KR101171908B1

KR101171908B1 - 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치

Info

Publication number: KR101171908B1
Application number: KR1020100066376A
Authority: KR
Inventors: 송홍석; 장기영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-08-07
Also published as: US8872473B2; DE102010061845A1; JP2012019673A; JP5648211B2; KR20120005746A; US20120007552A1

Abstract

두 개의 모터가 적용되는 하이브리드 자동차의 충전방법을 개시한다. 본 발명은 충전커넥터의 접속이 검출되면 제어기를 초기 활성화시키고, DC 링크를 초기 충전하며, DC 링크가 일정전압 이상으로 충전되면 외부 교류 또는 직류전원을 공급하여 배터리 충전을 실행한다.

Description

플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치{SYSTEM OF DC LINK PRE-RECHARGE FOR PLUG-IN HYBRID VEHICLE}

본 발명은 플러그인 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 두 개의 모터가 적용되는 플러그인 하이브리드 자동차에서 외부의 상용전원을 이용하여 고전압 배터리를 충전할 때 DC 링크의 초기 충전을 제어하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치에 관한 것이다.

자동차에 대한 강화된 배기가스의 규제를 만족시키고, 연비 향상을 제공하기 위하여 하이브리드 자동차가 개발되어 운행되고 있다.

하이브리드 자동차는 감속시에 모터를 역회전시키는 회생제동을 통해 전기를 생성하여 배터리를 충전하며, 정차시에는 엔진을 시동 오프하고 출발시 모터로 엔진을 재시동시키는 아이들 스톱 앤 고(Idle Stop and Go) 제어를 통해 연비 향상 및 배기가스의 안정화를 제공한다.

또한, 하이브리드 자동차는 외부의 상용전원을 이용하여 배터리를 충전하는 플러그 인(Plug in) 충전방식이 적용된다.

플러그 인 충전을 제공하기 위하여 상용전원을 정류하여 완속 충전을 제공하는 충전기가 온 보드(On Board) 형태로 탑재된다.

상기 온 보드로 탑재되는 충전기는 고가 및 고중량의 제품으로 하이브리드 자동차의 제작에 따른 재료비의 상승과 연비 저하를 발생시키는 단점이 있다.

또한, 충전기의 탑재에 따라 한정된 공간의 사용에 효율성을 저하시켜 패키지 상품성을 저하시키는 단점이 있다.

특히, 온 보드로 탑재되는 충전기는 출력 기준으로 대략 10배 용량의 인버터 가격과 비슷하여 하이브리드 자동차의 제작에 따른 재료비를 과다하게 상승시켜 가격 경쟁력을 크게 약화시키는 단점이 발생된다.

또한, 짧은 시간 내에 배터리의 충전을 실행하기 위해서는 별도의 급속 충전장치를 구비하여야 하며, 급속 충전포트에 접속하여 충전을 실행한다.

급속 충전장치는 배터리의 과충전 방지 등 배터리 보호를 위해 배터리 제어기와 실시간 고속통신의 수행이 필요하며, 이를 위해 별도의 통신 채널이 필요하게 된다.

그러나, 하이브리드 자동차 내부의 제어기와 외부 시스템의 통신 채널이 접속되는 경우 제어기의 신뢰성 확보가 그 만큼 어려워지는 단점이 발생된다.

