KR20190115966A - 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템 - Google Patents

돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템

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KR20190115966A KR1020180039305A KR20180039305A KR20190115966A KR 20190115966 A KR20190115966 A KR 20190115966A KR 1020180039305 A KR1020180039305 A KR 1020180039305A KR 20180039305 A KR20180039305 A KR 20180039305A KR 20190115966 A KR20190115966 A KR 20190115966A
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Abstract

본 발명은 돌입전류 방지용 소자 및 다이오드를 이용하여 리튬배터리의 방전전압을 강하시켜 강하된 리튬배터리의 방전전압으로 구동모터를 구동시켜 구동모터가 스트레스를 받지 않도록 하는 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 스위칭부(104)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 리튬배터리(106)와; 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하되, 구동모터로 방전전압을 보내는 납산배터리(108)와; 상기 전원공급부(102)의 일단 및 리튬배터리(106)의 일단에 전기적으로 연결된 릴레이(110)와; 상기 리튬배터리(106)의 일단과 납산배터리(108)의 일단 및 릴레이(110)에 전기적으로 연결되되, BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 리튬배터리(106)의 충전전압과 납산배터리(108)의 충전전압을 비교한 후, 릴레이(110)를 온 또는 오프 시키는 비교기(112) 등을 포함한다.

Description

돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템{Battery System with PRU(Power Regurator Unit for Caravan}
본 발명은 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 돌입전류 방지용 소자 및 다이오드를 이용하여 리튬배터리의 방전전압을 강하시켜 강하된 리튬배터리의 방전전압으로 구동모터를 구동시켜 구동모터가 스트레스를 받지 않도록 하는 다이오드 전압강하 특성과 돌입전류 방지용 소자를 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 구동모터를 오랫동안 사용할 수 있도록 하는 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 각 전기 장치를 작동시키는 전원에는 축전지와 충전 장치의 두 계통이 있다. 기관이 구동하는 중에는 충전 장치가 각 전기 장치의 전원으로 작동이 되지만, 기관이 정지하고 있거나 기관이 시동하는 경우에는 충전 장치로부터 전력을 공급받을 수 없기 때문에 이때 필요한 전원은 축전지로부터 공급을 받게 된다. 축전지에는 1차 전지와 2차 전지가 있으며 자동차에는 재충전이 가능한 2차 전지가 사용된다. 2차 전지에는 납산 축전지, 알칼리 축전지 등이 있으며 자동차용 축전지로는 납산 축전지가 사용되고 있다. 축전지의 충전은 제작 회사에서 출하될 때 전해액이 들어 있지 않은 습식 축전지에 실시하는 초충전과 사용하고 있던 축전지가 방전되었을 때 소비된 용량을 보충하기 위하여 실시하는 보충전으로 구분된다.
보충전 방법에는 크게 보통 충전과 급속 충전으로 나누어지며, 보통 충전에는 정전류 충전, 정전압 충전, 단별 전류 충전 등으로 구분되고, 급속 충전은 축전지가 방전되었을 때 보충전할 시간적 여유가 없는 경우에 보충전 전류의 수 배가 되는 큰 전류로 충전하는 방식이다. 정전류 충전 방식은 충전의 시작에서 끝까지 일정한 전류로 충전하는 방법으로 충전 중 전해액의 온도가 일정 온도를 넘지 않아야 하며, 충전 중에 수소 가스와 산소 가스의 혼합 가스가 발생되므로 폭발 방지를 위하여 불꽃을 가까이 하지 말아야 한다. 정전압 충전 방식은 충전의 시작에서 끝까지 일정한 전압으로 충전하는 방법으로 충전 초기에는 큰 충전 전류가 흐르나 충전이 진행됨에 따라 작은 전류가 흐르게 되어 충전 말기에는 거의 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 가스의 발생도 거의 없고 능률도 좋으나 충전 초기에 큰 전류가 흘러 축전지의 수명에 미치는 영향이 크기 때문에 이에 대응하는 설비를 갖추어야 하는 결점이 있어 보충전에는 이 충전 방식을 거의 사용하지 않는다. 단별 전류 충전 방식은 충전 중 전류를 단계적으로 감소시켜 충전하는 방법으로 충전 효율을 높이고 전해액의 온도 상승을 적게 하기 때문에 가끔 사용하기도 한다. 단별 충전 방식은 충전 말기에 전류를 감소시키기 때문에 가스 발생시의 전력 손실을 방지하고 가스에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있다. 그러나, 축전지를 충전시킬 때 축전지가 완전히 충전되었는데도 계속 충전 전류가 축전지로 유입되는 경우에는 배터리의 전압은 증가하지 않고 오히려 감소하는 특성인 네가티브 곡선이 있으며, 이로 인해 축전지에 많은 열이 발생되어 축전지의 수명과 효율에 치명적인 영향을 주는 문제점이 발생한다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 각 충전 방식에 따라 축전지의 충전 상태를 검출하여 충전을 종료하기 위한 방식이 사용되고 있다.
