WO2024071764A1 - 비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법 - Google Patents

비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법 Download PDF

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WO2024071764A1
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김준엽
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • Embodiments disclosed in this document relate to a vehicle capable of emergency starting even when the battery in the vehicle is discharged and a method of operating the same.
  • Secondary batteries are batteries that can be charged and discharged, and may include both conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, and recent lithium-ion batteries.
  • Lithium-ion batteries have the advantage of having a much higher energy density than conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, etc.
  • lithium-ion batteries can be made small and lightweight, so they are used as a power source for mobile devices, and recently, they have been used as electric power sources. Its range of use as a power source for automobiles has expanded, and it is attracting attention as a next-generation energy storage medium.
  • One purpose of the embodiments disclosed in this document is to provide a vehicle capable of emergency starting even when the battery supplying power for starting is discharged, and a method of operating the same.
  • a vehicle includes a first battery that stores power for driving the vehicle; a second battery that stores power for operation of a vehicle control unit that controls at least one electronic device of the vehicle; a first converter that converts the power output from the first battery and transfers it to the second battery, and uses the second battery as an operating power source; a second converter that converts the power output from the first battery and transfers it to the second battery, and uses the first battery as an operating power source; And it may include an emergency controller that controls the connection between the first battery and the second converter.
  • the emergency controller may use the first battery as an operating power source.
  • it may further include a user switch that generates an emergency charging signal according to the user's input.
  • the emergency controller when the emergency charging signal is received, connects the first battery and the second converter and controls the second battery to be charged with the power of the first battery.
  • the user switch may be located inside the motor room of the vehicle.
  • the emergency controller may collect status data about the second battery.
  • the emergency controller may determine whether charging of the second battery is necessary based on status data about the second battery.
  • the emergency controller may determine that charging of the second battery is necessary.
  • the voltage of the power stored in the first battery may be higher than the voltage of the power stored in the second battery.
  • the voltage of the power stored in the second battery may be 12V.
  • the vehicle control unit may include a vehicle control unit (VCU) that controls starting of the vehicle.
  • VCU vehicle control unit
  • the VCU may receive power from the second battery and control the operation of the first converter.
  • a method of operating a vehicle includes generating an emergency charging signal according to a user's input through a user switch; According to the emergency charging signal, charging a second battery storing power at a lower voltage than the first battery with the power of the first battery storing power for driving the vehicle; and supplying power from the second battery to a vehicle control unit that controls at least one electronic device of the vehicle.
  • a method of operating a vehicle includes collecting status data about a second battery that stores power at a lower voltage than a first battery that stores power for driving the vehicle; determining whether charging of the second battery is necessary based on the status data for the second battery; When charging the second battery is necessary, charging the second battery with the power of the first battery; and supplying power from the second battery to a vehicle control unit that controls at least one electronic device of the vehicle.
  • a vehicle capable of emergency start and a method of operating the same according to an embodiment disclosed in this document, user convenience can be improved by enabling emergency start even in situations where the low-voltage battery is discharged or is likely to be discharged.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle according to an embodiment disclosed in this document.
  • Figure 2 is a flowchart showing a method of operating a vehicle when the LV battery is discharged according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a flowchart showing a method of operating a vehicle in a state where there is a risk of the LV battery being discharged according to another embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a block diagram showing the hardware configuration of a computing system for performing a system operation method according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle according to an embodiment disclosed in this document.
  • a vehicle 10 may include a vehicle control unit 100, a main power unit 200, and an emergency power unit 300.
  • the vehicle 10 may be an electric vehicle (EV) that receives driving force from a battery that stores power, but the scope of the present invention is not limited thereto and is not limited to an electric vehicle other than the vehicle 10 (e.g., electric vehicle).
  • EV electric vehicle
  • the technical idea of the present invention can also be applied to scooters, etc.).
  • the vehicle control unit 100 may control a plurality of electrical and electronic devices mounted on the vehicle 10 .
  • the vehicle control unit 100 may include a Battery Management System (BMS) 110, a Vehicle Control Unit (VCU) 120, and first to nth Electronic Control Units (ECUs) (ECU1 to ECUn; n is an integer of 2 or more).
  • BMS Battery Management System
  • VCU Vehicle Control Unit
  • ECUs Electronic Control Units
  • Each component of the vehicle control unit 100 may communicate with each other through a vehicle network.
  • the vehicle network may be a CAN (Controller Area Network) in which components are connected in parallel and can communicate without a host, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • CAN Controller Area Network
  • the BMS 110 can control the operation of a battery (i.e., a high voltage (HV) battery) that stores power required to drive the vehicle 10.
