KR20220122902A - 차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법 - Google Patents

차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 차량 배터리 시스템의 동작 방법은 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 고전압 배터리가, 제어 모듈의 제어에 따라, 제1 전장 부품으로 고전압 직류 전원을 공급하는 단계; 및 상기 고전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 저전압 배터리가, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 상기 저전압 배터리의 저전압 직류 전원을 제2 전장 부품으로 공급하는 단계를 포함한다.

Description

차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법{VEHICLE BATTERY SYSTEM AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 배터리를 효율적으로 사용하기 위한 차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
전기 차량의 보급이 확대되면서, 차량 배터리의 효율적 사용에 대한 다양한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 차량 배터리의 효율적 사용을 방해하는 요인으로, 차량의 제한된 공간 내에서 차량 배터리의 용량을 무한히 증가시킬 수 없는 점, 차량 내의 전장 부품(예, 에어컨, 히터 등)의 전력 사용량에 비례하여 전기 차량의 주행 거리가 짧아지는 점 등이 있다. 이러한 요인들을 효과적으로 해결할 수 있는 방안이 필요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량 배터리의 에너지 사용 효율을 증가시킬 수 있는 차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 다른 목적은, 차량 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품에 차량 배터리의 전기 에너지를 효율적으로 공급할 수 있는 차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 또 다른 목적은, 긴급 상황 및/또는 필요한 상황에서 동작해야 하는 전장 부품에 차량 배터리의 전기 에너지를 효율적으로 공급할 수 있는 차량 배터리 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 배터리 시스템의 동작 방법은, 상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 고전압 배터리가, 제어 모듈의 제어에 따라, 제1 전장 부품으로 고전압 직류 전원을 공급하는 단계; 및 상기 고전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 저전압 배터리가, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 상기 저전압 배터리의 저전압 직류 전원을 제2 전장 부품으로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 차량 배터리 시스템은, 고전압 배터리의 고전압 직류 전원을 제1 저전압 직류 전원으로 변환하여, 바디 전장품으로 공급하는 전력 변환기; 상기 제1 전력 변환기와 상기 편의기능 전장품을 연결하는 스위칭부; 제2 저전압 직류 전원을 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장품(이하, '편의 기능 전장품'이라 함)으로 공급하는 저전압 배터리; 상기 저전압 배터리와 상기 바디 전장품을 연결하는 다른 스위칭부; 및 상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 제1 저전압 직류 전원을 상기 편의 기능 저장품으로 공급하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 고전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 제2 저전압 직류 전원을 상기 바디 전장품으로 공급하도록 상기 다른 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 고전압 배터리와 저전압 배터리가 상호 보완적으로, 상호 협력적으로, 또는 선택적으로, 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품과 긴급 상황에서 동작해야 하는 전장 부품에 전력을 공급하고, 또한, 저전압 배터리의 충전 용량이 부족한 경우, 고전압 배터리를 이용하여 저전압 배터리를 충전함으로써, 차량 배터리의 에너지 사용 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 배터리의 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리 시스템의 동작 방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리의 설치 위치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리는 고전압 배터리(103)(또는 고전압 배터리 팩(pack))와 저전압 배터리(111)를 포함한다. 고전압 배터리(103)는 240V 또는 그 이상의 '메인 배터리(Main battery)' 또는 '주행용 배터리'로 불릴 수 있고, 저전압 배터리(111)는 9V, 12V 또는 24V의 '보조 배터리'로 불릴 수 있다.
고전압 배터리(103)와 저전압 배터리(111)는, 전기 차량의 제한된 공간 내에서 사이즈를 최대로 증가시키기 위해, 판 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
고전압 배터리(103)는 전기 차량의 바닥 프레임(10) 전면에 걸쳐서 설치되고, 저전압 배터리(111)는 고전압 배터리(103)와 물리적으로 분리되어, 좌석 프레임(20)의 하부면 또는 좌석 프레임(20)의 후면 상에 설치될 수 있다.
이처럼 고전압 배터리(103)과 저전압 배터리(111)는 전기 차량 내의 다른 부품이 차지하는 공간에 영향을 끼치지 바닥 프레임(10)과 좌석 프레임(20)에 설치됨으로써, 제한된 전기 차량의 공간 내에서 차량 배터리의 사이즈를 최대로 증가시킬 수 있다.
