KR-102960633-B1 - Vehicle battery charging system and method

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 충전 시스템 및 방법을 공개한다. 본 발명은 사용자들이 일반적으로 일상생활에서 간편하게 활용할 수 있는 충전기를 이용하여 방전된 차량의 배터리를 충전할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명은 충전기를 이용하여 차량용 배터리로 충전 전력을 공급할 때, 배터리에 연결된 전자 장치들의 전력 공급을 차단함으로써, 배터리 충전 중에 전자 장치들에 의해서 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라서, 저전력 충전기로도 방전된 차량용 배터리의 신속한 충전이 가능해진다.

Inventors

김동환
이상진

Assignees

주식회사 유라코퍼레이션

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20240208

Claims (10)

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충전기로부터 입력되는 충전 전력의 전압을 강압하거나 승압하여 충전 전력을 출력하는 전력 변환 회로; 상기 전력 변환 회로로부터 입력되는 충전 전력으로 충전되는 배터리 및 배터리 충전 상태를 측정하여 출력하는 IBS(Intelligent Battery Sensor)를 포함하는 배터리 모듈; 및 충전이 시작되면 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하들의 유형에 따라서 순차적으로 부하들로의 전력 공급을 차단하고, 현재의 배터리 충전 상태를 확인하여, 배터리에 시동 가능 전력이 충전되었으면, 시동 가능 상태임을 사용자 단말로 통지하고, 사용자 단말로부터 시동 명령을 수신하면, 상기 전력 공급을 차단하였던 부하들에 대해서 순차적으로 전력 공급을 재개하고, 시동을 걸도록 차량 제어기로 시동 제어 신호를 출력하는 충전 제어 모듈을 포함하고, 상기 충전 제어 모듈은 온/오프간에 스위칭되어, 부하들의 유형별로 상기 배터리로부터 출력되는 전력의 공급 및 차단을 제어하는 복수의 스위치들; 및 상기 충전기로부터 입력되는 충전 전력의 전압에 따라서 상기 전력 변환 회로가 충전 전력의 전압을 강압 또는 승압하도록 제어하고, 배터리 충전시 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 오프시키고, 사용자 단말로부터 시동 명령을 수신하면 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 온시키는 프로세서;를 포함하며, 상기 충전 제어 모듈은 차량 시동에 소요되는 평균 전력을 저장하는 메모리;를 더 포함하고, 상기 프로세서는 현재의 배터리 충전 상태를 확인하여, 현재 배터리 충전 전력이 상기 평균 전력 이상인 경우에는 사용자 단말로 시동 가능 상태임을 통지하고, 배터리의 충전 전력이 상기 평균 전력 미만인 경우에는 시동 가능 예상 시간을 계산하여 사용자 단말로 통지하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 메모리는 차량의 시동이 꺼지기 직전 또는 차량이 슬립 모드에 진입하기 직전에 검출된 배터리 충전 상태를 더 저장하고, 상기 프로세서는 상기 IBS로부터 배터리 충전 상태를 수신하지 못하면, 메모리에 저장된 배터리 충전 상태를 이용하여 현재의 배터리 충전 전력을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 프로세서는 차량 시동에 소요되는 평균 전력에서 현재의 배터리 충전 전력을 차감한 후, 그 결과를 배터리에 입력되는 충전 전력으로 나누어 시동 가능 예상 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 시스템.