  • the BMS 110 not only controls the charging and/or discharging of the HV battery 210, but also senses the status of the HV battery 210 and collects data (e.g., voltage, current, resistance, temperature, etc. of the battery cell).
  • battery state data including at least one of data generated by processing the acquired data (e.g., SOC (state of charge), SOH (state of health), etc.) can be stored or transmitted to an external source (e.g., a management server). there is.
  • the VCU 120 is the highest level controller of the vehicle 10 and can communicate with other controllers included in the vehicle control unit 100 (eg, 110, ECU1 to ECUn) through a vehicle network.
  • the VCU 120 can transmit major vehicle commands, such as starting the vehicle 10, powertrain control, driving state determination, torque control, and voltage control, to the corresponding configuration.
  • the first to nth ECUs are various electrical and electronic equipment in the vehicle 10 (e.g., cameras, acceleration sensors, wheel sensors, ADAS (Advanced Driver Assistance System), AEB (Autonomous Emergency Braking), AVN ( It may be a controller for controlling each (Audio, Video, Navigation, etc.).
  • the main power unit 200 may include an HV battery 210, a first converter 220, and a low voltage (LV) battery 230.
  • the HV battery 210 and LV battery 230 may be referred to as a first battery and a second battery, respectively.
  • the HV battery 210 may include at least one battery cell that stores electrical energy to supply high voltage (eg, 400V to 600V) power required to drive the vehicle 10.
  • the HV battery 210 can be controlled and monitored by the BMS 110. Additionally, the HV battery 210 can transmit high voltage power to each of the first converter 200 and the emergency controller 310.
  • the first converter 220 may receive high-voltage power from the HV battery 210, convert it into low-voltage power (eg, 12V), and output it to the LV battery 230 to charge the LV battery 230.
  • the first converter 220 may be a low voltage DC/DC converter. Additionally, whether the first converter 220 operates (i.e., ON/OFF) may be controlled by the VCU 120. In addition, the first converter 220 may operate by receiving power from the LV battery 230. That is, the first converter 220 can use the LV battery 230 as an operating power source.
  • the LV battery 230 may include at least one battery cell that stores electrical energy to supply low-voltage (eg, 12V) power required for the operation of the vehicle control unit 100.
  • the LV battery 230 can enable each component of the vehicle control unit 100 to operate by supplying low-voltage power to each component (110, 120, ECU1 to ECUn) of the vehicle control unit 100.
  • each component (110, 120, ECU1 to ECUn) of the vehicle control unit 100 may not receive low-voltage power, making normal operation impossible.
  • the VCU 120 may not be able to process the start request despite the driver's start request (e.g., operation of the start button), making it impossible to start the vehicle 10. .
  • charging of the LV battery 230 is necessary, but since the VCU 120 that controls the first converter 220 cannot operate, charging of the LV battery 230 through the first converter 220 is not possible. It may not be performed.
  • the emergency power unit 300 may charge the LV battery 230 when the LV battery 230 is discharged or when there is a risk of discharge.
  • the emergency power unit 300 may include an emergency controller 310, a second converter 320, and a user switch 330.
  • the emergency controller 310 can control the overall operation of the emergency power unit 300 and can operate by receiving high voltage power from the HV battery 210.
  • the emergency controller 310 may include a converter that converts the high voltage power of the HV battery 210 into the constant voltage power required for the operation of the emergency controller 310.
  • the emergency controller 310 can determine whether charging of the LV battery 230 is necessary and can control the connection between the HV battery 210 and the second converter 320 according to the determination result.
  • the emergency controller 310 may transfer the high-voltage power of the HV battery 210 to the second converter 320 to control the LV battery 230 to be charged.
  • the emergency controller 310 may block the connection between the HV battery 210 and the second converter 320.
  • the emergency controller 310 may determine that charging of the LV battery 230 is necessary.
  • the emergency charging signal may be generated by the user's operation in a situation where the vehicle 10 does not start in a normal way (eg, by operating the ignition button) due to discharge of the LV battery 230.
  • the emergency controller 310 may determine that charging of the LV battery 230 is necessary.
  • the emergency controller 310 may monitor the status data (e.g., output voltage) of the LV battery 230 at regular intervals (e.g., 10 sec), and the state (e.g., output voltage) of the LV battery 230 may be monitored at a predetermined interval. If the discharge risk condition (eg, 10V or less) is satisfied, it may be determined that charging of the LV battery 230 is necessary.