고전압 배터리(103)는 차량 주행과 관련된 모터, 차량 주행과 관련된 전장 부품에 전력을 공급한다. 차량 주행과 관련된 전장 부품으로, 시동 장치(starting system), 충전 장치(charging system), 점화 장치(ignition system), 연료 공급 장치(fuel feed system), ACCS(automatic cruise control system), EMS(engine management system), 전자 제어 변속 장치(electronic control transmission system), 전자 제어 제동 장치(antilock brake system), ABS(automatic braking system), ACS(adaptive cruise control system), TPWS(tire pressure warning system), 전자 제어 현가 장치(electronic control suspension system), 전자 제어 조향 장치(electronic power steering system) 등을 예로 들 수 있다.
저전압 배터리는 차량 이용자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품 또는 긴급 상황에서 동작해야 하는 전장 부품에 전력(또는 예비 전력)을 공급한다.
탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품으로, 차량 공조를 위한 장치, 좌석의 냉/난방을 위한 장치, 안마 기능, 좌석 위치 및 각도 조절을 위한 모터, 탑승자의 상태(예, 심박, 체온 등)를 모니터링하기 위한 센서, 탑승자용 모니터, 탑승자용 스피커, 등을 예로 들 수 있다. 긴급 상황에서 동작해야 하는 전장 부품으로, 외부 기기와의 통신을 위한 통신 부품(V2V, V2X, e-call), 조명 장치(전조등, 비상등, 실내등), 계기 장치(cluster), 차량 도어(트렁크 도어를 포함) 장치, 에어 백 장치(supplemental restraint system), 후방 물체 식별 경보 장치(back warning system) 등을 예로 들 수 있다.
이하, 차량 주행과 관련된 전장 부품은 편의상 '차량 주행용 전장 부품'이라 지칭하고, 편의 기능을 제공하는 전장 부품은 편의상 '편의 기능 전장 부품'이라 지칭한다. 그리고, 긴급 상황에서 동작해야 하는 전장 부품은 편의상 '바디 전장 부품'이라 지칭한다.
이하, 도 1에 도시한 고전압 배터리(103)와 저전압 배터리(111)의 에너지 사용 효율을 증가시키기 위한 차량 배터리 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리 시스템(100)은 충전기(101), 고전압 배터리(103), 제1 전력 변환기(105)(LDC1: Low voltage DC/DC converter1), 저전압 배터리(106), 인버터(107), 제2 전력 변환기(109)(LDC2), 저전압 배터리(111), 제어 모듈(113) 및 3개의 스위칭부들(115, 117, 119)을 포함한다.
충전기(101)는 충전소 또는 충전 설비로부터 수신된 전기 에너지를 DC 충전 전원으로 변환하여 고전압 배터리(103)에 공급하는 전력 변환기로서, 탑재형 충전기(on-board charger)(도시하지 않음) 및/또는 고속 충전기(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
고전압 배터리(103)는 충전기(101)의 출력단과 전기적으로 연결된다. 고전압 배터리(103)는 충전기(101)에 의해 충전되며, 240V 또는 그 이상의 고전압 직류 전원을 공급한다. 여기서, 고전압 직류 전원은, 예를 들면, 360V의 고전압 직류 전원일 수 있다.
제1 전력 변환기(105: LDC1)는 고전압 배터리(103)의 출력단과 전기적으로 연결된다. 제1 전력 변환기(105: LDC1)는 고전압 배터리(103)로부터 공급되는 고전압 직류 전원(예, 360V)을 저전압 직류 전원(예, DC 12V)으로 변환(또는 감압)하여, 저전압 배터리(106)를 충전한다.
저전압 배터리(106)는 제1 전력 변환기(105: LDC1)에 의해 충전된 전력을 바디 전장 부품(210) 및/또는 주행용 전장 부품(220)으로 공급하고, 바디 전장 부품(210) 및/또는 주행용 전장 부품(220)은 제1 전력 변환기(105: LDC1)로부터 공급되는 저전압 직류 전원을 동작 전원으로 이용하여 동작하게 된다. 저전압 배터리(106)는 저전압 배터리(111)와 함께 좌석 프레임(20)에 추가로 설치될 수 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 제1 전력 변환기(105)는, 저전압 배터리(111)의 충전 상태(SOC)가 임계값 이하인 경우, 제어 모듈(113)의 제어에 따라, 저전압 직류 전원(예, DC 12V)을 편의 기능 전장 부품으로 출력한다.
