JP2024505399A - 電気自動車充電コントローラ - Google Patents

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Abstract

本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラは、電気自動車電源供給装置から受信された充電シーケンス信号に基づいて車両に配置されたバッテリーを充電する充電シーケンスを実行する第1制御部と、前記充電シーケンス信号に基づいて前記第1制御部をウェイクアップする第1制御信号を生成する第2制御部と、前記第1制御部によって制御され、前記第1制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第1スイッチ部と、前記第2制御部によって制御され、前記第2制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第2スイッチ部と、を含む。【選択図】図4

Description

実施例は電気自動車充電コントローラに関する。
電気自動車(Electric Vehicle、EV)またはプラグインハイブリッド自動車(Plug-In Hybrid Electric Vehicle、PHEV)のような環境に優しい自動車は、バッテリーの充電のために充電所に設置された電気自動車充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)を利用する。
このために、電気自動車充電装置(Electric Vehicle Charging Controller、EVCC)はEV内に搭載され、EVおよびEVSEと通信し、電気自動車の充電を制御する。
例えば、EVCCが電気自動車から充電開始を指示する信号を受信すると、充電を開始するように制御でき、電気自動車から充電終了を指示する信号を受信すると、充電を終了するように制御することができる。
電気自動車の充電方法は、充電時間により急速充電と緩速充電に区分され得る。急速充電の場合には充電器から供給される直流電流によってバッテリーが充電され、緩速充電の場合には充電器に供給される交流電流によってバッテリーが充電される。したがって、急速充電に使われる充電器を急速充電器または直流充電器と称し、緩速充電に使われる充電器を緩速充電器または交流充電器と称する。
電気自動車充電システムは、高圧の電気を通じて充電するため感電などの安全上の問題や逆電流などによるシステム故障問題が引き起こされる可能性がある。これに伴い、電気自動車充電システムは、充電時に発生し得る多様な問題などを未然に防止するために多様なシーケンスを通じて充電過程を制御し、システムの安全性を高めるための多様な構造を提供している。
しかし、充電シーケンスを常時確認しなければならない電気自動車は、このような確認過程でバッテリーを持続的に放電することになり、このような過程はバッテリーの寿命を短縮させる要因になるところ、これを解決するための解決策が要求される。
実施例は電力消費を減少できる電気自動車充電コントローラを提供するためのものである。
実施例で解決しようとする課題はこれに限定されるものではなく、以下で説明する課題の解決手段や実施形態から把握され得る目的や効果も含まれると言える。
本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラは、電気自動車電源供給装置から受信された充電シーケンス信号に基づいて車両に配置されたバッテリーを充電する充電シーケンスを実行する第1制御部と、前記充電シーケンス信号に基づいて前記第1制御部をウェイクアップする第1制御信号を生成する第2制御部と、前記第1制御部によって制御され、前記第1制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第1スイッチ部と、前記第2制御部によって制御され、前記第2制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第2スイッチ部と、を含む。
前記第1制御部は、前記第1制御信号に基づいて前記第1スイッチ部が前記充電シーケンス信号を伝送するように制御することができる。
前記第1制御部は、前記第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、前記第1スイッチ部をターンオンすることができる。
前記第2制御部は、前記第2スイッチ部を所定の周期でオン/オフ制御し、前記所定の周期で前記充電シーケンス信号を受信することができる。
前記第2制御部は、前記第2スイッチ部がターンオンされた周期に前記充電シーケンス信号が伝送されると、前記第1制御信号を生成することができる。
第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第2電圧値に変換し、前記第2電圧値に変換された前記直流電圧を前記第2制御部に供給する第1コンバータ部をさらに含むことができる。
第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換し、前記第3電圧値に変換された前記直流電圧を前記第1制御部に供給する第2コンバータ部をさらに含むことができる。
前記第2コンバータ部は、前記電気自動車のカントランシーバから出力される第1駆動信号および前記電気自動車電源供給装置のカントランシーバから出力される第2駆動信号のうち少なくとも一つと前記第1制御信号に基づいて第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換することができる。
前記第1制御部は、前記第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、前記第2制御信号を生成し、前記第2制御信号を前記第2コンバータ部に伝送することができる。
本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラは、第1マイクロコントローラと、第2マイクロコントローラと、第2端が前記第1マイクロコントローラの第1端子に連結される第1スイッチと、第1端が前記第2マイクロコントローラの第1端子に連結され、第2端が前記第1スイッチの第1端に連結される第2スイッチと、を含み、前記第1スイッチの第1端および前記第2スイッチの第2端は、インレットの信号端子のうち一つに電気的に連結され得る。
第1端子が前記電気自動車のバッテリーに連結され、第2端子が前記第2マイクロコントローラの電源供給端子に連結される第1コンバータをさらに含むことができる。
第1端子が前記電気自動車のカントランシーバまたは前記電気自動車電源供給装置のカントランシーバのうち一つに連結され、第2端子が前記第2マイクロコントローラの第2端子に連結され、第3端子が前記第1マイクロコントローラの第2端子に連結される第2コンバータをさらに含むことができる。