  • the emergency controller 310 can use the HV battery 210 as an operating power source, and can constantly monitor the status data of the LV battery 230 even when the vehicle 10 is turned off. In situations where there is a risk of discharging the LV battery 230, the LV battery 230 can be immediately charged.
  • starting and stable operation of the vehicle 10 can be ensured by charging the LV battery 230 using power inside the vehicle 10 without supplying external power.
  • the second converter 320 receives the high-voltage power of the HV battery 210 through the emergency controller 310, converts it into low-voltage power (e.g., 12V), and outputs it to the LV battery 230. can be charged.
  • the second converter 320 may be a low voltage DC/DC converter. Additionally, whether the second converter 320 operates (i.e., ON/OFF) may be controlled by the emergency controller 310.
  • the second converter 320 may operate by receiving power from the HV battery 210. That is, the second converter 320 can use the HV battery 210 as an operating power source and can operate normally regardless of whether the LV battery 230 is discharged.
  • the user switch 330 may receive input from a user such as a driver, generate an emergency charging signal, and transmit it to the emergency controller 310.
  • the user switch 330 may be a switch (eg, a jump start switch) located inside the vehicle 10 (eg, inside the motor room) to enable physical manipulation by the user.
  • a preset emergency charging signal eg, a current signal or a voltage signal
  • a preset emergency charging signal may be generated.
  • the vehicle 10 including the emergency power unit 300 charges the LV battery 230 using the power of the HV battery 210 when the LV battery 230 is discharged or at risk of being discharged, thereby maintaining normal operation. Operations such as starting can be made possible.
  • Figure 2 is a flowchart showing a method of operating a vehicle when the LV battery is discharged according to an embodiment of the present disclosure.
  • the LV battery 230 may be completely discharged due to various factors (e.g., aging or defective battery, temporary error of the VCU 120 or the first converter 220, etc.) (S110).
  • factors e.g., aging or defective battery, temporary error of the VCU 120 or the first converter 220, etc.
  • the vehicle control unit 100 may not receive power from the LV battery 230, making normal operation impossible (S120). At this time, despite the driver's start request (eg, operation of the start button), the VCU 120 of the vehicle control unit 100 may not be able to process the start request, making it impossible to start the vehicle 10.
  • the driver's start request eg, operation of the start button
  • the emergency controller 310 Since the emergency controller 310 receives power from the HV battery 210, it can operate at all times unless the HV battery 210 is completely discharged.
  • the emergency controller 310 monitors whether an emergency charging signal is received from the user switch 330, and may continuously wait if it is not received (No in S130).
  • the emergency controller 310 may determine that charging of the LV battery 230 is necessary, and determines According to the results, the high voltage power of the HV battery 210 can be transferred to the second converter 320 to control the LV battery 230 to be charged (S140).
  • the vehicle control unit 100 may receive power from the LV battery 230 and operate normally (S150). For this reason, when a driver's start request (eg, operation of the start button) occurs, the VCU 120 of the vehicle control unit 100 processes the start request, allowing the vehicle 10 to start.
  • a driver's start request eg, operation of the start button
  • Figure 3 is a flowchart showing a method of operating a vehicle in a state where there is a risk of the LV battery being discharged according to another embodiment of the present disclosure.
  • the emergency controller 310 may monitor status data (e.g., output voltage) of the LV battery 230 at regular intervals (e.g., 10 sec) (S210).
  • monitoring may mean an operation of collecting status data to determine a predetermined discharge risk condition.
  • the emergency controller 310 may determine whether the discharge risk condition is satisfied based on the collected state data (eg, output voltage) (S220).
  • a discharge risk condition may be a condition in which the output voltage of the LV battery 230 remains below a predetermined voltage level (eg, 10V) for more than a predetermined time (eg, 5 sec).
  • step S210 may be performed again.
  • the emergency controller 310 may determine that charging of the LV battery 230 is necessary, and provide high-voltage power of the HV battery 210 according to the determination result. 2 It is possible to control the LV battery 230 to be charged by transmitting it to the converter 320 (S230).
  • the vehicle control unit 100 can receive power from the LV battery 230 and operate normally (S240). For this reason, when a driver's start request (eg, operation of the start button) occurs, the VCU 120 of the vehicle control unit 100 processes the start request, allowing the vehicle 10 to start.
  • a driver's start request eg, operation of the start button
  • Figure 4 is a block diagram showing the hardware configuration of a computing system for performing a system operation method according to an embodiment disclosed in this document.