또한, 플러그 인으로 배터리 충전을 실행하는 경우 DC 링크의 전압이 0V를 갖고 있으므로, 고전압의 상용전원이 공급됨에 따라 초기의 돌입 전류로 인버터의 전력 스위칭소자를 파손시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 충전을 위한 충전커넥터의 연결이 검출되는 경우 DC 링크의 초기 충전을 제어함으로써, 돌입전류가 발생되지 않도록 하여 파워 시스템의 안정화를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 플러그인 하이브리드 자동차에 있어서, 직류전압이 저장되는 배터리; 전동기 또는 발전기로 동작하는 제1모터; 발전기 또는 전동기로 동작하는 제2모터; 제1모터를 구동시키는 제1인버터; 제2모터를 구동시키는 제2인버터; 상기 배터리로부터의 직류전압을 상기 제1,2인버터로 승압 또는 감압하여 공급하고, 제1,2인버터로부터의 직류전압을 상기 배터리측으로 감압 또는 승압하여 공급하는 전압변환기; 차량 외부의 상용전원이 연결되는 충전포트; 상기 충전포트에 배치되어 충전커넥터의 접속을 검출하는 접속검출기; 충전포트와 제1,2모터의 사이에 설치되어 제1,2모터의 중성점으로 공급되는 상용전원을 단속하는 충전릴레이; 충전커넥터의 접속이 검출되면 충전릴레이를 오프한 상태에서 충전제어기를 포함한 제어기들의 초기 활성화를 실행하여 제어기가 초기 활성화되기 이전에 외부의 상용전원이 제1,2모터 중성점에 전기적으로 연결되는 것을 방지하고, 제1,2인버터의 모두 오프한 상태에서 전압변환기를 제어하여 배터리의 전기적 에너지를 제1,2인버터의 DC 링크 커패시터로 전달하여 DC 링크 커패시터에 전압을 충전하고, DC 링크 커패시터의 초기 충전이 실행된 이후에 충전릴레이를 온하여 외부의 상용전원과 제1,2모터의 중성점을 전기적으로 연결할 때 초기 돌입전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다

상기 접속검출기는 충전포트의 충전 커버가 개방되는 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다.

삭제

상기 충전릴레이는 제1모터의 중성점과 연결되는 제1릴레이; 제2모터의 중성점과 연결되는 제2릴레이; 상기 제1릴레이와 병렬로 접속되며 초기충전저항이 연결되는 제3릴레이를 포함하고,

초기 충전시 제3릴레이 및 제2릴레이를 온하여 외부 전원이 (+)/(-)단자를 각각 제3릴레이 및 초기충전저항, 제2릴레이를 통해 제1,2모터 중성점에 연결하고, 상용전원의 위상에 따라 제1,2인버터를 제어하여 초기충전을 실시하고, DC 링크 커패시터 초기충전을 확인한 후에 충전 릴레이를 온하여 상용전원과 제1,2모터의 중성점을 전기적으로 연결할 때 초기 돌입전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다.

상기 충전릴레이는 제2릴레이에 병렬로 접속되며, 초기충전저항이 연결되는 제4릴레이를 더 포함하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 플러그인 하이브리드 자동차에 있어서, 직류전압이 저장되는 배터리; 전동기 또는 발전기로 동작하는 제1모터; 발전기 또는 전동기로 동작하는 제2모터; 제1모터를 구동시키는 제1인버터; 제2모터를 구동시키는 제2인버터; 상기 배터리로부터의 직류전압을 상기 제1인버터 및 제2인버터로 승압 또는 감압하여 공급하고, 상기 제1인버터 및 제2인버터로부터의 직류전압을 상기 배터리 측으로 감압 또는 승압하여 공급하는 전압변환기; 외부의 상용전원이 연결되는 충전포트; 상기 충전포트에 배치되어 충전커넥터의 접속을 검출하는 접속검출기; 충전포트와 제1,2모터의 사이에 설치되어 제1,2모터의 중성점으로 공급되는 상용전원을 단속하는 충전릴레이; 충전릴레이에 병렬로 직렬 연결된 초기충전저항과 상용전원용 초기 충전릴레이를 구비하고, 충전커넥터의 접속이 검출되면 충전릴레이 및 상용전원용 초기 충전릴레이를 오프한 상태에서 충전제어기를 포함한 제어기들의 초기 활성화를 실행하여 제어기가 초기 활성화되기 이전에 상용전원이 제1, 2모터의 중성점에 전기적으로 연결되는 것을 방지하고, 초기 충전릴레이를 온 하여 상용전원과 제1 또는 제2 모터의 중성점을 초기충전저항을 통해 전기적으로 연결하고, 상용전원의 위상이 양의 값이면 제1인버터의 상측 IGBT들을 온시키고, 제1인버터의 하측 IGBT들 및 제2인버터 모든 IGBT를 오프시켜서, 상용전원의 전류가 제1인버터의 상측 IGBT와 전압변환기내의 DC 링크, 제1,2인버터의 음극단자에 연결되는 다이오드를 통해 연결되는 루프를 형성하고, 상용전원의 위상이 음의 값이면 제2인버터의 상측 IGBT들을 온시키고, 제2인버터의 하측 IGBT들 및 제1인버터 모든 IGBT를 오프시켜서, 상용전원의 전류가 제2인버터의 상측 IGBT와 전압변환기내의 DC 링크, 제1,2인버터의 음극단자에 연결되는 다이오드를 통해 연결되는 루프를 형성하여, DC링크 커패시터에 (+)의 전압이 축적되도록 하여 DC링크 커패시터 초기충전을 실시하고, DC링크 커패시터 초기충전을 확인한 후에 충전릴레이를 온하여 외부의 상용전원과 제1, 2모터의 중성점을 전기적으로 연결할 때 초기 돌입전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다.

