KR101542972B1

KR101542972B1 - 전기 자동차용 충전 제어 장치

Info

Publication number: KR101542972B1
Application number: KR1020130169128A
Authority: KR
Inventors: 정연재; 신동국
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아자동차 주식회사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-08-07
Also published as: KR20150079113A

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 충전 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부, PWM 신호를 직류 레벨로 변환하여 직류 변환 신호를 출력하는 직류 변환부, 직류 변환 신호의 전압 레벨을 조정하여 레벨 조정 신호를 출력하는 레벨 변환부, 레벨 조정 신호를 안정화시켜 모니터링 신호를 출력하는 보호부, 및 모니터링 신호를 디지털 값으로 변환하고, 디지털 값과 직전에 저장된 기준 값을 비교하여 현재의 기준 값을 연산하고, 현재의 기준 값에 따라 PWM 신호의 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자동차용 충전 제어 장치{CHARGING CONTROL APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차용 충전 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전력선 통신 기반의 충전 케이블 일체형 제어 박스를 포함하는 전기 자동차용 충전 제어 장치에 관한 기술이다.

일반적으로 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 인프라는 단상교류 전원을 활용한 완속 충전 스탠드와 지중에서 고압의 전원을 받아 직류로 변환하여 전원을 공급하는 급속 충전기를 포함한다. 이러한 충전 인프라는 케이블과 플러그를 이용하여 전기 자동차에 연결된다.

반면, 이러한 충전 인프라가 없는 장소에서는 전기 자동차 충전을 제어하는 제어 수단 및 안전 수단을 포함하는 케이블 일체형 제어 박스(ICCB; In Cable Control Box)를 이용한다. 전기 자동차와 케이블 일체형 제어 박스는 충전을 하기 위해 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)(이하, PWM라 함) 방식으로 통신한다. 케이블 일체형 제어 박스는 PWM 신호의 레벨을 측정하여 충전 케이블의 전류 용량, 충전 준비 상태, 또는 누설 상태 등을 감시한다.

이러한 케이블 일체형 제어 박스는 PWM 신호의 전압 레벨을 일정 크기로 스케일링(scaling) 하여 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter)에 입력한다. 그리고, 디지털 변환된 PWM 신호를 판독하여 현재 상태의 레벨을 판단한다.

그런데, PWM 신호를 판독하는 시점에 따라 전압 레벨이 달라질 수 있다. 예컨대, PWM 신호가 순간적인 피크 값을 가질 때 디지털 신호로 변환할 경우 현재 상태를 오인식 할 수 있다.

이를 방지하기 위해 케이블 일체형 제어 박스는 PWM 신호의 레벨을 복수 회 판독하고, 판독된 PWM 신호의 레벨 중 가장 높은 레벨의 PWM 신호로 현재 상태를 판단한다. 이와 같이, PWM 신호의 레벨을 판독하는 시점에 따라 현재 상태의 판단 결과가 달라질 수 있고, 전기 자동차로부터 노이즈가 유입되는 경우 PWM 신호의 레벨이 변동되어 현재 상태가 오 판독될 수 있다.

대한민국 공개번호 2013-0089831

본 발명의 실시 예는 노이즈가 유입되더라도 PWM 신호의 레벨을 정확하게 판독할 수 있는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치는 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부; 상기 PWM 신호를 직류 레벨로 변환하여 직류 변환 신호를 출력하는 직류 변환부; 상기 직류 변환 신호의 전압 레벨을 조정하여 레벨 조정 신호를 출력하는 레벨 변환부; 상기 레벨 조정 신호를 안정화시켜 모니터링 신호를 출력하는 보호부; 및 상기 모니터링 신호를 디지털 값으로 변환하고, 상기 디지털 값과 직전에 저장된 기준 값을 비교하여 현재의 기준 값을 연산하고, 상기 현재의 기준 값에 따라 상기 PWM 신호의 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

그리고, 상기 직류 변환부는 상기 PWM 신호의 입력 단에 연결된 일단 및 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터를 포함한다. 또한, 상기 레벨 변환부는 상기 제1 커패시터의 일단에 연결된 일단을 포함하는 제1 저항; 및 상기 제1 저항의 타단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단에 연결된 제2 저항을 포함한다.