  • the computing system 1000 may include an MCU 1010, a memory 1020, an input/output I/F 1030, and a communication I/F 1040. there is.
  • the computing system 1000 is used to perform the operation of each component of the vehicle 10 (e.g., BMS 110, emergency controller 310, etc.; hereinafter referred to as 'corresponding device') of the vehicle 10 described above. It could be a system.
  • vehicle 10 e.g., BMS 110, emergency controller 310, etc.; hereinafter referred to as 'corresponding device'
  • the MCU 1020 may be a processor that executes various programs stored in the memory 1020.
  • the MCU 1020 may be a processor that processes various data and/or signals necessary to perform the operation of the process controller 200.
  • the memory 1020 can store various programs and/or data needed to manage and control the device.
  • a plurality of memories 1020 may be provided as needed.
  • Memory 1020 may be volatile memory or non-volatile memory.
  • the memory 1020 as a volatile memory may use RAM, DRAM, SRAM, etc.
  • the memory 1020 as a non-volatile memory may be ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash memory, etc.
  • the examples of memories 1020 listed above are merely examples and are not limited to these examples.
  • the input/output I/F (1030) is an interface that connects the MCU (1010) with input devices (not shown) such as a keyboard, mouse, and touch panel, and output devices such as a display (not shown) to transmit and receive data. can be provided.
  • the communication I/F 1040 is a component that can transmit and receive various data with external components, including servers, and may be various devices that can support wired or wireless communication.
  • the computer program according to an embodiment disclosed in this document is recorded in the memory 1020 and executed and processed by the MCU 1010, thereby being implemented as a module that performs each operation of FIGS. 1 to 3. It may be possible.

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Abstract

본 개시에 따른 차량은, 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리, 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부의 동작을 위한 전력을 저장하는 제2 배터리, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제2 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제1 컨버터, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제1 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제2 컨버터, 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 컨버터 간의 연결을 제어하는 비상 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2022.09.27.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2022-0122900호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로 포함한다.
기술분야
본 문서에 개시된 실시예들은 차량 내 배터리가 방전된 상황에서도 비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
전기 자동차에 탑재된 다양한 전자 장치들은 전용 배터리로부터 전원을 공급받게 되나, 전용 배터리가 방전된 상황에서는 다양한 전자 장치들에 전원이 공급될 수 없어 전기 자동차의 시동이 걸리지 않는 문제가 발생할 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 시동을 위한 전원을 공급하는 배터리가 방전된 상황에서도 비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량은, 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리; 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부의 동작을 위한 전력을 저장하는 제2 배터리; 상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제2 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제1 컨버터; 상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제1 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제2 컨버터; 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 컨버터 간의 연결을 제어하는 비상 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제1 배터리를 동작 전원으로 사용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 사용자의 입력에 따라 비상 충전 신호를 생성하는 사용자 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 비상 충전 신호가 수신되면, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제1 배터리와 상기 제2 컨버터를 연결시켜 상기 제1 배터리의 전력으로 상기 제2 배터리가 충전되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 사용자 스위치는 상기 차량의 모터 룸 내부에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리에 대한 상태 데이터를 수집할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리에 대한 상태 데이터에 기초하여 상기 제2 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 배터리의 출력 전압이 일정 전압 레벨 이하로 일정 시간 동안 지속되는 경우, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리의 충전이 필요하다고 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 배터리에 저장된 전력의 전압은 상기 제2 배터리에 저장된 전력의 전압보다 높을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 배터리에 저장된 전력의 전압은 12V 일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 차량 제어부는 상기 차량의 시동을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 VCU는 상기 제2 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 제1 컨버터의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 동작 방법은, 사용자 스위치를 통한 사용자의 입력에 따라 비상 충전 신호를 생성하는 단계; 상기 비상 충전 신호에 따라, 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리의 전력으로, 상기 제1 배터리보다 낮은 전압의 전력을 저장하는 제2 배터리를 충전하는 단계; 및 상기 제2 배터리가 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부로 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 동작 방법은, 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리보다 낮은 전압의 전력을 저장하는 제2 배터리에 대한 상태 데이터를 수집하는 단계; 상기 제2 배터리에 대한 상기 상태 데이터를 기초로 상기 제2 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 상기 제2 배터리의 충전이 필요한 경우, 상기 제1 배터리의 전력으로 상기 제2 배터리를 충전하는 단계; 및 상기 제2 배터리가 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부로 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 비상 시동이 가능한 차량 및 이의 동작 방법에 의하면, 저전압 배터리가 방전되거나 방전될 가능성이 높은 상황에서도 비상 시동이 가능하도록 하여 사용자 편의성을 높일 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 차량을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 LV 배터리가 방전된 상태에서의 차량의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 LV 배터리가 방전될 우려가 있는 상태에서의 차량의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 시스템의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 차량을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량(10)은 차량 제어부(100), 주 전원부(200) 및 비상 전원부(300)를 포함할 수 있다.
