KR101714148B1 - Wireless charger and method for eco friendly vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 무선충전장치 및 방법에 관한 것으로, 외부로부터 무선 전력을 공급받아 그 무선 전력을 직류 전압으로 정류하는 전력수신기와, 상기 전력수신기로부터 출력되는 정류된 직류 전압을 상기 충전 전압으로 변환하는 전력변환기와, 차량이 정지 상태인지를 확인하고 그 확인결과에 따라 배터리를 충전하도록 상기 전력변환기의 동작을 제어하는 제어기를 포함한다.The present invention relates to an apparatus and a method for wirelessly charging an environmentally friendly vehicle, and more particularly, to an apparatus and method for wirelessly charging an environmentally friendly vehicle, comprising: a power receiver for receiving radio power from outside and for rectifying the radio power to a DC voltage; And a controller for controlling operation of the power converter to charge the battery according to a result of the check.

Description

친환경 차량의 무선충전장치 및 방법{WIRELESS CHARGER AND METHOD FOR ECO FRIENDLY VEHICLE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a wireless charging device and method for an environmentally friendly vehicle,

본 발명은 친환경 차량의 무선충전장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경 차량에서 회생전력을 이용한 배터리 충전 시 사용하는 고전압 양방향 컨버터(High Voltage Bi-direction DC/DC Converter, HDC)를 이용하여 친환경 차량의 고전압 배터리를 무선 충전하는 친환경 차량의 무선충전장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for wirelessly charging an environmentally friendly vehicle, and more particularly, to a method and apparatus for charging an environmentally friendly vehicle using a high voltage bi-directional DC / DC converter (HDC) And more particularly, to a wireless charging apparatus and method for an environmentally friendly vehicle that wirelessly charges a high voltage battery of an environmentally friendly vehicle.

현대는 환경오염이라는 심각한 문제가 발생됨에 따라 이를 해결하기 위하여 친환경 시스템 개발 및 에너지에 대한 연구가 진행되고 있다. 그 중 환경오염문제의 대안으로 전기자동차 및 하이브리드 차량 등의 친환경 차량이 제시되고 있다.Hyundai is developing eco-friendly system and researching energy to solve the serious problem of environmental pollution. Among these, environmentally friendly vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are proposed as alternative to the environmental pollution problem.

이러한 친환경 차량이 등장하면서 친환경 차량 내부에 장착된 고전압 배터리를 충전하기 위한 다양한 충전기술이 소개되고 있다. 특히, 플러그를 직접 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 비접촉 충전방식(무선충전방식)도 다양하게 제안되고 있다.With the advent of such eco-friendly vehicles, various charging technologies have been introduced to charge high-voltage batteries mounted inside eco-friendly vehicles. Particularly, various non-contact charging methods (wireless charging methods) which can solve the inconvenience of a wired charging method in which a plug is directly inserted and used are proposed.

종래의 비접촉 충전 시스템는 차량 외부에 설치되는 송신부와 차량내부에 구성되는 수신부로 구성된다.BACKGROUND ART [0002] A conventional non-contact charging system is composed of a transmitting portion provided outside the vehicle and a receiving portion formed inside the vehicle.

송신부는 계통전원(system power)을 입력으로 전압/전류의 위상을 동기화하는 PFC(Power Factor Correction) 회로와, 수신측(Rx)으로 전력전달을 위해 교류전압을 생성하는 인버터와, 교류 전력을 저장하여 2차 코일로 전달하는 1차 코일로 구성된다.The transmitter includes a PFC (Power Factor Correction) circuit for synchronizing the phase of the voltage / current with an input of system power, an inverter for generating an AC voltage for power transfer to the receiving side (Rx) And a primary coil for transferring the secondary coil to the secondary coil.

