터리; 차량의 전기부하에 전력을 공급하는 제2 배터리; 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 중 적어도 하나의 전력을 단속하거나, 또는 제너레이터에서 발생되어 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리에 공급되는 전력을 단속하는 스위칭부; 및 차량 시동시 시동모터에 전력을 공급하는지 또는 전기부하에 전력을 공급하는지에 따라 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제1 배터리의 전력을 상기 시동모터에 공급하고 상기 제2 배터리의 전력을 상기 전기부하에 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 스위칭부는 차량 시동시 상기 제1 배터리의 전력을 상기 시동모터 또는 상기 전기부하에 공급하거나 제1 배터리 충전시 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제1 배터리에 공급하는 제1 스위치; 및 전기부하 동작시 상기 전기부하에 전력을 공급하거나 제2 배터리 충전시 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제2 배터리에 공급하는 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 스위치는 일측이 상기 시동모터와 상기 제1 배터리에 연결되고 타측이 상기 제2 배터리와 상기 제너레이터 및 부하 제어기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2 스위치는 일측이 상기 제2 배터리에 연결되고 타측이 상기 제1 스위치와 상기 상기 제너레이터 및 부하 제어기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 차량 시동시 부하 제어기를 제어하여 상기 제2 배터리의 전력을 상기 전기부하 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 부하 제어기를 이용하여 상기 전기부하에 순차적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력 제어 장치는 2개의 배터리 중 어느 하나의 배터리로 차량 시동에 필요한 전력을 공급하고 나머지 하나의 배터리로 차량의 각종 전기부하에 전력을 공급함으로써, 배터리의 부하를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전력 제어 장치는 배터리의 높은 SOC(State Of Charge)를 유지할 수 있어 배터리의 수명을 증가시키고, 발전기의 발전량을 감소시켜 엔진의 동력소모를 감소킴으로써 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량용 전력 제어 장치는 차량 시동에 필요한 시동전류를 감소시킬 수 있어 차량의 냉시동에 유리하다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제1 배터리의 전력 공급을 위한 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제2 배터리의 전력 공급을 위한 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제1 배터리 충전시 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제2 배터리 충전시 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제1 배터리의 전력 공급을 위한 스위칭 상태를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제2 배터리의 전력 공급을 위한 스위칭 상태를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제1 배터리 충전시 스위칭 상태를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 제2 배터리 충전시 스위칭 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 제1 배터리(10), 제2 배터리(20), 스위칭부(30), 시동모터(50), 제너레이터(60), 부하 제어기(70), 전기부하(80) 및 제어부(90)를 포함한다.

시동모터(50)는 차량의 엔진을 시동시킨다.

제너레이터(60)는 전력을 발생시켜 제1 배터리(10)와 제2 배터리(20)에 공급한다.

전기부하(80)에는 히트 시트(Heat Seat), 디스플레이 기기, 공기조화기, 와이퍼, 헤드라이트, 내비게이션, 룸 램프 등이 포함될 수 있다.

부하 제어기(70)는 전기부하(80)에 공급되는 전력을 제어한다. 즉, 부하 제어기(70)는 전기부하(80) 중 적어도 하나 이상 동작시, 제2 배터리(20)로부터 공급되는 전력을 제어하여 해당 전기부하(80)에 전력을 공급한다. 특히, 복수 개의 전기부하(80)가 동작할 경우, 부하 제어기(70)는 해당 전기부하(80) 각각에 전력을 순차적으로 공급한다.

제1 배터리(10)는 일측이 제1 스위치(31)에 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 차량 시동시 시동모터(50)에 전력을 공급하고 제너레이터(60)에서 발생된 전력으로 충전된다.

제2 배터리(20)는 일측이 제2 스위치(32)와 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 전기부하(80)에 전력을 공급하고 제너레이터(60)에서 발생된 전력으로 충전된다.

여기서, 시동모터(50)와 제1 스위치(31)는 병렬로 연결되며, 제2 배터리(20)와 제너레이터(60) 및 부하 제어기(70)는 병렬로 연결된다.

스위칭부(30)는 제1 배터리(10)와 제2 배터리(20) 중 적어도 하나로부터 공급되는 전력을 단속하거나, 또는 제너레이터(60)에서 발생되어 제1 배터리(10)와 제2 배터리(20)에 공급되는 전력을 단속한다.