電気自動車充電コントローラを利用した電気自動車充電制御方法において、電気自動車充電制御方法は第2制御部が、第1スイッチ部がターンオフされた状態で、所定の周期で第2スイッチ部のターンオンとターンオフを繰り返す段階と、前記第2制御部が、前記第2スイッチ部のターンオン状態で、充電シーケンス信号を受信する段階と、前記第2制御部が、前記充電シーケンス信号に基づいて第1制御信号を生成する段階と、第1制御部が、前記第1制御信号に基づいて駆動電力が供給されると、スリップモードからウェイクアップモードに切り替える段階と、前記第1制御部が、第1スイッチ部をターンオンして前記充電シーケンス信号を受信する段階と、を含むことができる。
実施例によると、電力消費を減少できる電気自動車充電コントローラを提供するためのものである。
本発明の多様ながらも有益な長所と効果は前述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解され得るであろう。
本発明の実施例に係る電気自動車充電システムを説明するための図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電システムの構成を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構成図である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構造を示した図面である。 本発明の他の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構造を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。 本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラを利用した電気自動車充電制御方法のフローチャートである。
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
ただし、本発明の技術思想は説明される一部の実施例に限定されるものではなく互いに異なる多様な形態で具現され得、本発明の技術思想範囲内であれば、実施例間にその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置き換えて使うことができる。
また、本発明の実施例で使われる用語(技術および科学的用語を含む)は、明白に特に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に一般的に理解され得る意味で解釈され得、辞書に定義された用語のように一般的に使われる用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができるであろう。
また、本発明の実施例で使われた用語は実施例を説明するためのものであり本発明を制限しようとするものではない。
本明細書で、単数型は文面で特に言及しない限り複数型も含むことができ、「Aおよび(と)B、Cのうち少なくとも一つ(または一つ以上)」と記載される場合、A、B、Cで組み合わせできるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。
また、本発明の実施例の構成要素の説明において、第1、第2、A、B、(a)、(b)等の用語を使うことができる。
このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。
そして、或る構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、結合または接続される場合だけでなく、その構成要素とその他の構成要素の間にあるさらに他の構成要素によって「連結」、「結合」または「接続」される場合も含むことができる。
また、各構成要素の「上(うえ)または下(した)」に形成または配置されるものと記載される場合、上(うえ)または下(した)は二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく一つ以上のさらに他の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上(うえ)または下(した)」で表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。
図1は、本発明の実施例に係る電気自動車充電システムを説明するための図面である。
本発明の実施例に係る電気自動車充電システムは、電気エネルギーを動力として動作する電気自動車のバッテリーの充電のためのシステムを意味し得る。
図1を参照すると、本発明の実施例に係る電気自動車充電システムは電気自動車電源供給装置(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE、10)および電気自動車(Electric Vehicle、EV、20)を含むことができる。
電気自動車電源供給装置10はACまたはDC電力を供給する設備であり、充電所に配置されるか、家庭内に配置され得、携帯可能であるように具現されてもよい。電気自動車電源供給装置10は充電所(supply)、AC充電所(AC supply)およびDC充電所(DC supply)等と混用され得る。電気自動車電源供給装置10は主電源側からACまたはDC電力の供給を受けることができる。主電源は電力系統などを含むことができる。電気自動車電源供給装置10は主電源から供給を受けたACまたはDC電力を変圧または変換して電気自動車20に供給することができる。
電気自動車20は搭載されたバッテリーからエネルギーの全部あるいは一部を供給を受けて動作する自動車を意味する。電気自動車20はバッテリーに充電された電気エネルギーのみで走行する電気自動車だけでなく、化石燃料を利用するエンジンを併行して走行するプラグインハイブリッド自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)を含むことができる。電気自動車20に備えられたバッテリーは電気自動車電源供給装置10から電力の供給を受けて充電され得る。
図2は、本発明の実施例に係る電気自動車充電システムの構成を示した図面である。
本発明の実施例に係る電気自動車充電システムは、電気自動車電源供給装置(10、Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)、ケーブル(50、cable)、コネクタ(51、connector)、インレット(53、INT)、ジャンクションボックス(100、junction box)、電気自動車充電コントローラ(200、Electric Vehicle Charging Controller、EVCC)、バッテリー300、バッテリー管理システム(400、BATT Management System、BMS)および統合電力制御装置(500、Electric Power Control Unit、EPCU)を含むことができる。電気自動車充電システムに含まれた構成は、電気自動車電源供給装置10側(EVSE side)の構成と電気自動車20側(EV side)の構成に区分され得る。電気自動車電源供給装置10側の構成は電気自動車電源供給装置10、ケーブル50およびコネクタ51を含むことができる。電気自動車側の構成はインレット53、ジャンクションボックス100、電気自動車充電コントローラ200、バッテリー300、バッテリー管理システム400および統合電力制御装置500を含むことができる。このような区分は説明の便宜のためのものであり、限定されるものではない。
