KR101684113B1

KR101684113B1 - Plc 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101684113B1
Application number: KR1020150067563A
Authority: KR
Inventors: 김현욱; 정명선
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: KR20160134104A

Abstract

본 발명은 전기자동차와 전원공급장치 간에 PLC(Power Line Communication) 통신을 이용하되, 급속 충전, 완속 충전 또는 전기자동차의 주행 여부에 따라 PLC 제어기의 PHY 칩을 온 또는 오프함으로써 전기자동차의 불필요한 전력 소비를 방지하고, PHY 칩의 내구 수명을 향상시키고 EMS 노이즈를 최소화할 수 있는 PLC 제어 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 PLC 제어 시스템은 완속충전기로부터 근접 감지(Proximity Detection) 신호 및 PWM 듀티비 신호를 수신하는 메인 제어부 및 전원공급장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 메인 제어부에 송신하는 PHY 칩을 포함한다.

Description

PLC 제어 시스템 및 방법{System and Method for controlling Power Line Communication}

본 발명은 PLC 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PLC 통신을 이용하여 전기 차량과 전원공급장치 간의 충전을 제어하는 기술에 관한 것이다.

지구의 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있는 요즈음 무공해 에너지의 사용은 날로 중요성을 더해가고 있다.

특히, 대도시의 대기오염 문제는 날로 심각해지고 있는데, 차량의 배기가스는 그 주요원인 중의 하나이다.

이와 같은 상황에서 무공해 에너지인 전기를 동력원으로 사용하는 이른바 전기 차량을 실용화하기 위한 연구가 근래 들어 활발하게 진행되고 있다. 전기 차량은 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 이를 배터리에 충전한 후, 배터리에 충전된 전압으로 차륜과 결합된 모터를 통해 기계적 에너지인 동력을 얻는다.

즉, 전기 차량은 배터리에 충전된 전압으로 모터를 구동시켜야 하기 때문에 대용량의 충전식 배터리를 사용하며, 이러한 대용량의 충전식 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전장치를 구비하고 있다.

배터리 충전장치는 충전시간에 따라 급속 충전기와 완속 충전기로 구분할 수 있으며, 차량 탑재 여부에 따라 탑재형 및 거치형으로 구분될 수 있다. 급속 충전기는 주유소와 같이 주행 중 긴급하게 충전하기 위한 장소에 설치되고 충전시간은 약 20분 정도 소요된다. 반면, 완속 충전기는 주차장이나 쇼핑몰 등 장시간 주차가 예상되는 장소에 설치되고 충전시간은 약 5시간 정도 소요된다.

이러한 전기 차량은 긴급 충전 또는 완속 충전 시에 충전 제어 신호를 처리하는 제어부에서 불필요한 전기 에너지가 소비되고, 노이즈가 발생할 수 있고, 제어부가 전기 차량이 충전 중이 아닌 경우에도 지속적으로 동작함으로써 불필요한 전기 에너지가 소비되고, 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.

[특허문헌]한국등록특허 10-1214448호.

본 발명은 전기자동차와 전원공급장치 간에 PLC(Power Line Communication) 통신을 이용하되, 급속 충전, 완속 충전 또는 전기자동차의 주행 여부에 따라 PLC 제어기의 PHY 칩을 온 또는 오프함으로써 전기자동차의 불필요한 전력 소비를 방지하고, PHY 칩의 내구 수명을 향상시키고 EMS 노이즈를 최소화할 수 있는 PLC 제어 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 PLC 제어 시스템은 완속충전기로부터 근접 감지(Poximity Detection) 신호 및 PWM 듀티비 신호를 수신하는 메인 제어부 및 전원공급장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 메인 제어부에 송신하는 PHY 칩을 포함한다.

또한, 상기 메인 제어부와 상기 PHY 칩은 SPI 통신을 이용하여 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부는 상기 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하면, 상기 PHY 칩을 온 시킬 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부는 상기 근접 감지 신호를 수신하지 않고, 상기 PWM 듀티비 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프 시킬 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부는 상기 PWM 듀티비 신호를 수신하지 않고, 상기 근접 감지 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프 시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 PLC 제어 방법은 메인 제어부가 완속충전기로부터 근접 감지(Proximity Detection) 신호 및 PWM 듀티비 신호를 수신하는 단계 및 PHY 칩이 전원공급장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 메인 제어부에 송신하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 메인 제어부가 상기 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하면, 상기 PHY 칩을 온 시킬 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부가 상기 근접 감지 신호를 수신하지 않고, 상기 PWM 듀티비 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프 시킬 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부가 상기 PWM 듀티비 신호를 수신하지 않고, 상기 근접 감지 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프 시킬 수 있다.

