KR101000870B1 - 전기차량용 충전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차량용 충전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여러 종류의 전기차량에 구비되는 다양한 이차전지 각각에 적합한 충전방식을 다양하게 설정하고, 각 충전방식에 적합한 이차전지의 충전전압과 충전전류 값을 다양하게 저장함으로써, 충전시 정전압 및 정전류의 조절을 위한 추가적인 조작 없이 전기차량에 구비된 이차전지의 종류에 무관하게 하나의 충전기를 이용하여 여러 종류의 전기차량용 이차전지를 용이하게 충전할 수 있게 한 전기차량용 충전기에 관한 것이다.

Description

전기차량용 충전기{BATTERY CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기차량용 충전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여러 종류의 전기차량에 구비되는 다양한 이차전지 각각에 적합한 충전방식을 다양하게 설정하고, 각 충전방식에 적합한 이차전지의 충전전압과 충전전류 값을 다양하게 저장함으로써, 충전시 정전압 및 정전류의 조절을 위한 추가적인 조작 없이 전기차량에 구비된 이차전지의 종류에 무관하게 하나의 충전기를 이용하여 여러 종류의 전기차량용 이차전지를 용이하게 충전할 수 있게 한 전기차량용 충전기에 관한 것이다.
일반적으로 전기차량에는 리튬이온 전지, 니켈수소 전지 등 다양한 종류의 이차전지가 사용되고 있으며, 차량의 제조회사나 차종에 따라 동일한 이차전지를 사용하더라도 충전전압이 상이하게 된다.
또한, 전기차량에 사용되는 이차전지의 종류에 따라 바람직한 충전 방식도 약간씩 차이가 존재하게 된다. 예컨대 리튬이온 전지의 경우 정전압과 정전류로 충전을 하며, 니켈수소나 니켈카드뮴 전지의 경우 정전류로 충전을 하는 것이 일반적이다. 그리고 단위 셀당 전압은 리튬이온 전지인 경우에는 공칭전압이 3.7V이지만, 니켈수소나 니켈카드뮴 전지의 경우는 1.2V이다. 특히 이러한 이차전지를 전기차량에 이용할 경우에는 보다 큰 용량을 충전하기 위해 다수의 이차전지들이 직렬로 연결되는 경우가 많으므로, 충전시 야기되는 작은 전압 차이들이 누적되어 큰 전압차이를 야기하게 된다.
따라서, 전기차량에 구비된 이차전지에서의 충전효율을 향상시키고 이차전지를 안정적으로 오래도록 사용하기 위해서는 이차전지의 충전방식과 충전시 정전압과 정전류의 값 등 충전조건에 맞게 사용하는 것이 필요하였다. 그에 따라 종래에는 전기차량마다 충전하고자 하는 이차전지의 종류에 따라 세세한 충전방식과 충전전압 및 충전전류의 값에 따라 다양한 충전기가 요구되는 문제점이 있었다.
또한, 이와 같이 전기차량의 제조사와 차종 및 그에 사용되는 이차전지의 종류에 따라 다양한 충전값이 요구되었는바, 하나의 충전기에 의한 이차전지의 충전을 공용화하여 여러 차종을 다양하게 충전할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 주유소와 같이 전기차량의 충전을 위한 시설들이 널리 설치되기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 등록특허공보 제10-544998호에 개시된 바와 같이 대용량의 리튬이온 배터리를 효율적으로 충전할 수 있는 대용량 충전기에 대한 기술이 제안되었다.
그러나, 이러한 종래의 대용량 충전기는 휴대용 전자기기에 적용되는 배터리의 용량을 벗어나지 못하고 있어 전기차량에 구비된 이차전지의 충전을 위한 충전기에 그대로 적용하기에는 부적절한 점이 있었으며, 외부전원에 의해 배터리를 충전시키는 충전전압(VBAT)과 충전전류(IBAT)를 공급하는 일반적인 충전기의 전원이 개시되어 있을 뿐인바, 여전히 하나의 충전기를 이용하여 전기차량에 구비된 다양한 이차전지의 충전방식과 충전전압 및 충전전류를 다양하게 출력할 수 있게 하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 등록특허공보 제10-493080호에 개시된 바와 같이 하나의 단말기에 구비된 배터리 전원을 이용하여 다른 단말기의 배터리를 충전시킬 수 있는 휴대용 통신 단말기의 배터리 충전장치에 대한 기술이 제안되었다.
그러나, 이러한 종래의 휴대용 통신 단말기의 배터리 충전장치는 휴대용 단말기간의 저용량 배터리 사이에서 전원공급이 이루어지는 것에 관한 기술로서 이러한 기술을 전기차량용 이차전지에 적용하기에는 어려운 문제점이 있었다.