종래 기술에 따른 축전지 충전 모드에서 정전압/정전류 충전 방식은 초기에는 정전압 모드로 충전을 하고 일정 시간이 흐른 후 정전류 모드로 전환하여 충전을 하는 방식이다. 이러한 정전압/정전류 충전 방식은 충전지 측의 출력단 전류량과는 상관없이 모드가 전환되어 충전 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결 하기 위해, 2000년 12월 30일자 출원번호 제10-2000-0086826호(발명의 명칭 : 전기자동차의 충전 제어방법)가 특허청에 출원된 바 있으며, 청구범위는 " 초기에 정전압 모드인 풀 파워 옵셋 모드를 NO로 설정하는 단계, 풀 파워 충전 모드를 계측하여 NO이면 풀 파워를 제어하는 단계, 상기 풀 파워 충전 모드에서 전이점에 도달했을 때 상기 풀 파워 모드에서 제1 정전류 모드로의 전환을 묻는 단계, 목표 전류값과 상기 전이점의 전류값을 비교하여 그 차이값이 풀 파워 제어 인정 범위에 들면 풀 파워 충전을 하는 단계, 상기 풀 파워 제어 인정 범위를 넘어서 전류 최대값이 제1 정전류 모드 최대 전류값과 같아지면 제1 정전류 모드 제어를 하는 단계, 제2 정전류 모드 제어를 하는 단계를 포함하는 전지자동차의 충전 제어방법. " 이다.
그러나, 상기 종래의 전기자동차의 충전 제어방법으로 납산배터리 및 리튬배터리를 충전한 후, 납산배터리 및 리튬배터리를 전기자동차에 설치하여 리튬배터리의 방전전압으로 구동모터를 구동시킬 때,
상기 납산배터리의 방전전압보다 리튬배터리의 높은 방전전압으로 인해 전기자동차의 구동모터가 구동할 때, 전기자동차의 구동모터가 스트레스를 받는 문제점이 있었다.
이로 인해, 전기자동차의 구동모터를 오랫동안 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 개량발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 돌입전류 방지용 소자 및 다이오드를 이용하여 리튬배터리의 방전전압을 강하시켜 강하된 리튬배터리의 방전전압으로 구동모터를 구동시켜 구동모터가 스트레스를 받지 않도록 함으로써, 구동모터를 오랫동안 사용할 수 있도록 하는 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템은,
전원공급부(102)와;
상기 전원공급부(102)의 일단에 전기적으로 연결된 BMS(배터리관리시스템)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)되는 스위칭부(104)와;
상기 스위칭부(104)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 리튬배터리(106)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하되, 구동모터로 방전전압을 보내는 납산배터리(108)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 리튬배터리(106)의 일단에 전기적으로 연결된 릴레이(110)와;
상기 리튬배터리(106)의 일단과 납산배터리(108)의 일단 및 릴레이(110)에 전기적으로 연결되되, BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 리튬배터리(106)의 충전전압과 납산배터리(108)의 충전전압을 비교한 후, 릴레이(110)를 온 또는 오프 시키는 비교기(112)와;
상기 리튬배터리(106)의 일단 및 구동모터의 일단에 연결되어 리튬배터리(106)로부터 방전되는 방전전압을 강하하고 구동모터로 강하된 리튬배터리의 방전전압을 보내는 망간와이어(114), 순방향다이오드(116) 및 역방향다이오드(118)를 포함한 리튬배터리방전전압강하부(120)와;
상기 납산배터리(108)의 일단 및 리튬배터리방전전압강하부(120)의 일단에 전기적으로 연결되어 납산배터리의 방전전압 또는 전압 강하된 리튬배터리의 방전전압을 인가받아 전기자동차를 구동시키는 구동모터(122)를 포함한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템은 돌입전류 방지용 소자 및 다이오드를 이용하여 리튬배터리의 방전전압을 강하시켜 강하된 리튬배터리의 방전전압으로 구동모터를 구동시켜 구동모터가 스트레스를 받지 않도록 함으로써, 구동모터를 오랫동안 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템의 개략적인 계통도이다.
