KR101643590B1 - 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법 - Google Patents

전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 개시는 전기자동차용 배터리의 충전 장치 및 그 충전 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차용 충전장치 및 충전 방법은, 충전용 전원의 전압을 배터리의 요구전압과 일치시키기 위해 벅-부스트 컨버터를 이용하되, 배터리 요구전압의 크기에 따라 서로 다른 동작모드를 수행하도록 제어함으로써, 더욱 개선된 역률을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 전기 자동차용 충전장치 및 충전 방법은, 비절연 타입의 벅-부스트 컨버터를 이용하여 전압의 크기를 조절함으로써 비용을 절감할 수 있고, 보다 간단한 회로로 구현된 충전장치를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법{BATTERY CHARGING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE AND CHARGING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 전기자동차용 배터리에서의 요구전압에 따라 전력을 조절하여 공급하는 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 전기 자동차는, 크게 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었다. 그러나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다. 최근 화석연료 등 에너지 자원의 부족, 가솔린 자동차에 의한 환경오염 등의 문제에 의해 전기 자동차에 대한 연구가 활발해지고 있다. 이러한 전기 자동차의 보급 확대와 운용 활성화를 위해서는 충전 인프라 구축이 필수적이며, 전력 전달 기기인 충전 스탠드와 충전 시스템의 개발이 무엇보다도 필수적이다.
전기 자동차용 배터리의 충전에 적합한 전압을 출력하기 위해 충전용 전원의 전압은 전력변환 과정을 수반한다. 전력변환을 위해 이용되는 DC-DC 컨버터에는 부스트 컨버터(boost converter), 벅 컨버터(buck converter), 및 벅-부스트(buck-boost) 컨버터 등이 있는데, 이들 중 벅-부스트 컨버터를 이용하여 전력을 변환하면 출력전압의 조절 측면에서 전압의 승압과 강압을 모두 만족시킬 수 있으나, 벅 모드로 동작하는 경우에 역률(Power Factor; PF)이 저하되는 문제가 있다. 역률은 더욱더 규제에 들어가고 있는 실정이므로 역률의 저하는 바람직하지 않다.
본 발명의 실시예들은 전기자동차용 배터리를 충전하는데 있어서 전력변환시의 역률 저하 문제를 개선하기 위한 배터리 충전 장치 및 충전 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명의 실시예들은 전기자동차용 배터리를 충전하는데 있어서, 비절연 타입의 충전장치를 이용함으로써 제작 비용을 줄이고, DC 링크의 출력전압을 배터리의 요구전압과 일치시키기 위해 복수의 동작모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는 충전장치 및 충전 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리의 충전장치는, 충전용 전원을 정류하여 정류전압을 출력하는 정류부와, 상기 정류전압을 평활하는 평활부와, 상기 배터리의 요구전압에 따라 제1동작모드 또는 제2동작모드를 선택적으로 수행하는 전력변환부와, 상기 전력변환부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전력변환부는, 제어부의 명령 신호에 따라 상기 제1동작모드 또는 상기 제2동작모드가 수행되도록하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제어부는, 정류전압과 배터리의 요구전압을 비교하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 충전장치는, 비절연 타입의 충전장치인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리의 충전 방법은, 충전용 전원을 정류하여 정류전압을 출력하는 단계와, 상기 전기자동차용 배터리의 요구전압에 따라 제1동작모드 또는 제2동작모드를 결정하는 단계와, 상기 결정된 동작 모드에 기초하여 상기 정류전압을 변환하는 단계와, 상기 변환된 정류전압을 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 결정하는 단계는 상기 정류전압과 상기 배터리의 요구전압의 크기를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 양자가 일치되도록 상기 제1동작모드 또는 제2동작모드를 선택적으로 결정하는 단계인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 결정하는 단계는 상기 정류전압이 상기배터리의 요구전압보다 작으면 상기 제1동작모드를 결정하고, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압보다 크거나 같으면 상기 제2동작모드를 결정하는 단계인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 충전방법은, 상기 출력하는 단계 이전에 충전용 전원이 연결됨을 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 충전방법은, 상기 출력하는 단계 이후에 출력된 상기 정류전압을 직류 링크 캐패시터에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들은 충전용 전원의 전압을 배터리의 요구전압과 일치시키기 위하여 벅-부스트 컨버터를 이용하되, 배터리의 요구전압의 크기에 따라 서로 다른 동작모드를 수행하도록 제어함으로써, 역률이 더욱 개선되는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 전기자동차용 배터리의 충전장치에서 비절연 타입의 벅-부스트 컨버터를 사용하여 전압의 크기를 조절함으로써 비용을 절감할 수 있고, 보다 간단한 회로로 구현된 충전장치를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 충전장치의 블록도이고,