인버터(107)는 고전압 배터리(103)의 출력단과 연결된다. 인버터(107)는 고전압 배터리(103)로부터 공급되는 고전압 직류 전원(예, DC 360V)을 교류(AC) 모터 구동 전압으로 변환(또는 인버팅)하여, 모터(230)로 공급한다.
제2 전력 변환기(109: LDC2)는 충전기(101)의 출력단과 전기적으로 연결되어, 충전기(101)로부터 공급되는 DC 충전 전원을 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)으로 변환하고, 저전압 배터리(111)를 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)으로 충전한다.
저전압 배터리(111)는 충전된 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)을 편의 기능 전장 부품(240)으로 공급하고, 편의 기능 전장 부품(240)은 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)을 동작 전원으로 이용하여 동작하게 된다.
선택적으로 또는 추가적으로, 저전압 배터리(111)는, 긴급 상황 시 또는 필요시, 제어 모듈(113)의 제어에 따라, 상기 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)을 바디 전장품(210)으로 공급한다.
제어 모듈(113)은, 저전압 배터리(111)의 충전 상태가 임계값 이하인 경우, 저전압 배터리(111)의 긴급 충전을 위해, 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109: LDC2)의 입력단 사이의 연결을 제어한다.
고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109: LDC2)의 입력단 사이의 연결을 제어하기 위해, 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109: LDC2)의 입력단 사이에는 제1 스위칭부(115)가 구비된다.
제1 스위칭부(115)는 제어 모듈(113)의 제1 스위칭 신호(S1, 예를 들면, ON신호 또는 OFF 신호)에 응답하여 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109: LDC2)의 입력단 사이의 연결을 제어하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.
제어 모듈(113)에 의해 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109)의 입력단이 연결되면, 제2 전력 변환기(109: LDC2)가 고전압 배터리(103)로부터 출력된 고전압 직류 전원을 감압하여 획득한 저전압 직류 전원을 저전압 배터리(111)에 공급함으로써, 저전압 배터리(111)가 고전압 배터리(103)에 의해 충전된다.
추가적으로 또는 선택적으로, 제어 모듈(113)은, 저전압 배터리(111)의 충전 상태가 임계값 이하인 경우, 편의 기능 전장 부품(240)에게 충분한 전원을 공급하기 위해, 제1 전력 변환기(105: LDC1)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단 사이의 연결을 제어한다.
제1 전력 변환기(105: LDC1)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단의 연결을 위해, 이들(105 및 240) 사이에 제2 스위칭부(117)가 구비된다.
제2 스위칭부(117)는 제어 모듈(113)의 제2 스위칭 신호(S2, 예를 들면, ON신호 또는 OFF 신호)에 응답하여, 제1 전력 변환장치(105: LDC1)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단을 연결하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.
제1 전력 변환기(105: LDC1)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단이 연결되면, 편의 기능 전장 부품(240)은, 저전압 배터리(111)의 충전 상태가 임계값 이하인 경우일지라도, 제1 전력 변환기(105: LDC1)가 고전압 직류 전원을 감압하여 생성한 저전압 직류 전원(예, DC 12V)을 공급받음으로써, 동작할 수 있게 된다.
추가적으로 또는 선택적으로, 제어 모듈(113)은, 고전압 배터리(103)로부터의 전원 공급이 차단되는 긴급 상황을 대응하기 위해, 저전압 배터리(111)의 출력단과 바디 전장 부품(21)의 입력단의 연결을 제어한다.
저전압 배터리(111)의 출력단과 바디 전장 부품(210)의 입력단의 연결을 위해, 이들(111 및 210) 사이에 제3 스위칭부(119)가 구비된다.