이하, 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템의 바람직한 실시 예를 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템의 개략적인 계통도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템은,
전원공급부(102)와;
상기 전원공급부(102)의 일단에 전기적으로 연결된 BMS(배터리관리시스템)(도시는 생략함)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)되는 스위칭부(104)와;
상기 스위칭부(104)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 리튬배터리(106)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하되, 구동모터로 방전전압을 보내는 납산배터리(108)와;
상기 전원공급부(102)의 일단 및 리튬배터리(106)의 일단에 전기적으로 연결된 릴레이(110)와;
상기 리튬배터리(106)의 일단과 납산배터리(108)의 일단 및 릴레이(110)에 전기적으로 연결되되, BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 리튬배터리(106)의 충전전압과 납산배터리(108)의 충전전압을 비교한 후, 릴레이(110)를 온 또는 오프 시키는 비교기(112)와;
상기 리튬배터리(106)의 일단 및 구동모터의 일단에 연결되어 리튬배터리(106)로부터 방전되는 방전전압을 강하하고 구동모터로 강하된 리튬배터리의 방전전압을 보내는 망간와이어(114), 순방향다이오드(116) 및 역방향다이오드(118)를 포함한 리튬배터리방전전압강하부(120)와;
상기 납산배터리(108)의 일단 및 리튬배터리방전전압강하부(120)의 일단에 전기적으로 연결되어 납산배터리의 방전전압 또는 전압 강하된 리튬배터리의 방전전압을 인가받아 전기자동차를 구동시키는 구동모터(122)를 포함한다.
여기서, 상기 망간와이어(114)는 저항(resistance)의 일종으로, 리튬배터리(106)의 방전시, 돌입전류를 방지해 주는 돌입전류 방지용소자이다.
상기 순방향다이오드(116)는 리튬배터리(106)의 방전전압을 강하시켜 주는 역할을 한다.
상기와 같이 구성된 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템의 동작(또는 제어방법)을 설명하면 다음과 같다.
먼저, BMS의 제어신호에 따라 스위칭부(104)의 스위치 온(ON) 시, 전원공급부(102)에 의해 리튬배터리(106)와 납산배터리(108)가 충전이 완료되면,
상기 BMS의 제어신호에 따라 스위칭부(104)는 스위치 오프(OFF) 되고, 릴레이(110)가 오프 된 상태에서 납산배터리(108)는 방전을 실시한다. 이때, 상기 납산배터리(108)는 방전전압은 구동모터(122)로 보낸다.
그리고, 상기 구동모터(122)는 납산배터리(108)의 방전전압에 의해 구동을 실시한다.
그리고, 상기 BMS는 납산배터리(108)의 방전전압을 실시간적으로 체크를 하는바, 납산배터리(108)의 방전전압이 설정한 방전전압 미만일 경우,
상기 BMS는 스위칭부(104)의 스위치 온(ON) 시킨다.
그리고, 상기 스위칭부(104)의 스위치 온에 따라 리튬배터리(106)는 방전을 실시한다. 이때, 상기 리튬배터리(106)의 방전전압은 망간와이어(114), 순방향다이오드(116) 및 역방향다이오드(118)를 포함한 리튬배터리방전전압강하부(120)로 보내어진다.
여기서, 리튬배터리(106)의 방전전압은 납산배터리(108)의 방전전압보다 높다.
그리고, 상기 리튬배터리방전전압강하부(120)의 망간와이어(114)는 저항역할 을 하는바, 상기 망간와이어는 구동모터(122)가 스트레스를 받지 않도록 리튬배터리(106)의 방전전압을 다운(DOWN)시킨 후, 다운된 방전전압을 순방향다이오드(116)로 보낸다.
그리고, 상기 리튬터리방전전압강하부(120)의 순방향다이오드(116)는 다운된 방전전압을 구동모터(122)로 보낸다.
그리고, 상기 구동모터(122)는 리튬배터리(106)의 다운된 방전전압에 의해 구동을 실시한다.
그리고, 상기 BMS는 리튬배터리(106)의 방전전압을 실시간적으로 체크를 하는바, 리튬배터리(106)의 방전전압이 설정한 방전전압 미만이고 납산배터리(108)의 설정한 방전전압 이상이면,
비교기(112)로 제어신호를 보낸다.
그리고, 상기 비교기(112)는 BMS의 제어신호에 따라 릴레이(110)를 온 시킨다.
상기 릴레이(110)의 온 시, 리튬배터리(106)는 방전전압을 릴레이(110)로 보낸다.
그리고, 상기 릴레이(110)는 리튬배터리(106)의 방전전압을 구동모터(122)로 보낸다.
그리고, 상기 구동모터(122)는 리튬배터리(106)의 방전전압에 의해 구동을 실시한다.
상기 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
102 : 전원공급부
104 : 스위칭부
106 : 리튬배터리
108 : 납산배터리
110 : 릴레이
112 : 비교기
114 : 망간와이어
116 : 순방향다이오드
118 : 역방향다이오드
120 : 리튬배터리방전전압강하부
122 : 구동모터