まず、電気自動車電源供給装置10は電気自動車のバッテリー300を充電するための電力を供給する。電気自動車電源供給装置10は主電源(例えば、電力系統)から供給を受けた電力を電気自動車20に伝達することができる。この時、電気自動車電源供給装置10は主電源から供給を受けた電力を減圧または変換して電気自動車20に供給することができる。一実施例によると、電気自動車電源供給装置10がAC電力を電気自動車20に供給する場合、電気自動車電源供給装置10は主電源から供給を受けたAC電力を変圧して電気自動車20に供給することができる。他の実施例として、電気自動車電源供給装置10がDC電力を電気自動車20に供給する場合、電気自動車電源供給装置10は主電源から供給を受けたAC電力をDC電力に変換して電気自動車20に供給することができる。電力の変圧や変換のために、電気自動車電源供給装置10は電力変換装置を具備することができる。実施例によると、電気自動車電源供給装置10は整流器(rectifier)、絶縁変圧器(isolation transformer)、インバータ(inverter)、コンバータ(converter)等を含むことができる。
電気自動車電源供給装置10は電気自動車20のバッテリー300を充電するのに必要な多様な制御信号を送受信し、バッテリー充電プロセスを制御するための充電制御装置を含むことができる。充電制御装置は電気自動車20と制御信号を送受信し、バッテリー充電プロセスを遂行できる。制御信号は充電準備、充電終了、近接検出などの情報を含むことができる。充電制御装置は電気自動車20と通信するための通信装置を含むことができる。通信装置は電力線通信(power line communication、PLC)、計測制御器通信網(controller area network、CAN)等を利用して電気自動車20と通信することができる。通信装置は充電制御装置に含まれてもよく、別途に分離されて構成されてもよい。
次に、ケーブル50、コネクタ51およびインレット53は電気自動車電源供給装置10と電気自動車を電気的に連結する。
ケーブル50は電気自動車電源供給装置10と電気自動車20の間で電力および信号を伝達する。ケーブル50は電力を伝達する電力線、充電に関連した制御信号を伝達する信号線、接地を連結する接地線などを含むことができる。
ケーブル50は電気自動車電源供給装置10と連結される。一実施例によると、電気自動車電源供給装置10とケーブル50は別途の連結構成なしに直接連結され得る。さらに他の実施例によると、電気自動車電源供給装置10とケーブル50は電気自動車電源供給装置10に備えられたソケット-アウトレット(socket-outlet)とケーブル50に備えられたプラグ(plug)の結合を通じて連結され得る。
コネクタ51はケーブル50に連結され得、インレット53は電気自動車20に備えられ得る。コネクタ51とインレット53を合わせてカプラー(coupler)と命名することができる。コネクタ51とインレット53は互いに結合可能な構造であり、コネクタ51とインレット53の結合を通じて電気自動車20と電気自動車電源供給装置10が電気的に連結され得る。インレット53とコネクタ51は直接連結され得るだけでなく、アダプタ(adaptor、52)を通じて連結されてもよい。一実施例によると、アダプタ52は電気自動車電源供給装置10の規格と電気自動車20間の充電規格が異なるためコネクタ51とインレット53が直接連結され得ない時に利用され得る。例えば、CHAdeMO標準仕様による電気自動車電源供給装置10のコネクタ51とchaoji標準仕様による電気自動車20のインレット53を連結するために、アダプタ52が利用され得る。
コネクタ51とインレット53は互いに結合され得る複数のピン(pin)を具備することができる。例えば、複数のピンのうち一つは電気自動車電源供給装置10と電気自動車充電コントローラ200の間にCP(Control Pilot)信号が伝送されるCPポート用ピンであり得、他の一つはコネクタ51とインレット53の近接の有無を感知するPD(Proximity Detection)ポート用ピンであり得、さらに他の一つは電気自動車電源供給装置10の保護接地と連結される保護接地(Protective Earth、PE)ポート用ピンであり得る。複数のピンのうちさらに他の一つは注油口フラップ(flap)を開くためのモータを駆動させるためのピンであり得、さらに他の一つはモータをセンシングするためのピンであり得、さらに他の一つは温度センシングのためのピンであり得、さらに他の一つはLEDセンシングのためのピンであり得、さらに他の一つはカン(CAN)通信のためのピンであり得る。複数のピンのうち一つは電気自動車20内の衝突感知センサから印加される電圧ライン用ピンであり得、他の一つは電気自動車20に充電電力を供給するバッテリーピンであり得、さらに他の一つは高電圧保護用ピンであり得る。しかし、ピンの個数および機能はこれに制限されるものではなく、多様に変形され得る。
ジャンクションボックス100は電気自動車電源供給装置10から供給された電力をバッテリー300に伝達する。電気自動車電源供給装置10から供給される電力は高電圧であって、これをバッテリー300に直接供給することになると突入電流によってバッテリー300が損傷する恐れがある。ジャンクションボックス100は突入電流によるバッテリーの損傷を防止するために少なくとも一つのリレー(relay)を含むことができる。
電気自動車充電コントローラ200は電気自動車20のバッテリー充電に関するプロセスの一部又は全部を制御することができる。電気自動車充電コントローラ200は電気自動車通信コントローラ(Electric Vehicle Communication Controller、EVCC)と命名されてもよい。
電気自動車充電コントローラ200は電気自動車電源供給装置10と通信することができる。電気自動車充電コントローラ200は電気自動車電源供給装置10からバッテリー充電プロセスに関する制御命令を送受信することができる。一実施例によると、電気自動車充電コントローラ200は電気自動車電源供給装置10に備えられた充電制御装置と通信でき、充電制御装置からバッテリー充電プロセスに関する制御命令を送受信することができる。
電気自動車充電コントローラ200は電気自動車20と通信することができる。電気自動車充電コントローラ200は電気自動車20からバッテリー充電プロセスに関する制御命令を受信することができる。一実施例によると、電気自動車充電コントローラ200は電気自動車20のバッテリー管理システム400と通信でき、バッテリー管理システム400からバッテリー充電プロセスに関する制御命令を受信することもできる。さらに他の実施例によると、電気自動車充電コントローラ200は電気自動車20の統合電力制御装置500と通信でき、統合電力制御装置500からバッテリー充電プロセスに関する制御命令を受信することができる。
