KR20200001784A - 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법 - Google Patents

리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법 Download PDF

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Abstract

리튬전지와 납축전지를 이용하는 듀얼 배터리 시스템을 구비한 차량에서, 차량 정차 시 리튬전지의 에너지 사용을 제한하여, 블랙박스 및 다른 전장부품들의 대기전력으로 인하여 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동 불가능 상황을 미리 방지하도록 한 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 납축전지와 리튬전지를 포함하는 듀얼 배터리, 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호에 따라 전장 부하에 전력을 공급하는 듀얼 배터리 중 리튬전지를 선택적으로 제어하는 제어부 및 듀얼 배터리의 배터리 중 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 연결 또는 차단하는 릴레이를 포함하여, 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치를 구현한다.

Description

리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법{Dual Battery Control Device Using Lithium Battery and Lead Acid Battery and Method Thereof}
본 발명은 리튬전지(Lithium Battery)와 납축전지(Lead Acid Battery)를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬전지와 납축전지를 이용하는 듀얼 배터리 시스템을 구비한 차량에서, 차량 정차 시 리튬전지의 에너지 사용을 제한하여, 블랙박스 및 다른 전장부품들의 대기전력으로 인하여 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동 불가능 상황을 미리 방지하도록 한 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 자동차는 시동 시에는 배터리(12V 납 축전지) 전압을 이용하게 되고 자동차의 실내 램프 등이나 계기류, 에어컨 장치와 같은 전기장치에 전원을 공급하기 위해 배터리와 발전기가 장착되어 있다. 대부분의 자동차 배터리는 납축전지로 구성되어 있으며, 리튬-이온배터리는 전기 자동차용으로 일부 사용되고 있다.
자동차의 배터리(납 축전지)는 시동을 걸 때 스타터 모터를 회전시켜 엔진을 구동하게 되면 엔진에 팬 벨트로 접속되어 있는 교류발전기가 발전하여 배터리를 충전하도록 되어 있으나, 그 충전하여 사용할 수 있는 용량에는 한계가 있다. 아울러 사용자의 부주의로 인해 때때로 배터리가 방전되어 차량 시동을 걸 수 없는 경우가 발생하기도 한다. 또한, 자동차용 배터리는 지속적으로 충/방전을 하여 사용하게 되는데 오랜 시간 충/방전을 하게 되면 배터리의 용량과 수명이 단축되어 배터리로서의 기능을 발휘할 수 없는 경우도 발생하게 된다.
한편, 근래의 차량은 전장부하가 지속적으로 증가하고, 재시동기능과 같이 배터리의 높은 출력이 요구되면서 기존의 일반적인 납축전지와는 다른 AGM 배터리의 사용이 증가하고 있으나, 수명의 단축으로 인해 배터리의 교체 주기가 지속적으로 짧아지는 경향이 있어, 이러한 문제를 해결하기 위한 배터리 관리 방법이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라 종래에 제안된 것이 납축전지와 부가배터리를 이용한 듀얼 배터리의 제어 시스템으로서, 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 종래에 제안된 듀얼 배터리 제어 시스템에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 전원을 출력하는 메인배터리와 보조배터리에서 연결되는 전원 라인을 통전 또는 차단하도록 제어하는 제어 보드, 메인배터리와 보조배터리 중 적어도 하나로부터 공급되는 전원에 의하여 구동되는 부하를 포함하고, 제어 보드는 자동차의 키 박스에 인가되는 시동신호에 의하여 온 되어 상기 메인배터리와 보조배터리 및 부하에 연결되는 전원 라인을 통전시키는 메인 릴레이를 제어한다. 이러한 구성을 통해, 메인배터리와 보조배터리를 구비한 듀얼 배터리를 이용하여 자동차의 주행 및 주차상태에서 따라서 자동차의 부하에 전원을 공급하게 된다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 전력을 생성하는 교류 발전기, 교
류 발전기에 병렬 연결되어 있고, 직렬 연결된 복수의 제1 전지 셀을 포함하는 제1 전지 팩, 및 상기 교류 발전기 및 상기 제1 전지 팩과 병렬로 연결되어 있고, 상기 제1 전지 팩의 용량보다 더 큰 용량을 가진 제2 전지 팩을 포함하고, 상기 제1 전지 셀의 음극은 음극 활물질을 포함한다. 이러한 구성을 통해, 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 장치 없이 병렬 연결된 적어도 두 개의 전지 팩을 포함하는 멀티 전지 팩을 구비한 자동차 전지 시스템을 제공한다.
대한민국 등록특허 10-1315645(2013.09.30. 등록)(듀얼 배터리 제어시스템 및 방법) 대한민국 공개특허 10-2014-0125971(2014.10.30. 공개)(멀티 전지 팩을 구비한 자동차 전지 시스템 및 자동차 전지 시스템의 동작 방법)
그러나 상기와 같은 일반적인 내연기관 자동차의 듀얼 배터리 시스템 및 종래기술은 듀얼 배터리의 충전 상태나 차량의 주행 상태에 따라 듀얼 배터리를 선택적으로 제어하여 전기 에너지를 공급하는 방식이므로, 시동을 위한 리튬 전지의 전기 에너지를 최적화할 수 없어, 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 없으며, 아울러 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동이 불가능한 문제를 원천적으로 해결할 수 없는 단점이 있다.