상기 접속검출기는 충전포트의 충전커버가 개방되는 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치를 제공한다.

삭제

이와 같이 본 발명은 배터리의 충전을 위한 충전커넥터의 연결이 검출되는 경우 DC 링크의 초기 충전을 제어하여 상용전원이 공급되는 경우 돌입 전류가 발생되지 않도록 함으로써, 파워 시스템의 안정화를 제공한다.

또한, 본 발명은 하이브리드 자동차에 존재하는 모터와 인버터를 이용하여 배터리의 충전을 제공함으로써, 고가의 충전기 탑재가 배제되어 가격 경쟁력을 제공한다.

또한, 하이브리드 자동차에 구비되는 대용량 모터 및 인버터를 활용하여 급속 충전을 실행함으로써, 급속 충전을 위한 별도의 구조 및 외부 충전장치를 구비하지 않게 되어 상품성을 제공한다..

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전제어를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전제어를 도시한 흐름도이다.

(제1실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전장치를 도시한 도면이다.

도 1를 참조하면, 본 발명의 제1실시예는 제1모터(101), 제2모터(102), 제1인버터(103), 제2인버터(104), 전압변환기(105), 배터리(106), 충전포트(108), 접속검출기(109), 메인 릴레이(SR1,SR2), 충전릴레이(110) 및 충전제어기(200)를 포함한다.

제1모터(101)는 3상 교류전동기로, 도시되지 않은 엔진을 시동할 수 있는 전동기로서 동작하고, 엔진에 의해 구동되는 발전기로서 동작한다.

제1모터(101)는 엔진을 시동시키기 위하여 제1인버터(103)를 통해 공급되는 3상 교류전압에 의해 구동되고, 엔진의 구동에 따라 3상 교류전압을 발전시켜 제1인버터(103)로 출력한다.

제2모터(102)는 도시되지 않은 구동차륜을 구동하는 3상 교류전동기로, 제2인버터(104)에서 공급되는 3상 교류전압의 의해 구동토크를 발생시킨다.

제2모터(102)는 차량의 회생 제동시 발전기로 동작되어 3상 교류전압을 발생시켜 제2인버터(104)로 출력한다.

제1모터(101)는 3상 고정자 코일을 포함하며, 3상 고정자 코일을 형성하는 U, V, W상 코일은 각각의 일측이 서로 연결되어 중성점(N1)을 형성하고, 각각의 다른 일측은 제1인버터(103)의 대응하는 아암에 연결된다.

제1모터(101)의 중성점(N1)에는 외부로부터 입력되는 상용전원(300)의 일측이 연결된다.

제2모터(102)는 3상 고정자 코일을 포함하며, 3상 고정자 코일을 형성하는 U, V, W상 코일은 각각의 일측이 서로 연결되어 중성점(N2)을 형성하고, 각각의 다른 일측은 제2인버터(104)의 대응하는 아암에 연결된다.