제3 스위칭부(119)는, 제어 모듈(113)의 제3 스위칭 신호(S3, 예를 들면, ON신호 또는 OFF 신호)에 응답하여, 저전압 배터리(111)의 출력단과 바디 전장 부품(210)의 입력단을 연결하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는, 은 제어 모듈(113)의 충/방전 제어 프로세스에 따라, 저전압 배터리(111)의 충전 상태가 임계값 이하인 경우, 고전압 배터리(103)에 충전된 고전압 직류 전원으로 저전압 배터리(111)를 충전한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는, 저전압 배터리(111)의 충전 상태가 임계값 이하인 경우, 바디 전장 부품(210)이 제1 전력 변환기(105, LDC1)에서 생성한 저전압 직류 전원을 동작 전원으로 이용한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는, 고전압 배터리(103), 제1 전력 변환기를 포함하는 전력 계통에서 고장 및 이상이 발생한 긴급 상황에서는 바디 전장 부품(210)이 저전압 배터리(111)에 충전된 저전압 직류 전원을 동작 전원으로 이용한다.
이처럼 본 발명은 고전압 배터리(103)에 충전된 고전압 직류 전원으로 저전압 배터리(111)를 충전하는 동시에, 고전압 배터리(103) 및 저전압 배터리(111)가 상황에 따라 상호 보완적으로 바디 전장 부품(210)과 편의 기능 전장 부품(240)의 동작 전원으로 활용됨으로써, 에너지 사용 효율을 극대화할 수 있다.
한편, 제어 모듈(113)은 배터리 관리 시스템(300: BMS)으로부터 제공된 정보를 기초로, 제1 내지 제3 스위칭 신호(S1, S2, S3)를 생성하며, 이러한 스위칭 신호들(S1, S2, S3)에 따라 제1 스위칭부(115, 117, 119)가 스위칭 동작을 수행함으로써, 고전압 배터리(103)에 충전된 고전압 직류 전원으로 저전압 배터리(111)를 충전하는 동시에, 고전압 배터리(103) 및 저전압 배터리(111)가 상황에 따라 상호 보완적으로 바디 전장 부품(210)과 편의 기능 전장 부품(240)의 동작 전원으로 활용된다.
제어 모듈(113)과 배터리 관리 시스템(300)(Battery Management System: BMS)은 차량 내부 통신 버스(예, CAN 버스 및 LIN 버스 등)에 의해 연결되어 서로 정보를 교환한다.
배터리 관리 시스템(300)은 고전압 배터리(103)와 저전압 배터리(111)의 성능 유지를 위한 전류, 전압, 온도, 사용 시간 등 각종 정보를 센서 등을 이용하여 모니터링하고, 종합적으로 연산된 상태 정보를 상기 차량 내부 통신 버스를 통해 제어 모듈(113)로 전송한다. 여기서, 전류, 전압, 온도 등을 모니터링 하기 위한 센서로는, 고전압 배터리(103)와 저전압 배터리(111)에 부착된 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서 등을 예로 들 수 있다. 전류 센서와 전압 센서는 고전압 배터리(103)와 저전압 배터리(111)의 과전류 또는 과전압을 검출하는 용도로 사용될 수 있다.
배터리 관리 시스템(300)으로부터 제어 모듈(113)로 전송되는 정보는, 예를 들면, 고전압 배터리(103)의 정상 또는 비정상 상태를 포함하는 상태 정보, 저전압 배터리(111)의 충전 상태를 나타내는 SOC값 등을 포함한다.
제어 모듈(113)은 배터리 관리 시스템(300)으로부터 수신한 저전압 배터리(111)의 SOC값(%)이 임계값 이하인 경우, 저전압 배터리(111)의 긴급 충전을 위해 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109)의 입력단을 연결하기 위한 제1 스위칭 신호(S1)를 생성하여 이를 제1 스위칭부(115)로 전달한다.
선택적으로 또는 추가적으로, 제어 모듈(113)은 배터리 관리 시스템(300)으로부터 수신한 저전압 배터리(111)의 SOC값이 임계값 이하인 경우, 제1 전력 변환기(LDC1)에 의해 생성된 저전압 직류 전원(예, DC 12V)을 편의 기능 전장 부품(240)의 동작 전원을 이용하기 위해, 제1 전력 변환기(LDC1)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단을 연결하기 위한 제2 스위칭 신호(S2)를 생성하여 이를 제2 스위칭부(117)로 전달한다.
