KR101490958B1 - 전기자동차의 전력선 통신장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리의 충전 및 충전 관리가 전력선 통신모듈의 기반에서 처리될 수 있도록 하는 전기자동차의 전력선 통신장치가 개시된다.
본 발명은 충전 스탠드가 플러그인 접속되면 충전 스탠드에서 인가되는 AC전원으로 DC전압으로 변환시켜 배터리를 완속 충전시키는 탑재충전기; 충전 스탠드를 전력선 통신으로 연결하고, CAN 네트워크를 통해 검출되는 배터리의 상태에 따라 배터리 충전을 위한 출력 요구신호를 발생시켜 전력선 통신으로 충전 스탠드에 제공하는 전력선 통신모듈을 포함한다.
본 발명은 충전 스탠드가 플러그인 접속되면 충전 스탠드에서 인가되는 AC전원으로 DC전압으로 변환시켜 배터리를 완속 충전시키는 탑재충전기; 충전 스탠드를 전력선 통신으로 연결하고, CAN 네트워크를 통해 검출되는 배터리의 상태에 따라 배터리 충전을 위한 출력 요구신호를 발생시켜 전력선 통신으로 충전 스탠드에 제공하는 전력선 통신모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 전기자동차의 전력선 통신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충전 및 충전 관리가 전력선 통신모듈의 기반에서 처리될 수 있도록 하는 전기자동차의 전력선 통신장치에 관한 것이다.
각 나라별 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 전기자동차가 제공되고 있다.
전기자동차는 배터리에 축적된 에너지로 모터를 구동시켜 주행을 제공하고, 감속 혹은 정지시 회생제동으로 에너지를 회수하여 배터리를 충전할 수 있다.
그러나, 전기자동차는 회생제동 에너지만으로 배터리의 충전상태를 안정적으로 유지할 수 없으므로 일정거리를 주행한 이후 혹은 주행을 마친 상태에서 충전 스탠드(Electric Vehicle Supply Equipment ; EVSE)를 접속하여 배터리의 충전을 실행하여야 한다.
상기 전기자동차가 충전 스탠드를 접속하여 배터리 충전을 실행할 때 전기자동차에 탑재되어 있는 탑재충전기(On Board Charge ; OBC)에 의해 전반적인 충전 관리가 실행된다.
상기 탑재충전기(OBC)는 배터리 충전이 진행될 때 배터리의 충전상태(State Of Charge), 온도 등을 포함하는 전반적인 정보를 분석하여 전용 통신라인을 통해 출력량 요구신호(Control Pilot ; CP)를 충전 스탠드에 제공한다.
따라서, 충전 스탠드는 탑재충전기(OBC)에서 인가되는 출력량 요구신호(CP)에 따라 탑재충전기(OBC)에 공급되는 전력량을 조절하게 된다.
그리고, 상기 탑재충전기(OBC)는 전용 통신라인을 통해 상기 충전 스탠드에 출력하는 출력량 요구신호(CP)를 변조한 다음 CAN으로 연결되는 전기자동차 내의 다른 제어기에 제공하여 배터리의 충전 정보를 공유할 수 있도록 한다.
상기 탑재충전기(OBC)는 고속 충전을 제공하기 위해 대용량화로 진화되고 있으며, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 중 어느 하나로 구성되는 전력파워소자의 개수가 증대되어 원가 상승을 유발시킬 수 있다.
상기 탑재충전기(OBC)는 전력파워소자의 고속 스위칭을 통해 AC/DC변환과 고전압으로의 승압을 실행하므로 심각한 노이즈가 발생한다.
따라서, 충전 스탠드에 제공되고 CAN을 통해 다른 제어기와 공유되는 출력량 요구신호(CP)에 노이즈가 유입되는 것을 차단하기 위해 매우 강력한 필터가 탑재충전기(OBC)에 구성되어야 한다.
상기 탑재충전기(OBC)에 구성되는 강력한 필터는 전기자동차의 중량과 부피를 증가시켜 주행 가능 거리를 감소시키고, 엔진 룸 내의 공간을 효율적으로 사용할 수 없게 하는 단점을 발생시킨다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 그 목적은 전기자동차에서 배터리의 충전 및 충전 관리가 전력선 통신모듈의 기반에서 처리될 수 있도록 하여 송수신되는 충전 관리정보의 안정성, 신뢰성 향상과 탑재충전기의 간소화를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 충전 스탠드가 플러그인 접속되면 충전 스탠드에서 인가되는 AC전원으로 DC전압으로 변환시켜 배터리를 완속 충전시키는 탑재충전기; 상기 충전 스탠드를 전력선 통신으로 연결하고, CAN 네트워크를 통해 검출되는 배터리의 상태에 따라 배터리 충전을 위한 출력 요구신호를 발생시켜 전력선 통신으로 충전 스탠드에 제공하는 전력선 통신모듈을 포함하는 전기자동차의 전력선 통신장치가 제공된다.