제2모터(102)의 중성점(N2)에는 외부로부터 입력되는 상용전원(300)의 다른 일측이 연결된다.

제1인버터(103)는 전력 스위칭소자가 직렬로 연결되어 구성되며, U상 아암(Sau, Sau'), V상 아암(Sav, Sav'), W상 아암(Saw, Saw')을 포함한다.

상기 전력 스위칭소자는 NPN형 트랜지스터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET 중 어느 하나로 구성된다.

제1인버터(103)는 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM 신호에 따라 전압변환기(105)를 통해 공급되는 배터리(106)의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 제1모터(101)에 구동전압으로 공급한다.

제2인버터(104)는 전력 스위칭소자가 직렬로 연결되어 구성되며, U상 아암(Sbu, Sbu'), V상 아암(Sbv, Sbv'), W상 아암(Sbw, Sbw')을 포함한다.

제2인버터(104)는 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM 신호에 따라 전압변환기(105)를 통해 공급되는 배터리(106)의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 제2모터(102)에 구동전압으로 공급한다.

제1인버터(103)는 제1모터(101)의 중성점(N1)을 통해 공급되는 상용전원(300)이 양(+)의 위상(Vs > 0)인 경우 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM 신호에 의해 상측 아암이 도통되어 DC 링크에 충전전류를 공급한다.

이때, 제2인버터(104)는 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM신호에 의해 하측 아암이 도통되어 제2모터(102)의 중성점(N2)을 통해 상용전원(300)을 연결한다.

따라서, 상용전원(300)이 양(+)의 위상(Vs > 0)으로 입력되는 경우 제1모터(101)의 중성점(N1) → 제1인버터(103)의 상측 아암 → DC 링크 → 제2인버터(104)의 하측 아암 → 제2모터(102)의 중성점(N2) → 상용전원(300)으로 연결되는 전류루프를 형성시켜 DC 링크에 충전전류를 공급한다.

또한, 제2인버터(104)는 제2모터(102)의 중성점(N2)을 통해 공급되는 상용전원(300)이 음(-)의 위상(Vs < 0)인 경우 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM 신호에 의해 상측 아암이 도통되어 DC 링크에 충전전류를 공급한다.

이때, 제1인버터(103)는 충전제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM신호에 의해 하측 아암이 도통되어 제1모터(102)의 중성점(N1)을 통해 상용전원(300)을 연결한다.

따라서, 상용전원(300)이 음(-)의 위상(Vs < 0)으로 입력되는 경우 제2모터(102)의 중성점(N2) → 제2인버터(104)의 상측 아암 → DC 링크 → 제1인버터(103)의 하측 아암 → 제1모터(101)의 중성점(N1) → 상용전원(300)으로 연결되는 전류루프를 형성시켜 DC 링크에 충전전류를 공급한다.

전압변환기(105)는 DC/DC컨버터로, 충전제어기(200)에서 인가되는 PWM 듀티 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 설정된 레벨의 전압으로 승압 혹은 감압하여 제1인터버(103) 혹은 제2인버터(104)로 출력한다.

또한, 전압변환기(105)는 충전제어기(200)에서 인가되는 PWM 듀티 제어신호에 따라 DC 링크에 충전된 직류전압을 승압 및 감압하여 배터리(106)에 충전 전압으로 공급한다.

전압변환기(105)는 배터리(106)의 양단에 연결되며, DC 링크 커패시터(Cdc)와 직렬로 접속되는 제1전력 스위칭소자(S1)와 제2전력 스위칭소자(S2), 배터리(106)의 양단간 전압 변동을 평활하는 평활 커패시터(Cbc)를 포함한다.

배터리(106)는 직류전원으로, 예를 들어 니켈-수소, 리튬-이온 2차 전지, 대용량 커패시터 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 충전된 직류전압을 전압변환기(105)를 통해 승압 혹은 감압시켜 제1모터(101) 혹은 제2모터(102)에 공급한다.