또한, 전원을 공급하는 단말기 측에 구비된 배터리의 과방전을 방지하기 위해 전원을 공급받는 단말기 측에 구비된 배터리로 전송되는 전압의 정도를 여러 레벨로 나누고, 각 레벨에서 정해진 수치까지만 전원을 공급하는 단말기 측에 구비된 배터리에서 전원을 방출하게 하는 내용이 개시되어 있을 뿐인바, 여전히 하나의 충전기를 이용하여 전기차량에 구비된 다양한 이차전지의 충전방식과 충전전압 및 전류를 다양하게 출력할 수 있게 하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전기차량에 구비되는 다양한 이차전지 각각에 적합한 충전방식을 설정하고, 각 충전방식에 적합한 이차전지의 충전전압과 충전전류 값을 다양하게 저장함으로써, 전기차량에 구비된 이차전지의 종류에 관계없이 하나의 충전기를 이용하여 여러 종류의 전기차량용 이차전지를 용이하게 충전할 수 있는 전기차량용 충전기를 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 전기차량용 충전기는, 외부 교류전원을 AC/DC 변환부에서 직류전원으로 변환시켜 전기차량용 이차전지를 충전시키는 전기차량용 충전기에 있어서, 상기 직류전원으로 변환되어 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류의 전송을 제어하는 DC출력 제어부; 상기 전기차량용 이차전지들의 다양한 충전정보를 설정하여 저장하는 메모리가 구비된 충전방식 설정부; 상기 메모리에 저장되는 다양한 전기차량용 이차전지들의 충전정보에 대한 저장여부를 선택하는 설정스위치; 상기 충전방식 설정부에 저장된 개별적인 이차전지의 충전정보를 인출하는 DAC부; 및 상기 DAC부에서 인출된 충전정보와 상기 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류의 값을 비교하여 상기 DC출력 제어부로 충전제어신호(SCR CTRL)를 전송하는 충전제어 트랜지스터가 구비된 검출제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 충전방식 설정부는 상기 설정스위치에서 선택된 충전정보 저장모드에 의해 충전정보를 수신하여 저장하는 메모리가 구비된 마이콤(U100)으로 구성되고, 상기 DAC부는 상기 충전방식 설정부에서 설정되어 메모리에 저장된 충전정보를 인출하여 검출제어부로 전송하는 충전전압인출부와 충전전류인출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 설정스위치는 상기 충전정보 저장모드의 시작을 조절하기 위한 충전정보 저장모드 설정스위치(S100)와, 상기 충전정보 저장모드 실행 후 상기 검출제어부를 제어하여 설정되는 이차전지의 충전전압값(ADC_V)과 충전전류값(ADC_I)을 상기 충전방식 설정부로 전송하여 제1충전정보와 제2충전정보로 메모리에 저장시키도록 조절하는 제1저장스위치(S101)와 제2저장스위치(S102)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 충전정보 저장모드에서는 상기 검출제어부 중 전압검출제어부에 구비된 제1가변저항(RV10)을 조절하여 전압 ADC_V 값을 고정시키고, 전류검출제어부에 구비된 제2가변저항(RV12)을 조절하여 전압 ADC_I 값을 고정시키면, 그 고정된 ADC_V 값과 고정된 ADC_I 값을 메모리에 저장하여 해당 전기차량용 이차전지의 충전정보로 저장하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 DAC부는 상기 충전방식 설정부에 저장된 충전전압의 값을 독출하는 충전전압인출부와, 상기 충전방식 설정부에 저장된 충전전류의 값을 독출하는 충전전류인출부로 구성되며; 상기 충전전압인출부는 상기 마이콤(U100)의 핀에 직접 연결되어 충전전압의 값을 인출하고 변환하는 전압인출모듈(U101)과, 상기 전압인출모듈에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전압의 값(DAC_V)을 출력하는 증폭기를 포함하여 구성되며; 상기 충전전류인출부는 상기 마이콤(U100)의 다른 핀에 직접 연결되어 충전전류의 값을 인출하고 변환하는 전류인출모듈(U104)과, 상기 전류인출모듈에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전류의 전압 값(DAC_I)을 출력하는 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출제어부는, 상기 DAC부에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전압검출제어부; 및 상기 DAC부에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전류검출제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전압검출제어부는 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 충전전압(DC OUT+, DC OUT-)의 값을 전압측정센서(voltage sense 1, voltage sense 2)에서 인식하여 두 전압의 차이를 비교하는 센싱전압 증폭기(U11A)와, 상기 충전전압인출부에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)과 상기 센싱전압 증폭기의 출력을 비교하는 제1증폭기(U10A)를 포함하여 구성되고; 상기 전류검출제어부는 센스 저항(RS) 양단을 측정하여 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 전류를 전류감지센서(current sense 1, current sense 2)에서 감지하여 그 차이를 비교하는 센싱전류 증폭기(U13A)와, 상기 충전전류인출부에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)과 상기 센싱전류 증폭기의 출력을 비교하는 제2증폭기(U12A)를 포함하여 구성되며; 상기 제1증폭기(U10A)의 출력단과 상기 제2증폭기(U12A)의 출력단은 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)의 게이트 단자에 연결되어 그 턴온을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DC출력 제어부는, 상기 검출제어부에 구비된 충전제어 트랜지스터(Q10)에서 출력되는 충전제어신호(SCR CTRL)가 게이트 단자로 입력되어, 상기 충전제어신호에 의해 직류로 변환된 전원이 전기차량용 이차전지로 공급되는 것을 제어하는 충전출력 트랜지스터(Q3)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 충전기에 의해 다수의 전기차량에 구비되는 다양한 이차전지의 종류에 관계없이 각 이차전지에 적합한 충전방식을 선택하고, 각 충전방식에 적합한 충전전압과 충전전류 값을 다양하게 저장하여 전기차량용 이차전지를 용이하게 충전할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 충전기에 의해 다양한 종류의 전기차량용 이차전지를 안정적이고 적절하게 충전할 수 있어, 차량의 종류에 제한되지 않고 모든 전기차량을 충전시킬 수 있는 전기차량 충전소를 설치하기 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차량용 충전기의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 충전방식 설정부와 DAC부의 회로도.
