KR102730534B1

KR102730534B1 - 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102730534B1
Application number: KR1020190038066A
Authority: KR
Inventors: 김지헌; 성현욱; 박성욱; 우동균; 장희숭; 최규태
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2024-11-14

Abstract

직류 링크단의 직류 전압을 형성하는 커패시터; 릴레이를 통해 상기 커패시터에 연결되는 고전압 배터리; 상기 직류 링크단의 전압의 크기를 변환하거나, 입력 받은 전압의 크기를 변환하여 상기 커패시터에 인가하는 양방향 컨버터; 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀; 상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 고전압 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 커패시터로 인가하는 제1 솔라셀 컨버터; 및 차량 시동 시, 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 양방향 컨버터 또는 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터에 전압을 인가하여 상기 커패시터를 충전한 후 상기 릴레이를 단락시키는 컨트롤러를 포함하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템이 개시된다.

Description

솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE START USING SOLAR CELL}

본 발명은 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법에 관한 것으로, 돌입 전류를 차단하기 위한 초기 충전 저항 및 초기 충전 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 사용하지 않고서도 고전압 시스템의 고전압 직류 링크단 커패시터를 초기 충전할 수 있는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하여 동력을 얻는 친환경 차량은 배터리의 전력을 공급 또는 차단하기 위한 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)를 구비한다.

파워 릴레이 어셈블리는 배터리와 전력 시스템을 연결하는 과정에서 발생할 수 있는 과도한 돌입 전류 발생을 차단하기 위해 메인 릴레이 외에 초기 충전 저항과 초기 충전 릴레이를 포함한다. 배터리를 차량의 전력 시스템에 연결하는 초기 시동 과정에서, 파워 릴레이 어셈블리는 초기 충전 릴레이를 단락시켜 초기 충전 저항을 통해 직류 전압을 직류 링크단에 연결하여 직류 링크단에 연결된 커패시터를 충전하고 커패시터가 일정 전압 이상 충전된 이후 메인 릴레이를 단락시킴으로써 커패시터로 과도한 돌입 전류가 유입되어 커패시터가 소손되는 것을 방지하고 있다.

그러나, 이러한 파워 릴레이 어셈블리는 초기 충전 저항과 초기 충전 릴레이를 구비하게 되므로 그 가격이 매우 높아 차량의 원가를 상승시키는 원인이 되고 있다. 더하여 파워 릴레이 어셈블리는 초기 충전 릴레이가 정상적으로 작동하지 않는 경우 차량의 시동조차 불가능하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2016-0071668 A KR 10-1786370 B1

이에 본 발명은, 차량에 구비된 솔라셀 시스템을 이용하여 차량 시동 시 고전압 직류 커패시터를 충전함으로써 파워 릴레이 어셈블리의 초기 충전용 저항과 릴레이를 제거할 수 있는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

직류 링크단의 직류 전압을 형성하는 커패시터;

릴레이를 통해 상기 커패시터에 연결되는 고전압 배터리;

상기 직류 링크단의 전압의 크기를 변환하거나, 입력 받은 전압의 크기를 변환하여 상기 커패시터에 인가하는 양방향 컨버터;

빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀;

상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 고전압 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 커패시터로 인가하는 제1 솔라셀 컨버터; 및

차량 시동 시, 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 양방향 컨버터 또는 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터에 전압을 인가하여 상기 커패시터를 충전한 후 상기 릴레이를 단락시키는 컨트롤러;

를 포함하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 상기 솔라셀의 출력에 기반하여 상기 양방향 컨버터 또는 상기 제1 솔라셀 컨버터를 선택적으로 작동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 경우 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 고전압 배터리보다 낮은 전압을 갖는 보조 배터리를 더 포함하며, 상기 양방향 컨버터는, 상기 커패시터에 연결된 제1 입출력단 및 상기 보조 배터리에 연결된 제2 입출력단을 가지며 상기 제1 입출력단의 전압을 하향 변환하여 상기 제2 입출력단으로 출력하거나 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하여 상기 커패시터를 충전할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우, 상기 릴레이를 단락시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 보조 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 보조 배터리로 인가하는 제2 솔라셀 컨버터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키고, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 큰 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키고, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작고 상기 보조 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제2 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터를 작동시킬 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

상기 차량 시동 시스템을 이용한 차량 시동 방법으로서,

상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력을 연산하는 단계;

상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 연산된 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계; 및