도 2는 도1의 충전장치에서 전력변환부의 일 예시를 상세하게 도시한 도면이고,
도 3a는 본 발명에 따른 충전장치의 전력변환부가 제1동작모드를 수행하는 경우의 회로도이고,
도 3b는 본 발명에 따른 충전장치의 전력변환부가 제2동작모드를 수행하는 경우의 회로도이며,
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리의 충전 방법의 일 예시 흐름도이고,
도 5는 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법이 적용될 일 예시 전기 자동차의 내부를 도시한 도면이고,
도 6은, 도 5에서의 충전 장치와 모터제어장치의 구성을 보인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법이 적용될 일 예시 전기 자동차의 내부를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류전원을 공급하는 배터리(100), 배터리(100)가 공급하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈(150), 동력 모듈(150)에 의해 회전되는 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 모터(300)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있다.
동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치(200), 모터 제어 장치(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터(300)를 포함한다.
배터리(100)는 동력 모듈(150)에 직류 전원을 공급한다. 배터리(100)는 일반적으로 복수 개의 단위 셀(cell)이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 집합을 형성한다. 복수 개의 단위 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 관리된다. 즉, 배터리 관리 시스템은 상기 배터리(100)가 일정한 전압을 방출하도록 한다. 배터리(100)로는 일반적으로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지 등이 사용된다.
모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(300)에 공급한다. 일반적으로 모터 제어 장치(200)는 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.
모터(300)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 모터 제어 장치(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 모터(300)에 인가되면, 모터(300)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 회전자의 회전으로 회전력을 발생시킨다.
모터(300)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(300)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.
전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520)를 지지한다. 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 스프링 또는 감쇠기구에 의해 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.
앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.
도 6은, 도 5에서의 충전 장치와 모터제어장치의 구성을 보인 도면이다. 도시된 바와 같이, 전기 자동차는 모터제어장치(200)를 이용하여 구동되는 모터(300)에 의하여 구동된다. 또한, 배터리(100)는 충전장치를 이용하여 충전되고, 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 충전된 전원을 공급받는다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 충전장치의 블록도를 도시한다. 도 1의 블록도는, 충전용 전원(10), 공급된 충전용 전원을 정류하는 정류부(20), 정류된 전원을 평활하는 평활부(30), 정류된 전압을 출력전압으로 변환하는 전력변환부(40), 전력변환부의 동작을 제어하는 제어부(60), 및 전력변환부에 연결되어 변환된 출력전압을 제공받는 배터리(50)를 포함한다.
충전용 전원(10)은, 계통 전원에 연결되어 교류전원(AC)를 공급받아 전기자동차용 배터리의 충전장치에 제공한다. 일 실시예로, 공급되는 전원은 예를 들어 85~265V 범위의 값을 갖는 교류전원일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정류부(20)는 충전용 전원(10)으로부터 교류(AC)를 입력받아 직류(DC)를 출력한다. 일 실시예로, 콘덴서 입력 정류방식은, 입력단에 4개의 다이오드로 구성된 브리지들 정류기와 콘덴서를 포함한다. 이때 정전용량이 큰 콘덴서를 이용하면 펄스형 충전전류 때문에 교류 입력단의 역률(Power Factor; PF)이 0.5~0.7 정도로 저하되는 문제가 발생하는데, 이와 같은 역률 저하 문제는 전력변화부(40)에서 전압을 승압시켜줌으로써 개선될 수 있다.