본 기술은 전기자동차의 불필요한 전력 소비를 방지하고, PHY 칩의 내구 수명을 향상시키고 EMS 노이즈를 최소화할 수 있다.

아울러, 본 기술은 PHY 칩의 내구 수명을 향상시켜 PLC 제어부의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC 제어 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 본 기술은 PLC 제어 방법을 설명하는 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC 제어 시스템을 설명하는 구성도이다.

도 1을 참조하면, PLC 제어 시스템은 전원공급장치(100), 커넥터(110), 고전압배터리(120), 완속충전기(130, On Board Charger) 및 PLC 제어부(140)를 포함한다. 여기서, 고전압배터리(120), 완속충전기(130) 및 PLC 제어부(140)는 전기자동차(105)에 구비될 수 있다.

전원공급장치(100)는 전기자동차 충전설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)로 명명할 수 있고, DC 전원 공급부(101), 근접 감지부(102, Proximity Detection), PWM 발신부(103) 및 PLC 모뎀부(104)를 포함한다.

DC 전원 공급부(101)는 전원공급장치(100)와 전기자동차(105)에 서로 체결된 콤보 아웃렛(Combo Outlet) 및 콤보 인렛(Combo Inlet)을 통해 전원을 공급하고, DC SUPPLY로 명명할 수 있다.

근접 감지부(102)는 완속충전기(130)의 근접 감지부(131)와 제어 신호를 송수신하고, PD 감지부로 명명할 수 있다.

PWM 발신부(103)는 PWM 듀티비 신호를 완속충전기(130)의 PWM 수신부(132)에 송신할 수 있다.

PLC 모뎀부(104)는 제어 파일럿(Cotrol Pilot) 신호를 PHY 칩(141)에 전송한다.

커넥터(110)는 전원공급장치(100)와 전기자동차(105)와 연결하는데, 여기서는 전기자동차(105)에 구비된 고전압배터리(120), 완속충전기(130) 및 PLC 제어부(140)를 연결한다.

이러한 커넥터(110)는 총 5개의 연결 라인을 포함할 수 있으며, 제 1 라인(111, DC-)과 제 2 라인(112, DC+)은 충전을 위한 전력이 공급되는 라인이며, 제 3 라인(113)과 제 4 라인(114)은 제어 신호를 전송하기 위한 라인으로서, 제 3 라인(113)은 근접 감지(Proximity Detection)를 위한 신호가 전송되고, 제 4 라인(114)은 제어 파일럿(Cotrol Pilot) 신호를 전송하는 라인이며, 제 5 라인(115)은 접지(ground)를 위한 라인이다.

고전압배터리(120)는 차량 가속 시 모터 어시스트에 필요한 전기 에너지를 공급하고, 감속 또는 엔진 여유 출력 발생 시 모터 회생에 의해 발생한 전기에너지를 저장한다. 이러한 고전압배터리(120)는 캔 통신부(121)를 포함하고, 캔 통신부(121)를 통해 완속충전기(130) 및 PLC 제어부(140)와 신호를 송수신한다.

완속충전기(130, OBC)는 외부에서 공급되는 전원장치에서 AC 전원을 공급받고, 고전압배터리(120)에 충전을 위한 전력을 공급하며, 이러한 완속충전기(130)는 근접 감지부(131), PWM 수신부(132) 및 캔 통신부(133)를 포함한다.

근접 감지부(131)는 전원공급장치(100)의 근접 감지부(102)와 제어 신호를 송수신하는데, 커넥터(110)가 물리적으로 전원공급장치(100)와 전기자동차(105) 간에 체결 또는 접촉하고 있는지 여부를 판단한다. 이러한 물리적으로 체결된 상태 정보(PD 정보)를 근접 감지 신호라고 일컬을 수 있다.

PWM 수신부(132)는 전원공급장치(100)의 PWM 발신부(103)로부터 발신된 PWM 듀티비 신호를 수신할 수 있다.

캔 통신부(133)는 전기자동차에 구비된 고전압 배터리(120) 또는 PLC 제어부(140)와 신호를 송수신한다.

PLC 제어부(140)는 PHY 칩(141), 메인 제어부(142, MCU) 및 캔 통신부(143)를 포함한다.

PHY 칩(140)은 전원공급장치(100)의 PLC 모뎀부(104)로부터 제어 파일럿(Cotrol Pilot) 신호를 수신하고, PHY 칩(141)은 제어 파일럿 신호를 메인 제어부(142)에 송신한다. 여기서, PHY 칩(141)과 메인 제어부(142) 간의 제어 신호의 송수신 방법은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 방법을 이용할 수 있다. 이러한 SPI 통신 방법은 메인 제어부와 메모리, 센서 등 주변 장치 간에 사용할 수 있는 시리얼 통신 방법이다.