스위칭부(30)는 제1 스위치(31) 및 제2 스위치(32)를 포함한다.

제1 스위치(31)는 일측이 시동모터(50)와 제1 배터리(10)에 연결되고 타측이 제2 배터리(20)와 제너레이터(60) 및 부하 제어기(70)에 연결된다.

제1 스위치(31)는 차량 시동시 제1 배터리(10)의 전력을 시동모터(50)에 공급하거나 제너레이터(60)에서 발생된 전력을 제1 배터리(10)에 공급한다. 즉, 제1 스위치(31)는 차량 시동시에는 오픈되어 제1 배터리(10)의 전력이 시동모터(50)에 공급되도록 하고, 제1 배터리(10) 충전시에는 클로즈되어 제너레이터(60)에서 발생된 전력을 제1 배터리(10)에 공급되도록 한다.

또한, 차량 시동시 전기부하(80)가 동작하여 전기부하(80)에 전력을 공급하는 경우 제1 스위치(31)는 클로즈될 수 있다. 이에 따라, 제1 배터리(10)의 전력은 시동모터(50)에 공급됨과 더불어 전기부하(80)에 공급될 수 있다.

통상적으로, 시동 전류는 그 피크점이 상대적으로 매우 큰데, 상기한 바와 같이 차량 시동시 제1 스위치(31)를 클로즈시켜 제1 배터리(10)의 전력을 전기부하(80)에도 공급하는 경우, 시동모터(50)에 공급되는 시동 전류를 상대적으로 감소시킬 수 있다. 이때, 제2 스위치(32)는 오픈된다.

한편, 제1 스위치(31)는 전기부하(80) 동작시에는 오픈되어 제1 배터리(10)의 전력이 전기부하(80)에 공급되지 않도록 한다.

제2 스위치(32)는 전기부하(80) 동작시 전기부하(80)에 전력을 공급하거나 제2 배터리(20) 충전시 제너레이터(60)에서 발생된 전력을 제2 배터리(20)에 공급한다. 즉, 제2 스위치(32)는 전기부하(80) 동작시에는 클로즈되어 제2 배터리(20)의 전력을 부하 제어기(70)에 공급하고, 제2 배터리(20) 충전시는 클로즈되어 제너레이터(60)에서 발생된 전력이 제2 배터리(20)에 공급되도록 한다.

제어부(90)는 차량 시동을 위해 시동모터(50)에 전력을 공급하는 경우, 전기부하(80) 동작에 따라 전기부하(80) 각각에 전력을 공급하는 경우, 제너레이터(60)에서 발생된 전력으로 제1 배터리(10)을 충전하는 경우, 및 제너레이터(60)에서 발생된 전력으로 제2 배터리(20)를 충전하는 경우에 따라, 상기한 제1 스위치(31)와 제2 스위치(32) 각각을 선택적으로 스위칭한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 차량을 시동하는 경우, 제어부(90)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(31)를 오픈시킨다. 이에 따라, 제1 배터리(10)의 전력이 시동모터(50)에 공급되면서 차량이 시동된다.

차량을 시동하는 경우, 제1 스위치(31)는 전기부하(80)의 동작 여부에 따라 선택적으로 오픈 또는 클로즈될 수 있다. 이때, 제2 스위치(32)는 오픈된다.

더욱이, 차량 시동시 전기부하(80)가 동작하여 전기부하(80)에 전력을 공급하는 경우 제1 스위치(31)는 클로즈될 수도 있다. 이에 따라, 제1 배터리(10)의 전력은 시동모터(50)에 공급됨과 더불어 전기부하(80)에도 공급될 수 있으며, 이 경우 시동모터(50)에 공급되는 시동 전류는 상대적으로 감소될 수 있다. 참고로, 도 2 에는 제2 스위치(32)가 오픈된 상태가 도시되었다.

한편, 차량 시동 후 또는 차량 시동시 전기부하(80)에 전력을 공급하는 경우, 제어부(90)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(31)를 오픈시키고 제2 스위치(32)를 클로즈시킨다.