평활부(30)는, 정류부(20), 예를 들어, 브리지 다이오들로부터 제공된 직류전원을 평활하여 저장한다. 즉, 정류 후 직류에 포함되는 교류성분을 제거하여 상기 직류전원을 평활한다.
전력변환부(40)는, 평활부(30)로부터 제공된 직류전원의 전압을 배터리(50)의 요구전압 범위와 일치되도록 변환시키기 위해 DC-DC 컨버터의 제1동작모드 또는 제2동작모드를 선택적으로 수행한다. 이때 상기 DC-DC 컨버터는 바람직하게는 비절연 타입의 컨버터로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 DC-DC 컨버터의 제1동작모드는 전압을 승압하는 부스트(boost) 동작 모드이고, 상기 제2동작모드는 전압을 승압 및 강압하는 벅-부스트(buck-boost) 동작 모드일 수 있다. 부스트(boost) 동작은 스위치가 온(on)되어 있는 동안 전류의 충전이 이루어지고 스위치가 오프(off)되면 충전된 전류가 출력되는데, 이러한 부스트 동작은 전압을 승압하기 때문에 출력전압이 입력전압보다 항상 높다. 그리고 벅(buck) 동작은 일정한 주기로 스위칭하는(on/off를 반복함) 스위칭 소자를 이용하여 스위칭 소자가 온(on) 되어 있는 동안에는 전원이 회로에 연결되고 스위칭 소자가 오프(off)되면 연결이 끊어지는 것을 반복하는데, 이러한 벅 동작은 전압을 강압하기 때문에 출력전압이 입력전압보다 항상 낮다. 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter)는 이와 같은 부스트 동작과 벅 동작을 하나로 합한 컨버터이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전력변환부(40)는 전압을 승압하는 제1동작모드와 전압을 승압 및 강압하는 제2동작모드를 선택적으로 수행되도록 하는 스위치부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치부의 스위치가 벅 모드의 도통상태를 온(on) 상태로 하면, 평활부(30)로부터 전달된 직류전원에 대해 승압 및 강압이 모두 수행된다. 반면, 스위치부의 스위치가 벅 모드의 도통상태를 오프(off) 상태로 하면, 평활부(30)로부터 전달된 직류전원에 대해 승압만이 수행된다. 즉, 제1동작모드인 경우에는 전압을 승압만하는 하나의 단계만이 수행되고, 제2동작모드인 경우에는 전압을 승압하고 강압하는 두 단계가 수행된다. 이때, 역률보상(Power Factor Correction; PFC)을 충족시키기 위해 승압은 항상 수행된다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 스위치부는 상기 제1동작모드와 제2동작모드를 선택적으로 수행되게 하기 위해 부스트 모드 또는 벅 모드의 통전 상태를 제어하도록 구현되거나, 또는 부스트 모드 및 벅 모드의 통전 상태를, 각각, 제어하도록 구현될 수 있다. 또한, 상기 스위치부는 각 동작모드의 통전 상태를 제어하기 위한 스위치가 단 하나만 구비되거나 또는 복수 개 구비될 수 있다. 이와 같은 스위치부의 동작은 이하에서 설명되는 바와 같이 제어부(60)로부터의 소정의 명령 신호에 따라 제어된다.
제어부(60)는, 전력변환부(40)에서 수행될 동작모드를 선택하기 위해 정류부(20)로부터 정류된 직류전원의 전압(이하 '정류전압'이라 한다)을 전기자동차용 배터리의 요구전압과 비교한다. 이를 위해, 제어부(60)는, 상기 배터리의 요구전압 및 정류전압을 검출하기 위한 검출부와, 상기 정류전압과 상기 요구전압의 크기를 비교하기 위한 비교부를 포함할 수 있다.