특히, 종래의 기술은 차량의 정차 시 듀얼 배터리의 모두 이용하여 전기 에너지를 공급하는 방식이므로, 배터리 방전으로 인해 추후 차량의 시동이 불가능한 문제를 해결할 수 없는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 리튬전지와 납축전지를 이용하는 듀얼 배터리 시스템을 구비한 차량에서, 차량 정차 시 리튬전지의 에너지 사용을 제한하여, 블랙박스 및 다른 전장부품들의 대기전력으로 인하여 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동 불가능 상황을 미리 방지하도록 한 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치는, 납축전지와 리튬전지를 포함하는 듀얼 배터리; 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호에 따라 전장 부하에 전력을 공급하는 듀얼 배터리 중 리튬전지를 선택적으로 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 듀얼 배터리의 배터리 중 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 연결 또는 차단하는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제어부는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 상기 릴레이를 온 상태로 제어하여, 상기 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 연결해주고, 상기 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 상기 릴레이를 오프 상태로 제어하여, 상기 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 차단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법은, (a) 제어부에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인에 구비된 릴레이를 온 상태로 제어하는 단계; (b) 상기 (a)단계 후 리튬전지와 납축전지가 병렬로 상기 전장부하에 전원을 공급하는 단계; (c) 상기 제어부에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인에 구비된 릴레이를 오프 상태로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 릴레이 오프에 따라 상기 리튬전지와 상기 전장부하 간의 전원 연결 라인이 차단되어, 리튬전지의 방전을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 리튬전지와 납축전지를 이용하는 듀얼 배터리 시스템을 구비한 차량에서, 차량 정차 시 리튬전지의 에너지 사용을 제한하여, 블랙박스 및 다른 전장부품들의 대기전력으로 인하여 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동 불가능 상황도 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<실시 예1>
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치의 구성도로서, 납축전지(41)와 리튬전지(42)를 포함하는 듀얼 배터리(40), 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호에 따라 전장 부하에 전력을 공급하는 듀얼 배터리(40) 중 리튬전지(42)를 선택적으로 제어하는 제어부(20), 상기 제어부(20)의 제어에 따라 상기 듀얼 배터리(40)의 배터리 중 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인을 연결 또는 차단하는 릴레이(30)를 포함한다.
상기 제어부(20)는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 상기 릴레이(30)를 온(on) 상태로 제어하여, 상기 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인을 연결해주고, 상기 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 상기 릴레이(30)를 오프(off) 상태로 제어하여, 상기 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인을 차단하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량의 리튬전지(42)는 납축전지(41)로부터 전력을 공급받아 초기 구동을 시작한다. 제어부(20)는 전원 공급에 따라 초기 구동이 시작되면 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인한다. 여기서 차량의 12V 전력계통의 시동키 상태신호 천이상태는 1단계 키-오프, 2단계 ACC, 3단계 키-온, 4단계 Cranking로 구성된다.
상기 시동 장치(10)는 상기와 같은 4단계의 신호 중 1단계 신호인 시동키 오프 신호와 3단계 신호인 시동키 온 신호만을 캔 통신으로 제어부(20)에 전달한다.
상기 제어부(20)는 시동키 상태신호를 캔 통신 등으로 수신하여, 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면, 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 온(on) 상태로 제어한다.
상기와 같은 제어에 대응하여 릴레이(30)의 릴레이 스위치(31)가 온(on) 상태로 전환된다. 여기서 릴레이 스위치(31)가 온 상태가 되면, 도 1a에 도시한 바와 같이, 릴레이 스위치(31)가 접점 a와 접점 b를 연결하는 상태가 된다.
상기 릴레이(30)가 온 상태가 되면, 상기 리튬전지(42)와 상기 전장부하(50) 간의 전원 연결 라인이 연결되어, 듀얼 배터리(40)의 리튬전지(42)와 납축전지(41)가 병렬로 상기 전장부하(50)에 전원을 공급하게 된다.
이러한 전원 공급 상태는 상기 시동키가 오프 상태가 되기까지 유지를 한다.