상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 연산된 솔라셀의 출력이 상기 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량 시동 시스템은, 상기 고전압 배터리보다 낮은 전압을 갖는 보조 배터리를 더 포함하며, 상기 양방향 컨버터는, 상기 커패시터에 연결된 제1 입출력단 및 상기 보조 배터리에 연결된 제2 입출력단을 가지며 상기 제1 입출력단의 전압을 하향 변환하여 상기 제2 입출력단으로 출력하거나 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계는, 상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하여 상기 커패시터를 충전할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우, 상기 릴레이를 단락시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량 시동 시스템은, 상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 보조 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 보조 배터리로 인가하는 제2 솔라셀 컨버터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키는 단계; 및 상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 큰 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키는 단계; 및

상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작고 상기 보조 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제2 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법에 따르면, 솔라셀의 출력 상태를 기반으로 솔라셀의 출력 또는 보조 배터리의 전력을 변환하여 고전압 배터리가 직류 링크단에 연결되기 이전에 직류 링크단의 커패시터를 미리 충전한 후 고전압 배터리와 직류 링크단을 연결하는 릴레이를 온시킴으로써 별도의 초충 저항과 초충 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 구비하지 않더라도 시동 시 돌입 전류 유입에 의해 커패시터의 소손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라, 상기 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법에 따르면, 파워 릴레이 어셈블리를 생략할 수 있으므로 그에 따른 비용 저감을 달성할 수 있다.

또한, 상기 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템 및 방법에 따르면, 솔라셀의 출력의 크기에 따라 선택적으로 차량이 고전압 배터리 및 보조 배터리를 충전함으로써 차량 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법에서 차량 시동 이후 시스템 운용 기법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시형태에 따른 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템을 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템은, 직류 링크단(DC-LINK)의 직류 전압을 형성하는 커패시터(Cdc)와, 릴레이(RLY)를 통해 커패시터(Cdc)에 연결되는 고전압 배터리(10)와, 직류 링크단(DC-LINK)의 전압의 크기를 변환하거나, 입력 받은 전압의 크기를 변환하여 커패시터(Cdc)에 인가하는 양방향 컨버터(20)와, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀(50)과, 솔라셀(50)의 출력 전압을 고전압 배터리(10)의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 커패시터(Cdc)로 인가하는 제1 솔라셀 컨버터(61) 및 차량 시동 시, 릴레이(RLY)가 개방된 상태에서 양방향 컨버터(20) 또는 제1 솔라셀 컨버터(61)를 작동시켜 커패시터(Cdc)에 전압을 인가하여 커패시터(Cdc)를 충전한 후 릴레이(RLY)를 단락시키는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.

고전압 배터리(10)는 친환경 차량의 동력을 생산하는 모터에 제공하기 위한 고전압의 전기 에너지를 저장하는 장치이다. 고전압 배터리(10)의 출력단은 커패시터(Cdc)에 의해 고전압의 직류 링크단(DC-LINK)이 형성되며, 이 직류 링크(DC-LINK)에 고전압 전력을 제공 받거나 고전압 전력을 배터리로 공급하기 위한 여러 요소들이 연결될 수 있다. 예를 들어, 직류 링크단(DC-LINK)으로부터 직류 전력을 입력 받고 변환하여 모터로 삼상의 교류 전력을 제공하는 인버터와, 외부의 충전 설비로부터 제공되는 교류 전력을 변환하여 고전압 배터리(10)의 충전 전력을 제공하는 차량 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC) 등이 직류 링크단(DC-LINK)에 연결될 수 있다. 더하여, 후술하는 고전압을 출력하는 제1 솔라셀 컨버터(61)의 출력이 직류 링크에 연결될 수 있다.

고전압 배터리(10)와 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)는 릴레이(RLY)에 의해 전기적 연결상태가 결정될 수 있다. 차량의 시동을 온시킬 때 컨트롤러(100)는 릴레이(RLY)를 단락 상태가 되게 하여 고전압 배터리(10)와 직류 링크단(DC-LINK)의 전기적 연결을 형성하고, 반대로 차량의 시동을 오프시킬 때 컨트롤러(100)는 릴레이(RLY)를 개방 상태가 되게 하여 고전압 배터리(10)와 직류 링크단(DC-LINK)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.

