KR101056159B1 - 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 안전성 및 효율성을 높인 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법에 관한 것으로, 급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하고 자기유도 에너지를 생성하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 있는지 없는지를 판단하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 있는 경우에는 회생제동 기능을 off하고 집전된 자기유도 에너지를 구동모터로 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 없는 경우에는 회생제동 기능을 on하고 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;를 포함한다.
전기자동차, 충전 제어, 비접촉 자기 유도, 양방향 회생제동, 배터리 충전

Description

비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법{Method for controlling charge power distribution of electric vehicle with non contact electromagnetic inductive charging}
본 발명은 전기자동차의 충전 제어에 관한 것으로 구체적으로, 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 안전성 및 효율성을 높인 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법에 관한 것이다.
경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있다. 이와 같이 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경 오염의 주요 원인이 되고 있다.
따라서, 자동차의 배출가스를 줄이도록 요구하고 있고, 업계에서 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 개발이 진행되고 있다. 더 나아가 배출가스를 발생하지 않는 전기 자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다.
전기차량은 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미하며, 차량 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급되 는 전력을 이용하여 운행하는 전기자동차라 한다.
전기자동차는 크게 전기에 의해 구동되어 전기 자동차를 운행시키기 위한 구동 모터와, 그 구동 모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.
전기자동차의 배터리는 충전시간이 오래 걸리며, 또한 한번 충전에 의해 주행하는 거리가 제한적이다. 따라서 전기자동차는 목적한 이동거리를 확보하기 위해서는 자주 충전을 해주어야만 하므로, 전기차량의 운행에 있어서 충전소의 설치 및 충전시스템은 아주 중요한 문제이다.
현재 제시되고 있는 전기 자동차의 충전 시스템은 상용 전원에 연결된 전선을 전기자동차에 직접 연결하여 충전하는 구조이다. 이러한 충전 방식은 지정된 장소에서만 충전이 가능하고 충전에 소요되는 시간이 길고, 주행중에는 충전이 불가하다.
보통 전기 자동차의 충전은 1 ~ 8시간 정도 소요되는데, 이와 같은 긴 충전 시간 동안 차량을 안전하게 관리하는 것은 매우 어렵다. 즉, 충전하는 동안에 비,눈 등의 외부 환경에 영향을 받지 않는 상태에서 충전이 이루어져야 한다.
전기 자동차의 상용화를 위해서는 그에 적합한 충전 시스템이 구축되어야 하는데, 충전 시간, 케이블을 이용한 충전에서의 외부 환경 영향 및 번거로움, 충전 시간 동안의 차량이 점유하는 공간 문제, 충전 효율 등의 문제가 해결되어야 한다.
본 발명은 종래 기술의 전기자동차의 충전 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 충전시에 퓨즈나 PDU에서 회로상으로 전류를 끊어주는 경우 갑작스런 전기적 충격으로 발생하는 부품 고장 문제 및 자동차의 안전에 영향을 미치는 문제를 해결한 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 배터리 충전 전력이 레귤레이터, 회생제동 양방향에서 공급되는 충전 전력 분배 제어 시스템에서 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 안전성 및 효율성을 높인 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차에서 레귤레이터와 회생제동 측의 양방향에서 배터리로 들어오는 에너지를 제어하여 배터리로 인입되는 과충전 전류(overcharge current)를 해소하여 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법은 급전 선로로부터 자기장의 형 태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하고 자기유도 에너지를 생성하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 있는지 없는지를 판단하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 있는 경우에는 회생제동 기능을 off하고 집전된 자기유도 에너지를 구동모터로 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;레귤레이터로부터 전력공급이 없는 경우에는 회생제동 기능을 on하고 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 회생제동 기능을 off하고 배터리 충전을 하는 단계는,MCU로부터 구동모터의 요구전력을 