KR102086262B1 - 배터리 제어 장치 및 이를 구비한 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 에너지 공급원으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성하는 전력 생성 장치와, 전력 생성 장치에서 생성된 전력을 충전하는 주 배터리와, 적어도 두 개의 보조 배터리를 포함하며, 주 배터리에 충전하고 남은 잉여 전력을 충전하는 제1 및 제2 보조 배터리 세트와, 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 어느 하나로부터 충전된 전력을 공급받는 전력 소비 장치와, 제1 및 제2 보조 배터리 세트의 배터리 충전량을 비교하여, 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 배터리 충전량이 더 많은 보조 배터리 세트는 전력 소비 장치에 연결하고 나머지 보조 배터리 세트는 전력 생성 장치에 연결하는 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량을 제공한다.

Description

배터리 제어 장치 및 이를 구비한 차량{Battery Control Device And Vehicle Having The Same}
본 발명은 배터리 제어 장치 및 이를 구비한 차량에 관한 것이다.
차량에는 엔진의 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기가 구비된다. 이와 같은 발전기는 차량의 헤드라이트(Head light), 패널(Panel) 등과 같은 다양한 전장 장치에 전력을 공급하고 잉여 전력은 주 배터리에 저장한다. 그리고, 주 배터리에 저장된 전력은 엔진의 정지 상태에서 사용될 수 있다.
한편, 차량 주행 중 발전기에 의해 생성되는 전력은 에어컨의 구동은 물론 냉장 장치 또는 냉동 장치를 구비하는 전용 트럭의 냉장 장치 또는 냉동 장치를 구동하는 데에도 사용된다.
이와 같은 냉장 장치 및 냉동 장치는 비교적 큰 소비 전력을 소모하기 때문에, 발전기에서 생산된 전력은 곧바로 냉장 장치 또는 냉동 장치에 구비된 컴프레서(Compressor)로 공급된다.
차량의 엔진이 정지된 상태에서는 주 배터리에 충전된 전력만으로는 냉장 장치 또는 냉동 장치의 전력 소모량을 감당하지 못하므로 컴프레서는 동작하지 않게 된다.
이와 같이, 냉장 장치 또는 냉동 장치를 구비한 전용 트럭의 엔진이 정지된 상태에서는 냉장 장치 및 냉동 장치를 구동할 수 없게 되는데, 이 경우 냉장 장치 및 냉동 장치에 보관된 물품에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 정차 중 전력 소비 장치를 가동하기 위해 엔진 또는 발전기 구동을 유지할 필요가 없는 배터리 제어 장치 및 이를 구비한 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 충전되는 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 상태로 신속히 충전되도록 할 수 있고, 방전되는 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 상태로 더 큰 전력을 공급할 수 있는 배터리 제어 장치 및 이를 구비한 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 에너지 공급원으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성하는 전력 생성 장치와, 전력 생성 장치에서 생성된 전력을 충전하는 주 배터리와, 적어도 두 개의 보조 배터리를 포함하며, 주 배터리에 충전하고 남은 잉여 전력을 충전하는 제1 및 제2 보조 배터리 세트와, 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 어느 하나로부터 충전된 전력을 공급받는 전력 소비 장치와, 제1 및 제2 보조 배터리 세트의 배터리 충전량을 비교하여, 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 배터리 충전량이 더 많은 보조 배터리 세트는 전력 소비 장치에 연결하고 나머지 보조 배터리 세트는 전력 생성 장치에 연결하는 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량을 제공한다.
여기서, 에너지 공급원은 엔진, 태양광 및 풍력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 전력 생성 장치는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기와, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 에너지 공급원으로부터 에너지 공급이 중단되면 주 배터리와 제1 및 제2 보조 배터리 세트에 전력을 공급하는 비상 발전기를 더 포함할 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치는 제1 및 제2 보조 배터리 세트의 충전 및 방전에 따라 적어도 두 개의 보조 배터리의 연결을 직렬 및 병렬 간 변환할 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치는 전력 생성 장치와 연결된 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 연결하고, 전력 소비 장치와 연결된 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 연결할 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치는 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 배터리 충전량이 제1 기준값 이상인 보조 배터리 세트를 전력 소비 장치에 연결할 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치는 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 배터리 충전량이 제2 기준값 미만인 보조 배터리 세트를 상기 전력 생성 장치에 연결할 수 있다.