차량(10)은 전력을 저장하는 배터리로부터 구동력을 공급받는 전기 자동차(EV; electric vehicle)일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 차량(10)이 아닌 다른 전기적 이동 수단(예컨대, 전기 스쿠터 등)에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
차량 제어부(100)는 차량(10)에 탑재되는 복수의 전기 및 전자 장비들을 제어할 수 있다. 차량 제어부(100)는 BMS(Battery Management System, 110), VCU(Vehicle Control Unit, 120), 및 제1 내지 제n ECU(Electronic Control Unit, ECU1~ECUn; n은 2이상의 정수)를 포함할 수 있다. 차량 제어부(100)의 각 구성은 차량 네트워크를 통해 서로 통신할 수 있다. 여기서, 차량 네트워크는 구성들이 병렬적으로 연결되어 호스트 없이 통신 가능한 CAN(Controller Area Network)일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
BMS(110)는 차량(10)의 구동에 필요한 전력을 저장하는 배터리(즉, HV(High Voltage) 배터리)의 동작을 제어할 수 있다. BMS(110)는 HV 배터리(210)의 충전 및/또는 방전을 제어할 뿐 아니라, HV 배터리(210)의 상태를 센싱하여 획득되는 데이터(예컨대, 배터리 셀의 전압, 전류, 저항, 온도 등) 및 획득된 데이터를 가공하여 생성되는 데이터(예컨대, SOC(state of charge), SOH(state of health) 등) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 상태 데이터를 저장하거나 외부(예컨대, 관리 서버)로 전송할 수 있다.
VCU(120)는 차량(10)의 최상위 컨트롤러로 차량 제어부(100)에 포함된 다른 제어기들(예컨대, 110, ECU1~ECUn)과 차량 네트워크를 통해 통신할 수 있다. VCU(120)는 차량(10)의 시동, 파워트레인 제어, 주행 상태 판단, 토크 제어, 전압 제어 등 차량 주요 명령을 해당 구성으로 전송할 수 있다.
제1 내지 제n ECU(ECU1~ECUn)는 차량(10) 내 다양한 전기 및 전자 장비(예컨대, 카메라, 가속도 센서, 휠속 센서, ADAS(Advanced Driver Assistance System), AEB(Autonomous Emergency Braking), AVN(Audio, Video, Navigation) 등)를 각각 제어하기 위한 제어기일 수 있다.
주 전원부(200)는 HV 배터리(210), 제1 컨버터(220) 및 LV(Low Voltage) 배터리(230)를 포함할 수 있다. HV 배터리(210)와 LV 배터리(230)는 각각 제1 배터리와 제2 배터리로 호칭될 수 있다.
HV 배터리(210)는 차량(10)의 구동에 필요한 고전압(예컨대, 400V~600V)의 전력을 공급하기 위한 전기 에너지를 저장하는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. HV 배터리(210)는 BMS(110)에 의해 제어 및 모니터링될 수 있다. 또한, HV 배터리(210)는 고전압의 전력을 제1 컨버터(200) 및 비상 컨트롤러(310) 각각으로 전달할 수 있다.
제1 컨버터(220)는 HV 배터리(210)로부터 고전압의 전력을 수신하여 저전압(예컨대, 12V)의 전력으로 변환하여 LV 배터리(230)로 출력하여 LV 배터리(230)를 충전할 수 있다. 제1 컨버터(220)는 저전압 직류 변환기(Low voltage DC/DC Converter)일 수 있다. 또한, 제1 컨버터(220)는 VCU(120)에 의해 동작 여부(즉, ON/OFF)가 제어될 수 있다. 아울러, 제1 컨버터(220)는 LV 배터리(230)로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 즉, 제1 컨버터(220)는 LV 배터리(230)를 동작 전원으로 사용할 수 있다.
LV 배터리(230)는 차량 제어부(100)의 동작에 필요한 저전압(예컨대, 12V)의 전력을 공급하기 위한 전기 에너지를 저장하는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. LV 배터리(230)는 차량 제어부(100)의 각 구성(110, 120, ECU1~ECUn)에 저전압의 전력을 공급함으로써 차량 제어부(100)의 각 구성이 동작이 가능하도록 할 수 있다.