이에 따라, 제1 배터리(10)의 전력은 제1 스위치(31)에 의해 차단된다. 제2 배터리(20)의 전력은 제2 스위치(32)를 통해 부하 제어기(70)에 공급되며, 부하 제어기(70)는 해당 전기부하(80)에 전력을 공급한다.

또한 차량 시동시 복수 개의 전기부하(80)에 전력을 공급하는 경우, 제어부(90)는 부하 제어기(70)를 제어하여 해당 전기부하(80) 각각에 전력을 순차적으로 공급한다.

제1 배터리(10)에 전력을 충전하는 경우, 제어부(90)는 도 4 에 도시된 바와 같이 제1 스위치(31)를 클로즈시키고 제1 스위치(31)는 오픈시킨다.

제1 스위치(31)가 클로즈됨에 따라, 제너레이터(60)에서 발생된 전력은 제1 스위치(31)를 통해 제1 배터리(10)에 공급되어 제1 배터리(10)를 충전시킨다. 반면에, 제2 스위치(32)가 오픈됨에 따라, 제너레이터(60)에서 발생된 전력은 제2 스위치(32)에 의해 차단되어 제2 배터리(20)는 충전되지 않는다.

제2 배터리(20)에 전력을 충전하는 경우, 제어부(90)는 도 5 에 도시된 바와 같이 제1 스위치(31)를 오픈시키고 제2 스위치(32)를 클로즈시킨다.

제2 스위치(32)가 클로즈됨에 따라, 제너레이터(60)에서 발생된 전력은 제2 스위치(32)를 통해 제2 배터리(20)에 공급되어 제2 배터리(20)는 충전된다. 반면에, 제1 스위치(31)가 오픈됨에 따라, 제너레이터(60)에서 발생된 전력은 제1 스위치(31)에 의해 차단되어 제1 배터리(10)는 충전되지 않는다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 2개의 배터리 중 어느 하나의 배터리로 차량 시동에 필요한 전력을 공급하고 나머지 하나의 배터리로 차량의 각종 전기부하에 전력을 공급함으로써, 배터리의 부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 배터리의 높은 SOC(State Of Charge)를 유지할 수 있어 배터리의 수명을 증가시키고, 발전기의 발전량을 감소시켜 엔진의 동력소모를 감소시킴으로써 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 차량 시동에 필요한 시동전류를 감소시킬 수 있어 차량의 냉시동에 유리하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 제1 배터리 20: 제2 배터리
30: 스위칭부 31: 제1 스위치
32: 제2 스위치 50: 시동모터
60: 제너레이터 70: 부하 제어기
80: 전기부하 90: 제어부

Claims (7)

1. 시동모터에 전력을 공급하는 제1 배터리;
   차량의 전기부하에 전력을 공급하는 제2 배터리;
   상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 중 적어도 하나의 전력을 단속하거나, 또는 제너레이터에서 발생되어 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리에 공급되는 전력을 단속하는 스위칭부; 및
   차량 시동시 시동모터에 전력을 공급하는지 또는 전기부하에 전력을 공급하는지에 따라 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제1 배터리의 전력을 상기 시동모터에 공급하고 상기 제2 배터리의 전력을 상기 전기부하에 공급하는 제어부를 포함하는 차량용 전력 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는
   차량 시동시 상기 제1 배터리의 전력을 상기 시동모터 또는 상기 전기부하에 공급하거나 제1 배터리 충전시 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제1 배터리에 공급하는 제1 스위치; 및
   전기부하 동작시 상기 전기부하에 전력을 공급하거나 제2 배터리 충전시 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제2 배터리에 공급하는 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 스위치는 일측이 상기 시동모터와 상기 제1 배터리에 연결되고 타측이 상기 제2 배터리와 상기 제너레이터 및 부하 제어기에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 스위치는 일측이 상기 제2 배터리에 연결되고 타측이 상기 제1 스위치와 상기 상기 제너레이터 및 부하 제어기에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.
   
5. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 제너레이터에서 발생된 전력을 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 차량 시동시 부하 제어기를 제어하여 상기 제2 배터리의 전력을 상기 전기부하 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 부하 제어기를 이용하여 상기 전기부하에 순차적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 제어 장치.

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