입력받아 상기 생성된 자기유도 에너지를 구동모터로 공급하는 단계와,상기 공급되는 자기유도 에너지와 구동모터의 요구전력 에너지를 비교하는 비교단계와,상기 비교결과, 자기유도 에너지가 구동모터 구동을 위한 요구전력 에너지보다 작은 경우 MCU의 제어로 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 방전하는 단계와,상기 자기유도 에너지가 구동모터 구동을 위한 요구전력 에너지보다 큰 경우에 잉여 에너지가 발생되는 것으로 판단하고 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 방전하는 단계는,상기 배터리에서 방전되는 전력을 실시간으로 체크하여 배터리의 방전율(C-rate)이 10C 이상인 경우, MCU로부터 배터리 방전 중지에 따른 제어신호를 생성하여 구동모터 전원을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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그리고 상기 집전된 자기유도 에너지 또는 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리를 충전하는 단계에서,배터리 팩(pack) 전압을 배터리 충전을 위해 지정되어 있는 일정한 크기로 공급되는 고정전압과 비교하여,상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 작은 경우는 CV(고정전압) 충전을 하고, 상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 큰 경우는 CP(고정파워) 충전을 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 집전된 자기유도 에너지 또는 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리를 충전하는 단계에서, 상기 배터리의 충전 전력을 실시간으로 체크하여 배터리가 과충전(overcharging)되는 경우, MCU로부터 배터리 충전 중지에 따른 제어신호를 생성하여 배터리 전원을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 레귤레이터와 회생제동 측의 양방향에서 배터리로 들어오는 에너지를 제어하여 배터리로 인입되는 과충전 전류(overcharge current)를 해소하여 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있다.
둘째, 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 배터리의 수명을 증가시키고, 에너지의 효율성을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어 시스템의 구성도이다.
본 발명은 배터리 충전 전력이 레귤레이터 충전 전력, 회생제동 양방향에서 공급되는 충전 전력 분배 제어 시스템에서 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 안전성 및 효율성을 높인 것이다.
도 1과 같이, 양방향 회생제동 제어 시스템은 에너지를 저장하기 위한 배터리(310)를 포함하고, 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 필요에 따라 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)를 구동하기 위한 전원으로 공급하는 배터리 처리부(300)와, 상기 구동모터(100)에서 나오는 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부(300) 내의 배터리(310)로 공급하여 배터리(310)를 충전시키는 회생제동 처리부(200)와, 급전 선로(600)로부터 집전하여 공급받은 에너지를 이용하여 상기 구동모터(100)를 구동하고, 상기 구동모터(100)를 구동하고 남은 잉여 에너지를 상기 배터리 처리부(300) 내의 배터리(310)로 공급하여 배터리(310)를 충전하는 비접촉 자기유도 처리부(400)와, 상기 비접촉 자기유도 처리부(400) 또는 배터리 처리부(300)에서 입력되는 구동모터(100)의 제어신호를 통해 구동모터(100)의 구동신호를 출력하는 MCU(Motor Controller Unit)(500)와, 상기 MCU(500)에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 비접촉 자기유도 처리부(400) 또는 배터리 처리부(300) 중 적어도 하나 이상으로부터 공급되는 전원을 이용하여 구동하는 구동모터(100)를 포함한다.
상기 비접촉 자기 유도 처리부(400)는 급전 선로(600)로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하는 집전장치 모듈(pick-up module)(410)과, 상기 집전장치 모듈(410)이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동 모터(100) 및 배터리 처리부(300)로 공급하는 레귤레이터(420)와, 상기 레귤레이터(420)에서 변환된 전류의 공급을 제어하는 레귤레이터 제어기(430)를 포함한다.
상기 배터리 처리부(300)는 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)이 구동을 위한 전원으로 공급하는 배터리(310)와, 상기 레귤레이터 제어기(430)와 통신을 하여 레귤레이터(420)로부터 공급되는 에너지를 상기 배터리(310)에 적합하게 공급되도록 하여 배터리(310)를 충전시키고, 배터리(310)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System)(320)를 포함한다.
본 발명에 따른 전기자동차 충전 전력 분배 제어 시스템은 배터리 충전 전력이 레귤레이터, 회생제동 양쪽으로부터 공급되기 때문에 한쪽에서 전원이 공급될 경우 다른 한쪽에서 충전되는 전원을 off시키는 제어를 통해 배터리에 과충전 전류가 흐르지 않도록 보호한다.