제 3 항에 있어서, 충전기의 단자가 삽입되고, 충전기 단자와 상기 전력 변환 회로를 전기적으로 연결시켜 충전기로부터 입력된 충전 전력을 전력 변환 회로로 출력하는 충전구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 시스템.
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충전기로부터 입력되는 충전 전력의 전압을 변환하는 전력 변환 회로, 배터리 및 IBS를 포함하는 배터리 모듈, 및 메모리와 프로세서를 포함하는 충전 제어 모듈을 포함하는 차량용 배터리 충전 시스템에서 수행되는 차량용 배터리 충전 방법으로서, (a) 충전기로부터 충전 전력이 입력되면, 상기 충전 제어 모듈이 충전 전력의 전압을 측정하고, 상기 전력 변환 회로를 제어하여 충전 전력의 전압을 승압 또는 강압하여 배터리로 출력하는 단계; (b) 상기 충전 제어 모듈이, 내부에 포함된 복수의 스위치들을 순차적으로 오프하여, 상기 배터리로부터 부하들로 출력되는 전력의 공급을 부하들의 유형별로 순차적으로 차단하는 단계; (c) 상기 충전 제어 모듈이 배터리 모듈에 포함된 IBS로부터 충전 상태를 수신하고, 현재 배터리 충전 전력을 계산하는 단계; (d) 현재 배터리 충전 전력이 차량 시동시에 평균적으로 소요되는 평균 전력 이상인 경우에, 상기 충전 제어 모듈이 사용자 단말로 시동 가능 상태임을 통지하고, 사용자 단말로부터 시동 명령을 수신하면 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 온시키는 단계를 포함하고, 상기 충전 제어 모듈은 차량의 시동이 꺼지기 직전 또는 차량이 슬립 모드에진입하기 직전에 검출된 배터리 충전 상태를 상기 메모리에 저장하고, 상기 IBS로부터 배터리 충전 상태를 수신하지 못하면, 저장된 배터리 충전 상태를 이용하여 현재 배터리 충전 전력을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 방법.
충전기로부터 입력되는 충전 전력의 전압을 변환하는 전력 변환 회로, 배터리 및 IBS를 포함하는 배터리 모듈, 및 메모리와 프로세서를 포함하는 충전 제어 모듈을 포함하는 차량용 배터리 충전 시스템에서 수행되는 차량용 배터리 충전 방법으로서, (a) 충전기로부터 충전 전력이 입력되면, 상기 충전 제어 모듈이 충전 전력의 전압을 측정하고, 상기 전력 변환 회로를 제어하여 충전 전력의 전압을 승압 또는 강압하여 배터리로 출력하는 단계; (b) 상기 충전 제어 모듈이, 내부에 포함된 복수의 스위치들을 순차적으로 오프하여, 상기 배터리로부터 부하들로 출력되는 전력의 공급을 부하들의 유형별로 순차적으로 차단하는 단계; (c) 상기 충전 제어 모듈이 배터리 모듈에 포함된 IBS로부터 충전 상태를 수신하고, 현재 배터리 충전 전력을 계산하는 단계; (d) 현재 배터리 충전 전력이 차량 시동시에 평균적으로 소요되는 평균 전력 이상인 경우에, 상기 충전 제어 모듈이 사용자 단말로 시동 가능 상태임을 통지하고, 사용자 단말로부터 시동 명령을 수신하면 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 온시키는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계에서 현재 배터리 충전 전력이 시동시에 평균적으로 소요되는 평균 전력 미만인 경우에, 시동 가능 예상 시간을 계산하여 사용자 단말로 통지하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 상기 충전 제어 모듈은 차량 시동에 소요되는 평균 전력에서 현재의 배터리 충전 전력을 차감한 후, 그 결과를 배터리에 입력되는 충전 전력으로 나누어 시동 가능 예상 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 방법.