그리고, 상기 레벨 변환부는 상기 직류 변환 신호의 전압 레벨을 상기 제1 및 제2 저항의 저항 비에 따라 분압한다. 또한, 상기 보호부는 상기 제2 저항의 일단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제2 커패시터; 상기 제2 커패시터의 일단에 연결된 일단을 포함하는 인덕터; 상기 인덕터의 타단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제3 커패시터; 상기 제3 커패시터의 일단에 연결된 제3 저항; 및 상기 제3 저항의 타단에 연결된 애노드 전극 및 상기 접지 단에 연결된 캐소드 전극을 포함하는 제너 다이오드를 포함한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 직전에 저장된 기준 값보다 상기 디지털 값이 작으면 상기 직전의 기준 값에서 1을 뺀 값으로 상기 현재 기준 값을 연산한다. 또한, 상기 제어부는 상기 직전에 저장된 기준 값보다 상기 디지털 값이 크면 상기 직전의 기준 값에서 1을 더한 값으로 상기 현재 기준 값을 연산한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 직전에 저장된 기준 값과 상기 디지털 값이 같으면 상기 직전의 기준 값으로 상기 현재 기준 값을 연산한다. 또한, 상기 제어부는 상기 현재 기준 값이 미리 설정된 기간 동안 유지되는지 여부에 따라 상기 현재 상태를 결정한다.

본 발명의 실시 예는 노이즈가 유입되더라도 PWM 신호의 레벨을 정확하게 판독할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 직류 변환부(20), 레벨 변환부(30) 및 보호부(40)를 도시한 상세 회로도.
도 3은 도 1에 도시된 제어부(50)의 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 충전 제어 장치(1)는 PWM 신호 발생부(10), 직류 변환부(20), 레벨 변환부(30), 보호부(40) 및 제어부(50)를 포함한다. PWM 신호 발생부(10)는 제어부(50)로부터 출력된 제어 신호(SC)를 입력 받아PWM 신호(SP)를 생성한다. 여기서, PWM 신호(SP)는 0~12V의 크기를 갖는다. PWM 신호 발생부(10)는 PWM 신호(SP)를 전기 자동차(미도시)의 입력 포트(Pin)에 전달한다.

직류 변환부(20)는 PWM 신호(SP)를 직류 레벨로 변환하여 직류 변환 신호(VDC)를 출력한다. 레벨 변환부(30)는 직류 변환 신호(VDC)의 전압 레벨을 조정하여 레벨 조정 신호(VD)를 출력한다. 여기서, 레벨 변환부(30)는 직류 변환 신호(VDC)의 전압 레벨을 미리 설정된 저항 비에 따라 분압하여 레벨 조정 신호(VD)를 출력한다. 그리고, 보호부(40)는 레벨 조정 신호(VD)를 입력 받아 안정화시켜 모니터링 신호(SM)를 출력한다.

제어부(50)는 모니터링 신호(SM)를 디지털 값으로 변환하고, 변환된 디지털 값과 직전에 저장된 기준 값을 비교하여 현재 기준 값을 연산하고, 저장한다. 이를 위해, 제어부(50)는 모니터링 신호(SM)를 디지털 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터(미도시) 및 직전의 기준 값을 저장하는 메모리(미도시)를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 모니터링 신호(SM)의 전압 레벨을 8비트의 디지털 신호로 변환할 수 있다.

여기서, 제어부(50)는 직전에 저장된 기준 값보다 변환된 디지털 값이 작으면 직전의 기준 값에서'1'을 뺀 값으로 현재 기준 값을 연산한다. 그리고, 제어부(50)는 직전에 저장된 기준 값보다 변환된 디지털 값이 작으면 직전의 기준 값에서'1'을 더한 값으로 현재 기준 값을 연산한다. 또한, 제어부(50)는 직전에 저장된 기준 값과 변환된 디지털 값이 같으면 직전의 기준 값을 현재의 기준 값으로 연산한다.

그리고, 제어부(50)는 연산된 현재 기준 값에 따라 PWM 신호(SP)의 현재 상태를 판단한다. 제어부(50)는 판단된 PWM 신호(SP)의 현재 상태가 미리 설정된 기간 동안 유지되는지 여부에 따라 PWM 신호(SP)의 현재 상태를 최종적으로 결정한다. 제어부(50)는 최종적으로 결정된 PWM 신호(SP)의 현재 상태에 따라 제어 신호(SC)를 출력한다.