선택적으로 또는 추가적으로, 제어 모듈(113)은 배터리 관리 시스템(300)으로부터 고전압 배터리(103)의 비정상 상태를 나타내는 상태 정보를 수신한 경우(긴급 상황 시), 저전압 배터리(111)에 충전된 저전압 직류 전원(예, DC 6 ~ 12V)을 바디 전장 부품(210)의 동작 전원으로 이용하기 위해, 저전압 배터리(111)의 출력단과 바디 전장 부품(210)의 입력단을 연결하기 위한 제3 스위칭 신호(S3)를 생성하여 이를 제3 스위칭부(119)로 전달한다.
고전압 배터리(103)의 비정상 상태는, 예를 들면, 고전압 배터리(103)에서 과전류를 모니터링 한 경우일 수 있다.
한편, 도 2에서 제어 모듈(113)과 배터리 관리 시스템(300)을 분리된 형태로 도시하고 있으나, 하나로 통합될 수 있다. 예를 들면, 제어 모듈(113)이 배터리 관리시스템(300)에 포함되거나, 기존의 배터리 관리 시스템(300)이 제어 모듈(113)의 기능, 즉, 제1 내지 제3 스위칭부(115, 117, 119)의 스위칭 동작을 제어하도록 제1 내지 제3 스위칭 신호들(S1, S2, S3)을 생성하는 기능이 추가되도록 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 배터리의 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 저전압 배터리(111)는 고전압 배터리(103)에 비해 상대적으로 적은 배터리 용량을 갖기 때문에, 빠른 시간에 완전 충전이 가능하다.
저전압 배터리(111)의 충전 시나리오는, 기본적으로, 먼저, 고전압 배터리(103)에 대한 충전이 먼저 진행된 후, 저전압 배터리(111) 충전이 진행된다.
구체적으로, 충전 시나리오는 충전 구간 1, 충전 구간 2, 충전 구간 3을 포함한다. 정전류(CC: Constant Current) 충전 구간은 충전 구간 1, 충전 구간 2 및 충전 구간 3의 일부 구간을 포함하며, 정전압(CV: Constant Voltage) 충전 구간은 CC 충전 구간에 포함된 충전 구간 3의 나머지 구간이다.
충전 구간 1은 고전압 배터리의 충전 상태가 0%부터 A%에 도달할 때까지의 구간(고전압 배터리의 저용량(저충전상태) 구간)으로 정의되고, 충전 구간2는 고전압 배터리의 충전 상태가 A%로부터 B%에 도달할 때가지의 구간(고전압 배터리의 중간용량(중간 충전상태) 구간)으로 정의된다. 그리고, 충전 구간3은 고전압 배터리의 충전 상태가 B%로부터 100%에 도달할 때가지의 구간(고전압 배터리 고용량(고충전상태) 구간)으로 정의된다. 상기 A%는, 예를 들면, 15%이고, 상기 B%는, 예를 들면, 80%일 수 있다.
충전 구간1에서는 고전압 배터리에 대하 충전만 진행되고, 저전압 배터리에 대한 충전은 진행되지 않는다.
충전 구간2에서는 고전압 배터리(103)의 충전과 저전압 배터리(111)의 충전이 동시 진행된다. 충전 구간 2는 충전 구간 1 및 3에 비해 긴 구간이기 때문에, 고속/대용량을 고전압 배터리(103)가 충전되어야 한다. 따라서, 저전압 배터리(111)의 충전 전류는 최소화된다. 다만, 저전압 배터리(111)의 충전 전류는 저전압 배터리의 상태에 따라 조절될 필요가 있다. 예를 들어, 최대 1암페어(1A)로 충전 가능한 저전압 배터리(111)의 경우, 저전압 배터리(111)는 충전 구간 2에서는 300mA의 충전 전류로 충전될 수 있다. 이때, 저전압 배터리(111)의 용량(SOC)이 20%이하인 경우, 600 mA의 충전 전류로 저전압 배터리(111)를 충전하고, 저전압 배터리(111)의 용량(SOC)이 60%이하인 경우, 300mA의 충전 전류로 저전압 배터리(111)를 충전한다.