도 3은 본 발명에 따라 인출된 충전정보에 의해 충전제어신호를 생성하는 검출제어부의 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 충전제어신호에 의해 차량으로 출력되는 충전전압과 충전전류 값을 자동 제어하는 충전기의 회로도.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차량용 충전기의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기차량용 충전기는 전기차량용 이차전지를 충전시키는 외부 전원(100)과, 상기 외부 전원을 직류전원으로 변환시키는 AC/DC 변환부(200)와, 직류전원으로 변환된 충전전압과 충전전류의 전송을 제어하는 DC출력 제어부(300)와, 상기 DC출력 제어부로 충전제어신호를 전송하는 충전제어 트랜지스터가 구비된 검출제어부(400)와, 상기 충전제어신호를 생성하기 위한 전기차량용 이차전지들의 다양한 충전정보를 설정하여 저장하는 메모리가 구비된 충전방식 설정부(500)와, 상기 충전방식 설정부에 저장된 충전정보를 인출하여 상기 검출제어부로 전송하는 DAC부(600)와, 상기 메모리에 저장되는 다양한 전기차량용 이차전지들의 충전정보에 대한 저장여부를 선택하는 설정스위치(700)를 포함하여 구성된다.
상기 외부 전원(100)은 전기차량용 충전기에 기본적인 전원을 공급하는 교류전원으로 구성되고, 상기 AC/DC 변환부(200)는 상기 외부 전원을 전기차량용 이차전지를 충전시키기 위한 직류전원으로 변환하는 컨버터로 구성된다.
이때, 상기 외부 전원과 AC/DC 변환부는 통상적인 전기차량용 충전기의 기본적인 구성인바 그 상세한 설명을 생략하며, 이하에서는 다양한 이차전지마다 상이하게 설정되어 있는 충전방식과, 충전전압 또는 충전전류의 값을 용이하고 다양하게 설정하고 조절할 수 있게 하는 구성들에 대하여 상세히 설명한다.
먼저 도 2를 참조하여 다양한 충전방식을 선택한 후 각 충전방식에 적합한 충전전압값이나 충전전류값 등의 충전정보를 설정하고, 충전시 전기차량용 이차전지에 적합한 충전정보를 용이하게 인출하게 한 충전방식 설정부와 DAC부의 구성을 설명하며, 도 3을 참조하여 충전정보를 설정하고, DAC부에서 메모리에 저장된 충전정보를 인출하여 충전제어신호를 생성하는 검출제어부의 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 충전방식 설정부와 DAC부의 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따라 인출된 충전정보에 의해 충전제어신호를 생성하는 검출제어부의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 상기 충전방식 설정부(500)는 상기 설정스위치(700)에서 선택된 충전정보 저장모드에 의해 충전정보를 수신하여 저장하는 마이콤(U100)(510)으로 구성되고, 상기 DAC부(600)는 상기 충전방식 설정부에서 설정되어 메모리(520)에 저장된 충전정보를 인출하여 검출제어부로 전송하는 충전전압인출부(610)와 충전전류인출부(620)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 충전방식 설정부(500)에는 설정된 충전정보를 전기차량용 이차전지의 종류와 차종에 따라 다양하게 저장하기 위한 메모리(520)를 포함하도록 구성됨은 물론이다.
또한, 전기차량용 이차전지의 충전정보를 저장하는 충전정보 저장모드 등의 실행을 조절하기 위한 설정스위치(700)가 상기 충전방식 설정부에 연결되도록 구성된다. 도 2에서는 상기 설정스위치(700)가 5개의 스위치로 구성되는 것이 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 그 개수가 증가 또는 감소될 수 있음은 물론이다.
상기 설정스위치(700)는 충전정보 저장모드의 시작을 조절하기 위한 충전정보 저장모드 설정스위치(save mode switch, S100)와, 충전정보 저장모드 실행 후 상기 검출제어부를 제어하여 설정되는 충전전압값(ADC_V)과 충전전류값(ADC_I)을 수신하여 제1충전정보로 메모리(520)에 저장시키도록 조절하는 제1저장스위치(S101)와, 상기 충전정보 저장모드를 다시 실행한 후 상기 검출제어부를 제어하여 설정되는 다른 이차전지의 충전전압값과 충전전류값을 제2충전정보로 메모리(520)에 저장시키도록 조절하는 제2저장스위치(S102)를 포함한다. 이때, 전기차량용 충전기를 사용하고자 하는 용도에 따라 더 많은 N개의 저장스위치를 구비하여 N개의 충전정보를 저장하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 설정스위치(700)는 충전기의 사용편의성을 향상시킬 수 있도록 통상적인 충전 속도보다 빠른 속도로 충전이 이루어지게 하는 급속충전 스위치(quick charge switch, S103)를 더 구비하도록 구성될 수 있음은 물론, 전기차량용 이차전지를 최대로 충전하지 않고 충전되는 시간을 체크하여 충전의 중단여부를 자동 조절할 수 있게 한 타이머 스위치(S104)를 더 구비하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 충전방식 설정부를 이루는 마이콤(U100)의 여러 핀으로는 상기 설정스위치의 일 단자들이 연결되어 스위칭되는 정보를 전송하고, 상기 마이콤(U100)의 두 핀으로는 검출제어부에서 조절된 충전전압값(ADC_V)과 충전전류값(ADC_I)이 충전정보로서 각각 입력되며, 다른 핀으로는 조절된 충전정보가 DAC부로 출력되도록 연결되어 구성된다.