도 2는 도 1에 도시된 직류 변환부(20), 레벨 변환부(30) 및 보호부(40)를 도시한 상세 회로도이다.

도 2를 참조하면, 직류 변환부(20)는 제1 커패시터(C1)를 포함한다. 제1 커패시터(C1)는 PWM 신호(SPWM)가 입력되는 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다. 제1 커패시터(C1)에 의해 PWM 신호(SPWM)가 직류 레벨로 변환되어 제1 노드(N1)를 통해 직류 변환 신호(VDC)가 출력된다.

레벨 변환부(30)는 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 포함한다. 제1 저항(R1)은 제1 노드(N1)에 연결된 일단을 포함한다. 제2 저항(R2)은 제1 저항(R2)의 타단에 연결된 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다.

제1 및 제2 저항(R1, R2)의 저항 값에 따라 직류 변환 신호(VDC)의 전압 레벨이 분압되어 제2 노드(N2)를 통해 레벨 조정 신호(VD)가 출력된다. 여기서, 레벨 조정 신호(VD)는 5V 이하의 전압 레벨일 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 저항 비는 약 2:1일 수 있다. 예컨대, 제1 저항(R1)은 약 510kΩ이고, 제2 저항(R2)는 약 270kΩ일 수 있다.

보호부(40)는 인덕터(L1), 제2 내지 제4 커패시터(C2~C4), 제3 저항(R3) 및 제너 다이오드(D1)를 포함한다. 인덕터(L1)는 제2 노드(N2)에 연결된 일단을 포함한다. 제2 커패시터(C2)는 인덕터(L1)의 일단에 연결된 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다. 제3 커패시터(C3)는 인덕터(L2)의 타단에 연결된 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다.

제4 커패시터(C4)는 제3 커패시터(C3)의 일단에 연결된 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다. 제3 저항(R3)은 제4 커패시터(C4)의 일단에 연결된 일단 및 접지 단자에 연결된 타단을 포함한다. 제너 다이오드(D1)는 제3 저항(R3)의 일단에 연결된 애노드 단자 및 접지 단자에 연결된 캐소드 단자를 포함한다.

도 3은 도 1에 도시된 제어부(50)의 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 제어부(50)는 보호부(40)로부터 모니터링 신호(SM)를 전달 받는다(S1 단계). 그러면, 제어부(50)는 모니터링 신호(SM)를 디지털 값으로 변환한다(S2 단계).

그 다음, 제어부(50)는 직전에 저장된 기준 값을 독출한다(S3 단계). 제어부(50)는 직전의 기준 값과 현재 변환된 디지털 값의 크기를 비교하여 직전의 기준 값보다 디지털 값이 작은지 여부를 판단한다(S4 단계). 판단 결과, 직전의 기준 값보다 디지털 값이 작은 경우 제어부(50)는 직전의 기준 값에서'1'을 뺀 값을 현재의 기준 값으로 연산한다(S5 단계).

반면, S4 단계에서 판단 결과, 직전의 기준 값보다 디지털 값이 작지 않은 경우 제어부(50)는 직전의 기준 값보다 디지털 값이 큰지 여부를 판단한다(S6 단계). 판단 결과, 직전의 기준 값보다 디지털 값이 큰 경우 제어부(50)는 직전의 기준 값에서'1'을 더한 값을 현재의 기준 값으로 연산한다(S7 단계).

반면, S6 단계에서 판단 결과, 직전의 기준 값보다 디지털 값이 크지 않은 경우 제어부(50)는 직전의 기준 값과 디지털 값이 동일한 값인 것으로 판단하고, 직전의 기준 값을 현재의 기준 값으로 연산한다(S8 단계).

예컨대, 아래의 [표 1]과 같이, 제어부(50)는 직전 기준 값과 현재 변환된 디지털 값을 비교하여 현재의 기준 값을 연산할 수 있다.

