복수개의 대전류 스위치 및 DC-DC 컨버터 등을 이용하여 PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급용 아키텍쳐 회로를 다양하게 구성하여, 저전압 직류변환기의 출력단과 PE 부품용 정션블록 간에 연결되는 와이어링의 쇼트 및/또는 저전압 직류변환기의 출력단과 보조배터리 간에 연결되는 충방전라인의 쇼트 등이 발생되더라도 PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급 안정화를 도모할 수 있도록 한 자율주행용 전기자동차의 전원공급시스템을 제공하고자 한 것이다.
기술분야
전기자동차의 전원공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전압 직류변환기에 연결된 와이어링 쇼트 등에 대응하여 차량 부품에 대한 전원공급의 안정화를 도모할 수 있도록 한 자율주행용 전기자동차의 전원공급시스템에 관한 것이다.
배경기술
자율주행용 전기자동차의 전원공급장치는, 고전압 배터리와, 고전압 배터리의 직류 고전압을 교류전압으로 변환하여 주행 구동원인 모터에 공급하는 인버터와, 고전압 배터리의 직류 고전압을 저전압 대전류 형태의 직류전압으로 변환하여 12V 전장부하로 공급함과 함께 일종의 12V 보조 배터리인 저전압 배터리에 충전 가능하게 공급하기 위한 저전압 직류변환기(LDC: low voltage DC-DC converter) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 종래의 전기자동차용 전원공급시스템에 대한 일례를 살펴보면 다음과 같다. 첨부한 도 1은 종래의 전기자동차용 전원공급시스템에 대한 일례를 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리의 고전압 공급라인에 직류 고전압을 저전압 대전류 형태의 직류전압으로 변환하는 저전압 직류변환기( LDC: low voltage DC-DC converter)가 연결되어 있다.
또한, 상기 저전압 직류변환기의 출력단에는 제1와이어링에 의하여 PE 부품용 정션블록과 실내부품용 정션블록이 차례로 연결되어 있다. 또한, 상기 저전압 직류변환기의 출력단에는 상기 제1와이어링으로부터 분기되는 제1충방전라인에 의하여 일종의 12V 보조 배터리인 제1보조배터리가 연결되어 있다.
이때, 상기 PE 부품용 정션블록에는 자율주행 제어에 필요한 VCU(Vehicle Control Unit),IEB(Intergrated Electric Brake), ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 등과 같은 각종 제어기 및 전력 전자 부품을 말하는 복수의 PE(Power Electric) 부품과 각각 연결되는 제1퓨즈가 내장되고, 상기 실내 부품용 정션블록에는 클러스터, 램프류, 도어 잠금장치 등과 같은 복수의 실내 부품과 각각 연결되는 제2퓨즈가 내장되어 있다.
따라서, 상기 고전압 배터리의 직류 고전압이 저전압 직류변환기에서 저전압 대전류 형태의 직류전압(예, 12V)으로 변환된 후 상기 제1와이어링(111)을 통하여 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록으로 공급되면, 상기 제1퓨즈를 통하여 각 PE 부품에 직류전압이 분배 공급됨과 함께 상기 제2퓨즈를 통하여 각 실내부품에 직류전압이 분배 공급될 수 있다.
또한, 상기 고전압 배터리의 직류 고전압이 저전압 직류변환기(110)에서 저전압 대전류 형태의 직류전압(예, 12V)으로 변환되어 상기 제1와이어링 및 제1충방전라인을 통하여 상기 제1보조배터리에 공급되면, 제1보조배터리의 충전이 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 저전압 직류변환기의 출력단에 연결된 제1와이어링의 쇼트 발생시, 저전압 대전류 형태의 직류전압이 상기 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록으로 공급되지 못하여, PE 부품인 각종 제어기 등이 리셋되거나 제1퓨즈가 단락되는 등의 문제점이 발생되고, 결국 차량 주행이 불가능해지는 문제점이 따르게 된다.
또한, 상기 저전압 직류변환기의 출력단에 연결된 제1와이어링의 쇼트 발생시, 상기 제1보조배터리의 방전 전류가 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록로 흐르지 않고, 도 1의 화살표로 지시된 전류 흐름 방향을 따라 상기 제1와이어링의 쇼트 부분으로 누설됨에 따라, 상기 제1보조배터리의 전원도 PE 부품 및 실내 부품을 위하여 활용되지 못하는 문제점이 있다.