종래에는 도 1의 릴레이(RLY)가 배치된 위치에 초충 저항 및 초충 릴레이를 추가로 포함하는 파워 릴레이 어셈블리가 구비되어, 차량 시동 시에는 초충 저항을 통해 고전압 배터리(10)의 전류를 감소시켜 커패시터(Cdc)로 제공하는 초기 충전 과정을 통해 돌입 전류에 의해 커패시터(Cdc)가 소손되는 것을 방지하였다. 그러나 본 발명의 여러 실시형태는, 초충 저항 및 초충 릴레이를 제거하고 고전압 배터리(10)와 커패시터(Cdc)를 직접 연결하는 메인 릴레이(RLY)만 구비한다. 본 발명의 여러 실시형태에서는, 종래의 초기 충전 과정에 사용되는 초충 저항과 초충 릴레이를 갖는 파워 릴레이 어셈블리를 제거한 대신 시동 과정에서 다른 컨버터를 이용하여 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)로 전류를 제공하여 릴레이(RLY)를 단락시키기 이전에 일정 레벨의 전압 이상 커패시터(Cdc)를 충전시킨다.

양방향 컨버터(20)는 두 개의 입출력단을 가질 수 있으며 제1 입출력단으로 입력된 전압을 강압하여 제2 입출력단으로 출력하거나, 제2 입출력단으로 입력된 전압을 승압하여 제1 입출력단으로 출력할 수 있다. 양방향 컨버터(20)의 제1 입출력단은 직류 링크단(DC-LINK)에 연결되며 제2 입출력단은 보조 배터리(30)와 전장 부하(40)에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 양방향 컨버터(20)는 고전압 배터리(10)가 연결된 고전압 직류 링크단(DC-LINK)의 고전압 직류 전력을 저전압으로 변환하여 보조 배터리(30)와 전장 부하(40)로 출력하는 제1 방향의 전력 변환과, 보조 배터리(30)의 저전압 직류 전력을 고전압으로 변환하여 직류 링크단(DC-LINK)으로 출력하는 제2 방향의 전력 변환이 가능한 컨버터이다. 양방향 컨버터(20)는 당 기술 분야에 공지된 여러 토폴로지의 양방향 직류-직류 컨버터와 그 제어 방법에 의해 구현되고 작동될 수 있다.

여기에서, 보조 배터리(30)는 고전압 배터리(10)에 비해 상대적으로 작은 전압을 갖는 배터리로 통상 전장 부하(40)의 전원 전력을 제공하기 위해 마련될 수 있다. 또한, 전장 부하(40)는 전기 에너지를 소모하는 차량의 다양한 부하를 통칭하는 것으로, 보조 배터리(30)와 함께 양방향 컨버터(20)의 입출력단에 연결될 수 있으며, 차량 운행 상태 등에 따라 보조 배터리(30) 또는 양방향 컨버터(20)로부터 전원 전력을 공급받아 동작할 수 있다.

솔라셀(50)은 태양광과 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 요소이다. 솔라셀(50)은 차량의 루프 등 빛을 수광하기 적절한 위치에 설치될 수 있다. 솔라셀(50)은 수광하는 광량에 따라 출력이 변동될 수 있으므로 솔라셀(50)의 출력은 컨트롤러(100)에 의해 모니터링 될 수 있다. 예를 들어, 솔라셀(10)의 출력단에는 전압 센서(V)와 전류 센서(A)가 설치될 수 있으며, 컨트롤러(100)는 전압 센서(V)와 전류 센서(A)의 검출값을 기반으로 솔라셀(10)의 출력을 연산함으로써 솔라셀(10)의 출력을 모니터링할 수 있다.

솔라셀(10)에서 출력되는 전력을 차량 시스템에 적용할 수 있는 적절한 크기의 전압으로 변환하기 위해, 솔라셀(10)의 출력단에는 제1 솔라셀 컨버터(61)와 제2 솔라셀 컨버터(62)가 연결될 수 있다.

제1 솔라셀 컨버터(61)는 솔라셀(50)의 출력 전압을 고전압 배터리(10)의 전압에 대응되는 전압으로 변환하기 위한 컨버터이고, 제2 솔라셀 컨버터(62)는 솔라셀(50)의 출력 전압을 보조 배터리(30)의 전압에 대응되는 전압으로 변환하기 위한 컨버터이다. 따라서, 제1 솔라셀 컨버터(61)의 입력단은 솔라셀(50)의 출력단에 연결되고 제1 솔라셀 컨버터(61)의 출력단은 직류 링크단(DC-LINK)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 솔라셀 컨버터(62)의 입력단은 솔라셀(50)의 출력단에 연결되고 제2 솔라셀 컨버터(62)의 출력단은 보조 배터리(30)와 전장 부하(40)가 공통으로 연결된 노드에 연결될 수 있다.