상기 정류전압과 배터리 요구전압의 비교 결과, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압보다 작으면 제어부(60)는 전력변환부(40)가 제1동작모드(승압)를 수행하도록 명령 신호를 보낸다.
반면, 상기 정류전압과 배터리 요구전압의 비교 결과, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압보다 크거나 같으면 제어부(60)는 전력변환부(40)가 제2동작모드(승압강압)를 수행하도록 명령 신호를 보낸다.
이와 같은 제어부(60)의 명령 신호는 전력변환부(40)의 스위치부에 전달되어 승압부 또는 강압부의 통전 상태를 제어한다. 보다 구체적으로, 전력변환부(40)가 제어부(60)로부터 제1동작모드를 수행하라는 명령 신호를 수신하면, 전력변환부(40)의 스위치부는 승압부를 통전하고 강압부는 단락하도록 동작이 제어된다. 이와 같이 전력변환부(40)가 제1동작모드를 수행하는 경우에는 전압을 강압하는 벅(buck) 동작을 수행하지 않기 때문에 벅 동작으로 인해 야기되는 역률 저하 문제가 개선될 수 있다. 반면, 전력변환부(40)가 제어부(60)로부터 제2동작모드를 수행하라는 명령 신호를 수신하면, 전력변환부(40)의 스위치부는 승압부와 강압부가 모두 통전 상태가 되도록 동작이 제어된다.
전력전환부(40)로부터 출력된 전압은 배터리(50)에 제공된다. 이때, 전력변환부(40)와 배터리(50) 사이에는 배터리의 충전을 온/오프(on/off)할 수 있는 소정의 스위치가 구비될 수 있다.
도 2는 상기 기술한 전력변환부의 일 예를 상세하게 도시한다. 도 2의 전력변환부는 전압을 승압하는 승압부(42), 전압을 강압하는 강압부(46), 승압부와 강압부 사이에 위치하는 스위치부(45), 승압부 또는 강압부의 동작을 제어하고 정류전압과 배터리의 요구전압을 비교하는 비교부(65)를 포함하는 제어부(60), 및 배터리(50)를 포함한다.
먼저, 정류전압이 도 2의 전력변환부(40)의 입력단에 공급된다. 예를 들어, 입력전원부에 공급된 충전용 전원(10)의 교류전압이 85~265V인 경우 정류 및 평활된 정류전압은 120~375V의 승압된 전압을 가질 수 있다.
제어부(60)의 비교부(65)는 120~375V 범위의 정류전압과 배터리의 요구전압의 크기를 비교한다. 배터리의 요구전압은 배터리 충전에 적합한 범위의 출력전압으로서, 예를 들어, 200~400V 범위의 전압일 수 있다.
비교부(65)의 비교결과, 정류전압의 크기가 배터리의 요구전압보다 크거나 같으면, 배터리 충전에 적합한 범위의 출력전압을 만족하기 위해 승압동작과 강압동작이 모두 수행될 필요가 있으므로(승압 동작은 항상 수행되므로 정류전압은 요구전압보다 항상 큰 전압값으로 출력된다), 제어부(60)는 제2동작모드를 수행하도록 전력변환부에 제어명령을 보낸다.
비교부(65)의 비교결과, 정류전압의 크기가 배터리의 요구전압보다 작으면, 역률보상(Power Factor Correction; PFC)을 충족시키기 위한 승압동작만이 필요하므로, 제어부(50)는 제1동작모드를 수행하도록 전력변환부에 제어명령을 보낸다.
일 실시예에서, 제어부(60)는, 비교부(65)에 의한 전압값 비교를 위해, 전력변환부(40)에 인입되는 전압을 검출하기 위한 제1검출기(미도시)와, 전력변환부(40)로부터 출력되는 전압을 검출하기 위한 제2검출기(미도시)와, 배터리의 요구전압을 검출하기 위한 제3검출기(미도시)를 포함하는 것으로 구현될 수 있다.