電気自動車充電コントローラ200は前記の機能を遂行するためにマイクロコントローラ(micro controller unit、MCU)、通信装置、リレー装置などを具備することができる。
バッテリー管理システム400は電気自動車20内のバッテリー300のエネルギー状態を管理する。バッテリー管理システム400はバッテリー300の使用現況をモニタリングして効率的なエネルギー分配のための制御を遂行できる。例えば、バッテリー管理システム400はエネルギーの効率的な使用のために、電気自動車20の使用可能電力状況を車両統合制御器およびインバータなどに伝送することができる。他の例として、バッテリー管理システム400はバッテリー300の各セル当たり電圧偏差を補正したりバッテリー300を適正温度に維持するために冷却ファンを駆動することができる。
統合電力制御装置500は、モータの制御を含んで電気自動車の全般的な動きを制御する装置である。統合電力制御装置500はモータ制御装置(Motor Control Unit、MCU)、低電圧直流変換装置(Low Voltage DC-DC Converter、LDC)、車両統合制御器(Vehicle Control Unit、VCU)を含むことができる。モータ制御装置はインバータ(Inverter)と命名され得る。モータ制御装置はバッテリーから直流電源を受信して三相交流電源に変換させることができ、車両統合制御器の命令によりモータを制御することができる。低電圧直流変換装置は高電圧電源を低電圧(例えば、12[V])電源に変換して電気自動車20の各部品に供給することができる。車両統合制御器は電気自動車20の全般に関するシステムの性能を維持する役割をする。車両統合制御器はモータ制御装置、バッテリー管理システム400等の多様な装置と共に充電、走行など多様な機能を遂行することができる。
図3は、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構成図である。
図3を参照すると、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラ1000は第1制御部1100、第2制御部1200、第1スイッチ部1300、第2スイッチ部1400、第1コンバータ部1500および第2コンバータ部1600を含むことができる。電気自動車充電コントローラ1000は前述した電気自動車充電コントローラであり得る。
まず、第1制御部1100は電気自動車電源供給装置から受信された充電シーケンス信号に基づいて車両に配置されたバッテリーを充電する充電シーケンスを実行することができる。
第1制御部1100は第1スイッチ部1300を制御することができる。第1制御部1100は第1制御信号に基づいて充電シーケンス信号を伝送するように第1スイッチ部1300を制御することができる。具体的には、第1制御部1100は第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、第1スイッチ部1300をターンオンすることができる。ここで、充電シーケンス信号は電気自動車のバッテリーの充電のために電気自動車と電気自動車電源供給装置の間に送受信される信号を意味し得る。一実施例によると、充電シーケンス信号は電気自動車側のインレットと電気自動車電源供給装置側のカプラーの近接(proximity)の有無を検出するための信号であり得るが、これに制限されない。一実施例によると、充電シーケンス信号は電気自動車充電の標準規格により異なり得る。
第1制御部1100は第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、第2制御信号を生成することができる。第1制御部1100は第2制御信号を第2コンバータ部1600に伝送することができる。第2制御信号は第2コンバータ部1600の駆動のための信号であり得る。
第1制御部1100はマイクロコントローラユニット(Micro Controller Unit、MCU)で具現され得る。
第2制御部1200は充電シーケンス信号に基づいて第1制御信号を生成することができる。第1制御信号は第1制御部1100をウェイクアップすることができる。具体的には、第1制御信号は第2コンバータ部1600の駆動のための信号であり、第1制御信号に基づいて第2コンバータ部1600が駆動されることによって第1制御部1100をウェイクアップすることができる。
第2制御部1200は第2スイッチ部1400を制御することができる。第2制御部1200は第2スイッチ部1400を所定の周期でオン/オフ制御することができる。第2制御部1200は第2スイッチ部1400のオン/オフ制御に基づいて所定の周期で充電シーケンス信号を受信することができる。第2制御部1200は第2スイッチ部1400がターンオンされた周期に充電シーケンス信号が伝送されると、第1制御信号を生成することができる。一方、所定の周期は充電シーケンス信号の種類によって異なって設定されてもよい。一実施例として、充電シーケンス信号がアンロックボタンの活性に関する信号である場合、第2スイッチ部1400は118[ms]の間ターンオフされ、10[ms]の間ターンオンされる動作が繰り返され得る。他の例として、充電シーケンス信号が近接の有無の確認に関する信号である場合、第2スイッチ部1400は502[ms]の間ターンオフされ、10[ms]の間ターンオンされる動作が繰り返され得る。
第2制御部1200はマイクロコントローラユニット(Micro Controller Unit、MCU)で具現され得る。
第1スイッチ部1300は第1制御部1100に充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断することができる。第1スイッチ部1300は第1制御部1100により制御され得る。
第1スイッチ部1300は正極性接合トランジスタ(Bipolar Junction Transistor、BJT)や金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor、MOSFET)のようなスイッチ素子で具現され得るが、これに制限されない。第1スイッチ部1300は信号などの伝送路や回線を開閉できるスイッチ素子で具現され得る。
第2スイッチ部1400は第2制御部1200に充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断することができる。第2スイッチ部1400は第2制御部1200により制御され得る。
第2スイッチ部1400は正極性接合トランジスタ(Bipolar Junction Transistor、BJT)や金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor、MOSFET)のようなスイッチ素子で具現され得るが、これに制限されない。第2スイッチ部1400は信号などの伝送路や回線を開閉できるスイッチ素子で具現され得る。