상기 전력선 통신모듈은 CAN 네트워크로 검출되는 배터리의 전압, 전류, 온도 조건에 따라 충전 스탠드의 출력량을 결정하는 제어기; 상기 제어기의 제어에 따라 출력량 요구신호를 발생시켜 전력선 통신라인을 통해 상기 충전 스탠드에 제공하는 요구신호발생부를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전기자동차에서 배터리 충전 및 충전관리가 전력선 통신모듈에서 처리되므로 탑재충전기에 장착되는 필터가 배제되어 엔진 룸 공간의 효율적인 사용을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탑재충전기에 장착되는 필터가 배제됨에 따라 원가 절감과 중량 감소를 제공하여 주행거리의 연장을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 전력 통신장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 전력선 통신장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 전력선 통신모듈(110)과 탑재충전기(120), 배터리(130)를 포함하는 전기자동차(100)와, 상기 전기자동차(100)에 플러그인으로 접속되며 제어기(210)와 AC/DC변환기(220)를 포함하는 충전 스탠드(200)로 구성된다.
상기 전기자동차(100)에 충전 스탠드(200)가 플러그인으로 접속되면 충전 스탠드(200)의 AC전원라인(AC)이 탑재충전기(120)에 연결되어 탑재충전기(120)에 구성되는 전력파워소자의 고속 스위칭을 통해 배터리(230)의 완속 충전이 제공될 수 있도록 한다.
그리고, 전기자동차(100)에 구성되는 배터리(130)와 충전 스탠드(200)의 DC전원라인이 연결되어, 충전 스탠드(200)의 AC/DC변환기(220)에서 DC로 변환된 다음 대략 250 ~ 350V로 출력되는 DC고전압이 전기자동차(100)의 배터리(130)에 공급되어 급속 충전이 제공될 수 있도록 한다.
상기 전기자동차(100)에 탑재된 탑재충전기(120)를 이용한 완속 충전이나 충전 스탠드(200)의 DC고전압을 배터리(130)에 직접 공급하는 급속 충전은 상황에 따라 선택적으로 실행하거나 두 개의 모드를 동시에 실행하여 배터리(130)의 충전을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 전기자동차(100)와 충전 스탠드(200)는 전력선 통신라인(PLC)으로 연결되어 충전 및 충전관리 정보의 송수신이 제공될 수 있도록 한다.
상기 전기자동차(100)에 구성되는 전력선 통신모듈(110)와 탑재충전기(120) 및 배터리(130)는 CAN 네트워크를 통해 상호 접속되어 충전 및 충전 관리정보들을 서로 공유한다.
상기 전기자동차(200)에 구성되는 전력선 통신모듈(110)은 CAN네트워크를 통해 공유되는 배터리(130)의 전압, 전류, 온도 등의 조건에 따라 전반적인 충전 관리를 실행하는 제어기(111)와, 상기 제어기(111)의 제어에 따라 스위칭되어 출력량 요구신호(Control Pilot ; CP)를 발생시킨 다음 전력선 통신라인(PLC)으로 충전 스탠드(200)에 전송하는 요구신호발생부(112)를 포함한다.
상기 전력선 통신모듈(110)내의 제어기(111)는 충전 스탠드(200)에 전송되는 출력량 요구신호(CP)를 변조한 다음 CAN 네트워크로 연결되는 탑재충전기(120) 및 배터리(130)에 제공하여 충전 스탠드(200)의 출력량에 따른 충전 제어가 실행될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에서 전력선 통신모듈의 기반에서 배터리 충전 및 충전관리가 실행되는 동작은 다음과 같다.
전기자동차(100)에 구성되는 탑재충전기(120)를 통한 완속 충전을 예를 들어 설명한다.
본 발명이 적용되는 전기자동차(100)에 충전 스탠드(200)가 플러그인으로 접속되면 충전 스탠드(200)의 AC전원라인(AC)이 탑재충전기(120)와 연결된다.
상기와 같이 전기자동차(100)에 충전 스탠드(200)가 접속되어, AC전원라인(AC)이 탑재충전기(120)에 연결된 상태에서 충전 스탠드(200)에 구비되는 충전 스위치(SW201)가 온되면 충전 스탠드(200)에 구성되는 제어기(210)는 충전 시작 정보를 전력선 통신라인(PLC)으로 전기자동차(100)에 구성되는 전력선 통신모듈(110)의 제어기(111)에 제공한다.