만일 LV 배터리(230)가 방전되어 있을 경우, 차량 제어부(100)의 각 구성(110, 120, ECU1~ECUn)은 저전압의 전력을 공급받지 못해 정상적인 동작이 불가능할 수 있다. 특히, VCU(120)가 전력을 공급받지 못하는 경우, 운전자의 시동 요청(예컨대, 시동 버튼 조작)에도 불구하고 VCU(120)가 시동 요청을 처리하지 못함으로써 차량(10)의 시동이 불가능할 수 있다. 이 경우, LV 배터리(230)의 충전이 필요하나, 제1 컨버터(220)를 제어하는 VCU(120)가 동작할 수 없는 상태이므로 제1 컨버터(220)를 통한 LV 배터리(230)의 충전이 수행되지 못할 수 있다.
비상 전원부(300)는 LV 배터리(230)의 방전시 또는 방전 우려시 LV 배터리(230)를 충전할 수 있다. 비상 전원부(300)는 비상 컨트롤러(emergency controller, 310), 제2 컨버터(320) 및 사용자 스위치(330)를 포함할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 비상 전원부(300)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, HV 배터리(210)로부터 고전압의 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 일 실시예에 따라, 비상 컨트롤러(310)는 HV 배터리(210)의 고전압의 전력을 비상 컨트롤러(310)의 동작에 필요한 일정 전압의 전력으로 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 충전이 필요한지 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 HV 배터리(210)와 제2 컨버터(320) 간의 연결을 제어할 수 있다.
LV 배터리(230)의 충전이 필요한 경우, 비상 컨트롤러(310)는 HV 배터리(210)의 고전압의 전력을 제2 컨버터(320)로 전달하여 LV 배터리(230)가 충전되도록 제어할 수 있다.
LV 배터리(230)의 충전이 필요하지 않은 경우, 비상 컨트롤러(310)는 HV 배터리(210)와 제2 컨버터(320) 간의 연결을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 비상 컨트롤러(310)는 사용자 스위치(330)로부터 비상 충전 신호가 수신되면, LV 배터리(230)의 충전이 필요하다고 판단할 수 있다. 비상 충전 신호는 LV 배터리(230)의 방전으로 인해 정상적인 방법(예컨대, 시동 버튼 조작)으로는 차량(10)의 시동이 걸리지 않는 상황에서 사용자의 조작에 의해 발생할 수 있다.
일 실시예에 따라, 비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 방전이 우려되는 상황이라고 판단되면, LV 배터리(230)의 충전이 필요하다고 판단할 수 있다. 비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 상태 데이터(예컨대, 출력 전압)를 일정 주기(예컨대, 10sec)마다 모니터링할 수 있고, LV 배터리(230)의 상태(예컨대, 출력 전압)가 소정의 방전 위험 조건(예컨대, 10V 이하)을 만족하는 경우 LV 배터리(230)의 충전이 필요하다고 판단할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 HV 배터리(210)를 동작 전원으로 사용할 수 있어, 차량(10)의 시동이 오프(off)된 상태에서도 LV 배터리(230)의 상태 데이터를 상시 모니터링 할 수 있으며, LV 배터리(230)의 방전이 우려되는 상황에서 즉시 LV 배터리(230)를 충전할 수 있다.
실시예에 따라, 차량(10)의 시동이 온(on)된 상태에서는 VCU(120) 및 제1 컨버터(220)를 통한 LV 배터리(230)의 충전이 정상적으로 수행될 가능성이 높으므로, 불필요한 전력 소모를 방지하기 위해, 비상 컨트롤러(310)에 의한 LV 배터리(230)의 모니터링 및 자동 충전 동작은 차량(10)의 시동이 오프된 상태에서 활성화될 수 있다.
따라서, 본 개시에 따르면 외부 전원의 공급 없이도 차량(10) 내부의 전원을 이용하여 LV 배터리(230)를 충전함으로써 차량(10)의 시동 및 안정적인 동작을 보장할 수 있다.