第1コンバータ部1500は第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第2電圧値に変換することができる。第2電圧値に変換された直流電圧を第2制御部1200に供給することができる。
第1コンバータ部1500はDC/DCコンバータ(converter)で具現され得る。一実施例によると、第1コンバータ部1500は高効率DC/DCコンバータ(High Effciency DC/DC converter)で具現され得る。
第2コンバータ部1600は第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換することができる。第2コンバータ部1600は電気自動車のカントランシーバから出力される第1駆動信号および電気自動車電源供給装置のカントランシーバから出力される第2駆動信号のうち少なくとも一つと第1制御信号に基づいて第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換することができる。第2コンバータ部1600は第3電圧値に変換された直流電圧を第1制御部1100に供給することができる。
第2コンバータ部1600はDC/DCコンバータ(converter)で具現され得る。一実施例によると、第2コンバータ部1600は高効率DC/DCコンバータ(High Effciency DC/DC converter)で具現され得る。
図4は、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構造を示した図面である。
図4を参照すると、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラ1000は第1マイクロコントローラMCU1、第2マイクロコントローラMCU2、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第1コンバータCONV1、第2コンバータCONV2およびカントランシーバTRANを含むことができる。
第1マイクロコントローラMCU1は第1端子P1、第2端子P2および第3端子PWR1を含むことができる。第1マイクロコントローラMCU1は第1端子P1、第2端子P2および第3端子PWR1を第2コンバータCONV2およびインレットINT等と電気的に連結され得る。
具体的には、第1マイクロコントローラは第1端子P1が第1スイッチSW1に連結され得る。第1マイクロコントローラMCU1は第1スイッチSW1のターンオン時に第1端子P1を通じて電気自動車電源供給装置の充電シーケンス信号を受信することができる。
第1マイクロコントローラMCU1は第2端子P2が第2コンバータCONV2に連結され得る。第1マイクロコントローラMCU1は第2端子P2を通じて第2コンバータCONV2に第2制御信号を伝送することができる。
第1マイクロコントローラMCU1は第3端子PWR1が第2コンバータCONV2に連結され得る。第1マイクロコントローラMCU1は第3端子PWR1を通じて第2コンバータCONV2から駆動電力V3の供給を受けることができる。
第2マイクロコントローラMCU2は第1端子P3、第2端子P4および第3端子PWR2を含むことができる。第2マイクロコントローラMCU2は第1端子P3、第2端子P4および第3端子PWR2を第1コンバータCONV1、第2コンバータCONV2およびインレットINT等と電気的に連結することができる。
具体的には、第2マイクロコントローラMCU2は第1端子P3が第2スイッチSW2に連結され得る。第2マイクロコントローラMCU2は第2スイッチSW2のターンオン時に第1端子P3を通じて電気自動車電源供給装置の充電シーケンス信号を受信することができる。
第2マイクロコントローラMCU2は第2端子P4が第2コンバータCONV2に連結され得る。第2マイクロコントローラMCU2は第2端子P4を通じて第2コンバータCONV2に第1制御信号を伝送することができる。
第2マイクロコントローラMCU2は第3端子PWR2が第1コンバータCONV1に連結され得る。第2マイクロコントローラMCU2は第3端子PWR2を通じて第1コンバータCONV1から駆動電力V2の供給を受けることができる。
図面に図示されてはいないが、第1マイクロコントローラMCU1と第2マイクロコントローラMCU2は、互いにデータを送受信したり制御信号を送受信するための複数の端子をさらに含むことができる。一実施例によると、第1マイクロコントローラMCU1と第2マイクロコントローラMCU2は、リセット信号の送受信のための端子、インタラプト(interrupt)信号の送受信のための端子、UART(Universal asynchronous receiver/transmitter)信号の送受信のための端子、UART活性化信号の送受信のための端子などをさらに含むことができる。複数の端子は対応する端子に互いに電気的に連結され得る。
第1スイッチSW1は第1マイクロコントローラMCU1、第2スイッチSW2およびインレットINTに電気的に連結され得る。第1スイッチSW1は第1端が第2スイッチSW2の第2端に連結され得る。第1スイッチSW1は第1端がインレットINTに電気的に連結され得る。第1スイッチSW1は第2端が第1マイクロコントローラMCU1の第1端子P1に連結され得る。一方、第1スイッチSW1の一端にはプルアップ(pull-up)抵抗が配置され得る。例えば、第1スイッチSW1の第1端とインレットINTの間にはプルアップ抵抗が配置され得、抵抗の大きさは電気自動車充電システムなどを考慮して当業者によって設計変更が可能である。
第2スイッチSW2は第2マイクロコントローラMCU2、第1スイッチSW1およびインレットINTに電気的に連結され得る。第2スイッチSW2は第1端が第2マイクロコントローラMCU2の第1端子P3に連結され得る。第2スイッチSW2は第2端が第1スイッチSW1の第1端に連結され得る。第2スイッチSW2は第2端がインレットINTに電気的に連結され得る。一方、第2スイッチSW2の一端にはプルアップ(pull-up)抵抗が配置され得る。例えば、第2スイッチSW2の第2端とインレットINTの間にはプルアップ抵抗が配置され得、抵抗の大きさは電気自動車充電システムなどを考慮して当業者によって設計変更が可能である。
前記と同様に、第1スイッチSW1の第1端および第2スイッチSW2の第2端はインレットINTの信号端子CSのうち一つに電気的に連結され得る。したがって、インレットINTを通じて伝送される充電シーケンス信号は第1スイッチSW1と第2スイッチSW2に伝達され得、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2のオン/オフ状態により第1マイクロコントローラMCU1または第2マイクロコントローラMCU2のうち少なくとも一つに伝送され得る。
第1コンバータCONV1は第1端子PI1および第2端子PO1を含むことができる。第1コンバータCONV1は第1端子PI1および第2端子PO1を通じてバッテリーBATTおよび第2マイクロコントローラMCU2と電気的に連結され得る。