배터리 충전시에는 CV(고정 전압),CP(고정 전력) 방식으로 충전된다.
만약, 레귤레이터로부터 전력공급이 있을 경우 회생제동 기능은 off되며 레귤레이터 전력은 모터에 인입되며 레귤레이터의 공급전력 잉여량은 배터리로 충전된다.
그리고 레귤레이터로부터 전력공급이 없을 경우 회생제동 기능은 on되며 회생제동 에너지가 들어올 경우 배터리로 충전된다. 충전전력은 CV,CP 방식으로 제어되며, 배터리에서 방전되는 전력은 배터리의 방전율(C-rate)이 10C 이상인 경우 차단된다.
여기서, C는 배터리의 방전율(C-rate)을 나타내는 단위로 용량(Capacity)의 줄임말로, 상기 10C는 배터리가 공급할 수 있는 최대 방전율을 나타내는 수치로서, 현재 사용되고 있는 배터리의 최대 방전율이다.
이하에서 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어를 위한 플로우차트이다.
먼저, 급전 선로(600)에 전원이 공급되면(S201), 비접촉 자기유도 처리부(400)는 상기 급전 선로(600)로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전한다.
그러면 레귤레이터(420)는 상기 집전장치 모듈(410)이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동모터(100) 구동을 위한 에너지로 생성한다(S202).
그리고 레귤레이터(420)로부터 전력공급이 있는지 없는지를 판단한다.(S203)
레귤레이터(420)로부터 전력공급이 있는 경우에는 회생제동 기능을 off하고 (S207), 레귤레이터 제어기(430)는 MCU(500)로부터 구동모터(100)의 요구전력을 입력받아 자기유도 처리부(400)에서 집전된 자기유도 에너지를 구동모터(100)로 공급 한다.
자기유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지와 구동모터의 요구전력 에너지와 서로 비교한다(S208).
비교 결과 자기유도 처리부(400)에서 공급된 자기유도 에너지가 구동모터(100) 구동을 위한 요구전력 에너지보다 작아 구동모터(100)의 구동에 따른 에너지가 부족한 경우는 배터리 처리부(300)내의 BMS(320)는 MCU(500)의 제어를 받아 배터리(310)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리(310)를 방전시킨다(S215).
이때, 상기 BMS(320)는 상기 배터리(310)에서 방전되는 전력을 실시간으로 체크하여 배터리의 방전율(C-rate)이 10C 이상인 경우(S216), MCU(500)로 배터리 방전 중지를 요청하는 요청신호를 전송한다. 그러면 상기 MCU(500)는 구동모터(100) 전원을 차단시켜 배터리(310)의 방전을 중지시킨다(S217).
여기서, C는 배터리의 방전율(C-rate)을 나타내는 단위로 용량(Capacity)의 줄임말로, 상기 10C는 배터리가 공급할 수 있는 최대 방전율을 나타내는 수치로서, 현재 사용되고 있는 배터리의 최대 방전율이다.
한편, 상기 자기유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지에서 잉여 에너지가 발생되는 경우는 BMS(320)는 MCU(500)의 제어를 받아 배터리(310)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리(310)를 충전시킨다(S209).
그리고 레귤레이터(420)로부터 전력공급이 있는지 없는지를 판단하는(S203) 단계에서 레귤레이터(420)로부터 전력공급이 없는 경우에는 회생제동 기능을 on하고(S204), 회생 제동 에너지를 공급하여(S205) 배터리 충전을 한다.(S206)
이때, 상기 배터리(310)로 충전되는 에너지는 배터리 팩(pack) 전압에 따라 그 충전 방식을 달리하는데(S210), 상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 작은 경우는 CV(고정전압) 충전을 이용하고(S211), 상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 큰 경우는 CP(고정파워) 충전을 이용하여 배터리를 충전한다(S214).
여기서, 상기 배터리 팩의 전압과 비교되는 고정전압은 배터리 충전을 위해 지정되어 있는 일정한 크기로 공급되는 전압을 의미하는 것이다.
