KR101499990B1 - 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로 - Google Patents

자동차 고전압 배터리의 초기충전회로 Download PDF

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Abstract

이 발명은 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 등의 에너지 저장장치인 고전압 배터리의 초기 충전시 고전압 릴레이를 보호하는 회로에 관한 것이다.
이 발명에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로는, 고전압배터리와 고전압 릴레이와, 인버터를 포함하는 자동차에서, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되며 등가저항이 가변되는 저항가변초기충전회로를 포함한다.
하이브리드, 자동차, 배터리, 초기충전, 고성능, 연료전지, 리튬

Description

자동차 고전압 배터리의 초기충전회로 {circuit for initial charging a battery of a car}
이 발명은 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 등의 에너지 저장장치인 고전압 배터리의 초기충전시 고전압 릴레이를 보호하는 회로에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 내연 엔진과 의 고전압 시스템을 동시에 장착하거나, 차체의 무게를 획기적으로 줄여 공기의 저항을 하는 등 기존의 일반 차량에 비해 연비(燃費) 및 유해가스 배출량을 획기적으로 줄인 차세대 자동차를 말한다.
하이브리드 자동차를 비롯하여 전기자동차나 연료전지 자동차에서 사용하는 에너지 저장장치인 고전압 배터리는 다수의 단위전지(모듈)를 직렬로 연결하여 고전압을 만들고 이를 이용하여 높은 전력을 발생시킨다.
하이브리드 자동차는 고전압 배터리, 인버터, 엔진, 모터, 미션으로 구성되는데, 고전압 배터리에 저장된 에너지를 인버터를 이용하여 모터에 전달하여 차량 시동, 가속, 엔진 고효율점 운행 등에 사용하고, 엔진에서 잉여 에너지가 발생하면 모터를 발전기로 이용하여 그 잉여 에너지를 고전압 배터리에 저장한다. 고전압 배터리와 인버터 사이의 온/오프 제어를 위하여 고전압 릴레이가 사용된다. 이 고전압 릴레이는 피크전류에 의해 고장이 발생할 수 있기 때문에, 고전압 릴레이에 흐르는 피크전류를 제한할 필요가 있다. 피크전류는 초기충전시 발생될 수 있기 때문에 고전압 배터리의 초기 충전회로 설계시 고전압 릴레이의 피크전류가 제한되도록 설계해야 한다.
도 1은 현재 양산중인 고전압 배터리의 초기충전회로의 구성도이다.
고전압 배터리로서, 현재 양산중인 납산, 니켈수소(Ni-MH) 종류의 고전압 배터리(HVB)는 내부 임피던스가 매우 높다. 고전압 배터리(HVB)와 인버터(Inv) 사이를 고전압 릴레이(MR)가 온/오프 제어한다. 내부 임피던스가 높은 고전압 배터리(HVB)의 초기충전회로(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 고전압 릴레이(MR)에 병렬로 연결되고, 상호간에 직렬로 연결된 하나의 초기충전릴레이(11)와 하나의 초기충전저항(12)으로 이루어진다.
도 2는 도 1의 초기충전회로의 피크전류 파형도로서, (a)는 고전압 배터리의내부 임피던스가 높은 경우의 파형도이고, (b)는 고전압 배터리의 내부 임피던스가 낮은 경우의 파형도이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 현재 양상중인 고전압 배터리에 도 1의 초기충전회로를 적용할 경우, 고전압 배터리의 높은 내부 임피던스에 의해 피크전류가 충분히 제한된다.
한편, 현재 하이브리드 자동차와 연료전지 자동차의 성능을 높이기 위해 많은 자동차 메이커들이 리튬, 슈퍼캡, 연료전지 종류의 고성능 에너지 저장장치를 개발하고 있는데, 이러한 고성능 고전압 배터리는 내부 임피던스가 상당히 낮다. 이렇게 내부 임피던스가 낮은 고성능 고전압 배터리에 도 1의 초기충전회로를 적용할 경우 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 초기충전 말기시 피크전류가 상당히 높이 발생한다.
이러한 높은 피크전류가 자동차의 시동을 키온(key on)할 때마다 발생한다면 고전압 릴레이의 접점이 빨리 퇴화되고 내구성이 약해지는 등 고전압 릴레이가 파손되는 문제점이 있다.
이 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 이 발명의 목적은 내부 임피던스가 작은 고성능 고전압 배터리에 적용하더라도 피크전류를 충분히 제한할 수 있는 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 이 발명의 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로는, 고전압배터리와, 고전압 릴레이와, 인버터를 포함하는 자동차에서, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되며 등가저항이 가변되는 저항가변초기충전회로를 포함포함하고, 상기 저항가변초기충전회로는 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결된 다수의 기충전부를 포함한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면 고성능 고전압 배터리에 적용하더라도 피크전류를 충분히 제한하여 고전압 릴레이를 보호할 수 있다.
이하, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 이 발명의 제 1 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도이다.
이 발명이 적용되는 하이브리드 자동차는 고전압배터리(HVB)와 고전압 릴레이(MB)와, 인버터(Inv)를 포함한다. 이 발명에 따른 고전압 배터리의 초기충전회로는 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결되며 초기충전회로의 등가저항을 감소시키는 저항가변초기충전회로(30)를 포함한다.
도 3의 제 1 실시예에 도시된 저항가변초기충전회로(30)는 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결된 다수의 초기충전부를 포함하고, 각각의 초기충전부는 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이 및 초기충전저항으로 이루어지며, 상기 초기충전저항들의 저항값은 모두 상이하다. 초기충전저항의 저항값의 높고 낮음에 비례하여 상기 초기충전릴레이의 전류용량이 달라질 수도 있다.