여기서, 종래의 전기자동차용 전원공급시스템에 대한 다른 예를 살펴보면 다음과 같다. 첨부한 도 2는 종래의 전기자동차용 전원공급시스템에 대한 다른 예를 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리의 고전압 공급라인에 직류 고전압을 저전압 대전류 형태의 직류전압으로 변환하는 제1저전압 직류변환기 및 제2저전압 직류변환기가 병렬로 연결되어 있다.
또한, 상기 제1저전압 직류변환기의 출력단에는 제1와이어링에 의하여 상기한 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록이 차례로 연결되어 있다. 또한, 상기 제1저전압 직류변환기의 출력단에는 상기 제1와이어링으로부터 분기되는 제1충방전라인(121)에 의하여 일종의 12V 보조 배터리인 제1보조배터리가 연결되어 있다.
반면, 상기 제2저전압 직류변환기의 출력단에는 제2와이어링에 의하여 보조 정션블록이 연결되고, 상기 제2와이어링으로부터 분기되는 제2충방전라인에 의하여 일종의 12V 보조 배터리인 제2보조배터리가 연결되어 있다.
이때, 상기 보조 정션블록에는 자율 주행 중 비상 주행 또는 관성 주행에 필요한 리던던시(redundancy) 부품( 예, 스티어링 제어기 등)들과 각각 연결되는 제3퓨즈가 내장된다. 따라서, 상기 고전압 배터리의 직류 고전압이 제1저전압 직류변환기에서 저전압 대전류 형태의 직류전압(예, 12V)으로 변환된 후 상기 제1와이어링을 통하여 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록으로 공급되면, 상기 제1퓨즈를 통하여 각 PE 부품에 직류전압이 분배 공급됨과 함께 상기 제2퓨즈를 통하여 각 실내부품에 직류전압이 분배 공급될 수 있다.
또한, 상기 고전압 배터리의 직류 고전압이 제1저전압 직류변환기에서 저전압 대전류 형태의 직류전압(예, 12V)으로 변환되어 상기 제1와이어링 및 제1충방전라인을 통하여 상기 제1보조배터리에공급되면, 제1보조배터리의 충전이 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 제1저전압 직류변환기의 출력단에 연결된 제1와이어링의 쇼트 발생시, 저전압 대전류형태의 직류전압이 상기 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록으로 공급되지 못하여, PE 부품인 각종 제어기 등이 리셋되거나 제1퓨즈가 단락되는 등의 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기 제1저전압 직류변환기의 출력단에 연결된 제1와이어링의 쇼트 발생시, 상기 제1보조배터리의 방전 전류가 PE 부품용 정션블록과 실내 부품용 정션블록로 흐르지 않고 도 2의 화살표로 지시된 전류 흐름 방향을 따라 상기 제1와이어링의 쇼트 부분으로 누설됨에 따라, 상기 제1보조배터리의 전원도 PE 부품 및 실내 부품을 위하여 활용되지 못하는 문제점이 있다.
이때, 상기 고전압 배터리의 직류 고전압이 제2저전압 직류변환기에서 저전압 대전류 형태의 직류전압으로 변환된 후 상기 제2와이어링을 통하여 보조 정션블록으로 공급되면, 상기 제2퓨즈를 통하여 각 리던던시 부품으로 직류전압이 분배 공급됨으로써, 단지 각 리던던시 부품의 작동에 의하여 차량을 안전한 장소(예, 갓길)로 대비할 수 있는 관성 주행이 이루어질 수 있을 뿐이다.
해결하려는 과제
복수개의 대전류 스위치 및 DC-DC 컨버터 등을 이용하여 PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급용 아키텍쳐 회로를 다양하게 구성하여, 저전압 직류변환기의 출력단과 PE 부품용 정션블록 간에 연결되는 와이어링의 쇼트 및/또는 저전압 직류변환기의 출력단과 보조배터리 간에 연결되는 충방전라인의 쇼트 등이 발생되더라도, PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급안정화를 도모할 수 있도록 한 자율주행용 전기자동차의 전원공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
발명의 효과
첫째, 저전압 직류변환기의 출력단과 연결되는 와이어링 쇼트에 대응하여, PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용정션블록에 대한 전원 공급 안정화를 도모할 수 있고, 제1 및 제2보조배터리의 SOC(State of Charge) 상태에 따라 제1 및 제2보조배터리 상호 간의 최적 충방전 제어로 전원 공급 안정화를 더욱 도모할 수 있다.