또한, 제1 보조 배터리 세트를 전력 생성 장치 및 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제1 스위칭부와, 제2 보조 배터리 세트를 전력 생성 장치 및 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제3 스위칭부와, 제2 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제4 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 적어도 두 개의 배터리를 포함하는 제1 및 제2 배터리 세트와, 제1 및 제2 배터리 세트의 배터리 충전량을 비교하는 충전량 비교부와, 제1 및 제2 배터리 세트 중 배터리 충전량이 더 많은 배터리 세트는 방전시키고 나머지 배터리 세트는 충전시키며, 충전되는 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리는 병렬 연결하고, 방전되는 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리는 직렬 연결하는 충방전 제어부를 포함하는 배터리 제어 장치를 제공한다.
또한, 제1 배터리 세트를 전력 생성 장치 및 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제1 스위칭부와, 제2 배터리 세트를 전력 생성 장치 및 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제3 스위칭부와, 제2 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제4 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 전력 생성 장치는 엔진, 태양광 및 풍력 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 공급원으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성할 수 있다.
또한, 전력 생성 장치는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기와, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2개의 보조 배터리 세트 중 어느 하나의 배터리 충전량이 기준값 이상으로 유지되고, 전력 소비 장치가, 전력 생성 장치와 연결되지 않은 보조 배터리 세트로부터 충전 전력을 공급받기 때문에, 정차 중 전력 소비 장치를 가동하기 위해 엔진 또는 발전기 구동을 유지할 필요가 없다.
또한, 본 발명에 따르면, 충전되는 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 상태로 신속히 충전되도록 할 수 있고, 방전되는 보조 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 상태로 더 큰 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보조 배터리 세트의 구체적인 회로도이다.
도 4 및 도 5는, 도 3에서 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 제어 동작에 따른 구체적인 회로도이다.
도 6은 도 4의 등가 회로도이다.
도 7은 도 5의 등가 회로도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량의 개략적인 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 전력 생성 장치(200), 주 배터리(300), 보조 배터리 세트(400), 배터리 제어 장치(500) 및 전력 소비 장치(600)를 포함할 수 있다.
전력 생성 장치(200)는 에너지 공급원(100)으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성한다.
여기서, 에너지 공급원(100)은 엔진, 태양광 및 풍력 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 신재생 에너지원을 채용할 수 있다.
구체적으로, 전력 생성 장치(200)는 엔진, 태양광 및 풍력 중 하나를 독립형 에너지원으로 하여 전력을 생성하거나, 엔진 및 태양광을 조합하거나 엔진 및 풍력을 조합하여 하이브리드형 에너지원으로 하여 전력을 생성할 수 있다.
이에 따라, 전력 생성 장치(200)는 엔진 및 풍력 중 적어도 하나에 의한 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전력 생성 장치와, 태양광에 의한 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은 에너지 공급원(100)으로부터 에너지 공급이 중단되면 주 배터리(300)와 보조 배터리 세트(400)에 전력을 공급하는 비상 발전기를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 에너지 공급원(100)으로부터 에너지 공급이 중단되는 비상 상황 시 비상 발전기를 자동으로 구동시켜 주 배터리(300)와 보조 배터리 세트(400)를 충전시킬 수 있다.
주 배터리(300)는 전력 생성 장치(200)에서 생성된 전력을 충전한다.
보조 배터리 세트(400)는 적어도 두 개의 세트로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 보조 배터리 세트(400)를 제1 보조 배터리 세트(410)와 제2 보조 배터리 세트(420)로 나누어 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량을 설명하겠다.
제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)는, 각각 적어도 두 개의 보조 배터리를 포함하며, 주 배터리(300)에 충전하고 남은 잉여 전력을 충전한다.
전력 소비 장치(600)는, 헤드라이트, 패널, 오디오 및 와이퍼와 같은 일반적인 전력 소비 장치 이외에 소비 전력이 비교적 큰 에어컨, 냉장 장치 및 냉방 장치와 같은 전력 소비 장치일 수 있다.
한편, 주 배터리(300)의 한정된 용량으로 인해, 주 배터리(300) 만으로 오디오 및 와이퍼와 같은 일반적인 전력 소비 장치뿐만 아니라 에어컨, 냉장 장치 및 냉방 장치와 같은 전력 소비 장치(300)에 모두 전력을 공급하기에는 한계가 있다.