그에 따라, 상기 충전정보 저장모드 스위치(S100)를 조절하여 충전정보 저장모드를 실행 한 후, 도 3에 도시된 검출제어부 중 전압검출제어부(410)에 구비된 제1가변저항(RV10)을 조절하여 전압 ADC_V 값을 고정시키면, 그 고정된 ADC_V 값은 충전방식 설정부를 이루는 마이콤(U100)의 2번 핀으로 입력되어 충전전압으로 고정된다.
이때, 설정하고자 하는 전기차량용 이차전지가 충전시 정전압에만 영향을 받는 경우에는 상기 제1저장스위치(S101)를 조절하여 이와 같이 고정된 ADC_V 값을 메모리(520)에 저장하여 해당 전기차량의 충전정보로 저장하게 된다.
또한, 상기 전기차량용 이차전지가 정전압과 정전류 모두에 의해 영향을 받는 경우에는 충전정보 저장모드가 계속 실행되는 동안 상기 검출제어부 중 전류검출제어부(420)에 구비된 제2가변저항(RV12)을 조절하여 전압 ADC_I 값을 고정시키게 되고, 이처럼 고정된 ADC_I 값은 상기 마이콤(U100)의 3번 핀으로 입력되어 충전전류로 고정된다. 이후, 저장스위치를 조절하여 이와 같이 고정된 ADC_I 값을 메모리에 저장하여 해당 전기차량의 충전정보로 저장하게 된다.
이처럼 하나의 전기차량용 이차전지의 충전정보가 상기 충전방식 설정부에 구비된 메모리(520)에 저장된 후, 다른 전기차량용 이차전지의 충전정보를 저장하기 위하여 상술한 바와 같은 조작을 반복한 후 이번에는 제2저장스위치(S102)를 조작하여 다른 충전정보를 메모리(520)에 저장하게 된다.
이와 같이 다양한 전기차량의 이차전지에 대한 충전방식, 예를 들어 정전류로 충전하는지, 아니면 정전압과 정전류로 충전하는가에 따라 충전방식 설정부에서 저장되는 충전정보가 상이하게 되며, 각 충전정보의 경우에도 공칭전압을 다양하게 설정하여 저장할 수 있게 된다.
상기 DAC부(600)는 상기 충전방식 설정부에서 설정되어 메모리(520)에 저장된 충전정보를 인출하여 검출제어부(400)로 전송하는 것으로서, 상기 메모리에 저장된 충전전압의 값을 독출하는 충전전압인출부(610)와, 상기 메모리에 저장된 충전전류의 값을 독출하는 충전전류인출부(620)로 구성된다.
이때, 상기 DAC부(600)에서 인출되는 충전정보는 상기 충전방식 설정부에서 설정된 값에 의해 결정되므로, 설정된 충전정보가 충전전류만일 경우에는 정전류에 의해서만 영향 받으며 충전이 진행되고, 설정된 충전정보에 충전전류와 충전전압이 함께 있을 경우에는 정전류와 정전압에 의해 모두 영향 받으며 충전이 진행된다.
상기 충전전압인출부(610)는 상기 마이콤(U100)의 핀에 직접 연결되어 충전전압의 값을 인출하는 전압인출모듈(U101)과, 상기 전압인출모듈(U101)에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전압의 값(DAC_V)을 출력하는 증폭기(U102A, U103A)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 충전전류인출부(620)도 상기 마이콤(U100)의 다른 핀에 직접 연결되어 충전전류의 값을 인출하는 전류인출모듈(U104)과, 상기 전류인출모듈(U104)에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전류의 전압 값(DAC_I)을 출력하는 증폭기(U105A, U106A)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 충전방식 설정부를 이루는 마이콤(U100)은 상기 제1저장스위치(S101)를 선택 조작하여 제1저장스위치에 의해 저장된 제1충전정보를 메모리(520)에서 독출한 후 그 충전정보에 해당하는 충전전압의 값과 충전전류의 값을 8비트 직렬 데이터 값으로 출력하여 상기 전압인출모듈(U101)과 전류인출모듈(U104)로 각각 전송하게 되고, 상기 전압인출모듈(U101)과 전류인출모듈(U104)은 수신한 8비트 직렬 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 증폭기로 전송함으로써 충전전압 값(DAC_V)과 충전전류 값(DAC_I)을 검출제어부로 전송하게 된다.