컨트롤러(100)는, 차량의 시동을 위한 운전자의 입력을 제공받고, 차량을 시동하고자 할 때 릴레이(RLY)를 단락시키기 이전에 제1 솔라셀 컨버터(61) 또는 양방향 컨버터(20)를 선택적으로 작동시켜 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)로 전력을 제공하여 커패시터(Cdc)를 일정 레벨 이상의 전압으로 충전시킨 후 릴레이(RLY)를 단락시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법을 도시한 흐름도이다. 도 2를 참조한 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법에 대한 설명을 통해 전술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템의 동작 및 작용 효과가 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법은, 차량 시동을 위한 운전자의 입력이 발생하면, 컨트롤러(100)가 릴레이(RLY)의 상태를 판단하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다. 단계(S11)에서 릴레이(RLY)가 온 상태(단락 상태)가 아닌 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(10)와 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc) 사이에 전기적 연결을 형성하는 시동 프로세스를 수행할 수 있다. 단계(S11)에서 릴레이(RLY)가 온 상태(단락 상태)인 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 이미 시동 프로세스가 완료된 상태로 판단하고, 도 3에 도시된 것과 같은 차량 시동 이후 차량 시스템 운용 프로세스를 수행할 수 있다.

단계(S11)에서 릴레이(RLY)가 오프 상태인 것으로 판단한 경우, 컨트롤러(100)는 솔라셀(50)의 출력을 연산할 수 있다(S12). 단계(S12)에서, 컨트롤러(100)는 솔라셀(50)의 출력단에 설치된 전압 센서(V) 및 전류 센서(A)에서 검출한 전압 및 전류를 이용하여 솔라셀(50)의 출력을 연산할 수 있다.

이어, 컨트롤러(100)는 연산된 솔라셀(50)의 출력과 사전 설정된 기준값(α)을 비교할 수 있다(S13). 여기에서, 기준값(α)은 솔라셀(50)의 수광 상태가 양호하여 솔라셀(50)의 출력으로 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)를 충전시킬 수 있을 정도로 충분한 크기의 전력을 솔라셀(50)이 출력하고 있음을 판단하기 위한 기준이 되는 값일 수 있다.

단계(S13)에서 비교 결과 솔라셀(50)의 출력이 기준값(α) 보다 큰 경우, 컨트롤러(100)는 제1 솔라셀 컨버터(61)를 작동시켜(S14) 솔라셀(50)의 출력을 변환하여 직류 링크단(DC-LINK)로 출력하게 하여 커패시터(Cdc)를 충전할 수 있다(S16).

만약, 단계(S13)에서 비교 결과 솔라셀(50)의 출력이 기준값(α) 보다 작은 경우, 컨트롤러(100)는 양방향 컨버터(20)를 역방향, 즉 보조 배터리(30)의 전력을 승압하여 직류 링크단(DC-LINK)으로 출력하도록 작동시켜(S15) 보조 배터리(30)의 전력을 이용하여 커패시터(Cdc)를 충전할 수 있다(S16).

커패시터(Cdc)가 사전 설정된 일정 레벨 이상의 전압으로 충전되어 충전이 완료된 상태가 되면(S17), 컨트롤러(100)는 릴레이(RLY)를 온(단락) 시켜 차량의 시동 프로세스를 완료할 수 있다(S18).

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 릴레이(RLY)를 온 시키기 이전에 솔라셀(50)의 출력 또는 보조 배터리(30)의 전력을 이용하여 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)를 일정 레벨 이상 충전시킨 후 릴레이(RLY)를 온시킴으로써 초충 저항과 초충 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 구비하지 않고서도 시동 시 커패시터(Cdc)로 돌입 전류가 유입되어 커패시터(Cdc)가 소손되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법에서 차량 시동 이후 시스템 운용 기법을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 컨트롤러(100)는 단계(S11)에서 릴레이(RLY)가 온 된 상태로 차량의 시동 프로세스가 완료된 상태인 것으로 판단하면, 솔라셀(50)의 출력을 연산하고(S21) 솔라셀(50)의 출력을 사전 설정된 기준값들(α, β)과 비교할 수 있다(S22, S25).

단계(S22)에서 솔라셀(50)의 출력이 고전압 배터리(10)를 충전할 수 있는 크기인지 판단할 수 있는 제1 기준값(α) 보다 큰 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 제1 솔라셀 컨버터(61)를 작동시키고 제2 솔라셀 컨버터(62)를 오프 시킴으로써(S23) 솔라셀(50)의 출력을 고전압 배터리(10)를 충전하는데 적용할 수 있다(S24).