도 3의 초기충전회로(30)는 3개의 초기충전부를 포함하는 바, 제1초기충전부는 제1초기충전릴레이(31)와 제1초기충전저항(32)으로 이루어지고, 제2초기충전부는 제2초기충전릴레이(33)와 제2초기충전릴레이(34)로 이루어지며, 제3초기충전부는 제3초기충전릴레이(35)와 제3초기충전릴레이(36)로 이루어진다. 제1초기충전저항(32)부터 제3초기충전저항(36)까지 점차 작은 저항값을 사용한다. 이때, 제1초기충전릴레이(31) 내지 제3초기충전릴레이(35)는 모두 동일한 전류용량을 사용할 수도 있고, 제1초기충전릴레이(31)부터 제3초기충전릴레이(35)까지 점차 작은 전류용량을 사용할 수도 있다.
이러한 제 1 실시예의 초기충전회로는 도시되지 않은 제어기가 제1초기충전릴 레이(31) 내지 제3초기충전릴레이(33)를 온/오프 제어함으로써 초기충전회로의 등가저항이 가변된다. 이렇게 하여 피크전류가 발생하는 초기충전 말기에 전압 변동폭을 다단으로 최소화시킴으로써, 고전압 릴레이(MB)에 흐르는 피크전류를 제한한다.
도 4는 이 발명의 제 2 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도이다.
도 4의 제 2 실시예에 도시된 저항가변초기충전회로(40)는 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이(41) 및 초기충전저항(42)과, 상기 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결된 고전류저전압릴레이(43)를 포함하여 이루어진다.
제 2 실시예의 초기충전회로는 도시되지 않은 제어기가 초기충전시에는 초기충전릴레이(41)를 온하고, 피크전류가 발생하는 초기충전 말기에 고전류저전압릴레이(43)를 온하여 피크전류가 이 고전류저전압릴레이(43)로 흐르도록 함으로써, 고전압 릴레이(MB)에 흐르는 피크전류를 제한한다.
도 5는 이 발명의 제 3 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도이다.
도 5의 제 3 실시예에 도시된 저항가변초기충전회로(50)는 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이(51) 및 초기충전저항(52)과, 상기 초기충전저항(52)에 병렬로 연결된 고전류저전압릴레이(53)를 포함하여 이루어진다.
제 3 실시예의 초기충전회로는 도시되지 않은 제어기가 초기 충전시에는 초기충전릴레이(51)를 온하고, 피크전류가 발생하는 초기충전 말기에 초기충전릴레이(51)와 고전류저전압릴레이(53)를 온하여 피크전류가 이 고전류저전압릴레이(53)로 흐르도록 함으로써, 고전압 릴레이(MB)에 흐르는 피크전류를 제한한다.
도 6은 이 발명의 제 4 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도이다.
도 6의 제 4 실시예에 도시된 저항가변초기충전회로(60)는 고전압 릴레이(MB)에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이(61) 및 네거티브온도특성저항소자(62)를 포함하여 이루어진다. 이 네거티브온도특성저항소자(62)는 저항값이 초기저항값(예컨대, 10오옴)을 유지하다가 전류가 흐르면서 온도가 상승되면 저항값이 작아지는 소자이다. 이 네거티브온도특성저항소자(62)를 사용하면 초기저항값보다 초기충전 말기에 저항값이 작아지기 때문에 피크전류가 초기충전회로로 흐르게 되어 고전압 릴레이(MB)에 흐르는 피크전류를 제한한다.
도 1은 현재 양산중인 고전압 배터리의 초기충전회로의 구성도,
도 2는 도 1의 초기충전회로의 피크전류 파형도로서, (a)는 고전압 배터리의내부 임피던스가 높은 경우의 파형도이고, (b)는 고전압 배터리의 내부 임피던스가 낮은 경우의 파형도,
도 3은 이 발명의 제 1 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도,
도 4는 이 발명의 제 2 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도,
도 5는 이 발명의 제 3 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도,
도 6은 이 발명의 제 4 실시예에 따른 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로를 도시한 회로도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
HVB : 고전압 배터리 MR : 고전압 릴레이
Inv : 인버터 30, 40, 50, 60 : 저항가변초기충전회로

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 고전압배터리와 고전압 릴레이와, 인버터를 포함하는 자동차에서, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되며 등가저항이 가변되는 저항가변초기충전회로를 포함하고,
    상기 저항가변초기충전회로는 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이 및 초기충전저항과, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결된 고전류저전압릴레이를 포함한 것을 특징으로 하는 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로.
  5. 고전압배터리와 고전압 릴레이와, 인버터를 포함하는 자동차에서, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되며 등가저항이 가변되는 저항가변초기충전회로를 포함하고,
    상기 저항가변초기충전회로는 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이 및 초기충전저항과, 상기 초기충전저항에 병렬로 연결된 고전류저전압릴레이를 포함한 것을 특징으로 하는 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로.
  6. 고전압배터리와 고전압 릴레이와, 인버터를 포함하는 자동차에서, 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되며 등가저항이 가변되는 저항가변초기충전회로를 포함하고,
    상기 저항가변초기충전회로는 상기 고전압 릴레이에 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 초기충전릴레이 및 네거티브온도특성저항소자를 포함한 것을 특징으로 하는 자동차 고전압 배터리의 초기충전회로.
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