이와 같이 전기차량용 이차전지의 충전에 적용하기 위한 충전방식과, 충전전압 및 충전전류의 값이 충전시마다 조절되지 않고 고정된 값으로 충전방식 설정부에 저장된 상태에서 8비트 직렬 데이터로 인출된 후 바로 변환되어 검출제어부에서의 충전제어신호(SCR CTRL)를 생성하기 위한 신호로 사용됨으로써, 전기차량의 종류나, 각 전기차량에 적용된 이차전지의 종류에 구애받지 않고 하나의 충전기로 용이하게 충전을 실행할 수 있게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 검출제어부(400)는 상기 DAC부에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전압검출제어부(410)와, 상기 DAC부에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전류검출제어부(420)를 포함하여 구성된다. 그에 따라, 상기 검출제어부(400)가 충전제어신호(SCR CTRL)를 출력하는 충전제어 트랜지스터(Q10, 450)를 포함하여야 함은 물론이다.
상기 전압검출제어부(410)는 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 충전전압(DC OUT+, DC OUT-)의 값을 전압측정센서(voltage sense 1, voltage sense 2)에서 인식하여 두 전압의 차이를 비교하는 센싱전압 증폭기(U11A)와, 상기 충전전압인출부(610)에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)과 상기 센싱전압 증폭기의 출력을 비교하는 제1증폭기(U10A)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제1증폭기(U10A)의 출력단은 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)(450)의 게이트 단자에 연결되어 그 턴온을 제어하도록 구성된다.
또한, 상기 전류검출제어부(420)는 센스 저항(RS) 양단을 측정하여 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 전류를 전류감지센서(current sense 1, current sense 2)에서 감지하여 그 차이를 비교하는 센싱전류 증폭기(U13A)와, 상기 충전전류인출부(620)에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)과 상기 센싱전류 증폭기의 출력을 비교하는 제2증폭기(U12A)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제2증폭기(U12A)의 출력단도 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)(450)의 게이트 단자에 연결되어 그 턴온을 제어하도록 구성된다.
이때, 상기 충전방식 설정부(500)는 충전정보의 전송과 함께 상기 전압검출제어부에 구비된 제1선택스위치(SW1)를 절환시켜 제1가변저항(RV10)과의 연결을 차단하고, 상기 충전전압인출부의 증폭기(U103A) 출력단에 연결시킨다. 그에 따라 상기 충전전압인출부(610)에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)을 제1증폭기(U10A)의 +단자로 전달시키게 된다. 또한, 상기 제1증폭기(U10A)의 -단자에는 상기 센싱전압 증폭기의 출력단자가 연결되어 상기 제1증폭기에서 충전전압 값(DAC_V)과 비교된다.
그에 따라, 상기 제1증폭기(U10A)는 +단자로 입력되는 해당 이차전지의 설정된 충전전압 값(DAC_V)과, -단자로 입력되는 실제의 출력 충전전압의 차이(DC OUT+, DC OUT-)를 비교하여, +단자로 입력되는 충전전압 값이 -단자로 입력되는 출력 충전전압의 차이보다 크면 하이(high) 신호를 출력하고, +단자로 입력되는 충전전압 값이 -단자로 입력되는 출력 충전전압의 차이보다 작으면 로우(low) 신호를 출력하여 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)의 게이트로 전송한다.
이때, 상기 제1증폭기(U10A)가 하이(high) 신호를 출력하면 상기 출력제어 트랜지스터(Q10)(450)가 턴온되어 출력제어신호(SCR CTRL)를 출력하게 된다. 그러나, 상기 제1증폭기(U10A)가 로우(low) 신호를 출력하면 상기 출력제어 트랜지스터(Q10)(450)는 오프되어 출력제어신호(SCR CTRL)를 출력하지 않게 된다.
또한, 상기 충전방식 설정부(500)는 설정된 충전정보에 따라 충전시 정전류가 요구될 경우 충전정보의 전송과 함께 상기 전류검출제어부에 구비된 제2선택스위치(SW2)를 절환시켜 제2가변저항(RV12)과의 연결을 차단하고, 상기 충전전류인출부의 증폭기(U106A) 출력단에 연결시킨다. 그에 따라 상기 충전전류인출부(620)에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)을 제2증폭기(U12A)의 +단자로 전달시키게 된다. 또한, 상기 제2증폭기(U12A)의 -단자에는 상기 센싱전류 증폭기의 출력단자가 연결되어 상기 제2증폭기에서 충전전류 값(DAC_I)과 비교된다.
그에 따라, 상기 제2증폭기(U12A)는 +단자로 입력되는 해당 이차전지의 설정된 충전전류 값(DAC_I)과, -단자로 입력되는 실제의 출력 충전전류 값을 비교하여, +단자로 입력되는 충전전류 값이 -단자로 입력되는 출력 충전전류보다 크면 하이(high) 신호를 출력하고, +단자로 입력되는 충전전류 값이 -단자로 입력되는 출력 충전전류보다 작으면 로우(low) 신호를 출력하여 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)(450)의 게이트로 전송한다.