第1コンバータCONV1は第1端子PI1が電気自動車のバッテリーBATTに連結され得る。第1コンバータCONV1は第1端子PI1を通じてバッテリーBATTの電力の供給を受けることができる。第1コンバータCONV1は第2端子PO1が第2マイクロコントローラMCU2の第3端子PWR2に連結され得る。第1コンバータCONV1は第2端子PO1を通じて第2マイクロコントローラMCU2に電力V2を供給することができる。一実施例によると、第1コンバータCONV1はバッテリーBATTから供給された電力の直流電圧を5[V]大きさの直流電圧に変換して第2マイクロコントローラMCU2に供給することができる。
第2コンバータCONV2は第1端子S1、第2端子S2、第3端子S3、第4端子PI2および第5端子PO2を含むことができる。第2コンバータCONV2は第1端子S1、第2端子S2、第3端子S3、第4端子PI2および第5端子PO2を通じてバッテリーBATT、カントランシーバTRAN、第1マイクロコントローラMCU1および第2マイクロコントローラMCU2と電気的に連結され得る。
第2コンバータCONV2は第1端子S1がカントランシーバTRANと連結され得る。第2コンバータCONV2は第1端子S1がカントランシーバTRANのINH端子INHと連結され得る。カントランシーバTRANは電気自動車のカントランシーバや電気自動車電源供給装置のカントランシーバであり得る。電気自動車電源供給装置のカントランシーバの場合、該当カントランシーバは電気自動車充電コントローラに含まれないことができる。
第2コンバータCONV2は第2端子S2が第2マイクロコントローラMCU2に連結され得る。第2コンバータCONV2は第2端子S2が第2マイクロコントローラMCU2の第2端子P4に連結され得る。
第2コンバータCONV2は第3端子S3が第1マイクロコントローラMCU1に連結され得る。第2コンバータCONV2は第3端子S3が第1マイクロコントローラMCU1の第2端子P2に連結され得る。
第2コンバータCONV2は第4端子PI2がバッテリーBATTに連結され得る。
第2コンバータCONV2は第5端子PO2が第1マイクロコントローラMCU1に連結され得る。第2コンバータCONV2は第5端子PO2が第1マイクロコントローラMCU1の第3端子PWR1に連結され得る。
第2コンバータCONV2は第5端子PO2を通じて第1マイクロコントローラMCU1に電力V3を供給することができる。一実施例によると、第1コンバータCONV1はバッテリーBATTから供給された電力V1の直流電圧を3.3[V]大きさの直流電圧に変換して第1マイクロコントローラMCU1に供給することができる。
図5は、本発明の他の実施例に係る電気自動車充電コントローラの構造を示した図面である。
図5を参照すると、電気自動車充電コントローラ1000は図4に図示された構成の他に、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2および第3ダイオードD3のうち少なくとも一つをさらに含むことができる。
第1ダイオードD1は第2マイクロコントローラMCU2と第2コンバータCONV2の間に配置され得る。第1ダイオードD1は第2マイクロコントローラMCU2と第2コンバータCONV2を連結するライン上に配置され得る。第1ダイオードD1はアノード端子が第2マイクロコントローラMCU2の第2端子P4に連結され、カソード端子が第2コンバータCONV2の第2端子S2に連結され得る。第1ダイオードD1は第2コンバータCONV2から第2マイクロコントローラMCU2に印加される逆電圧を遮断することができる。これを通じて、第2マイクロコントローラMCU2の破損を防止することができる。
第2ダイオードD2は第1マイクロコントローラMCU1と第2コンバータCONV2の間に配置され得る。第2ダイオードD2は第1マイクロコントローラMCU1と第2コンバータCONV2を連結するライン上に配置され得る。第2ダイオードD2はアノード端子が第1マイクロコントローラMCU1の第2端子P2に連結され、カソード端子が第2コンバータCONV2の第3端子S3に連結され得る。第2ダイオードD2は第2コンバータCONV2から第1マイクロコントローラMCU1に印加される逆電圧を遮断することができる。これを通じて、第1マイクロコントローラMCU1の破損を防止することができる。
第3ダイオードD3はカントランシーバTRANと第2コンバータCONV2の間に配置され得る。第3ダイオードD3はカントランシーバTRANと第2コンバータCONV2を連結するライン上に配置され得る。第3ダイオードD3はアノード端子がカントランシーバTRANのINH端子INHに連結され、カソード端子が第2コンバータCONV2の第1端子S1に連結され得る。第3ダイオードD3は第2コンバータCONV2からカントランシーバTRANに印加される逆電圧を遮断することができる。これを通じて、カントランシーバTRANの破損を防止することができる。
図6a~図6eは、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラの駆動例を示した図面である。
図6a~図6eは図4の回路構成を例示として説明するか、図5の回路構成においても同一に説明され得る。
まず、図6aに図示されたように、第1マイクロコントローラMCU1がスリップモードにあり得る。一実施例として、第1マイクロコントローラMCU1のスリップモードは電気自動車のバッテリーBATTの充電が終了した状態を意味し得る。一実施例として、第1マイクロコントローラMCU1のスリップモードは、バッテリーBATTの充電が始まる前の待機状態を意味し得る。第1マイクロコントローラMCU1がスリップモードである場合、第1スイッチSW1はターンオフされた状態で維持され得る。第2スイッチSW2は所定の周期でターンオンおよびターンオフを繰り返すことができる。第2スイッチSW2のターンオン時にインレットINTを通じて充電シーケンス信号CSSが受信されると、第2マイクロコントローラMCU2は充電シーケンス信号CSSを受信することができる。第2マイクロコントローラMCU2は第1コンバータCONV1から駆動電力V2の供給を受けることができる。第1コンバータCONV1はバッテリーBATTから電力V1の供給を受けて駆動電力V2に変換することができる。
次に、図6bを参照すると、第2マイクロコントローラMCU2は充電シーケンス信号CSSに基づいて第1制御信号CS1を生成することができる。第2マイクロコントローラMCU2は生成された第1制御信号CS1を第2コンバータCONV2に伝送することができる。この時、第2コンバータCONV2はカントランシーバから信号CS3を受信することができる。第2コンバータCONV2は第1制御信号CS1およびカントランシーバから受信した信号CS3を通じて駆動され得る。次に第2コンバータCONV2はバッテリーBATTから供給された電力V1を変換して駆動電力V3を生成することができる。