또한, 배터리(106)는 전압변환기(105)에서 승압 혹은 감압되어 인가되는 외부 상용전원(300)에 의해 충전된다.

충전포트(108)는 외부 상용전원(300)의 충전포트(310)와 설정된 소정의 방식으로 접속된다.

접속검출기(109)는 충전포트(108)에 상용전원(300)을 연결하기 위한 커넥터가 접속되는지를 검출하여 그에 대한 정보를 충전제어기(200)에 제공한다.

접속검출기(109)는 충전포트의 커버가 열리는 것을 감지하는 커버 열림 검출기로 적용될 수 있다.

삭제

상기 접속검출기(109)는 충전 커넥트를 접속하기 위하여 충전포트(108)의 커버 열림이 검출되는 경우 상용전원(300)이 제1모터(101)의 중성점(N1)과 제2모터(102)의 중성점(N2)에 전기적으로 연결되기 전에 배터리(106)의 충전의도를 충전제어기(200)에 전달할 수 있다.

메인 릴레이(SR1,SR2)는 배터리(106)의 양단에 연결되어 배터리(106)에 입출력되는 전압 및 전류를 단속한다.

충전릴레이(110)는 충전포트(108)와 제1,2모터(101)(102)의 사이에 설치되어 제1모터(101)의 중성점(N1)과 제2모터(102)의 중성점(N2)으로 공급되는 상용전원(300)을 단속한다.

충전릴레이(110)는 제1모터(101)의 중성점(N1)과 연결되는 제1릴레이(SR3)과 제2모터(102)의 중성점(N2)과 연결되는 제2릴레이(SR4)를 포함한다.

충전릴레이(110)는 충전제어기(200)의 제어에 따라 온/오프 동작되어 충전포트(108)에 충전커넥터의 접속이 검출되는 경우 충전제어기(200)의 초기 활성화와 DC 링크의 초기 충전이 완료되기까지 상용전원(300)이 시스템의 내부로 공급되는 것을 차단하여 안정성을 확보하여 준다.

상용전원(300)은 교류전원을 적용하는 것이 바람직하나 직류전원의 적용도 본 발명의 범위에 포함된다.

충전제어기(200)는 충전포트(108)에 충전커넥터의 연결이 검출되면 배터리(106)의 충전 의도로 인식하여 시스템 안정화를 위해 충전릴레이(110)를 오프 상태로 유지하여 상용전원(300)이 공급되기 않도록 하며, 이 과정에서 초기 활성화가 실행된다.

충전제어기(200)는 초기 활성화 실행 후 메인 릴레이(SR1,SR2)를 온 시켜 배터리(106)의 전압으로 DC 링크를 설정된 레벨로 초기 충전시켜 상용전원(300)이 공급될 때 돌입전류가 발생되지 않도록 함으로써, 전력 스위칭 소자를 보호한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 배터리 전압으로 제1모터를 구동시켜 엔진을 시동하는 동작, 엔진의 구동력으로 발전되는 전압을 충전하는 동작, 배터리의 전압으로 제2모터를 구동시켜 주행하는 동작, 회생 제동시 배터리를 충전하는 동작 등은 통상적인 하이브리드 자동차의 제어 동작과 동일하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 배터리의 충전 의도가 검출되는 경우 초기 활성화와 DC 링크의 초기 충전을 제어하는 기술이므로, 이에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전제어를 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차의 충전제어기(200)는 대기상태(S101)에서 충전포트(108)에 구비되는 접속검출기(109)의 신호를 분석하여 충전포트(108)에 충전커넥터가 연결되는지 판단한다(S102).

상기 충전커넥터의 연결 검출은 충전포트(108)의 커버 열림으로 검출할 수 있다.

상기 S102의 판단에서 충전커넥터의 연결이 검출되면 충전제어기(200)는 배터리(106)의 충전의도로 판단하여 충전릴레이(110)를 오프로 유지한 상태에서 초기 활성화를 실행한다(S103).