한편, 상기 제어부(20)는 상기와 같이 릴레이(30)를 온 상태로 제어한 상태에서, 지속적으로 시동키 상태신호를 캔 통신 등으로 수신한다. 이어, 수신한 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면, 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 오프(off) 상태로 제어한다.
상기와 같은 제어에 대응하여 릴레이(30)의 릴레이 스위치(31)가 오프(off) 상태로 전환된다. 여기서 릴레이 스위치(31)가 오프 상태가 되면, 릴레이 스위치(31)가 도 1b와 같이 접점 a와 접점 b를 차단하는 상태가 된다.
상기 릴레이(30)가 오프 상태가 되면, 상기 리튬전지(42)와 상기 전장부하(50) 간의 전원 연결 라인이 차단되어, 듀얼 배터리(40)의 납축전지(41)만이 상기 전장부하(50)에 전원을 공급하게 된다.
이와 같이 본 발명은 듀얼 배터리를 이루는 납축전지와 리튬전지(시동용)는 각자의 역할에 최적화되어 사용되도록 한다. 예컨대, 리튬전지는 전기에너지의 지속적인 입출력 상황에서도 수명의 보장이 가능함과 동시에 높은 출력 성능을 가지므로, 차량을 운행하는 상태에서 전기에너지의 입출력의 대부분의 역할을 수행하도록 하고, 납축전지는 차량이 운행되지 않는 시동키 오프 상태에서 에너지를 공급하는 역할을 하도록 한다.
이로써 배터리의 수명이 단축되는 현상의 방지가 가능하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동이 불가능한 상황이 발생하는 문제도 해결할 수 있게 되는 것이다.
<실시 예2>
도 2는 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법을 보인 흐름도로서, (a) 제어부(20)에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 온(on) 상태로 제어하는 단계(S20 - S30), (b) 상기 (a)단계 후 리튬전지(42)와 납축전지(41)가 병렬로 상기 전장부하(50)에 전원을 공급하는 단계(S40), (c) 상기 제어부(20)에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 오프 상태로 제어하는 단계(S50, S10)를 포함한다.
상기 (c)단계는 릴레이 오프에 따라 상기 리튬전지(42)와 상기 전장부하(50) 간의 전원 연결 라인이 차단되어, 차량 시동이 오프된 상태에서 리튬전지(42)의 방전을 방지하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S10에서 차량의 리튬전지(42)는 납축전지(41)로부터 전력을 공급받아 초기 구동을 시작하며, 제어부(20)는 전원 공급에 따라 초기 구동이 시작되면 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치(10)로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인한다. 여기서 차량의 12V 전력계통의 시동키 상태신호 천이상태는 1단계 키-오프, 2단계 ACC, 3단계 키-온, 4단계 Cranking로 구성된다.
상기 시동 장치(10)는 상기와 같은 4단계의 신호 중 1단계 신호인 시동키 오프 신호와 3단계 신호인 시동키 온 신호만을 캔 통신으로 제어부(20)에 전달한다.
상기 제어부(20)는 시동키 상태신호를 캔 통신 등으로 수신하여, 단계 S20과 같이 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면, 단계 S30으로 이동하여 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 온(on) 상태로 제어한다. 여기서 제어부(20)가 릴레이(30)를 제어하기 이전 초기 상태에서, 단계 S10과 같이 차량의 엔진 상태가 오프 되고(시동키 오프), 대기전력은 납축전지(41)를 통해서만 공급하는 것으로 가정한다.
상기와 같은 릴레이 제어에 대응하여 릴레이(30)의 릴레이 스위치(31)가 온(on) 상태로 전환된다. 여기서 릴레이 스위치(31)가 온 상태가 되면, 도 1a에 도시한 바와 같이, 릴레이 스위치(31)가 접점 a와 접점 b를 연결하는 상태가 된다.
상기 릴레이(30)가 온 상태가 되면, 상기 리튬전지(42)와 상기 전장부하(50) 간의 전원 연결 라인이 연결되어, 단계 S40과 같이 듀얼 배터리(40)의 리튬전지(42)와 납축전지(41)가 병렬로 상기 전장부하(50)에 전원을 공급하게 된다.
이러한 전원 공급 상태는 상기 시동키가 오프 상태가 되기까지 유지를 한다.
한편, 상기 제어부(20)는 상기와 같이 릴레이(30)를 온 상태로 제어한 상태에서, 단계 S50과 같이 지속적으로 시동키 상태신호를 캔 통신 등으로 수신한다. 이어, 수신한 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면, 리튬전지(42)와 전장부하(50) 간의 전원 라인에 구비된 릴레이(30)를 오프(off) 상태로 제어한다.
상기와 같은 제어에 대응하여 릴레이(30)의 릴레이 스위치(31)가 오프(off) 상태로 전환된다. 여기서 릴레이 스위치(31)가 오프 상태가 되면, 릴레이 스위치(31)가 도 1b와 같이 접점 a와 접점 b를 차단하는 상태가 된다.
상기 릴레이(30)가 오프 상태가 되면, 상기 리튬전지(42)와 상기 전장부하(50) 간의 전원 연결 라인이 차단되어, 듀얼 배터리(40)의 납축전지(41)만이 상기 전장부하(50)에 전원을 공급하게 된다.
이와 같이 본 발명은 듀얼 배터리를 이루는 납축전지와 리튬전지(시동용)는 각자의 역할에 최적화되어 사용되도록 한다. 예컨대, 리튬전지는 전기에너지의 지속적인 입출력 상황에서도 수명의 보장이 가능함과 동시에 높은 출력 성능을 가지므로, 차량을 운행하는 상태에서 전기에너지의 입출력의 대부분의 역할을 수행하도록 하고, 납축전지는 차량이 운행되지 않는 시동키 오프 상태에서 에너지를 공급하는 역할을 하도록 한다.
이로써 배터리의 수명이 단축되는 현상의 방지가 가능하고, 배터리의 방전으로 인한 차량의 시동이 불가능한 상황이 발생하는 문제도 해결할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 시동 장치 20: 제어부
30: 릴레이 40: 듀얼 배터리
41: 납축전지 42: 리튬전지
50: 전장부하