둘째, 저전압 대전류 형태의 직류전압이 흐르는 와이어링 쇼트에 대응하여, PE 부품용 정션블록에 연결되는 PE부품인 각종 제어기가 리셋되는 블랙아웃 현상을 방지할 수 있고, 그에 따라 수분간 차량 운전이 가능하여 차량을 안전한 곳으로 이동시킬 수 있다.
셋째, 복수개의 대전류 스위치 및 DC-DC 컨버터 등을 이용하여 PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급용 아키텍쳐 회로를 다양하게 구성함으로써, 저전압 직류변환기의 출력단과 연결되는 와이어링 쇼트에 대응하여 전원 공급 안정화를 위한 다양한 형태의 전원공급 시스템을 제공할 수 있다.
넷째, 복수개의 대전류 스위치 및 DC-DC 컨버터 등을 이용하여 PE 부품 및 실내부품에 대한 전원공급용 아키텍쳐 회로를 다양하게 구성함으로써, 저전압 직류변환기의 출력단과 연결되는 와이어링 쇼트에 대응하여 전원 공급 안정화를 위한 한차원 높은 리던던시 기능이 구현될 수 있다.
다섯째, 고가인 하나의 저전압 직류변환기에 복수개의 대전류 스위치 및 DC-DC 컨버터 등을 연결하여 전원공급용 아키텍쳐 회로를 구성하고, 보조배터리를 위한 리튬이온배터리를 저가의 납산배터리 변경 가능하여 원가 절감을 실현할 수 있다.
시스템 및 서비스 구성정보 상세 명세서
고전압 배터리와 병렬로 연결되는 제1저전압 직류변환기 및 제2저전압 직류변환기 상기 제1저전압 직류변환기의 출력단과 연결된 제1와이어링의 후단에 장착되는 제1대전류 스위치 상기 제1대전류 스위치와 도전라인에 의하여 직렬로 연결되는 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록 상기 도전라인으로부터 분기되는 제1충방전라인에 연결되는 제1보조배터리 상기 제1충방전라인에 장착되는 제2대전류 스위치 상기 제2저전압 직류변환기의 출력단과 제2와이어링에 의하여 연결되는 보조 정션블록 상기 제2와이어링으로부터 분기되는 제2충방전라인에 연결되는 제2보조배터리 상기 제1와이어링 및 제1충방전라인의 쇼트를 검출하는 쇼트 검출기 및 상기 쇼트 검출기의 검출 신호에 따라 상기 제1대전류 스위치 또는 제2대전류 스위치를 선택적으로 오프 제어하거나 상기 제1대전류 스위치 및 제2대전류 스위치를 모두 오프 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제1와이어링의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1대전류 스위치를 오프 제어하고, 상기 제2대전류 스위치를 온으로 유지 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제1대전류 스위치가 오프되고, 상기 제2대전류 스위치가 온으로 유지되면, 상기 제1보조배터리로부터 제1충방전라인 및 도전라인을 통하여 상기 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제2대전류 스위치와 제1보조배터리 간에 연결된 제1충방전라인의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1대전류 스위치를 온으로 유지 제어하고, 상기 제2대전류 스위치를 오프 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제1대전류 스위치가 온으로 유지되고, 상기 제2대전류 스위치가 오프되면, 상기 제1저전압 직류변환기로부터 제1와이어링 및 도전라인을 통하여 상기 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
고전압 배터리와 연결되는 저전압 직류변환기 상기 저전압 직류변환기의 출력단과 연결된 제1와이어링의 후단에 장착되는 제1대전류 스위치 상기 제1대전류 스위치와 제1도전라인에 의하여 직렬로 연결되는 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록 상기 제1도전라인으로부터 분기되는 제1충방전라인에 연결되는 제1보조배터리 상기 제1충방전라인에 장착되는 제2대전류 스위치 상기 제1도전라인과 상기 제2대전류 스위치 사이의 제1충방전라인으로부터 분기되는 커넥터 라인 상기 커넥터 라인의 말단부에 장착되는 DC-DC 컨버터