이때, 상기 충전전류 값(DAC_I)은 충전시 원하는 정전류를 생성하기 위해 요구되는 전압차로 정의되어 저장되고, 상기 출력 충전전류 값은 상기 센스 저항양단에서 전류감지센서에 의해 측정된 전압차로 정의되어 전압차의 비교에 의해, 상기 충전전류 값과 실제 출력 충전전류 값을 비교하게 된다.
그리고, 상기 전압검출제어부에서와 마찬가지로 상기 제2증폭기에서의 비교결과 상기 제2증폭기(U12A)가 하이(high) 신호를 출력하면 상기 출력제어 트랜지스터(Q10)(450)가 턴온되어 출력제어신호(SCR CTRL)를 출력하게 된다. 그러나, 상기 제2증폭기(U12A)가 로우(low) 신호를 출력하면 상기 출력제어 트랜지스터(Q10)(450)는 오프되어 출력제어신호(SCR CTRL)를 출력하지 않게 된다.
다음에는 도 4를 참조하여 검출제어부에서 충전을 위해 출력되는 충전전압과 충전전류를 감지한 결과를 해당 전기차량용 이차전지의 충전을 위해 설정된 개별적인 설정값과 비교하여 생성되는 충전제어신호에 의해 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류의 값이 자동 조절되는 것을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따라 충전제어신호에 의해 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류를 자동 제어하는 것을 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 교류전원으로 이루어진 외부 전원(100)을 AC/DC 변환부(200)에서 직류전원으로 변환한 후 이차전지로 공급함에 있어, 이차전지로 DC OUT+와 DC OUT-를 공급하는 전단에 출력되는 충전전압을 측정하기 위한 전압감지센서(voltage sense 1, voltage sense 2)가 구비되고, 이차전지로 출력되는 충전전류를 측정하기 위해 센스 저항(RS)(430)의 양 단에 전류감지센서(current sense 1, current sense 2)가 구비된다.
그리고, 상기 AC/DC 변환부(200)와 전류감지센서의 사이에는 상기 AC/DC 변환부에서 직류로 변환된 전원의 공급을 제어하기 위해 충전출력 트랜지스터(Q3)를 포함하는 DC출력 제어부(300)를 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 충전출력 트랜지스터(Q3)의 게이트 단자에는 상기 검출제어부에 구비된 충전제어 트랜지스터(Q10)(450)에서 출력되는 충전제어신호(SCR CTRL)가 입력된다.
그에 따라, 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)(450)가 턴온되어 충전제어신호(SCR CTRL)가 출력되는 경우에는 이를 수신한 충전출력 트랜지스터(Q3)가 턴온되고, 상기 충전출력 트랜지스터(Q3)의 출력이 게이트 단자로 입력되는 다른 트랜지스터(Q1, Q2)도 턴온되면서 충전부를 통하여 충전전압과 충전전류가 이차전지로 공급되어 충전이 이루어진다.
그러나, 충전 중 전기차량용 이차전지로 실제 공급되는 충전전압(DC OUT+, DC OUT-)의 차이가 상기 충전방식 설정부에서 설정된 적절한 충전방식이나 충전전압의 값보다 클 경우, 즉 설정된 정전압이 유지되지 않게 되는 경우에는 이러한 사실이 상기 전압측정센서(voltage sense 1, voltage sense 2)에 의해 감지되고, 이는 곧 전압검출제어부(410)에 구비된 제1증폭기(U10A)의 입력으로 피드백되어 상기 제1증폭기(U10A)에서 로우(low) 신호를 출력하여 충전제어신호(SCR CTRL)를 제거하게 된다. 그에 따라 상기 충전출력 트랜지스터(Q3)도 오프되므로 이차전지에의 충전이 적절하게 설정된 충전정보의 값으로 제어되면서 이루어지게 된다.
또한, 이차전지의 종류에 관계없이 설정된 정전류를 유지하며 충전이 진행되는 것은 정전압으로 충전이 이루어지게 되는 것과 유사하다. 그에 따라, 충전 중 전기차량용 이차전지로 실제 공급되는 충전전류의 크기가 상기 충전방식 설정부에서 설정된 적절한 충전방식이나 충전전류의 값보다 클 경우, 즉 설정된 정전류가 유지되지 않게 되는 경우에는 이러한 사실이 상기 전류측정센서(current sense 1, current sense 2)에 의해 감지되고, 이는 곧 전류검출제어부(420)에 구비된 제2증폭기(U12A)의 입력으로 피드백되어 상기 제2증폭기(U12A)에서 로우(low) 신호를 출력하여 충전제어신호(SCR CTRL)를 제거하게 된다. 그에 따라 상기 충전출력 트랜지스터(Q3)도 오프되므로 이차전지에의 충전이 적절하게 설정된 충전정보의 값으로 제어되면서 이루어지게 된다.
이와 같이 충전시 정전압과 정전류의 유지 조건과 그 각 충전값을 차량별로 용이하게 설정하고, 충전시 그 정전압 및 정전류 값이나 유지 정도를 일일이 확인하거나 조절함이 없이, 설정된 충전전류와 충전전압의 값을 메모리에 저장한 후 DAC부에서 차량에 적합하게 인출하여 그 값으로 실제 출력되는 충전전압과 충전전류를 자동으로 제어함으로써, 차종과 각 차량에 이용된 이차전지의 종류에 구애받지 않고 하나의 충전기로 다양하고 용이하게 전기차량용 이차전지를 충전할 수 있게 된다.