Description

차량용 배터리 충전 시스템 및 방법{Vehicle battery charging system and method} 본 발명은 차량용 배터리 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 충전기를 이용하여 방전된 차량용 배터리를 충전하는 배터리 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다. 최근에는 사용자의 편의를 증진시키기 위한 다양한 전자 장치들이 차량에 설치되고 있다. 그 대표적인 예가 차량용 영상 기록 장치이다. 차량용 영상 기록 장치는 24시간 동작하여, 주행중에는 주행 영상을 촬영하여 저장하고, 차량의 시동이 꺼진 상태에서는 주차 상황을 촬영하여 저장한다. 이 과정에서, 차량용 영상 기록 장치는 지속적으로 차량의 배터리 전력을 소모하게 되고, 몇 일 동안 차량 운행을 하지 않은 경우에는 배터리가 방전되어 정작 차량을 운행하고자 하는 시점에는 배터리 방전으로 인해 시동을 걸 수 없게 된다. 일반적으로 적용되는 이에 대한 해결책은, 다른 차량의 배터리와 방전된 배터리 간에 전원 케이블을 연결하여, 다른 차량의 전원을 이용하여 차량에 시동을 거는 점프 스타트 방식이다. 그러나, 방전된 차량 주변에 전원을 공급할 다른 차량이 없거나, 다른 차량이 있다 하더라도 전원 케이블이 없다면, 이는 적용될 수 없는 방식이다. 또한, 주변에 전원을 공급해 줄 차량이 없는 경우에, 사용자는 보험사에 연락하여 긴급 전원 공급 서비스를 신청할 수 있으나, 보험사 서비스 차량이 원격지에 있는 경우에는 수 십분 내지 수 시간의 대기 시간이 소요되는 문제점이 존재하였다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 시스템에 충전기가 연결되는 모습의 일 예를 도시하는 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 방법을 설명하는 흐름도이다. 이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 여기서, 본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다 음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 본 발명과 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 시스템의 구성을 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 시스템에 충전기가 연결되는 모습의 일 예를 도시하는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 시스템은 충전구(500), 전력 변환 회로 (400), 전류 센서(300), 배터리 모듈(200) 및 충전 제어 모듈(100)을 포함한다. 배터리 모듈(200)은 배터리(210) 및 지능형 배터리 센서(IBS : Intelligent Battery Sensor)(220)(이하, "IBS"로 약칭함)를 포함한다. 충전 제어 모듈(100)은 프로세서(110), 메모리(120), 및 복수의 스위치들(130)을 포함한다. 충전구(500)는 충전기(600)의 단자가 삽입되고, 충전기 단자(610)와 전력 변환 회로(400)를 전기적으로 연결시켜, 충전기(600)로부터 입력된 충전 전력을 전력 변환 회로(400)로 출력한다. 도 2에 도시된 예에서, 충전구(500)는 차량의 센터페시아에 설치되고, 충전기(600)의 단자가 삽입되도록 설치될 수 있다. 이 때, 충전기(600)는 다양한 종류의 전자기기가 이용될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 예와 같이, 일반적으로 휴대폰 충전에 이용되는 보조배터리(210)에 C-type USB 케이블이 연결된 형태일 수 있고, 일반적인 10W 이상의 전력을 출력하는 휴대폰 충전기 또는 노트북 등을 충전하는 휴대용 PD 충전기가 적용될 수도 있다. 전력 변환 회로(400)는 충전기(600)로부터 입력되는 충전 전력의 전압을 정격 전압으로 강압하거나, 정격 전압으로 승압하여, 충전 전력을 배터리 모듈(200)에 포함된 배터리(210)로 출력한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 변환 회로(400)의 승압부(410)는 충전 전력의 전압을 정격 전압인 13.8V로 승압하는 boost converter 로 구현될 수 있고, 전력 변환 회로(400)의 강압부(420)는 충전 전력의 전압을 정격 전압인 13.8V로 강압하는 buck converter로 구현될 수 있다. 