제2 컨버터(320)는 HV 배터리(210)의 고전압의 전력을 비상 컨트롤러(310)를 통해 수신하여 저전압(예컨대, 12V)의 전력으로 변환하여 LV 배터리(230)로 출력하여 LV 배터리(230)를 충전할 수 있다. 제2 컨버터(320)는 저전압 직류 변환기(Low voltage DC/DC Converter)일 수 있다. 또한, 제2 컨버터(320)는 비상 컨트롤러(310)에 의해 동작 여부(즉, ON/OFF)가 제어될 수 있다. 아울러, 제2 컨버터(320)는 HV 배터리(210)로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 즉, 제2 컨버터(320)는 HV 배터리(210)를 동작 전원으로 사용할 수 있어 LV 배터리(230)의 방전 여부와 무관하게 정상적으로 동작할 수 있다.
사용자 스위치(330)는 운전자 등의 사용자의 입력을 받아 비상 충전 신호를 생성하여 비상 컨트롤러(310)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 사용자 스위치(330)는 사용자의 물리적인 조작이 가능하도록 차량(10) 내부(예컨대, 모터 룸 내부)에 위치하는 스위치(예컨대, 점프 스타트 스위치(jump start switch))일 수 있다. 사용자가 사용자 스위치(330)를 조작(예컨대, 누름)하면 미리 설정된 비상 충전 신호(예컨대, 전류 신호 또는 전압 신호)가 생성될 수 있다.
만일 차량(10)에 비상 전원부(300)가 포함되지 않았을 경우, LV 배터리(230)가 방전된 상태에서는 차량 제어부(100)가 저전압의 전력을 공급받지 못해 시동 요청을 처리하지 못함으로써 차량(10)의 시동이 전혀 불가능할 수 있다. 그러나, 비상 전원부(300)를 포함하는 차량(10)은 LV 배터리(230)가 방전된 상태 또는 방전될 우려가 있는 상태에서 HV 배터리(210)의 전력을 이용해 LV 배터리(230)를 충전함으로써 정상적인 시동 등의 동작이 가능하도록 할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 LV 배터리가 방전된 상태에서의 차량의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, LV 배터리(230)는 다양한 요인(예컨대, 배터리의 노화, 불량, VCU(120) 또는 제1 컨버터(220)의 일시적인 오류 등)으로 인해 완전히 방전될 수 있다(S110).
LV 배터리(230)의 완전 방전으로 인해, 차량 제어부(100)는 LV 배터리(230)로부터 전원을 공급받지 못하여 정상적인 동작이 불가능할 수 있다(S120). 이때, 운전자의 시동 요청(예컨대, 시동 버튼 조작)에도 불구하고 차량 제어부(100)의 VCU(120)가 시동 요청을 처리하지 못함으로써 차량(10)의 시동이 불가능할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 HV 배터리(210)로부터 전원을 공급받으므로 HV 배터리(210)가 완전 방전되지 않는 이상 상시 동작할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 사용자 스위치(330)로부터 비상 충전 신호가 수신되는지 여부를 모니터링 하고, 수신되지 않을 경우(S130의 No) 지속적으로 대기할 수 있다.
만일 사용자 스위치(330)가 작동하여 사용자 스위치(330)로부터 비상 충전 신호가 수신된 경우(S130의 Yes), 비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 충전이 필요한 것으로 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 HV 배터리(210)의 고전압의 전력을 제2 컨버터(320)로 전달하여 LV 배터리(230)가 충전되도록 제어할 수 있다(S140).
LV 배터리(230)가 충전됨에 따라, 차량 제어부(100)는 LV 배터리(230)로부터 전원을 공급받아 정상적인 동작이 가능할 수 있다(S150). 이로 인해, 운전자의 시동 요청(예컨대, 시동 버튼 조작)이 발생하면, 차량 제어부(100)의 VCU(120)가 시동 요청을 처리하여 차량(10)의 시동이 가능할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 LV 배터리가 방전될 우려가 있는 상태에서의 차량의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 상태 데이터(예컨대, 출력 전압)를 일정 주기(예컨대, 10sec)마다 모니터링할 수 있다(S210). 여기서, 모니터링은 소정의 방전 위험 조건을 판단하기 위한 상태 데이터를 수집하는 동작을 의미할 수 있다.
비상 컨트롤러(310)는 수집된 상태 데이터(예컨대, 출력 전압)를 기초로 방전 위험 조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다(S220). 예를 들어, 방전 위험 조건은 LV 배터리(230)의 출력 전압이 미리 정해진 전압 레벨(예컨대, 10V) 이하로 미리 정해진 시간(예컨대, 5sec) 이상 지속되는 조건일 수 있다.
만일 방전 위험 조건이 만족되지 않는 경우(S220의 No), S210 단계가 다시 수행될 수 있다.