또한, 주 배터리(300)의 한정된 용량으로 인해, 에어컨, 냉장 장치 및 냉방 장치와 같은 전력 소비 장치(600)를 원활하게 가동하기 위해서는 정차 중에도 엔진 또는 발전기를 구동해야 하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 주 배터리(300) 이외에 보조 배터리 세트(400)를 구비하여, 오디오 및 와이퍼와 같은 일반적인 전력 소비 장치에는 주 배터리(300)에 충전된 전력을 공급하고, 에어컨, 냉장 장치 및 냉방 장치와 같은 전력 소비 장치(600)에는 보조 배터리 세트(400)에 충전된 전력을 공급한다.
여기서, 전력 소비 장치(600)는 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 어느 하나로부터 충전된 전력을 공급받는다.
이를 위해, 배터리 제어 장치(500)는, 잉여 전력을 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)에 선택적으로 충전시키고, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)에 충전된 전력을 전력 소비 장치(600)에 선택적으로 방전시킨다.
구체적으로, 배터리 제어 장치(500)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 배터리 충전량을 비교하여, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 배터리 충전량이 더 많은 보조 배터리 세트(400)를 전력 소비 장치(600)에 연결하고 나머지 보조 배터리 세트(400)를 전력 생성 장치(200)에 연결한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 전력 소비 장치(600)가, 전력 생성 장치(200)와 연결되지 않은 보조 배터리 세트(400)로부터 충전 전력을 공급받기 때문에, 정차 중 전력 소비 장치(600)를 가동하기 위해 엔진 또는 발전기 구동을 유지할 필요가 없다.
배터리 제어 장치(500)는 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 충전 및 방전에 따라 적어도 두 개의 보조 배터리의 연결을 직렬 및 병렬 간 변환한다.
구체적으로, 배터리 제어 장치(500)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 충전 시 이들 보조 배터리 세트(410, 420)에 포함된 보조 배터리들을 병렬로 연결하였다가 방전 시 직렬로 변환한다.
또한, 배터리 제어 장치(500)는 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 방전 시 이들 보조 배터리 세트(410, 420)에 포함된 보조 배터리들을 직렬로 연결하였다가 충전 시 병렬로 변환한다.
배터리 제어 장치(500)는, 전력 생성 장치(200)와 연결된 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 연결하고, 전력 소비 장치(600)와 연결된 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 연결한다.
여기서, 적어도 두 개의 보조 배터리가 병렬 연결 상태로 충전되면 직렬 연결 상태로 충전되는 경우 대비 충전 시간이 1/2배 줄어들게 되고, 적어도 두 개의 보조 배터리가 직렬 연결 상태로 방전되면 병렬 연결 상태로 방전되는 경우 대비 공급 전력 크기가 4배로 늘어나게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 충전되는 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 상태로 신속히 충전되도록 할 수 있고, 방전되는 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 상태로 더 큰 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배터리 제어 장치(500)는, 충전량 비교부(510) 및 충방전 제어부(520)를 포함할 수 있다.
여기서, 충전량 비교부(510)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 배터리 충전량을 각각 입력 받아, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 배터리 충전량을 비교한다.
충방전 제어부(520)는 상기 배터리 충전량 비교 결과에 따라 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 충전 및 방전을 각각 제어한다.
구체적으로, 충방전 제어부(520)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 배터리 충전량이 더 많은 보조 배터리 세트(400)를 방전시키고 나머지 보조 배터리 세트(420)를 충전시킨다.
충방전 제어부(520)는, 충전되는 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리는 병렬 연결하고, 방전되는 보조 배터리 세트(400)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리는 직렬 연결한다.
충방전 제어부(520)는 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 배터리 충전량이 제1 기준값 이상인 보조 배터리 세트(400)를 전력 소비 장치(600)에 연결한다. 여기서, 제1 기준값은 배터리 완전 충전량의 70~100%일 수 있다.
충방전 제어부(520)는 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 배터리 충전량이 제2 기준값 미만인 보조 배터리 세트(400)를 전력 생성 장치(200)에 연결한다. 여기서, 제2 기준값은 배터리 완전 충전량의 0~30%일 수 있다.