次に、図6cを参照すると、第2コンバータCONV2は生成した駆動電力V3を第1マイクロコントローラMCU1に伝送することができる。第1マイクロコントローラMCU1は駆動電力V3により作動することができる。第1マイクロコントローラMCU1は駆動電力V3によりウェイクアップされ得る。
次に、図6dを参照すると、第1マイクロコントローラMCU1はウェイクアップ時に第1スイッチSW1をターンオンさせることができる。第1スイッチSW1がターンオンされると、第1マイクロコントローラMCU1はインレットINTを通じて充電シーケンス信号CSSを受信することができる。一実施例によると、第1マイクロコントローラMCU1はウェイクアップ時に第2マイクロコントローラMCU2をスリップモードに切り替えることができ、第2マイクロコントローラMCU2はスリップモード切り替え時に第2スイッチSW2をターンオフ状態で維持することができる。
次に、図6eを参照すると、第1マイクロコントローラMCU1は充電シーケンス信号CSSに基づいて第2制御信号CS2を生成することができる。そして、第2制御信号CS2は第2コンバータCONV2に伝送され得る。第2コンバータCONV2は第2制御信号CS2およびカントランシーバTRANから受信した信号CS3を通じて駆動され得る。
もし、第2マイクロコントローラMCU2および第1スイッチSW1がない場合、第2マイクロコントローラMCU2はスリップモードに進入しても、バッテリーBATTから継続して電力の供給を受けることになり、電力は充電シーケンス信号CSSを受信するための回路(インレットINTやその他の受信回路)によりスリップ電流(sleep current)によって継続的に消費される。特に、スリップモードでコネクタとインレットINTが連結されている場合、第1マイクロコントローラMCU1は電気自動車電源供給装置と電気的な連結が維持されるため、スリップ電流の消耗はさらに大きくなることになる。これは電気自動車のバッテリーBATTの持続的な電力放電を誘発してバッテリーBATTの寿命を短くするだけでなく、バッテリーBATTの放電により始動をかけられない状況を発生させる可能性もある。しかし、本発明はスリップモードで第1スイッチSW1がターンオフされた状態であるので、第1マイクロコントローラMCU1は充電シーケンス信号CSSを受信するための回路や電気自動車電源供給装置などと電気的に絶縁される。これに伴い、スリップ電流によるバッテリーBATTの放電を防止することができる。
しかし、スリップモードが引き続け維持される場合、第1マイクロコントローラMCU1は電気自動車電源供給装置から充電シーケンス信号CSSを受信できないため、バッテリーBATTの充電シーケンスを遂行できない可能性もある。したがって、本発明は第2スイッチSW2が所定の周期でターンオンおよびターンオフを繰り返しながら、電気自動車電源供給装置から受信される充電シーケンス信号CSSを感知し、これを通じて第2マイクロコントローラMCU2が第1マイクロコントローラMCU1のスリップモードをウェイクアップモードに切り替える。これを通じて電気自動車の充電シーケンスを遂行できる。第2スイッチSW2は所定の周期でターンオンおよびターンオフを繰り返すので、第2マイクロコントローラMCU2による電流の消耗が少なく、この結果バッテリーBATTの放電を最小化することができる。
図7は、本発明の実施例に係る電気自動車充電コントローラを利用した電気自動車充電制御方法のフローチャートである。
まず、第1スイッチ部はターンオフされ、第2スイッチ部は第2制御部の制御によってターンオンとターンオフが所定の周期で繰り返され得る(S710)。すなわち、第2制御部は第1スイッチ部がターンオフされた状態で、所定の周期で第2スイッチ部のターンオンとターンオフを繰り返すことができる。この時、第2制御部は第1コンバータ部から駆動のための電力の供給を受けることができる。実施例によると、第1コンバータ部は第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第2電圧値に変換し、第2電圧値に変換された直流電圧を第2制御部に供給することができる。
第2スイッチ部がターンオンされる周期で、第2制御部は充電シーケンス信号を受信することができる(S720)。すなわち、第2制御部は第2スイッチ部のターンオン状態で充電シーケンス信号を受信することができる。
そうすると、第2制御部は充電シーケンス信号に基づいて第1制御信号を生成することができる(S730)。第1制御信号は第2コンバータ部に伝送され得る。第1制御信号はスリップモード状態の第1制御部をウェイクアップモードに切り替えるのに利用され得る。
第2コンバータ部は第1制御信号に基づいて第1制御部に駆動電力を供給することができる(S740)。実施例によると、第2コンバータ部は第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換し、第3電圧値に変換された直流電圧を第1制御部に供給することができる。具体的には、第2コンバータ部は電気自動車のカントランシーバから出力される第1駆動信号および電気自動車電源供給装置のカントランシーバから出力される第2駆動信号のうち少なくとも一つと第1制御信号に基づいて第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換することができる。第2コンバータ部は第3電圧値を有する駆動電力を第1制御部に供給することができる。第2制御部は駆動電力が供給されるとスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられ得る。
S740段階で、第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、第1制御部は第1スイッチ部をターンオン制御し充電シーケンス信号の伝送を受けることができる(S750)。すなわち、第1制御部は第1制御信号に基づいて駆動電力が供給されると、スリップモードからウェイクアップモードに切り替え、第1スイッチ部をターンオンして充電シーケンス信号を受信することができる。
そして、第1制御部は充電シーケンス信号に基づいて第2制御信号を生成することができる(S760)。第2制御信号は第2コンバータ部に伝送され得る。
第2コンバータ部は第2制御信号に基づいて第1制御部に駆動電力を供給することができる(S770)。
そうすると、第1制御部は電気自動車電源供給装置から受信された充電シーケンス信号に基づいて車両に配置されたバッテリーを充電する充電シーケンスを実行することができる。
下記の表1~表8は第2制御部側の消費電流を示したシミュレーション結果を示す。表1~表8はスリップモード(すなわち、第1スイッチがターンオフされた状態)でのシミュレーション結果である。
Figure 2024505399000002
Figure 2024505399000003
Figure 2024505399000004
Figure 2024505399000005
Figure 2024505399000006
Figure 2024505399000007
Figure 2024505399000008