충전 구간3에서는 충전 구간 2와 마찬가지로, 고전압 배터리(103)의 충전과 저전압 배터리의 충전이 동시 진행된다. 이때, 충전 구간 3에서는 고전압 배터리(103)가 충전 구간 2에서 이미 충분한 용량으로 충전된 상태이므로, 대용량 충전 전류로 충전될 필요가 없다. 따라서, 충전 구간 3에서 저전압 배터리는 최대 충전 전류로 충전될 수 있다. 예를 들어, 저전압 배터리(111)가 최대 1A의 충전 전류로 충전 가능한 경우, 저전압 배터리(111)의 현재 충전 상태(SOC)에 관계없이, 저전압 배터리(111)는 최대 1A의 충전 전류로 충전될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 배터리 시스템의 동작 방법에 따른 전력 공급 시나리오를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 시나리오는, 전기 차량이 주행 중인 상황을 가정한다.
먼저, 단계 S410에서, 배터리 관리 시스템(300)이 저전압 배터리(111)의 충전 상태를 모니터링(측정)하여, 저전압 배터리(111)의 용량이 충분한 지를 판단하는 프로세스를 수행한다. 구체적으로, 저전압 배터리(111)의 SOC값(또는 충전 용량)을 측정한 후, 그 측정한 SOC값이 제1 임계값(또는 기준 SOC값) 이상인지를 판단한다.
이어, 단계 S420에서, 저전압 배터리(111)의 SOC값이 제1 임계값(또는 기준 SOC값) 이상인 경우, 제어 모듈(113)이 배터리 관리 시스템(300)으로부터 저전압 배터리(111)의 SOC값이 제1 임계값(또는 기준 SOC값) 이상임을 나타내는 판단 결과를 수신하고, 그 판단 결과에 따라 제어 모듈(111)이 저전압 배터리(111)의 저전압 직류 전원을 편의 기능 전장 부품(240)으로 공급하도록 제어하는 과정이 수행된다.
이어, 단계 S430에서, 배터리 관리 시스템(300)이 고전압 배터리(111)가 정상 상태인지를 판단하는 프로세스를 수행한다. 예를 들면, 고전압 배터리(111)에서 과전류, 과전압 및/또는 정상 온도보다 높은 비정상 온도가 검출된 경우, 고전압 배터리(111)를 비정상 상태로 판단하고, 반대인 경우, 고전압 배터리(111)를 정상 상태로 판단한다.
이어, 단계 S440에서, 고전압 배터리(111) 정상 상태인 경우, 배터리 관리 시스템(300)이 고전압 배터리(111)의 충전 상태를 모니터링(측정)하여, 고전압 배터리(111)의 용량이 충분한 지를 판단하는 프로세스를 수행한다. 구체적으로, 고전압 배터리(103)의 SOC값을 측정한 후, 그 측정한 SOC값이 제2 임계값(또는 기준 SOC값) 이상인지를 판단한다. 고전압 배터리(103)의 SOC값이 제2 임계값(또는 기준 SOC값) 이상인 경우, 즉, 고전압 배터리(111)의 용량이 충분한 경우, 충전 시나리오의 모든 일련의 과정들을 종료하고, 반대인 경우, 단계 S470으로 진행한다.
한편, 전술한 단계 S410에서 저전압 배터리(111)의 SOC값이 제1 임계값(또는 기준 SOC값) 미만인 경우, 즉, 저전압 배터리(111)의 용량이 충분하지 못한 경우, 단계 S450가 진행된다.
단계 S450에서, 제어 모듈(113)이 저전압 배터리(111)의 SOC값이 제1 임계값(또는 기준 SOC값) 미만임을 나타내는 판단 결과를 배터리 관리 시스템(300)으로부터 수신하고, 그 판단 결과에 따라, 제어 모듈(113)이, 저전압 배터리(111)를 고전압 배터리(103)의 고전압 직류 전원으로 충전시키는 충전 프로세스를 수행한다.