Claims (1)

  1. 전원공급부(102)와;
    상기 전원공급부(102)의 일단에 전기적으로 연결된 BMS(배터리관리시스템)와;
    상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)되는 스위칭부(104)와;
    상기 스위칭부(104)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 리튬배터리(106)와;
    상기 전원공급부(102)의 일단 및 BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 충전 또는 방전을 실시하되, 구동모터로 방전전압을 보내는 납산배터리(108)와;
    상기 전원공급부(102)의 일단 및 리튬배터리(106)의 일단에 전기적으로 연결된 릴레이(110)와;
    상기 리튬배터리(106)의 일단과 납산배터리(108)의 일단 및 릴레이(110)에 전기적으로 연결되되, BMS의 일단에 전기적으로 연결되어 BMS의 제어신호에 따라 리튬배터리(106)의 충전전압과 납산배터리(108)의 충전전압을 비교한 후, 릴레이(110)를 온 또는 오프 시키는 비교기(112)와;
    상기 리튬배터리(106)의 일단 및 구동모터의 일단에 연결되어 리튬배터리(106)로부터 방전되는 방전전압을 강하하고 구동모터로 강하된 리튬배터리의 방전전압을 보내는 망간와이어(114), 순방향다이오드(116) 및 역방향다이오드(118)를 포함한 리튬배터리방전전압강하부(120)와;
    상기 납산배터리(108)의 일단 및 리튬배터리방전전압강하부(120)의 일단에 전기적으로 연결되어 납산배터리의 방전전압 또는 전압 강하된 리튬배터리의 방전전압을 인가받아 전기자동차를 구동시키는 구동모터(122)를 포함한 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지용소자와 다이오드 전압강하 특성을 이용한 이동식 카라반을 견인하는 전기자동차의 전원공급 배터리 시스템.












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