만일 방전 위험 조건이 만족되는 경우(S220의 Yes), 비상 컨트롤러(310)는 LV 배터리(230)의 충전이 필요한 것으로 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 HV 배터리(210)의 고전압의 전력을 제2 컨버터(320)로 전달하여 LV 배터리(230)가 충전되도록 제어할 수 있다(S230).
LV 배터리(230)가 충전됨에 따라 LV 배터리(230)의 완전 방전을 예방할 수 있고, 차량 제어부(100)는 LV 배터리(230)로부터 전원을 공급받아 정상적인 동작이 가능할 수 있다(S240). 이로 인해, 운전자의 시동 요청(예컨대, 시동 버튼 조작)이 발생하면, 차량 제어부(100)의 VCU(120)가 시동 요청을 처리하여 차량(10)의 시동이 가능할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 시스템의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(1000)은 MCU(1010), 메모리(1020), 입출력 I/F(1030) 및 통신 I/F(1040)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 앞서 설명한 차량(10)의 각 구성(예컨대, BMS(110), 비상 컨트롤러(310) 등; 이하 '해당 장치'라 함)의 동작을 수행하기 위한 시스템일 수 있다.
MCU(1020)는 메모리(1020)에 저장되어 있는 각종 프로그램을 실행하는 프로세서일 수 있다.
예를 들어, MCU(1020)는 공정 컨트롤러(200)의 동작을 수행하는데 필요한 각종 데이터 및/또는 신호를 처리하는 프로세서일 수 있다
메모리(1020)는 해당 장치를 관리 및 제어하는데 필요한 각종 프로그램 및/또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(1020)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수 있다.
메모리(1020)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(1020)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(1030)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(1010) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(1040)는 서버를 비롯한 외부 구성과 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1020)에 기록되고, MCU(1010)에 의해 실행 및 처리됨으로써, 상기 도1 내지 도 3의 각 동작들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리;
    상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부의 동작을 위한 전력을 저장하는 제2 배터리;
    상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제2 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제1 컨버터;
    상기 제1 배터리로부터 출력되는 전력을 변환하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제1 배터리를 동작 전원으로 사용하는 제2 컨버터; 및
    상기 제1 배터리와 상기 제2 컨버터 간의 연결을 제어하는 비상 컨트롤러를 포함하는 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비상 컨트롤러는 상기 제1 배터리를 동작 전원으로 사용하는 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    사용자의 입력에 따라 비상 충전 신호를 생성하는 사용자 스위치를 더 포함하는 차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비상 충전 신호가 수신되면, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제1 배터리와 상기 제2 컨버터를 연결시켜 상기 제1 배터리의 전력으로 상기 제2 배터리가 충전되도록 제어하는 차량.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 스위치는 상기 차량의 모터 룸 내부에 위치하는 차량.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리에 대한 상태 데이터를 수집하는 차량.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리에 대한 상태 데이터에 기초하여 상기 제2 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단하는 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 출력 전압이 일정 전압 레벨 이하로 일정 시간 동안 지속되는 경우, 상기 비상 컨트롤러는 상기 제2 배터리의 충전이 필요하다고 판단하는 차량.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리에 저장된 전력의 전압은 상기 제2 배터리에 저장된 전력의 전압보다 높은 차량.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배터리에 저장된 전력의 전압은 12V 인 차량.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어부는 상기 차량의 시동을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit)을 포함하는 차량.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 VCU는 상기 제2 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 제1 컨버터의 동작을 제어하는 차량.
  13. 사용자 스위치를 통한 사용자의 입력에 따라 비상 충전 신호를 생성하는 단계;
    상기 비상 충전 신호에 따라, 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리의 전력으로, 상기 제1 배터리보다 낮은 전압의 전력을 저장하는 제2 배터리를 충전하는 단계; 및
    상기 제2 배터리가 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부로 전력을 공급하는 단계를 포함하는 차량의 동작 방법.
  14. 차량의 구동을 위한 전력을 저장하는 제1 배터리보다 낮은 전압의 전력을 저장하는 제2 배터리에 대한 상태 데이터를 수집하는 단계;
    상기 제2 배터리에 대한 상기 상태 데이터를 기초로 상기 제2 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 제2 배터리의 충전이 필요한 경우, 상기 제1 배터리의 전력으로 상기 제2 배터리를 충전하는 단계; 및
    상기 제2 배터리가 상기 차량의 적어도 하나의 전자 장치를 제어하는 차량 제어부로 전력을 공급하는 단계를 포함하는 차량의 동작 방법.
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