상기 충전 프로세스는, 예를 들면, 제어 모듈(113)이 제1 스위칭부(115)의 스위칭 동작을 제어하여 고전압 배터리(103)의 출력단과 제2 전력 변환기(109)의 입력단을 연결시키는 단계, 제2 전력 변환기(109)가 고전압 배터리(103)의 고전압 직류 전원을 저전압 직류 전원으로 변환하여, 상기 저전압 직류 전원을 저전압 배터리(111)로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 한편, 고전압 배터리(103)에 의해 충전되는 저전압 배터리(111)는 최소 용량으로 충전된다. 여기서, 최소 용량(또는 최소 동작 전원)은 바디 전장 부품(210), 예를 들면, 통신 부품(e-call용 통신 부품) 또는 조명 장치(전조등, 비상등, 실내등)가 기설정된 시간(예를 들면, 10분) 동안 동작하도록 설정된 SOC값일 수 있다.
이어, 단계 S460에서, 고전압 배터리(103)이 제어 모듈(113)의 제어에 따라 고전압 직류 전원을 편의 기능 전장 부품(240)으로 공급하는 과정이 수행된다.
고전압 배터리(103)의 고전압 직류 전원을 편의 기능 전장 부품(240)으로 공급하는 과정은, 예를 들면, 제어 모듈(113)이 제1 전력 변환기(105)의 출력단과 편의 기능 전장 부품(240)의 입력단의 연결을 제어하는 제2 스위칭부(117)의 스위칭 동작을 제어하는 단계, 제1 전력 변환기(105)가 고전압 배터리(103)의 고전압 직류 전원을 저전압 직류 전원을 변환하여, 이를 편의 기능 전장 부품(240)으로 공급하는 단계를 포함한다.
한편, 전술한 단계 S430에서, 배터리 관리 시스템(300)이 고전압 배터리(103)를 비정상 상태로 판정되거나, 전술한 단계 S440에서, 배터리 관리 시스템(300)이 고전압 배터리(103)의 SOC값이 제2 임계값 미만인 경우, 단계 S470이 수행된다.
구체적으로 단계 S470에서, 저전압 배터리(111)의 저전압 직류 전원을 바디 전장품(210)으로 공급하는 과정이 수행된다.
이러한 단계 S470은, 예를 들면, 배터리 관리 시스템(300)이 고전압 배터리(103)의 비정상 상태를 나타내는 비정상 상태 정보 또는 고전압 배터리(103)의 SOC값이 제2 임계값 미만임을 나타내는 충전 상태 정보를 제어 모듈(113)로 전달하는 단계, 제어 모듈(113)이 상기 비정상 상태 정보 또는 충전 상태 정보에 따라 제2 스위칭부(117)의 스위칭 동작을 제어하여, 저전압 배터리(111)의 출력단과 바디 전장품(210)의 입력단을 연결하는 단계 및 저전압 배터리(111)의 저전압 직류 전원을 바디 전장품(210)으로 공급하는 단계를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 차량 배터리를 고전압 배터리와 저전압 배터리로 구분하고, 고전압 배터리와 저전압 배터리가 상호 보완적으로 또는 선택적으로 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품과 긴급 상황에서 동작해야 하는 전장 부품에 전력을 공급하고, 또한, 저전압 배터리에 충전된 충전 용량이 부족한 경우, 고전압 배터리를 이용하여 저전압 배터리를 충전함으로써, 차량 배터리의 에너지 사용 효율을 극대화할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 고전압 배터리와 저전압 배터리를 포함하는 차량 배터리 시스템에서,
    상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 고전압 배터리가, 제어 모듈의 제어에 따라, 제1 전장 부품으로 고전압 직류 전원을 공급하는 단계; 및
    상기 고전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 저전압 배터리가, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 상기 저전압 배터리의 저전압 직류 전원을 제2 전장 부품으로 공급하는 단계
    를 포함하는 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 전장 부품은 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장 부품이고, 상기 제2 전장 부품은 긴급상황에서 반드시 동작해야 하는 바디 전장 부품인 것인 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전장 부품으로 고전압 직류 전원을 공급하는 단계는,
    상기 제어 모듈이, 전력 변환기의 출력단과 상기 제1 전장 부품의 입력단의 연결을 제어하는 스위칭 부의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 전력 변환기의 출력단과 상기 제1 전장 부품의 입력단을 연결하는 단계; 및
    상기 전력 변환기가 상기 고전압 배터리의 고전압 직류 전원을 저전압 직류 전원으로 변환하여 상기 제1 전장 부품으로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 저전압 배터리의 저전압 직류 전원을 제2 전장 부품으로 공급하는 단계는,