전력선 통신모듈(110)의 제어기(111)는 충전 스탠드(200)의 충전 시작 정보에 따라 CAN네트워크를 통해 탑재충전기(120)와 배터리(130)의 정보를 분석하고, 배터리(130)의 전압, 전류, 온도 등의 조건에 따라 요구신호발생부(112)를 통해 출력량 요구신호(CP)를 발생시켜 전력선 통신라인(PLC)으로 충전 스탠드(200)에 전송한다.
충전 스탠드(200)는 상기 전력선 통신모듈(110)로부터 전력선 통신라인(PLC)으로 제공되는 출력량 요구신호(CP)에 따라 전기자동차(100)의 탑재충전기(120)에 상용전원을 공급한다.
따라서, 전기자동차(110)의 탑재충전기(120)는 전력파워소자의 고속 스위칭으로 AC 상용전원을 DC로 변환한 다음 대략 250 ~ 350V의 고전압으로 배터리(130) 충전을 실행한다.
상기와 같이 탑재충전기(120)를 구성하는 전력파워소자의 고속 스위칭으로 배터리(130)의 충전이 진행되는 상태에서 전력선 통신모듈(110)은 CAN 네트워크를 통해 배터리(130)의 전압, 전류, 온도 등의 조건을 검출하여 요구신호 발생부(112)를 통해 출력량 요구신호(CP)를 조정한 다음 전력선 통신라인(PLC)을 통해 충전 스탠드(200)에 제공한다.
이때, 충전 스탠드(200)내의 제어기(210)는 전력선 통신라인(PLC)을 통해 검출되는 출력량 요구신호(CP)에 따라 탑재충전기(120)에 공급되는 전원을 조정한다.
그리고, 충전 스탠드(200)내의 제어기(210)는 전력선 통신라인(PLC)을 통해 검출되는 출력량 요구신호(CP)가 배터리(130)의 만충전이 검출되면 스위치(SW201)를 오프시켜 전기자동차(100)의 탑재충전기(120)에 공급되는 전원을 차단시켜 배터리(130)의 과충전이 발생되지 않도록 한다.
상기 전력선 통신모듈(110)은 CAN네트워크로 공유되는 배터리(130)의 정보에 따라 출력량 요구신호(CP)를 발생시켜 전력선 통신라인(PLC)을 통해 충전 스탠드(200)에 제공하고, 탑재충전기(120)는 전력파워소자의 고속 스위칭을 통해 배터리(130)에 필요한 충전 전압만을 공급하는 각각 독립된 기능만을 실행한다.
상기 전력선 통신모듈(110)과 탑재충전기(120)는 각각 독립된 모듈로 구성되어 차폐되므로, 탑재충전기(120)를 구성하는 전력파워소자의 고속 스위칭으로 발생되는 노이즈는 전력선 통신모듈(110)에서 발생되는 출력량 요구신호(CP)에 영향을 미치지 않게 된다.
따라서, 탑재충전기에 노이즈 제어를 위한 강력한 필터가 불필요하게 된다.
그러므로, 탑재충전기의 구성에서 대략 10% 이상의 부피 및 중량을 차지하는 필터의 구성이 배제되어 원가절감을 제공하고, 중량 감소를 통해 주행거리를 연장시키며, 엔진 룸 공간의 효율적인 사용을 제공할 수 있게 된다.
또한, 다른 실시예로 충전 스탠드(200)를 이용한 전기자동차(100) 배터리(130)의 급속 충전 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 전기자동차(100)에 충전 스탠드(200)가 플러그인으로 접속되면 충전 스탠드(200)의 DC전원라인(DC)이 배터리(130)와 연결된다.
상기와 같이 전기자동차(100)에 충전 스탠드(200)가 접속되어, DC전원라인(DC)이 배터리(130)에 연결된 상태에서 충전 스탠드(200)에 구비되는 충전 스위치(SW201)가 온되면 충전 스탠드(200)에 구성되는 제어기(210)는 충전 시작 정보를 전력선 통신라인(PLC)을 통해 전기자동차(100)에 구성되는 전력선 통신모듈(110)의 제어기(111)에 제공한다.
전력선 통신모듈(110)의 제어기(111)는 충전 스탠드(200)의 충전 시작 정보에 따라 CAN네트워크를 통해 배터리(130)의 정보를 분석하고, 배터리(130)의 전압, 전류, 온도 등의 조건에 따라 요구신호발생부(112)를 통해 출력량 요구신호(CP)를 발생시켜 전력선 통신라인(PLC)으로 충전 스탠드(200)에 전송한다.
충전 스탠드(200)의 제어기(210)는 상기 전력선 통신모듈(110)로부터 전력선 통신라인(PLC)으로 제공되는 출력량 요구신호(CP)에 따라 AC/DC변환기(220)의 출력량을 조정하여 배터리(130)에 충전 전압으로 공급한다.