충전제어기(200)는 초기 활성화가 완료되면 메인 릴레이(SR1,SR2)를 온 시켜 배터리(106)의 전압을 출력시켜 전압변환기(105)에 공급한다(S104).

이때, 충전제어기(200)는 PWM신호를 출력하여 전압변환기(105)내의 제1전력 스위칭소자(S1)와 제2전력 스위칭소자(S2)를 온/오프 스위칭시킨다(S105).

따라서, 배터리(106)에서 출력되는 전압은 제1전력 스위칭소자(S1)와 제2전력 스위칭소자(S2)의 온/오프 스위칭에 따라 승압되어 DC 링크의 커패시커(Cdc)에 충전되므로, DC 링크의 초기 충전이 실행된다(S106).

배터리(106)의 전압으로 충전되는 DC 링크의 전압을 검출하여 설정된 일정전압 이상으로 충전되었는지 판단한다(S107).

상기 S107의 판단에서 DC 링크가 일정전압 이하의 상태이면 상기 S105의 과정으로 리턴하여 초기 충전동작을 지속하고, DC 링크가 일정전압 이상으로 충전되었으면 오프상태를 유지하고 있는 충전릴레이(110)를 온 시킨다(S108).

따라서, 충전포트(108)에 연결되는 상용전원(300)이 제1모터(101)의 중성점(N1)과 제2모터(102)의 중성점(N2)에 공급되므로, 상용전원(300)의 위상에 따라 제1인버터(103) 및 제2인버터(104)의 각 상별 아암을 온/오프 스위칭시켜 전류 패스를 형성시키고, 전압변환기(105)내의 제1전력 스위칭소자(S1)와 제2전력 스위칭소자(S2)를 온/오프 스위칭 시킴으로써, 배터리(106)의 충전을 실행한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제1실시예는 더블 모터 시스템을 갖는 하이브리드 자동차에서 충전커넥터의 접속이 검출되는 경우 충전제어기의 초기 활성화를 먼저 실행하고, 배터리의 전압으로 DC 링크의 초기 충전을 실행함으로써, 상용전원의 공급되는 경우 돌입전류가 발생되지 않도록 하여 시스템의 안정화를 제공한다.

(제2실시예)

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자동차의 충전장치를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예는 제1모터(101), 제2모터(102), 제1인버터(103), 제2인버터(104), 전압변환기(105), 배터리(106), 충전포트(108), 접속검출기(109), 메인 릴레이(SR1,SR2), 충전릴레이(110) 및 충전제어기(200)를 포함한다.

또한, 배터리(106)는 전압변환기(105)에서 승압 혹은 감압되어 인가되는 외부의 상용전원(300)에 의해 충전된다.

삭제

충전릴레이(110)는 제1모터(101)의 중성점(N1)과 연결되는 제1릴레이(SR3)과 제2모터(102)의 중성점(N2)과 연결되는 제2릴레이(SR4), 상기 제1릴레이(SR3)와 병렬로 연결되며 초기충전저항(R1)이 직렬로 연결되는 제3릴레이(SR5)를 포함한다.

또한, 상기 제2릴레이(SR4)에 병렬로 연결되며, 초기충전저항이 직렬로 연결되는 릴레이를 더 포함할 수 있다.

충전릴레이(110)는 충전제어기(110)의 제어에 따라 온/오프 동작되며, 충전포트(108)에 충전커넥터의 접속이 검출되는 경우 충전제어기(200)의 제어에 따라 초기충전저항(R1)이 연결되는 제3릴레이(SR5)과 제2릴레이(SR4)가 스위칭 온 되어, 상용전원(300)을 저전압 및 저전류로 강하시켜 DC링크에 공급하여 DC 링크의 초기 충전을 실행시킨다.

충전릴레이(110)는 충전제어기(110)의 제어에 따라 DC 링크의 초기 충전이 완료되면 제3릴레이(SR5)은 오프되고, 제1릴레이(SR3)와 제2릴레이(SR4)가 온 되어 정상적인 상용전원(300)이 배터리(106)의 충전전압으로 공급되도록 한다.