예를 들어, 제1 기준값 이상의 배터리 충전량을 갖는 제1 보조 배터리 세트(410)가 충전된 전력을 전력 소비 장치(600)에 공급하는 시간 동안 제2 보조 배터리 세트(420)는 전력 생성 장치(200)로부터 잉여 전력을 공급받아 배터리 충전량이 제1 기준값 이상이 된다. 그리고, 제1 보조 배터리 세트(410)의 배터리 충전량이 제2 기준값 미만이 되면 제1 보조 배터리 세트(410)는 전력 생성 장치(200)에 연결되어 충전되고, 제2 보조 배터리 세트(420)는 전력 소비 장치(600)에 연결되어 방전된다.
이와 같은 과정이 반복됨으로써, 전력 소비 장치(600)에 지속적으로 전력을 공급할 수 있게 되며, 특히, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 어느 하나의 배터리 충전량이 제1 기준값 이상으로 유지되고, 전력 소비 장치(600)가, 전력 생성 장치(200)와 연결되지 않은 보조 배터리 세트(400)로부터 충전 전력을 공급받기 때문에, 정차 중 전력 소비 장치(600)를 가동하기 위해 엔진 또는 발전기 구동을 유지할 필요가 없다.
한편, 충방전 제어부(520)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 배터리 충전량이 모두 제1 기준값 이상인 경우 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)를 병렬 연결하고, 이를 전력 소비 장치(600)에 연결함으로써, 전력 소비 장치(600)에 더 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
그리고, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)를 통해 전력 소비 장치(600)에 전력을 공급한 이후, 충방전 제어부(520)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 배터리 충전량이 제3 기준값 미만인 보조 배터리 세트(400)를 전력 생성 장치(200)에 연결한다. 여기서, 제3 기준값은 제2 기준값 보다 큰 값으로 배터리 완전 충전량의 30~70%일 수 있다.
이와 같은 제1 기준값 내지 제3 기준값은, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 중 어느 하나의 배터리 충전량이 제1 기준값으로 유지되도록, 전력 소비 장치(600)의 소비 전력, 보조 배터리 세트(400)의 용량 및 차량의 일 평균 주행 시간 등에 따라 미리 설정될 수 있다.
여기서, 배터리 충전량의 기준을 제3 기준값으로 정한 이유는, 애초 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)의 배터리 충전량은 모두 제1 기준값 이상으로 편차가 크지 않기 때문에, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)가 동시에 방전되어 배터리 충전량이 모두 제2 기준값이 될 가능성이 높고, 이에 따라, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)가 모두 전력 생성 장치(200)에 연결됨으로써 전력 소비 장치(600)에 공급되는 전력의 연속성이 깨질 수 있기 때문이다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 충방전 제어부(520)는, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)를 통해 전력 소비 장치(600)에 전력을 안정적으로 공급하다가, 각 보조 배터리 세트 중 배터리 충전량이 어느 정도 감소된 보조 배터리 세트를 전력 생성 장치(200)에 연결하여 충전하고 나머지 보조 배터리 세트를 통해 전력 소비 장치(600)에 지속적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 전력 소비 장치(600)가 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420) 사이에서 연결이 절환되는 순간 전력 소비 장치(600)에 공급되는 전력의 연속성이 깨질 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 충방전 제어부(520)는, 각 보조 배터리 세트(400)와 전력 소비 장치(600) 간 연결 절환 전에 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)를 모두 전력 소비 장치(600)에 연결함으로써 전력 소비 장치(600)에 공급되는 전력의 연속성을 유지할 수 있다.
예를 들어, 충방전 제어부(520)는, 제1 보조 배터리 세트(410)가 전력 소비 장치(600)에 연결되다가 제2 보조 배터리 세트(420)로 연결 절환하는 경우, 제1 보조 배터리 세트(410)를 바로 전력 소비 장치(600)에서 전력 생성 장치(200)로 연결 절환하는 것이 아니라, 제2 보조 배터리 세트(420)가 전력 소비 장치(600)에 연결된 이후에 제1 보조 배터리 세트(410)를 전력 소비 장치(600)에서 전력 생성 장치(200)로 연결 절환한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은 스위칭부(700)를 더 포함할 수 있다.