따라서, 전기자동차(110)의 배터리(130)는 충전 스탠드(200)에서 공급되는 대략 250 ~ 350V의 고전압으로 고속 충전이 실행한다.
상기와 같이 배터리(130)의 고속 충전이 진행되는 상태에서 전력선 통신모듈(110)은 CAN 네트워크를 통해 검출되는 배터리(130)의 전압, 전류, 온도 등의 조건에 따라 요구신호 발생부(112)를 통해 출력량 요구신호(CP)를 조정하여 전력선 통신라인(PLC)을 통해 충전 스탠드(200)에 제공한다.
이때, 충전 스탠드(200)내의 제어기(210)는 전력선 통신라인(PLC)을 통해 검출되는 출력량 요구신호(CP)에 따라 AC/DC변환기(220)의 출력량을 조정하여 배터리(130)의 과충전 및 파손이 발생되지 않도록 한다.
그리고, 충전 스탠드(200)내의 제어기(210)는 전력선 통신라인(PLC)을 통해 검출되는 출력량 요구신호(CP)가 배터리(130)의 만충전이 검출되면 스위치(SW201)를 오프시켜 전기자동차(100)의 배터리(130) 충전을 종료한다.
상기와 같이 배터리(130)의 조건에 따른 출력량 요구신호(CP)가 전력선 통신모듈의 기반에서 처리되어 탑재충전기의 노이즈에 무관하므로 탑재충전기에서 강력한 필터가 불필요하게 된다.
그러므로, 탑재충전기의 구성에서 대략 10% 이상의 부피 및 중량을 차지하는 필터의 구성이 배제되어 원가절감을 제공하고, 중량 감소를 통해 주행거리를 연장시키며, 엔진 룸 공간의 효율적인 사용을 제공할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110 : 전력선 통신모듈 111 : 제어기
112 : 요구신호발생부 120 : 탑재충전기
130 : 배터리 200 : 충전 스탠드
112 : 요구신호발생부 120 : 탑재충전기
130 : 배터리 200 : 충전 스탠드
Claims (2)
- 전기자동차의 전력선 통신장치에 있어서,
충전 스탠드에 의해 플러그인 접속되면 충전 스탠드에서 인가되는 AC전원을 DC전압으로 변환시켜 배터리를 완속 충전시키는 탑재충전기;
상기 충전 스탠드에 전력선 통신으로 연결되고, CAN 네트워크를 통해 검출되는 배터리의 상태에 따라 배터리 충전을 위한 출력 요구신호를 발생시켜 전력선 통신으로 충전 스탠드에 제공하는 전력선 통신모듈;을 포함하며,
상기 전력선 통신모듈은,
CAN 네트워크로 검출되는 배터리의 전압, 전류, 온도 조건에 따라 충전 스탠드의 출력량을 결정하는 제어기;
상기 제어기의 제어에 따라 출력량 요구신호를 발생시켜 전력선 통신라인을 통해 상기 충전 스탠드에 제공하는 요구신호발생부;를 포함하며,
AC전원라인이 탑재충전기에 연결된 상태에서 충전 스탠드에 구비되는 충전 스위치가 온되면 충전 스탠드에 구성되는 제어기는 충전 시작 정보를 전력선 통신라인으로 상기 전력선 통신모듈의 제어기에 제공하며,
상기 전력선 통신모듈의 제어기는 충전 스탠드의 충전 시작 정보에 따라 CAN 네트워크를 통해 탑재충전기와 배터리의 정보를 분석하고, 배터리의 전압, 전류, 온도의 조건에 따라 상기 요구신호발생부에 포함된 충전 스위치를 온시켜 상기 요구신호발생부를 통해 출력량 요구신호를 발생시켜 전력선 통신라인으로 충전 스탠드에 전송하며,
상기 전력선 통신모듈의 제어기는 충전 스탠드에 전송되는 출력량 요구신호를 변조한 다음 CAN 네트워크로 연결되는 탑재충전기 및 배터리에 제공하여 충전 스탠드의 출력량에 따른 충전 제어가 실행되도록 하며,
상기 전력선 통신모듈과 상기 탑재충전기는 각각 독립된 모듈로 구성되어 각각 독립된 기능만을 실행하는 것에 의해 서로 차폐되며,
상기 충전 스탠드의 제어기는 전력선 통신라인을 통해 검출되는 출력량 요구신호를 통해 배터리의 만충전을 검출하면 상기 충전 스탠드의 충전 스위치를 오프시키는 것에 의해 탑재충전기에 공급되는 전원을 차단시켜 배터리의 과충전이 발생되지 않도록 하는 전기자동차의 전력선 통신장치. - 삭제
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