충전제어기(200)는 충전포트(108)에 충전커넥터의 연결이 검출되면 배터리(106)의 충전 의도로 인식하여 시스템 안정화를 위해 충전릴레이(110)를 오프 상태에서 초기 활성화가 실행한다.

충전제어기(200)는 초기 활성화가 실행되면 충전릴레이(110)에서 초기충전저항(R1)이 연결되는 제3릴레이(SR5)과 제2릴레이(SR4)를 연결하여 상용전압(300)을 저전압의 상태로 DC 링크에 공급하여 초기 충전을 실행하고, DC 링크의 초기 충전이 완료되면 제3릴레이(SR5)를 오프하고, 제1릴레이(SR3)와 제2릴레이(SR4)를 온시켜 정상적인 상용전원(300)의 공급으로 충전을 실행시킨다.

본 발명의 제2실시예는 충전커넥터가 접속되면 초기에는 저전압을 공급하여 DC 링크를 충전시키고, DC 링크의 초기 충전이 완료되는 정상적인 전원을 공급하여 배터리를 충전시키는 기술이므로, 이에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자동차의 초기 충전제어를 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차가 배터리(106)의 충전을 대기하는 상태에서(S201) 충전제어기(200)는 접속검출기(109)의 신호를 분석하여 충전포트(108)에 상용전원(300)이 연결되는 충전커넥터가 접속되는지 판단한다(S202).

상기 충전커넥터의 접속은 충전포트의 커버 열림으로 검출할 수 있다.

상기 S202의 판단에서 충전커넥터의 접속이 검출되면 충전제어기(200)는 충전릴레이(110)를 모두 오프로 유지한 상태에서 초기 활성화를 실행한다(S203).

충전제어기(200)는 초기 활성화가 완료되면 충전릴레이(110)의 제2릴레이(SR4)를 온시키고, 초기충전저항(R1)이 연결되고 제1릴레이(SR5)에 병렬로 연결되는 제3릴레이(SR3)를 온시켜 상용전원(300)에 대하여 저전류 루프를 형성한다(S204).

그리고, 상용전원(300)의 위상(Vs)에 따라 제1인버터(103)와 제2인버터(104)의 상하측 아암을 온/오프 스위칭시켜 충전릴레이(110)에 의해 저전류 루프가 형성된 전원을 DC 링크에 공급한다(S205).

따라서, DC 링크는 제1인버터(103)와 제2인버터(104)를 통해 공급되는 전원에 의해 초기 충전된다(S206).

상기한 절차에 의해 DC 링크의 충전이 실행되면, DC 링크의 충전 전압을 검출하여 설정된 일정전압(V1) 이상으로 충전되었는지 판단한다(S207).

상기 S207의 판단에서 DC 링크가 설정된 일정전압 이상으로 충전완료 되었으면(S208) 충전릴레이(110)의 제3릴레이(SR5)를 오프시키고 제1릴레이(SR3)와 제2릴레이(SR4)를 온 시켜 제1모터(101)의 중성점(N1)과 제2모터(102)의 중성점(N2)에 정상적인 전압으로 공급되도록 한다(S209).

따라서, 전압 변환기(105)에 포함되는 DC 링크에 전압이 충전되므로, 충전제어기(200)는 전압변환기(105)내의 제1전력 스위칭소자(S1)와 제2전력 스위칭소자(S2)를 PWM 제어하여 배터리(106)의 충전을 실행한다(S210).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제2실시예는 더블 모터 시스템을 갖는 하이브리드 자동차에서 충전커넥터가 접속되면 충전릴레이를 통해 저전류를 공급하여 DC 링크를 초기 충전하여 돌입전류가 발생되지 않도록 함으로써, 시스템의 안정화를 제공한다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

101 : 제1모터 102 : 제2모터
103 : 제1인버터 104 : 제2인버터
105 : 전압변환기 106 : 배터리
108 : 충전포트 109 : 접속검출기
110 : 충전릴레이