횟수	직전 기준 값	현재 디지털 값	현재 기준 값
1	10	12	11
2	11	15	12
3	12	10	11
4	11	30	12
5	12	11	11
6	11	15	12

그 다음, 제어부(50)는 연산된 현재의 기준 값을 저장하고, 현재의 기준 값에 따라 PWM 신호(SPWM)의 현재 상태를 판단한다(S9 단계). 그리고, 제어부(50)는 직전에 판단된 PWM 신호(SPWM)의 상태와 현재 판단된 PWM 신호(SPWM)의 상태가 동일한지 여부를 판단한다(S10 단계).

판단 결과, 직전과 현재 판단된 PWM 신호(SPWM)의 상태가 동일하면, 동일한 상태가 미리 설정된 횟수, 예컨대 4000번 유지되었는지 여부를 판단한다(S11 단계). 여기서, 모니터링 신호(SM)를 디지털 값으로 변환하는 시간이 250μs인 경우 제어부(50)는 1초당 4000회의 디지털 값을 읽어 현재 기준 값을 연산할 수 있다.

판단 결과, 직전과 현재 판단된 PWM 신호(SPWM)의 상태가 4000번 유지된 경우 제어부(50)는 PWM 신호(SPWM)의 현재 상태를 최종적으로 결정한다(S12 단계). 즉, 제어부(50)는 1초 동안 4000번의 디지털 값을 읽어 PWM 신호(SPWM)의 상태를 판단하고, PWM 신호(SPWM)의 상태가 계속 동일하게 유지될 때 PWM 신호(SPWM)의 상태를 최종적으로 결정한다. 따라서, 전기 자동차로부터 노이즈(noise)가 유입되더라도 현재 상태를 일정하게 유지시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: PWM 신호 발생부
20: 직류 변환부
30: 레벨 변환부
40: 보호부
50: 제어부

Claims

PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부;
상기 PWM 신호를 직류 레벨로 변환하여 직류 변환 신호를 출력하는 직류 변환부;
상기 직류 변환 신호의 전압 레벨을 조정하여 레벨 조정 신호를 출력하는 레벨 변환부;
상기 레벨 조정 신호를 안정화시켜 모니터링 신호를 출력하는 보호부; 및
상기 모니터링 신호를 디지털 값으로 변환하고, 상기 디지털 값과 직전에 저장된 기준 값을 비교하여 현재의 기준 값을 연산하고, 상기 현재의 기준 값에 따라 상기 PWM 신호의 상태를 판단하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 직전에 저장된 기준 값보다 상기 디지털 값이 작으면 상기 직전의 기준 값에서 1을 뺀 값으로 상기 현재 기준 값을 연산하고,
상기 직전에 저장된 기준 값보다 상기 디지털 값이 크면 상기 직전의 기준 값에서 1을 더한 값으로 상기 현재 기준 값을 연산하며,
상기 직전에 저장된 기준 값과 상기 디지털 값이 같으면 상기 직전의 기준 값으로 상기 현재 기준 값을 연산하는 는 전기 자동차용 충전 제어 장치.
제1 항에 있어서,
상기 직류 변환부는
상기 PWM 신호의 입력 단에 연결된 일단 및 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터를 포함하는 전기 자동차용 충전 제어 장치.
제2 항에 있어서,
상기 레벨 변환부는
상기 제1 커패시터의 일단에 연결된 일단을 포함하는 제1 저항; 및
상기 제1 저항의 타단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단에 연결된 제2 저항
을 포함하는 전기 자동차용 충전 제어 장치.
제3 항에 있어서,
상기 레벨 변환부는
상기 직류 변환 신호의 전압 레벨을 상기 제1 및 제2 저항의 저항 비에 따라 분압하는 전기 자동차용 충전 제어 장치.
제3 항에 있어서,
상기 보호부는
상기 제2 저항의 일단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제2 커패시터;
상기 제2 커패시터의 일단에 연결된 일단을 포함하는 인덕터;
상기 인덕터의 타단에 연결된 일단 및 상기 접지 단에 연결된 타단을 포함하는 제3 커패시터;
상기 제3 커패시터의 일단에 연결된 제3 저항; 및
상기 제3 저항의 타단에 연결된 애노드 전극 및 상기 접지 단에 연결된 캐소드 전극을 포함하는 제너 다이오드
를 포함하는 전기 자동차용 충전 제어 장치.
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 현재 기준 값이 미리 설정된 기간 동안 유지되는지 여부에 따라 상기 PWM 신호의 현재 상태를 결정하는 전기 자동차용 충전 제어 장치.