또한, 상기 설정스위치에서 제1저장스위치(S101)와 함께 급속충전 스위치(S103)가 선택되면, 상기 충전방식 설정부에 구비된 마이콤(U100)은 상기 제1저장스위치(S101)에 의해 저장된 제1충전정보에 해당하는 8비트 직렬 데이터값을 상기 DAC부를 이루는 전압인출모듈(U101)과 전류인출모듈(U104)로 출력하는데, 이때 상기 급속충전 스위치(S103)의 선택에 의해 상기 충전방식 설정부는 설정된 제1충전정보의 저장값보다 더 큰 충전전압(DAC_V)과 충전전류(DAC_I)값이 출력되도록 직렬 데이터값을 출력한다. 그에 따라 상기 급속충전 스위치(S103)를 선택하지 않은 경우에 비해 충전속도가 빨라지게 된다.
예컨대 상기 충전방식 설정부의 마이콤(U100)에서 0000000신호가 출력되면 DAC부에서 최소의 DAC_I 값이 출력되고, 상기 마이콤에서 11111111 신호가 출력되면 최대의 DAC_I 값이 출력되며, 10000000신호가 출력되면 중간적인 DAC_I값이 출력되며, 00001000 신호가 출력되면 최소값과 중간값 사이의 DAC_I값이 출력되고, 10001000 신호가 출력되면 중간값과 최대값 사이의 DAC_I값이 출력되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 설정스위치의 제1저장스위치(S101)와 함께 타이머 스위치(S104)가 선택되면, 상기 충전방식 설정부의 마이콤(U100)은 상기 제1저장스위치(S101)에 해당하는 8비트 직렬 데이터값을 DAC부(600)의 칩 U101과 U104로 일정시간 동안만 출력한다. 따라서 상기한 이차전지의 충전이 일정시간 동안만 일어나도록 설정할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 - 외부 전원 200 - AC/DC 변환부
300 - DC출력 제어부 400 - 검출제어부
410 - 전압검출제어부 420 - 전류검출제어부
430 - 센스 저항 450 - 충전제어 트랜지스터
500 - 충전방식 설정부 510 - 마이콤
520 - 메모리 600 - DAC부
610 - 충전전압인출부 620 - 충전전류인출부
700 - 설정스위치

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 외부 교류전원을 AC/DC 변환부에서 직류전원으로 변환시켜 전기차량용 이차전지를 충전시키는 전기차량용 충전기에 있어서,
    상기 직류전원으로 변환되어 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류의 전송을 제어하는 DC출력 제어부, 상기 전기차량용 이차전지들의 다양한 충전정보를 설정하여 저장하는 메모리가 구비된 충전방식 설정부, 상기 메모리에 저장되는 다양한 전기차량용 이차전지들의 충전정보에 대한 저장여부를 선택하는 설정스위치, 상기 충전방식 설정부에 저장된 개별적인 이차전지의 충전정보를 인출하는 DAC부, 및 상기 DAC부에서 인출된 충전정보와 상기 이차전지로 공급되는 충전전압과 충전전류의 값을 비교하여 상기 DC출력 제어부로 충전제어신호(SCR CTRL)를 전송하는 충전제어 트랜지스터가 구비된 검출제어부를 포함하여 구성되며;
    상기 충전방식 설정부는 상기 설정스위치에서 선택된 충전정보 저장모드에 의해 충전정보를 수신하여 저장하는 메모리가 구비된 마이콤(U100)으로 구성되고, 상기 DAC부는 상기 충전방식 설정부에서 설정되어 메모리에 저장된 충전정보를 인출하여 검출제어부로 전송하는 충전전압인출부와 충전전류인출부를 포함하여 구성되며;
    상기 설정스위치는 상기 마이콤(U100)의 여러 핀에 연결되며,
    상기 충전정보 저장모드의 시작을 조절하기 위한 충전정보 저장모드 설정스위치(S100);
    상기 충전정보 저장모드 실행 후 상기 검출제어부를 제어하여 설정되는 이차전지의 충전전압값(ADC_V)과 충전전류값(ADC_I)을 상기 충전방식 설정부로 전송하여 제1충전정보로 메모리에 저장시키도록 조절하는 제1저장스위치(S101);
    상기 충전정보 저장모드를 다시 실행한 후 상기 검출제어부를 제어하여 설정되는 다른 이차전지의 충전전압값과 충전전류값을 상기 충전방식 설정부로 전송하여 제2충전정보로 메모리에 저장시키도록 조절하는 제2저장스위치(S102)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전정보 저장모드에서는 상기 검출제어부 중 전압검출제어부에 구비된 제1가변저항(RV10)을 조절하여 전압 ADC_V 값을 고정시키면, 그 고정된 ADC_V 값이 충전방식 설정부를 이루는 마이콤(U100)의 2번 핀으로 입력되어 충전전압의 값으로 고정되고;
    상기 충전정보 저장모드가 계속 실행되는 동안 상기 검출제어부 중 전류검출제어부에 구비된 제2가변저항(RV12)을 조절하여 전압 ADC_I 값을 고정시키면, 그 고정된 ADC_I 값이 상기 마이콤(U100)의 3번 핀으로 입력되어 충전전류의 값으로 고정되며;
    상기 제1저장스위치를 조절하여 고정된 ADC_V 값과 고정된 ADC_I 값을 메모리에 저장하여 해당 전기차량용 이차전지의 충전정보로 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DAC부는 상기 충전방식 설정부에 저장된 충전전압의 값을 독출하는 충전전압인출부와, 상기 충전방식 설정부에 저장된 충전전류의 값을 독출하는 충전전류인출부로 구성되며;