단계(S22)에서 솔라셀(50)의 출력이 고전압 배터리(10)를 충전할 수 있는 크기인지 판단할 수 있는 제1 기준값(α) 이하인 것으로 판단되고, 단계(S25)에서 보조 배터리(30)를 충전하거나 전장 부하(40)의 전원 전력으로 제공할 수 있는 크기인지 판단하기 위한 제2 기준값(β)보다 큰 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 제1 솔라셀 컨버터(61)를 오프시키고 제2 솔라셀 컨버터(62)를 작동시켜(S26) 솔라셀(50)의 출력을 보조 배터리(30)를 충전하거나 전장 부하(40)의 전원 전력을 공급하는데 적용되게 할 수 있다(S27).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태는 솔라셀(50)의 출력 상태를 기반으로 솔라셀(50)의 출력 또는 보조 배터리(30)의 전력을 변환하여 고전압 배터리(10)가 직류 링크단(DC-LINK)에 연결되기 이전에 직류 링크단(DC-LINK)의 커패시터(Cdc)를 미리 충전한 후 고전압 배터리(10)와 직류 링크단(DC-LINK)을 연결하는 릴레이(RLY)를 온시킴으로써 별도의 초충 저항과 초충 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 구비하지 않더라도 시동 시 돌입 전류 유입에 해한 커패시터(Cdc)의 소손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 여러 실시형태는 파워 릴레이 어셈블리의 생략을 통한 비용 저감을 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 여러 실시형태는, 솔라셀(50)의 출력의 크기에 따라 선택적으로 차량이 고전압 배터리(10) 및 보조 배터리(30)를 충전함으로써 차량 연비를 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 고전압 배터리 20: 양방향 컨버터
30: 보조 배터리 40: 전장 부하
50: 솔라셀 61, 62: 솔라셀 컨버터
DC-LINK: 직류 링크단 Cdc: 직류 링크 커패시터
RLY: 릴레이

Claims

직류 링크단의 직류 전압을 형성하는 커패시터;
릴레이를 통해 상기 커패시터에 연결되는 고전압 배터리;
상기 직류 링크단의 전압의 크기를 변환하거나, 입력 받은 전압의 크기를 변환하여 상기 커패시터에 인가하는 양방향 컨버터;
빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀;
상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 고전압 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 커패시터로 인가하는 제1 솔라셀 컨버터;
차량 시동 시, 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력에 기반하여 상기 양방향 컨버터 또는 상기 제1 솔라셀 컨버터를 선택적으로 작동시켜 상기 커패시터에 전압을 인가하여 상기 커패시터를 충전한 후 상기 릴레이를 단락시키는 컨트롤러;
를 포함하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 경우 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 고전압 배터리보다 낮은 전압을 갖는 보조 배터리를 더 포함하며,
상기 양방향 컨버터는, 상기 커패시터에 연결된 제1 입출력단 및 상기 보조 배터리에 연결된 제2 입출력단을 가지며 상기 제1 입출력단의 전압을 하향 변환하여 상기 제2 입출력단으로 출력하거나 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하여 상기 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우, 상기 릴레이를 단락시키는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 보조 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 보조 배터리로 인가하는 제2 솔라셀 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키고, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 큰 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 컨트롤러는, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키고, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작고 상기 보조 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제2 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 시스템.
청구항 1의 차량 시동 시스템을 이용한 차량 시동 방법에 있어서,
상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력을 연산하는 단계;
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 연산된 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 연산된 솔라셀의 출력이 상기 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 차량 시동 시스템은, 상기 고전압 배터리보다 낮은 전압을 갖는 보조 배터리를 더 포함하며, 상기 양방향 컨버터는, 상기 커패시터에 연결된 제1 입출력단 및 상기 보조 배터리에 연결된 제2 입출력단을 가지며 상기 제1 입출력단의 전압을 하향 변환하여 상기 제2 입출력단으로 출력하거나 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터를 충전하는 단계는,
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 솔라셀의 출력이 상기 제1 기준 전력 보다 작은 경우, 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 제2 입출력단의 전압을 상향 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하여 상기 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우, 상기 릴레이를 단락시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 차량 시동 시스템은, 상기 솔라셀의 출력 전압을 상기 보조 배터리의 전압에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 보조 배터리로 인가하는 제2 솔라셀 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 이상인 큰 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터를 작동시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 컨트롤러가, 차량 시동 시 상기 릴레이가 개방된 상태에서 상기 제1 솔라셀 컨버터 또는 상기 양방향 컨버터를 작동시켜 상기 커패시터가 사전 설정된 전압으로 충전된 경우 상기 릴레이를 단락시키는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 상기 솔라셀의 출력이 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제1 기준 전력 보다 작고 상기 보조 배터리를 충전할 수 있는 사전 설정된 제2 기준 전력 이상인 경우, 상기 제1 솔라셀 컨버터의 작동을 중지시키고 상기 제2 솔라셀 컨버터를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 차량 시동 방법.