배터리 모듈(200)은 상술한 바와 같이, 배터리(210) 및 배터리(210)의 상태를 측정하여 충전 제어 모듈(100)의 프로세서(110)로 출력하는 지능형 배터리 센서(IBS : Intelligent Battery Sensor)(220)를 기본적으로 포함한다. 배터리(210)는 일반적인 차량에 구비되는 12V 출력의 배터리(210)로 구현될 수 있고, IBS(220)는 배터리(210)의 전압, 전류, 온도 및 충전 상태 등을 측정하여 충전 제어 모듈(100)의 프로세서(110)로 출력한다. 한편, 상기한 바와 같이, 충전 제어 모듈(100)은 프로세서(110), 메모리(120) 및 복수의 스위치들(130)을 포함한다. 복수의 스위치들(130) 각각은 일단이 배터리(210)에 연결되고, 타단이 각 유형의 부하에 연결되어, 프로세서(110)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온/오프되어, 배터리(210)로부터 각 유형의 부하들로의 전력 공급을 단속한다. 도 1에 도시된 예에서, 부하의 유형은 장기 부하(BDC(차량 바디제어기), 클러스터, 영상 기록 장치 등 시동이 꺼진 이후에도 일정시간동안 동작해야 하는 기능들을 담당하는 부하들), 단기 부하(Drive ADAS, RADAR, ROA(후석 승객 알림) 기능 등, 시동이 꺼지면서 함께 동작이 종료되는 기능을 담당하는 부하들), 및 램프 부하(차량의 모든 램프와 관련된 부하들)로 분류되었으나, 부하의 유형은 더 많은 종류로 분류될 수도 있다. 충전 제어 모듈(100)의 메모리(120)는 프로세서(110)에 의해 실행 가능한 명령어들, 및 프로세서(110)에 의해 실행되는 프로그램들을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들을 저장할 수도 있다. 본 발명과 관련하여, 메모리(120)는 차량 시동에 소요되는 평균 전력과 차량의 시동이 꺼지기 직전에 검출된 배터리 충전 상태를 저장한다. 메모리(120)는 커널, 미들웨어, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API), 및/또는 어플리케이션 프로그램 등을 포함할 수 있다. 커널, 미들웨어, 또는 API의 적어도 일부는, 운영 시스템으로 지칭될 수 있다. 커널은, 예를 들면, 다른 프로그램들(예: 미들웨어, API, 또는 어플리케이션 프로그램)에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스, 프로세서(110), 또는 메모리(120) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널은 미들웨어, API, 또는 어플리케이션 프로그램에서 서버의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 메모리(120)의 예로는 SSD(Solid State Drive), 플래쉬메모리(flash memory), 롬(ROM:Read-Only Memory), 램(RAM:Random Access Memory) 등이 있을 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로세서(110)는 CPU(Central Processing Unit)나 이와 유사한 장치(예컨대, MPU(Micro Processing Unit), MCU(Micro Controll Unit) 등)로 구현될 수 있고, 메모리(120)에 저장된 명령어들을 실행함으로써, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술하는 차량 배터리 충전 방법의 각 단계를 수행한다. 또한, 프로세서(110)는 차량용 배터리 충전 시스템의 전반적인 기능을 제어할 수 있다. 충전 제어 모듈(100)의 프로세서(110)는 충전기(600)에 의한 충전이 시작되면 배터리(210)로부터 전력을 공급받는 부하들의 유형에 따라서 순차적으로 부하들로의 전력 공급을 차단한다. 도 1에 도시된 예에서, 프로세서(110)는 전력 소모량이 적은 순서로 전력을 차단하는데, 구체적으로, 복수의 스위치(130)를 순차적으로 오프하여 램프 부하, 단기 부하, 및 장기 부하의 순서로 배터리(210)로부터 부하로의 전력 공급을 차단한다. 이렇게, 본 발명은 배터리(210)의 충전이 시작되면 배터리(210)로부터 부하로의 전력 공급을 차단함으로써, 충전중에 차량내 부하들이 전력을 소모하는 것을 막을 수 있고, 이에 따라서 보다 신속하게 배터리(210)가 시동 가능 전력까지 충전되도록 할 수 있다. 이렇게, 차량의 부하를 유형별로 분류하고 순차적으로 차단하고, 후술하는 바와 같이 순차적으로 공급을 재개하는 이유는, 전력이 공급되는 상태에서 모든 부하를 동시에 차단하고, 추후에 모든 부하에 대해서 동시에 전력을 공급하면, 소비전력이 커서 전압 변동이 크게 발생하므로, 차량기능 동작에 이상이 생길 가능성이 높기 때문이다. 또한, 프로세서(110)는 IBS(2