스위칭부(700)는, 충방전 제어부(520)로부터 스위칭 제어 신호를 입력 받아 온 또는 오프되며, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)와 전력 생성 장치(200) 및 전력 소비 장치(600)의 회로 연결 관계를 변경하고, 제1 보조 배터리 세트(410) 및 제2 보조 배터리 세트(420)에 각각 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리의 회로 연결 관계를 변경한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보조 배터리 세트의 구체적인 회로도이다.
한편, 도 3의 회로도는 일 예로서 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변경 가능하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 보조 배터리 세트(410)는, 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)를 포함할 수 있고, 제2 보조 배터리 세트(420)는, 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제4 보조 배터리(B1~B4)의 용량 즉, 정격 출력 전압은 동일한 값일 수 있다.
스위칭부(700)는 제1 내지 제10 스위치(S1~S10)를 포함할 수 있고, 그 기능에 따라 제1 스위칭부 내지 제4 스위칭부로 나눌 수 있다.
제1 스위칭부(S1, S3)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제1 보조 배터리 세트(410)를 전력 생성 장치(200) 및 전력 소비 장치(600) 중 어느 하나에 연결한다. 그리고, 제2 스위칭부(S2, S4)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제2 보조 배터리 세트(420)를 전력 생성 장치(200) 및 전력 소비 장치(600) 중 어느 하나에 연결한다.
제3 스위칭부(S6, S7, S9)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제1 보조 배터리 세트(410)에 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리((B1, B2), (B3, B4))를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결한다. 그리고, 제4 스위칭부(S5, S8, S10)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제2 보조 배터리 세트(420)에 각각 포함된 적어도 두 개의 보조 배터리((B1, B2), (B3, B4))를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결한다.
여기서, 제1 스위칭부는 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)를 포함하고, 제2 스위칭부는 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)를 포함하고, 제3 스위칭부는 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7) 및 제9 스위치(S9)를 포함하고, 제4 스위칭부는 제5 스위치(S5), 제8 스위치(S8) 및 제10 스위치(S10)를 포함할 수 있다.
전력 생성 장치(200)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)와 연결되고, 전력 소비 장치(600)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)와 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5는, 도 3에서 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 제어 동작에 따른 구체적인 회로도이다. 그리고, 도 6은 도 4의 등가 회로도이고, 도 7은 도 5의 등가 회로도이다.
도4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제1 보조 배터리 세트(410)를 전력 생성 장치(200) 및 전력 소비 장치(600) 중 어느 하나에 연결한다. 그리고, 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제2 보조 배터리 세트(420)를 전력 생성 장치(200) 및 전력 소비 장치(600) 중 어느 하나에 연결한다.
여기서, 제1 보조 배터리 세트(410)가 전력 소비 장치(600)에 연결되면, 제2 보조 배터리 세트(420)는 전력 생성 장치(200)에 연결되고, 반대로 제2 보조 배터리 세트(420)가 전력 소비 장치(600)에 연결되면, 제1 보조 배터리 세트(410)는 전력 생성 장치(200)에 연결될 수 있다.
또한, 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7) 및 제9 스위치(S9)는, 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제1 보조 배터리 세트(410)에 포함된 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결한다.
그리고, 제5 스위치(S5), 제8 스위치(S8) 및 제10 스위치(S10), 충방전 제어부(520)의 스위칭 제어 신호에 따라, 제2 보조 배터리 세트(420)에 포함된 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결한다.
구체적으로, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 스위치(S1)가 온되고 제3 스위치(S3)가 오프되면, 제1 보조 배터리 세트(410)는 전력 생성 장치(200)와 연결되어 전력 생성 장치(200)로부터 잉여 전력을 충전한다. 그리고, 제2 스위치(S2)가 오프되고 제4 스위치(S4)가 온되면, 제2 보조 배터리 세트(420)는 전력 소비 장치(600)와 연결되어 전력 소비 장치(600)에 충전된 전력을 공급한다.
그리고, 제7 스위치(S7) 및 제9 스위치(S9)가 온되고 제6 스위치(S6)가 오프되면, 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)는 병렬로 연결된다. 그리고, 제8 스위치(S8) 및 제10 스위치(S10)가 오프되고 제5 스위치(S5)가 온되면, 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)는 직렬로 연결된다.
이를 종합해 보면, 병렬로 연결된 제1 보조 배터리(B1)와 제2 보조 배터리(B2)는, 전력 생성 장치(200)와 연결되어 전력 생성 장치(200)로부터 잉여 전력을 충전한다. 그리고, 직렬로 연결된 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)는 전력 소비 장치(600)에 연결되어 전력 소비 장치(600)에 충전된 전력을 공급한다.