또는 제3대전류 스위치 상기 DC-DC 컨버터 또는 제3대전류 스위치와 제2도전라인에 의하여 연결되는 보조 정션블록 상기 제2도전라인으로부터 분기되는 제2충방전라인에 연결되는 제2보조배터리 상기 제1와이어링, 제1충방전라인, 커넥터 라인 및 제2충방전 라인의 쇼트를 검출하는 쇼트 검출기 및 상기 쇼트 검출기의 검출 신호에 따라 상기 제1대전류 스위치, 제2대전류 스위치, DC-DC 컨버터 또는 제3대전류 스위치 중 하나 이상을 선택적으로 오프 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 커넥터 라인의 말단부에 DC-DC 컨버터가 장착되는 경우 상기 제1보조배터리와 제2보조배터리는 납산 배터리로 채택되고, 상기 커넥터 라인의 말단부에 제3대전류 스위치가 장착되는 경우 상기 제1보조배터리와 제2보조 배터리는 리튬이온 배터리로 채택되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제1와이어링의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1대전류 스위치를 오프 제어하고, 상기 제2대전류 스위치를 온으로 유지 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제1대전류 스위치가 오프되고, 상기 제2대전류 스위치가 온으로 유지되면, 상기 제1보조배터리로부터 제1충방전라인 및 제1도전라인을 통하여 상기 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제1와이어링의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1보조배터리와 제2보조배터리 간의 출력 전압을 비교하여 제1보조배터리의 출력 전압이 기준치 이상 더 크면, 상기 DC-DC 컨버터를 정방향 전류 흐름 가능하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 DC-DC 컨버터가 정방향 전류 흐름 가능하게 제어되면, 상기 제1보조배터리로부터 제2보조배터리에 대한 전원공급이 가능하여 제2보조배터리의 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제1와이어링의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1보조배터리와 제2보조배터리 간의 출력 전압을 비교하여 제2보조배터리의 출력 전압이 기준치 이상 더 크면, 상기 DC-DC 컨버터를 역방향 전류 흐름 가능하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 DC-DC 컨버터가 역방향 전류 흐름 가능하게 제어되면, 상기 제2보조배터리로부터 제1보조배터리에 대한 전원공급이 가능하여 제1보조배터리의 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제2대전류 스위치와 제1보조배터리 간에 연결된 제1충방전라인의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1대전류 스위치를 온으로 유지 제어하고, 상기 제2대전류 스위치를 오프 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제1대전류 스위치가 온으로 유지되고, 상기 제2대전류 스위치가 오프되면, 상기 저전압 직류변환기로부터 제1와이어링 및 제1도전라인을 통하여 상기 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제1와이어링의 쇼트 검출 신호 및 제2대전류 스위치와 제1보조배터리 간에 연결된 제1충방전라인의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 DC-DC 컨버터를 역방향 전류 흐름 가능하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 DC-DC 컨버터가 역방향 전류 흐름 가능하게 제어되면, 상기 제2보조배터리로부터 커넥터 라인 및 제1도전 라인을 통하여 상기 PE 부품용 정션블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 제2충방전라인의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 PE 부품용 정션 블록 및 실내 부품용 정션블록에 대한 전원 공급을 위하여 상기 제1대전류 스위치와 제2대전류 스위치를 온으로 유지 제어하고, 상기 DC-DC 컨버터를 전류 흐름 차단 가능하게 제어하거나 상기 제3대전류 스위치를 오프 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제어기는 상기 쇼트 검출기로부터 커넥터 라인의 쇼트 검출 신호를 수신하는 경우, 상기 제1대전류 스위치 및 제2대전류 스위치를 오프 제어하고, 상기 DC-DC 컨버터를 전류 흐름 차단 가능하게 제어하거나 상기 제3대전류 스위치를 오프 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
상기 제1대전류 스위치 및 제2대전류 스위치가 오프 제어되고, 상기 DC-DC 컨버터가 전류 흐름 차단 가능하게 제어되거나 상기 제3대전류 스위치가 오프 제어되면, 상기 제2보조배터리로부터 제2도전라인을 통하여 상기 보조 정션블록에 대한 전원 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원공급시스템.
전기자동차의 전원공급시스템 | 현대자동차 특허에 대하여 정리하였습니다.
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