Figure 2024505399000009
表1および表2は第1タイプの充電システムのプラグオフ状態とプラグオン状態で電流の消耗を示したものであり、表3および表4は第2タイプの充電システムのプラグオフ状態とプラグオン状態で電流の消耗を示したものであり、表5および表6は第3タイプの充電システムのプラグオフ状態とプラグオン状態で電流の消耗を示したものであり、表7および表8は第4タイプの充電システムのプラグオフ状態とプラグオン状態で電流の消耗を示したものである。各タイプの充電システムは互いに異なる個数の充電シーケンス信号を利用することができる。表1~表8を参照すると、CAN通信のためのIC回路などの一部では、第2スイッチのオン/オフ動作にかかわらずバッテリーから駆動のための電力を受信することになるので、第2スイッチ部のオン/オフ動作にかかわらず同じ電流を消耗することになる。
その反面、充電シーケンス信号に関連した消費電力は動作周期により異なる。例えば、スリップタイムが0であり、動作タイムがFULLである場合に比べて、所定の間隔で第2スイッチ部をオン/オフ繰り返す場合、プラグオフ状態とプラグオン状態のいずれにおいても充電シーケンス信号に関連した電力の消費が大きく減少することが分かる。もし、第1スイッチ、第2スイッチおよび第2制御部などのような構成なしに、充電シーケンス信号が第1制御部に入力されるように具現される場合、第1制御部が充電シーケンス信号に関連して消費する電力は、スリップタイムが0であり、動作タイムがFULLである場合より大きいであろう。すなわち、このようなシミュレーション結果は、本発明の実施例により電気自動車充電コントローラを具現する場合、スリップモードでの消費電力を大きく減少させることができる長所があることを示す。
以上、実施例を中心に説明したがこれは単に例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かるであろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係した差異点は添付された請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (13)

  1. 電気自動車電源供給装置から受信された充電シーケンス信号に基づいて車両に配置されたバッテリーを充電する充電シーケンスを実行する第1制御部と、
    前記充電シーケンス信号に基づいて前記第1制御部をウェイクアップする第1制御信号を生成する第2制御部と、
    前記第1制御部によって制御され、前記第1制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第1スイッチ部と、
    前記第2制御部によって制御され、前記第2制御部に前記充電シーケンス信号を伝送したり伝送を遮断する第2スイッチ部と、を含む、電気自動車充電コントローラ。
  2. 前記第1制御部は、
    前記第1制御信号に基づいて前記第1スイッチ部が前記充電シーケンス信号を伝送するように制御する、請求項1に記載の電気自動車充電コントローラ。
  3. 前記第1制御部は、
    前記第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、前記第1スイッチ部をターンオンする、請求項2に記載の電気自動車充電コントローラ。
  4. 前記第2制御部は、
    前記第2スイッチ部を所定の周期でオン/オフ制御し、前記所定の周期で前記充電シーケンス信号を受信する、請求項1に記載の電気自動車充電コントローラ。
  5. 前記第2制御部は、
    前記第2スイッチ部がターンオンされた周期に前記充電シーケンス信号が伝送されると、前記第1制御信号を生成する、請求項4に記載の電気自動車充電コントローラ。
  6. 第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第2電圧値に変換し、前記第2電圧値に変換された前記直流電圧を前記第2制御部に供給する第1コンバータ部をさらに含む、請求項1に記載の電気自動車充電コントローラ。
  7. 第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換し、前記第3電圧値に変換された前記直流電圧を前記第1制御部に供給する第2コンバータ部をさらに含む、請求項1に記載の電気自動車充電コントローラ。
  8. 前記第2コンバータ部は、
    前記電気自動車のカントランシーバから出力される第1駆動信号および前記電気自動車電源供給装置のカントランシーバから出力される第2駆動信号のうち少なくとも一つと前記第1制御信号に基づいて第1電圧値を有するバッテリーの直流電圧を第3電圧値に変換する、請求項1に記載の電気自動車充電コントローラ。
  9. 前記第1制御部は、
    前記第1制御信号に基づいてスリップモードからウェイクアップモードに切り替えられると、前記第2制御信号を生成し、前記第2制御信号を前記第2コンバータ部に伝送する、請求項8に記載の電気自動車充電コントローラ。
  10. 第1マイクロコントローラと、
    第2マイクロコントローラと、
    第2端が前記第1マイクロコントローラの第1端子に連結される第1スイッチと、
    第1端が前記第2マイクロコントローラの第1端子に連結され、第2端が前記第1スイッチの第1端に連結される第2スイッチと、を含み、
    前記第1スイッチの第1端および前記第2スイッチの第2端は、
    インレットの信号端子のうち一つに電気的に連結される、電気自動車充電コントローラ。
  11. 第1端子が前記電気自動車のバッテリーに連結され、第2端子が前記第2マイクロコントローラの電源供給端子に連結される第1コンバータをさらに含む、請求項10に記載の電気自動車充電コントローラ。
  12. 第1端子が前記電気自動車のカントランシーバまたは前記電気自動車電源供給装置のカントランシーバのうち一つに連結され、
    第2端子が前記第2マイクロコントローラの第2端子に連結され、
    第3端子が前記第1マイクロコントローラの第2端子に連結される第2コンバータをさらに含む、請求項11に記載の電気自動車充電コントローラ。
  13. 電気自動車充電コントローラを利用した電気自動車充電制御方法において、
    第2制御部が、第1スイッチ部がターンオフされた状態で、所定の周期で第2スイッチ部のターンオンとターンオフを繰り返す段階と、
    前記第2制御部が、前記第2スイッチ部のターンオン状態で、充電シーケンス信号を受信する段階と、
    前記第2制御部が、前記充電シーケンス信号に基づいて第1制御信号を生成する段階と、
    第1制御部が、前記第1制御信号に基づいて駆動電力が供給されると、スリップモードからウェイクアップモードに切り替える段階と、
    前記第1制御部が、第1スイッチ部をターンオンして前記充電シーケンス信号を受信する段階と、を含む、電気自動車充電制御方法。
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