    상기 충전전압인출부는 상기 마이콤(U100)의 핀에 직접 연결되어 충전전압의 값을 인출하고 변환하는 전압인출모듈(U101)과, 상기 전압인출모듈에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전압의 값(DAC_V)을 출력하는 증폭기를 포함하여 구성되며;
    상기 충전전류인출부는 상기 마이콤(U100)의 다른 핀에 직접 연결되어 충전전류의 값을 인출하고 변환하는 전류인출모듈(U104)과, 상기 전류인출모듈에서 출력되는 신호를 증폭시켜 충전전류의 전압 값(DAC_I)을 출력하는 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충전방식 설정부를 이루는 마이콤(U100)은 저장스위치의 선택 조작에 의하여 해당 저장스위치에 의해 저장된 충전정보를 메모리에서 독출한 후, 그 충전정보에 해당하는 충전전압의 값과 충전전류의 값을 8비트 직렬 데이터 값으로 출력하여 상기 전압인출모듈과 전류인출모듈로 각각 전송하게 되고, 상기 전압인출모듈과 전류인출모듈은 수신한 8비트 직렬 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 증폭기로 전송하여 충전전압 값(DAC_V)과 충전전류 값(DAC_I)을 검출제어부로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 검출제어부는,
    상기 DAC부에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전압검출제어부; 및
    상기 DAC부에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)을 수신하여 충전제어 트랜지스터(Q10)의 턴온여부를 제어하는 전류검출제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압검출제어부는 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 충전전압(DC OUT+, DC OUT-)의 값을 전압측정센서(voltage sense 1, voltage sense 2)에서 인식하여 두 전압의 차이를 비교하는 센싱전압 증폭기(U11A)와, 상기 충전전압인출부에서 전송되는 충전전압 값(DAC_V)과 상기 센싱전압 증폭기의 출력을 비교하는 제1증폭기(U10A)를 포함하여 구성되고;
    상기 전류검출제어부는 센스 저항(RS) 양단을 측정하여 충전을 위해 전기차량용 이차전지로 공급되는 출력 전류를 전류감지센서(current sense 1, current sense 2)에서 감지하여 그 차이를 비교하는 센싱전류 증폭기(U13A)와, 상기 충전전류인출부에서 전송되는 충전전류 값(DAC_I)과 상기 센싱전류 증폭기의 출력을 비교하는 제2증폭기(U12A)를 포함하여 구성되며;
    상기 제1증폭기(U10A)의 출력단과 상기 제2증폭기(U12A)의 출력단은 상기 충전제어 트랜지스터(Q10)의 게이트 단자에 연결되어 그 턴온을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  9. 제8항에 있어서
    상기 충전방식 설정부는,
    충전정보의 전송과 함께 상기 전압검출제어부에 구비된 제1선택스위치를 절환시켜 제1가변저항(RV10)과의 연결을 차단하고, 상기 충전전압인출부의 증폭기(U103A) 출력단을 제1증폭기의 +입력단에 연결시키고;
    상기 충전정보에 따라 상기 전류검출제어부에 구비된 제2스위치를 절환시켜 제2가변저항(RV12)과의 연결을 차단하고, 상기 충전전류인출부의 증폭기(U106A) 출력단을 제2증폭기의 +입력단에 연결시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 DC출력 제어부는,
    상기 검출제어부에 구비된 충전제어 트랜지스터(Q10)에서 출력되는 충전제어신호(SCR CTRL)가 게이트 단자로 입력되어, 상기 충전제어신호에 의해 직류로 변환된 전원이 전기차량용 이차전지로 공급되는 것을 제어하는 충전출력 트랜지스터(Q3)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 설정스위치는 급속충전 스위치를 더 포함하고,
    상기 제1 또는 제2저장스위치와 함께 상기 급속충전 스위치가 선택되면, 상기 충전방식 설정부는 상기 이차전지가 더 빠른 속도로 충전되도록 상기 선택스위치의 충전전압 및 충전전류에 대응하는 직렬 데이터값을 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 설정스위치는 타이머 스위치를 더 포함하고,
    상기 제1 또는 제2저장스위치와 함께 상기 타이머 스위치가 선택되면, 상기 충전방식 설정부는 상기 제1 또는 제2저장스위치의 충전전압 및 충전전류의 값에 대응하는 직렬 데이터를 상기 타이머 스위치에 의해 정해진 시간동안만 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차량용 충전기.
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