Claims (4)

  1. 리튬전지와 납축전지를 이용하는 차량에서 듀얼 배터리를 제어하는 장치로서,
    납축전지와 리튬전지를 포함하는 듀얼 배터리;
    차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호에 따라 전장 부하에 전력을 공급하는 상기 듀얼 배터리 중 리튬전지를 선택적으로 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 듀얼 배터리의 배터리 중 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 연결 또는 차단하는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 제어부는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 상기 릴레이를 온 상태로 제어하여, 상기 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 연결해주고, 상기 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 상기 릴레이를 오프 상태로 제어하여, 상기 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인을 차단하는 것을 특징으로 하는 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어장치.
  3. 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법은, (a) 제어부에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 온(on) 신호이면 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인에 구비된 릴레이를 온 상태로 제어하는 단계; (b) 상기 (a)단계 후 리튬전지와 납축전지가 병렬로 상기 전장부하에 전원을 공급하는 단계; (c) 상기 제어부에서 차량의 시동키 상태신호를 발생하는 시동 장치로부터 발생한 시동키 상태신호를 확인하여, 시동키 상태신호가 시동키 오프(off) 신호이면 리튬전지와 전장부하 간의 전원 라인에 구비된 릴레이를 오프 상태로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법.
  4. 청구항 3에서, 상기 (c)단계는 릴레이 오프에 따라 상기 리튬전지와 상기 전장부하 간의 전원 연결 라인이 차단되어, 차량 정차 시 리튬전지의 방전을 방지하는 것을 특징으로 하는 리튬전지와 납축전지를 이용한 듀얼 배터리 제어방법.




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