전력변환부(40)는, 제어부(60)로부터 선택된 동작모드에 관한 명령 신호를 수신한다. 수신된 신호에 대응하는 스위치부(45)의 온/오프(on/off) 상태에 따라, 인입되는 정류전압에 대해 승압만을 수행하거나(제1동작모드) 또는 승압 및 강압을 수행한다(제2동작모드). 좀 더 구체적으로 스위치부(45)의 스위칭 소자가 S0-S1에서 온(on) 상태이면 정류전압에 대해 승압만이 수행되어 출력되고, 스위치부(45)의 스위칭 소자가 S0-S2에서 온(on) 상태이면 정류전압에 대해 승압과 강압이 모두 수행된 다음에 출력된다. 전력변환부(40)로부터 출력된 직류전압은 배터리(50)에 제공됨으로써 배터리를 충전한다.
도 3a는 본 발명에 따른 충전장치의 전력변환부가 제1동작모드로 수행되는 경우의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 교류전원이 입력되고 4개의 브리지 다이오드들을 통과한 정류전압이 배터리의 요구전압보다 작기 때문에 승압 동작만이 수행된 출력전압이 배터리에 제공된다. 이때는 DC-DC 컨버터 회로의 구현이 비교적 간단하고, 정류전압에 대한 강압 동작이 없기 때문에 벅(buck)모드 동작으로 인한 역률(PF) 저하 문제가 발생하지 않는다.
도 3b는 본 발명에 따른 충전장치의 전력변환부가 제2동작모드로 수행되는 경우의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 교류전원이 입력되고 4개의 브리지 다이오드들을 통과한 정류전압이 충전될 배터리의 요구전압보다 크기 때문에(또는 같기 때문에) 승압 및 강압 동작이 모두 수행된 출력전압이 배터리에 제공된다.
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 방법의 일 예시 흐름도이다. 입력전원부에 충전용 전원이 인입되면 프로세스가 개시된다. 먼저 입력받은 충전용 전원을 정류하여 정류전압을 출력한다(S10). 즉, 입력전원부에 인입된 교류전원을 직류전원으로 변환하고 직류전원으로부터 남은 교류성분을 정류한다. 이때 충전용 전원이 정류되기 전에 충전용 전원이 연결됨을 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 정류전압의 출력 이후, 출력된 정류전압을 직류(DC) 링크 캐패시터에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 정류전압은 전력변환부에 공급되고, 제어부에 의하여 전기자동차의 배터리 요구전압의 크기에 따라 제1동작모드를 수행할지 또는 제2동작모드를 수행할지가 결정된다(S20). 이와 같은 동작모드의 결정은 제어부가 정류전압값과 배터리의 요구전압값을 비교하고, 그 비교결과에 기초하여 필요한 동작을 판단함으로써 결정될 수 있다. 결정된 동작모드의 수행은, 전력변환부를 통과하는 정류전압의 루트를 서로 다르게 조절함으로써 달성될 수 있다.
만일, 정류전압(또는 직류 링크 캐패시터에 저장된 직류전원의 전압)이 배터리의 요구전압보다 작으면, 제1동작모드에 따라 정류전압을 변환한다(S30). 제1동작모드에 의하면, DC-DC컨버터의 승압부는 통전상태이고, 강압부는 단락상태이기 때문에 정류전압에 대하여 승압만이 수행된다. 즉, 정류전압이 배터리 요구전압과 일치하는 범위의 정격전압을 갖기 위해 정류전압을 승압시킴으로써 출력전압을 높여준다. 이때는 강압모드가 동작하지 않기 때문에 DC-DC 컨버터가 벅모드(bock mode)로 동작하는 것으로 인해 발생될 수 있는 역률의 저하 문제(DC-DC 컨버터가 벅모드로 동작하는 경우에는 역률이 대략 0.9 미만으로 떨어진다)가 개선될 수 있다.
만일, 정류전압(또는 직류 링크 캐패시터에 저장된 직류전원의 전압)이 배터리의 요구전압보다 크거나 같으면, 제2동작모드에 따라 정류전압을 변환한다(S40). 제2동작모드에 의하면, DC-DC컨버터의 승압부와 강압부가 모두 통전상태이기 때문에 정류전압에 대하여 승압과 강압이 모두 수행된다.