    상기 제어 모듈이, 상기 저전압 배터리의 출력단과 상기 제2 전장 부품의 입력단의 연결을 제어하는 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 저전압 배터리의 출력단과 상기 제2 전장 부품의 입력단을 연결하는 단계; 및
    상기 저전압 배터리가, 상기 저전압 배터리의 출력단과 상기 제2 전장 부품의 입력단이 연결됨에 따라, 상기 저전압 직류 전원을 제2 전장 부품으로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 상기 저전압 배터리가 상기 고전압 배터리의 상기 고전압 직류 전원에 의해 충전되는 단계를 더 포함하는 것인 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 저전압 배터리가 상기 고전압 배터리의 상기 고전압 직류 전원에 의해 충전되는 단계는,
    상기 제어 모듈이, 상기 고전압 배터리의 출력단과 전력 변환기의 입력단의 연결을 제어하는 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 고전압 배터리의 출력단과 상기 전력 변환기의 입력단을 연결하는 단계;
    상기 전력 변환기가 상기 고전압 배터리의 출력단을 통해 출력되는 상기 고전압 직류 전원을 상기 저전압 직류 전원으로 변환하여 상기 저전압 배터리로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인 차량 배터리 시스템의 동작 방법.
  7. 고전압 배터리의 고전압 직류 전원을 제1 저전압 직류 전원으로 변환하여, 바디 전장품으로 공급하는 전력 변환기;
    상기 제1 전력 변환기와 상기 편의기능 전장품을 연결하는 스위칭부;
    제2 저전압 직류 전원을 탑승자의 편의 기능을 제공하는 전장품(이하, '편의 기능 전장품'이라 함)으로 공급하는 저전압 배터리;
    상기 저전압 배터리와 상기 바디 전장품을 연결하는 다른 스위칭부; 및
    상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 제1 저전압 직류 전원을 상기 편의 기능 저장품으로 공급하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 고전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 제2 저전압 직류 전원을 상기 바디 전장품으로 공급하도록 상기 다른 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어 모듈
    을 포함하는 차량 배터리 시스템
  8. 제7항에서,
    상기 고전압 배터리는 차량의 바닥 프레임에 설치되고, 상기 저전압 배터리는 차량의 좌석 프레임에 설치된 것인 차량 배터리 시스템.
  9. 제7항에서,
    상기 고전압 배터리의 고전압 직류 전원을 상기 제2 저전압 직류 전원으로 변환하기 위한 제2 전력 변환기; 및
    상기 제2 전력 변환기와 상기 고전압 배터리를 연결하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 또 다른 스위칭부를 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 저전압 배터리의 충전 용량이 임계값 이하인 경우, 상기 고전압 배터리의 고전압 직류 전원으로 상기 저전압 배터리를 충전하도록 상기 또 다른 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 것인 차량 배터리 시스템.
  10. 제7항에서,
    상기 편의 기능 전장품은,
    좌석의 냉/난방을 위한 장치, 안마 기능, 좌석 위치 및 각도 조절을 위한 모터, 탑승자의 상태를 모니터링하기 위한 센서, 탑승자용 모니터, 탑승자용 스피커 중에서 적어도 하나를 포함하는 것인 차량 배터리 시스템.
  11. 제7항에서,
    상기 바디 전장품은,
    긴급 상황에서 최소 동작 전원으로 동작하는 전장품으로, 시동 장치(starting system), 충전 장치(charging system), 점화 장치(ignition system), 연료 공급 장치(fuel feed system), ACCS(automatic cruise control system), EMS(engine management system), 전자 제어 변속 장치(electronic control transmission system), 전자 제어 제동 장치(antilock brake system), ABS(automatic braking system), ACS(adaptive cruise control system), TPWS(tire pressure warning system), 전자 제어 현가 장치(electronic control suspension system) 및 전자 제어 조향 장치(electronic power steering system) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것인 차량 배터리 시스템.
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