수신부는 송신측(Tx)로부터 전달되는 전력을 흡수하는 2차 코일, 생성된 교류전압을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 배터리에서 요구하는 전압으로 변환하는 승·감압 컨버터로 구성된다. 정류부로부터 생성된 직류전압과 배터리의 충전량에 따라 요구하는 전압은 변동하게 되며, 정류부로부터 생성된 전압을 배터리에서 요구하는 전압으로 변환하기 위해 승·감압 컨버터가 사용된다. 계통전원과 배터리 간 비접촉 전력전달 방식을 통해 절연이 만족된다. 따라서, 통상적으로, 승·감압 컨버터의 토폴로지(전력회로)는 비절연형 방식의 승압(boost), 감압(buck), 승·감압 컨버터, 쿡(Cuk), 세픽(Sepic) 회로 방식 등이 채용된다.The receiving unit includes a secondary coil that absorbs power transmitted from the transmission side Tx, a rectification unit that converts the generated AC voltage into a DC power source, and a boosting / reducing converter that converts the generated AC voltage into a voltage required by the battery. The required voltage varies depending on the DC voltage generated from the rectifying part and the charged amount of the battery, and a boosting / reducing converter is used to convert the voltage generated from the rectifying part to a voltage required by the battery. Insulation is satisfied through the non-contact power transfer method between the grid power supply and the battery. Therefore, conventionally, the topology (power circuit) of the boost converter is adopted as a non boost type boost, a buck, a boost converter, a cook, a Sepic circuit scheme, and the like .

상기한 종래의 비접촉 방식의 충전장치는 플러그를 연결하여 충전하는 유선충전방식의 불편함 및 안전 문제를 해결하였으나, 고전압 배터리 충전을 위해 대용량의 승·감압 컨버터를 사용해야 하므로, 충전장치의 구성 복잡도가 높아지는 문제점이 있다.The conventional non-contact type charging device solves the inconvenience and safety problem of the wire charging method in which a plug is connected and charged. However, since the charging / discharging converter of a large capacity needs to be used for charging a high voltage battery, There is a problem that it increases.

KRKR 101071933101071933 B1B1

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 외부전원을 이용하여 친환경 차량의 고전압 배터리를 비접촉(무선) 충전할 때, 친환경 차량에서 회생전력을 이용한 충전 시 사용하는 고전압 양방향 컨버터(High Voltage Bi-direction DC/DC Converter, HDC)를 이용하여 배터리 충전에 요구되는 전압으로 변환하여 배터리 무선충전을 수행하는 친환경 차량의 무선충전장치 및 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a high-voltage bidirectional converter for use in charge of a high-voltage battery of an environment- The present invention provides a wireless charging apparatus and method for an environmentally friendly vehicle that converts a voltage required for charging a battery using a high voltage bi-directional DC / DC converter (HDC).

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선충전방법은 제어기가 차량이 정지 상태인지를 확인하는 단계와, 상기 차량이 정지 상태이면 상기 제어기의 제어에 따라 전력수신기가 외부로부터 무선 전력을 수신하여 직류 전압으로 정류하는 단계와, 전력변환기가 상기 전력수신기로부터 출력되는 상기 직류 전압을 배터리에서 요구하는 충전 전압으로 변환하는 단계와, 상기 전력변환기에 의해 변환된 전압으로 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of wirelessly charging an environmentally friendly vehicle, comprising: checking whether a controller is in a stopped state; Converting the direct current voltage output from the power receiver to a charging voltage required by the battery, converting the direct current voltage output from the power converter into a charging voltage required by the battery, And charging the battery.

또한, 상기 전력변환기는, 고전압 양방향 컨버터로 구현되는 것을 특징으로 한다.Further, the power converter is implemented as a high-voltage bi-directional converter.

또한, 상기 무선충전방법은 상기 차량이 운행 상태이면 상기 제어기의 제어에 따라 상기 전력변환기가 상기 배터리로부터 출력되는 출력전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The wireless charging method further includes converting the output voltage output from the battery to the motor driving voltage by the power converter under the control of the controller when the vehicle is in operation.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선 충전 장치는 외부로부터 무선 전력을 공급받아 그 무선 전력을 직류 전압으로 정류하는 전력수신기와, 상기 전력수신기로부터 출력되는 정류된 직류 전압을 충전 전압으로 변환하는 전력변환기와, 차량이 정지 상태인지를 확인하고 그 확인결과에 따라 배터리를 충전하도록 상기 전력변환기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless charging device for an environmentally friendly vehicle, comprising: a power receiver that receives radio power from the outside and rectifies the radio power to a DC voltage; And a controller for controlling operation of the power converter to charge the battery according to a result of the check.

또한, 상기 전력수신기는, 외부로부터 무선 전력을 수신하는 수신부와, 상기 무선 전력을 직류 전압으로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power receiver may further include a receiver for receiving radio power from the outside and a rectifier for converting the radio power into a DC voltage.