제1동작모드나 제2동작모드 어느 경우이든지 정류전압에 대한 승압(boost)이 수행되는데, 이는 역률보상(PFC)을 충족시키기 위함이다. 이와 같이 제1동작모드 또는 제2동작모드에 따라 변환된 정류전압은 배터리에 제공되어 배터리를 충전한다(S50).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 전기자동차용 배터이의 충전장치 및 배터리 충전 방법은, 배터리의 요구전압과 일치되도록 충전용 전압을 변환하는데 있어서 역률보상(Power Factor Correction; PFC)을 만족시키기 위해 승압동작은 항상 수행하고, 강압동작은 필요에 따라 수행하되, 이와 같은 선택적 동작이 하나의 비절연 타입의 벅-부스트(buck-boost) 컨버터에서 이루어질 수 있도록 구현함으로써 제작 비용을 줄이고 벅동작으로 인한 역률 저하 문제를 감소시킬 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 배터리의 충전방법은 예시적인 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 상기한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자는 다양한 변경, 변형, 등가물을 실시할 수 있는 것으로 이해되어야한다.
10: 충전용 전원 20: 정류부
30: 평활부 40: 전력변환부
42: 승압부 45: 스위치부
46: 강압부 50: 배터리
60: 제어부 65: 비교부

Claims (12)

  1. 충전용 전원의 전압을 전기자동차용 배터리의 요구전압으로 변환하여 출력하는 전기자동차의 배터리 충전장치에 있어서,
    상기 충전용 전원을 정류하여 정류전압을 출력하는 정류부;
    상기 정류전압을 평활하는 평활부;
    상기 평활부와 배터리 사이에 연결되고, 전압을 승압하는 승압회로와 전압을 강압하는 강압회로를 포함하는 전력변환부; 및
    상기 전력변환부에서 상기 정류전압을 승압하는 제1동작모드와 상기 정류전압을 승압한 다음 강압하는 제2동작모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행하도록 상기 전력변환부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 정류전압의 크기와 상기 배터리의 요구전압의 크기의 비교 결과, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압보다 작으면 상기 제1동작모드를 수행하고, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압보다 크거나 같으면 상기 제2동작모드를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 승압회로와 상기 강압회로 사이에 마련되어, 상기 제어부의 명령 신호에 따라 상기 제1동작모드 또는 상기 제2동작모드가 수행되도록 하는 스위치부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정류전압의 크기를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 정류전압의 크기와 상기 배터리의 요구전압의 크기를 비교하는 비교부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 에 있어서,
    상기 충전장치는, 비절연 타입의 충전장치인 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전장치.
  7. 전기자동차의 배터리 충전방법으로서,
    충전용 전원을 정류하여 정류전압을 출력하는 단계;
    상기 정류전압을 평활하는 단계;
    상기 배터리의 요구전압과 상기 정류전압의 크기를 비교하는 단계;
    비교 결과에 근거하여, 상기 정류전압을 승압하는 제1동작모드와 상기 정류전압을 승압한 다음 강압하는 제2동작모드 중 어느 하나를 결정하는 단계;
    상기 결정된 동작 모드에 기초하여 상기 정류전압을 변환하는 단계;
    상기 변환된 정류전압을 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 충전하는 단계; 를 포함하고,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압의 크기보다 작으면 상기 제1동작모드를 결정하고, 상기 정류전압이 상기 배터리의 요구전압의 크기보다 크거나 같으면 상기 제2동작모드를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는
    전기자동차의 배터리 충전방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 정류전압과 상기 배터리의 요구전압의 크기를 비교 결과에 따라 양자가 일치되도록 상기 제1동작모드 또는 제2동작모드를 선택적으로 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 출력하는 단계 전에, 상기 충전용 전원이 연결됨을 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 출력하는 단계 후에, 출력된 상기 정류전압을 직류 링크 캐패시터에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기자동차의 배터리 충전방법.
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