Claims

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플러그인 하이브리드 자동차에 있어서,
직류전압이 저장되는 배터리;
전동기 또는 발전기로 동작하는 제1모터;
발전기 또는 전동기로 동작하는 제2모터;
제1모터를 구동시키는 제1인버터;
제2모터를 구동시키는 제2인버터;
상기 배터리로부터의 직류전압을 상기 제1인버터 및 제2인버터로 승압 또는 감압하여 공급하고, 상기 제1인버터 및 제2인버터로부터의 직류전압을 상기 배터리 측으로 감압 또는 승압하여 공급하는 전압변환기;
외부의 상용전원이 연결되는 충전포트;
상기 충전포트에 배치되어 충전커넥터의 접속을 검출하는 접속검출기;
충전포트와 제1,2모터의 사이에 설치되어 제1,2모터의 중성점으로 공급되는 상용전원을 단속하는 충전릴레이;
충전릴레이에 병렬로 직렬 연결된 초기충전저항과 외부 전원용 초기 충전릴레이를 구비하고,
충전커넥터의 접속이 검출되면 충전릴레이 및 외부 전원용 초기 충전릴레이를 오프한 상태에서 충전제어기를 포함한 제어기들의 초기 활성화를 실행하여 제어기가 초기 활성화되기 이전에 외부 상용전원이 제1, 2모터 중성점에 전기적으로 연결되는 것을 방지하고,
초기 충전릴레이를 온 하여 외부 상용전원과 제1 또는 제2 모터의 중성점을 초기충전저항을 통해 전기적으로 연결하고,
외부 상용전원의 위상이 양의 값이면 제1인버터의 상측 IGBT들을 온시키고, 제1인버터의 하측 IGBT 및 제2인버터 모든 IGBT를 오프시켜서, 상용전원의 전류를 제1인버터의 상측 IGBT와 전압변환기내의 DC 링크, 제1,2인버터의 음극단자에 연결되는 다이오드를 통해 연결되는 루프로 형성하고,
외부 상용전원의 위상이 음의 값이면 제2인버터의 상측 IGBT들을 온시키고, 제2인버터의 하측 IGBT 및 제1인버터 모든 IGBT를 오프시켜서, 상용전원의 전류를 제2인버터의 상측 IGBT와 전압변환기내의 DC 링크, 제1,2인버터의 음극단자에 연결되는 다이오드를 통해 연결되는 루프로 형성하여, DC링크 커패시터에 (+)의 전압이 축적되도록 하여 DC링크 커패시터의 초기충전을 실시하고,
DC링크 커패시터의 초기충전을 확인한 후에 충전릴레이를 온하여 외부 상용전원과 제1, 2모터의 중성점을 전기적으로 연결할 때 초기 돌입전류를 방지하는 충전제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치.
제4항에 있어서,
상기 충전릴레이는 제1모터의 중성점과 연결되는 제1릴레이;
제2모터의 중성점과 연결되는 제2릴레이;
상기 제1릴레이와 병렬로 접속되며 초기충전저항이 연결되는 제3릴레이;
를 포함하고,
초기 충전시 제3릴레이 및 제2릴레이를 온하여 외부 상용전원을 각각 제3릴레이 및 초기충전저항, 제2릴레이를 통해 제1,2모터 중성점에 연결하고,
외부 상용전원의 위상에 따라 제1,2인버터를 제어하여 초기충전을 실시하고,
DC 링크 커패시터 초기충전을 확인한 후에 충전 릴레이를 온하여 외부 상용전원과 제1,2모터의 중성점을 전기적으로 연결할 때 초기 돌입전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치.
제4항에 있어서,
상기 충전릴레이는 제2릴레이에 병렬로 접속되며, 초기충전저항이 연결되는 제4릴레이를 더 포함하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치.
제4항에 있어서,
상기 접속검출기는 충전포트의 충전커버가 개방되는 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치.
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