그리고 상기 BMS(320)는 상기 배터리(310)에서 충전되는 전력을 실시간으로 체크하여 배터리가 과충전(overcharging)되는 경우(S212), MCU(500)로 배터리 충전 중지를 요청하는 요청신호를 전송한다. 그러면 상기 MCU(500)는 배터리(310) 전원을 차단시켜 배터리(310)의 충전을 중지시킨다(S213).
이처럼, 본 발명은 회생제동 처리부(200)와, 자기유도 처리부(400)와, 배터리 처리부(300)가 각각 MCU(500)와의 통신을 통해 구동모터(100)로 나가는 전력과 배터리로 충전되는 전력을 효율적으로 제어하게 된다.
이는 종래에 구동동력 분배 제어가 회로로만 이루어져 있으며, 과전류 시에는 퓨즈나 PDU(Power Distribution Unit)에서 전류를 컷(cut)하는 방식으로 시스템이 이루어졌었다. 따라서 종래의 퓨즈나 PDU에서 회로 상으로 전류를 끊어주는 경우 갑작스런 전기적 충격으로 부품들의 고장의 원인이 될 수 있고, 자동차의 안전과 직결되기 때문에 문제가 있었는데, 본 발명은 이러한 문제를 위에서 설명한 것과 같이 해결하여 전기자동차 시스템의 에너지 효율성, 안전성을 확보하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법은 배터리 충전 전력이 레귤레이터, 회생제동 양방향에서 공급되는 충전 전력 분배 제어 시스템에서 배터리로 충전되는 회생제동 전력과 레귤레이터 충전전력을 회생 제동 기능 on/off를 통해 안정적으로 제어하여 안전성 및 효율성을 높인 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 충전 전력 분제 제어를 위한 플로우차트
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100. 구동 모터 200. 회생제동 처리부
300. 배터리 처리부 400. 비접촉 자기유도 처리부
500. MCU 600. 집전 선로

Claims (6)

  1. 급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하고 자기유도 에너지를 생성하는 단계;
    레귤레이터로부터 전력공급이 있는지 없는지를 판단하는 단계;
    레귤레이터로부터 전력공급이 있는 경우에는 회생제동 기능을 off하고 집전된 자기유도 에너지를 구동모터로 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;
    레귤레이터로부터 전력공급이 없는 경우에는 회생제동 기능을 on하고 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리 충전을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 회생제동 기능을 off하고 배터리 충전을 하는 단계는,
    MCU로부터 구동모터의 요구전력을 입력받아 상기 생성된 자기유도 에너지를 구동모터로 공급하는 단계와,
    상기 공급되는 자기유도 에너지와 구동모터의 요구전력 에너지를 비교하는 비교단계와,
    상기 비교결과, 자기유도 에너지가 구동모터 구동을 위한 요구전력 에너지보다 작은 경우 MCU의 제어로 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 방전하는 단계와,
    상기 자기유도 에너지가 구동모터 구동을 위한 요구전력 에너지보다 큰 경우에 잉여 에너지가 발생되는 것으로 판단하고 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리를 방전하는 단계는,
    상기 배터리에서 방전되는 전력을 실시간으로 체크하여 배터리의 방전율(C-rate)이 10C 이상인 경우, MCU로부터 배터리 방전 중지에 따른 제어신호를 생성하여 구동모터 전원을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 집전된 자기유도 에너지 또는 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리를 충전하는 단계에서,
    배터리 팩(pack) 전압을 배터리 충전을 위해 지정되어 있는 일정한 크기로 공급되는 고정전압과 비교하여,
    상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 작은 경우는 CV(고정전압) 충전을 하고, 상기 고정전압이 배터리 팩의 전압보다 큰 경우는 CP(고정파워) 충전을 하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 집전된 자기유도 에너지 또는 회생 제동 에너지를 공급하여 배터리를 충전하는 단계에서,
    상기 배터리의 충전 전력을 실시간으로 체크하여 배터리가 과충전(overcharging)되는 경우, MCU로부터 배터리 충전 중지에 따른 제어신호를 생성하여 배터리 전원을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 충전 전력 분배 제어 방법.
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