여기서, 제1 보조 배터리(B1)와 제2 보조 배터리(B2)가 병렬 연결 상태로 충전되면 직렬 연결 상태로 충전되는 경우 대비 충전 시간이 1/2배 줄어들게 된다.
이에 따라, 충전되는 제1 보조 배터리 세트(410)에 포함된 제1 보조 배터리(B1)와 제2 보조 배터리(B2)를 병렬 상태로 신속히 충전되도록 할 수 있다.
그리고, 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)가 직렬 연결 상태로 방전되면 병렬 연결 상태로 방전되는 경우 대비 공급 전력 크기가 4배로 늘어나게 된다.
예를 들어, 제3 보조 배터리(B3) 및 제2 보조 배터리(B4)의 정격 출력 전압이 각각 12V라고 가정하면, 병렬 연결 상태로 방전되는 경우 출력 전압은 12V가 되지만, 직렬로 연결 상태로 방전되는 경우 출력 전압은 24V가 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 방전 시 승압 회로를 구현함으로써, 정격 출력 전압이 12V인 보조 배터리를 이용해 정격 전압 24V인 전력 소비 장치(600)를 가동시킬 수 있다.
이에 따라, 직렬 연결된 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)의 경우 병렬 연결 상태 대비 4배 더 큰 전력을 공급할 수 있게 된다.
즉, 비교적 큰 전력을 필요로 하는 전력 소비 장치(600)에 전력을 공급하기 위해 보조 배터리 세트(400)의 용량을 늘릴 필요가 없기 때문에, 용량이 비교적 큰 보조 배터리 세트(400) 구비에 따른 비용을 절감할 수 있고, 한정된 차량 내의 공간에서 보조 배터리 세트(400)가 차지하는 면적을 줄일 수 있게 된다.
도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 스위치(S2)가 온되고 제4 스위치(S4)가 오프되면, 제2 보조 배터리 세트(420)는 전력 생성 장치(200)와 연결되어 전력 생성 장치(200)로부터 잉여 전력을 충전한다. 그리고, 제1 스위치(S1)가 오프되고 제3 스위치(S3)가 온되면, 제1 보조 배터리 세트(410)는 전력 소비 장치(600)와 연결되어 전력 소비 장치(600)에 충전된 전력을 공급한다.
그리고, 제8 스위치(S8) 및 제10 스위치(S10)가 온되고 제5 스위치(S5)가 오프되면, 제3 보조 배터리(B3) 및 제4 보조 배터리(B4)는 병렬로 연결된다. 그리고, 제7 스위치(S7) 및 제9 스위치(S9)가 오프되고 제6 스위치(S6)가 온되면, 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)는 직렬로 연결된다.
이를 종합해 보면, 병렬로 연결된 제3 보조 배터리(B3)와 제4 보조 배터리(B4)는 전력 생성 장치(200)와 연결되어 전력 생성 장치(200)로부터 잉여 전력을 충전한다. 그리고, 직렬로 연결된 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)는 전력 소비 장치(600)에 연결되어 전력 소비 장치(600)에 충전된 전력을 공급한다.
여기서, 제3 보조 배터리(B3)와 제4 보조 배터리(B4)가 병렬 연결 상태로 충전되면 직렬 연결 상태로 충전되는 경우 대비 충전 시간이 1/2배 줄어들게 된다.
이에 따라, 충전되는 제2 보조 배터리 세트(420)에 포함된 제3 보조 배터리(B3)와 제4 보조 배터리(B4)를 병렬 상태로 신속히 충전되도록 할 수 있다.
그리고, 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)가 직렬 연결 상태로 방전되면 병렬 연결 상태로 방전되는 경우 대비 공급 전력 크기가 4배로 늘어나게 된다.
예를 들어, 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)의 정격 출력 전압이 각각 12V라고 가정하면, 병렬 연결 상태로 방전되는 경우 출력 전압은 12V가 되지만, 직렬로 연결 상태로 방전되는 경우 출력 전압은 24V가 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치를 구비한 차량은, 방전 시 승압 회로를 구현함으로써, 정격 출력 전압이 12V인 보조 배터리를 이용해 정격 전압 24V인 전력 소비 장치(600)를 가동시킬 수 있다.