메인 제어부(142)는 완속충전기(130)로부터 근접 감지 신호, PWM 듀티비 신호 및 PHY 칩(141)으로부터 제어 파일럿 신호를 수신할 수 있고, PHY 칩(141)의 온 또는 오프를 실시간으로 제어할 수 있다.

캔 통신부(143)는 전기자동차에 구비된 고전압 배터리(120) 또는 완속충전기(130)와 신호를 송수신한다.

여기서, 전기자동차의 급속 충전 시에는 메인 제어부(142)가 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하고, PHY 칩(141)을 온 시켜 급속 충전된다.

예를 들어, PWM 듀티비 신호가 5%로 설정되어 있을 경우, 메인 제어부는 5%가 감지되는지 여부를 판단할 수 있다.

그러나, 전기자동차의 주행 시, 메인 제어부(142)가 근접 감지 신호를 인식하지 못한 경우에 PHY 칩(141)을 오프시키고, PHY 칩(141)을 비동작 모드(sleep 모드)로 변경시킨다. 즉, 메인 제어부(142)는 PHY 칩(141)을 오프시켜 불필요한 전류의 소비를 막을 수 있다. 이러한 불필요한 전류의 소비를 방지함으로써 PHY 칩(141)의 내구 수명을 증가시키고, PLC 제어부(140)의 잠재적인 열화를 방지할 수 있다.

또한, 전기자동차의 완속 충전 시, 메인 제어부(142)가 PWM 듀티비 신호를 인식하지 못한 경우에 PHY 칩(141)을 오프시키고, PHY 칩(141)을 비동작 모드(sleep 모드)로 변경시킨다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 본 기술은 PLC 제어 방법을 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 전원공급장치와 전기자동차는 커넥터를 통해 충전 정보를 송수신한다.

전원공급장치의 DC 전원 공급부에서 커넥터를 통해 전원을 공급하면, 전원공급장치의 근접 감지부와 완속충전기의 근접 감지부가 물리적으로 체결 또는 접촉된 상태인지를 판단하여 정보를 서로 송수신한다.

이러한 완속충전기의 근접 감지부는 완속충전기의 캔 통신부를 통하여 근접 감지 신호를 PLC 제어부의 캔 통신부를 통해 메인 제어부에 송신한다.

즉, PLC 제어부의 메인 제어부는 PWM 듀티비 신호를 수신하고, 근접 감지 신호를 수신한다.

메인 제어부에서는 전원공급장치와 전기자동차 간에 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하면, PHY 칩이 온되어 급속 충전이 가능하다(S10~S40).

그러나, 메인 제어부에서는 전원공급장치와 전기자동차 간에 물리적으로 체결되지 않은 상태 정보(근접 감지 신호 미 수신)를 수신하면, PHY 칩이 오프된다(전기차 주행 시, S50~S80).

또한 메인 제어부에서는 전원공급장치와 전기자동차 간에 물리적으로 체결된 상태 정보(근접 감지 신호)를 수신하되, PWM 듀티비 신호가 미 수신되면, PHY 칩이 오프된다(전기차 완속 충전 시, S90~S120).

전술한 바와 같이, 본 기술은 전기자동차의 불필요한 전력 소비를 방지하고, PHY 칩의 내구 수명을 향상시키고 EMS 노이즈를 최소화할 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims

완속충전기로부터 근접 감지(Proximity Detection) 신호 및 PWM 듀티비 신호를 수신하는 메인 제어부; 및
전원공급장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 메인 제어부에 송신하는 PHY 칩을 포함하되, 상기 메인 제어부는 상기 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하면, 상기 PHY 칩을 온시키고, 상기 PWM 듀티비 신호 및 근접 감지 신호 중 어느 하나의 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프시키는 것을 특징으로 하는 PLC 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 메인 제어부와 상기 PHY 칩은 SPI 통신을 이용하여 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 PLC 제어 시스템.
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메인 제어부가 완속충전기로부터 근접 감지(Proximity Detection) 신호 및 PWM 듀티비 신호를 수신하되, 상기 근접 감지 신호 및 PWM 듀티비 신호를 모두 수신하면, PHY 칩을 온시키고, 상기 PWM 듀티비 신호 및 근접 감지 신호 중 어느 하나의 신호를 수신하면, 상기 PHY 칩을 오프시키는 단계; 및
상기 PHY 칩이 전원공급장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 메인 제어부에 송신하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 메인 제어부와 상기 PHY 칩은 SPI 통신을 이용하여 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 PLC 제어 방법.
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