이에 따라, 직렬 연결된 제1 보조 배터리(B1) 및 제2 보조 배터리(B2)의 경우 병렬 연결 상태 대비 4배 더 큰 전력을 공급할 수 있게 된다.
즉, 비교적 큰 전력을 필요로 하는 전력 소비 장치(600)에 전력을 공급하기 위해 보조 배터리 세트(400)의 용량을 늘릴 필요가 없기 때문에, 용량이 비교적 큰 보조 배터리 세트(400) 구비에 따른 비용을 절감할 수 있고, 한정된 차량 내의 공간에서 보조 배터리 세트(400)가 차지하는 면적을 줄일 수 있게 된다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 에너지 공급원
200: 전력 생성 장치
300: 주 배터리
410: 제1 보조 배터리 세트
420: 제2 보조 배터리 세트
500: 배터리 제어 장치
600: 전력 소비 장치

Claims (15)

  1. 에너지 공급원으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성하는 전력 생성 장치;
    상기 전력 생성 장치에서 생성된 전력을 충전하는 주 배터리;
    적어도 두 개의 보조 배터리를 포함하며, 상기 주 배터리에 충전하고 남은 잉여 전력을 충전하는 제1 및 제2 보조 배터리 세트;
    상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 어느 하나로부터 충전된 전력을 공급받는 전력 소비 장치; 및
    상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트의 배터리 충전량을 비교하여, 상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 상기 배터리 충전량이 더 많은 보조 배터리 세트는 상기 전력 소비 장치에 연결하고 나머지 보조 배터리 세트는 상기 전력 생성 장치에 연결하는 배터리 제어 장치를 포함하고,
    상기 배터리 제어 장치는
    상기 전력 생성 장치와 연결된 상기 보조 배터리 세트에 포함된 상기 적어도 두 개의 보조 배터리를 병렬 연결하고,
    상기 전력 소비 장치와 연결된 상기 보조 배터리 세트에 포함된 상기 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 연결하는
    배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은
    엔진, 태양광 및 풍력 중 적어도 하나를 포함하는
    배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치는
    회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및
    빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원으로부터 에너지 공급이 중단되면 상기 주 배터리와 제1 및 제2 보조 배터리 세트에 전력을 공급하는 비상 발전기
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는
    상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트의 충전 및 방전에 따라 상기 적어도 두 개의 보조 배터리의 연결을 직렬 및 병렬 간 변환하는
    배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는
    상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 상기 배터리 충전량이 제1 기준값 이상인 보조 배터리 세트를 상기 전력 소비 장치에 연결하는
    배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는
    상기 제1 및 제2 보조 배터리 세트 중 상기 배터리 충전량이 제2 기준값 미만인 보조 배터리 세트를 상기 전력 생성 장치에 연결하는
    배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 배터리 세트를 상기 전력 생성 장치 및 상기 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제1 스위칭부; 및
    상기 제2 보조 배터리 세트를 상기 전력 생성 장치 및 상기 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 배터리 세트에 포함된 상기 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제3 스위칭부; 및
    상기 제2 보조 배터리 세트에 포함된 상기 적어도 두 개의 보조 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제4 스위칭부
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치를 구비한 차량.
  11. 적어도 두 개의 배터리를 포함하는 제1 및 제2 배터리 세트;
    상기 제1 및 제2 배터리 세트의 배터리 충전량을 비교하는 충전량 비교부; 및
    상기 제1 및 제2 배터리 세트 중 상기 배터리 충전량이 더 많은 배터리 세트는 방전시키고 나머지 배터리 세트는 충전시키며, 충전되는 상기 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리는 병렬 연결하고, 방전되는 상기 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리는 직렬 연결하는 충방전 제어부
    를 포함하는 배터리 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 세트를 전력 생성 장치 및 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제1 스위칭부; 및
    상기 제2 배터리 세트를 상기 전력 생성 장치 및 상기 전력 소비 장치 중 어느 하나에 연결하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제3 스위칭부; 및
    상기 제2 배터리 세트에 포함된 적어도 두 개의 배터리를 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결하는 제4 스위칭부
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치는
    엔진, 태양광 및 풍력 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 공급원으로부터 에너지를 공급 받아 전력을 생성하는
    배터리 제어 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치는
    회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및
    빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 제어 장치.
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