또한, 상기 전력변환기는, 고전압 양방향 컨버터로 구현되는 것을 특징으로 한다.Further, the power converter is implemented as a high-voltage bi-directional converter.

또한, 상기 전력변환기는, 모터로부터 공급되는 회생전력을 상기 배터리에서 요구하는 충전 전압으로 변환하여 상기 배터리로 전달하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power converter converts the regenerative power supplied from the motor into a charging voltage required by the battery and transmits the charging voltage to the battery.

또한, 상기 전력변환기는, 상기 배터리로부터 출력되는 출력 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The power converter converts the output voltage output from the battery into a motor drive voltage and outputs the motor drive voltage.

본 발명은 외부전원을 이용하여 친환경 차량의 고전압 배터리를 비접촉 충전할 때, 친환경 차량에서 회생전력을 이용한 충전 시 사용하는 고전압 양방향 컨버터(High Voltage Bi-direction DC/DC Converter, HDC)를 이용하여 배터리 충전에 요구되는 전압으로 변환하여 배터리 무선충전을 수행할 수 있다.A high voltage bi-directional DC / DC converter (HDC) is used to charge a high voltage battery of an eco-friendly car by using an external power source. The high voltage bi- It is possible to convert the battery into a voltage required for charging and perform wireless charging of the battery.

이와 같이, 종래의 승·감압 컨버터를 제거하고 HDC를 이용하여 전력변환을 수행하므로, 무선충전장치의 구성을 간단하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 무선충전장치의 경량화, 고밀도, 대용량 충전을 가능하게 한다.In this way, since the conventional boost / decompression converter is eliminated and power conversion is performed using the HDC, the configuration of the wireless charging device can be simplified. In addition, the present invention enables the weight saving, high density, and large capacity charging of the wireless charging device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선충전 시스템의 블록구성도.
도 2는 도 1에 도시된 전력변환기의 입출력 관계를 설명하기 위한 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선충전방법을 도시한 흐름도.
1 is a block diagram of a wireless charging system for an environmentally friendly vehicle according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram for explaining an input / output relationship of the power converter shown in FIG.
3 is a flowchart illustrating a wireless charging method of an environmentally friendly vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다", "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The terms "comprises", "comprising", "having", and the like are used herein to mean that a component can be implanted unless otherwise specifically stated, Quot; element ".

또한, 본 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일", "하나" 및 "그" 등의 관사는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.Also, the terms " part, "" module, " and" module ", as used herein, refer to a unit that processes at least one function or operation and may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software . It is also to be understood that the articles "a", "an", "an" and "the" Can be used.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선충전 시스템의 블록구성도를 도시한다.1 shows a block diagram of a wireless charging system for an environmentally friendly vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 친환경 차량의 무선충전 시스템은 무선충전장치(100) 및 전력공급장치(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the wireless charging system of an environmentally friendly vehicle includes a wireless charging device 100 and a power supply 200.

무선충전장치(100)는 친환경 차량 내부에 장착되어 전력공급장치(200)로부터 무선전력을 공급받아 후술되는 배터리(130)를 충전한다.The wireless charging device 100 is installed inside the environmentally friendly vehicle and receives wireless power from the power supply device 200 to charge the battery 130, which will be described later.

무선충전장치(100)는 전력수신기(110), 전력변환기(120), 배터리(130), 인버터(140), 모터(150), 제어기(160)를 포함한다.The wireless charging device 100 includes a power receiver 110, a power converter 120, a battery 130, an inverter 140, a motor 150, and a controller 160.

전력수신기(110)는 외부로부터 공급되는 무선전력을 수신하는 역할을 한다. 이러한 전력수신기(110)는 수신부(111) 및 정류부(113)를 포함한다.The power receiver 110 serves to receive wireless power supplied from the outside. The power receiver 110 includes a receiving unit 111 and a rectifying unit 113.

수신부(111)는 전력공급장치(200)로부터 전달되는 무선전력을 흡수하는 2차 코일로, 전달받은 무선전력으로 교류전압을 생성한다.The receiving unit 111 is a secondary coil that absorbs radio power transmitted from the power supplying apparatus 200, and generates an AC voltage with the received radio power.

정류부(rectifier)(113)는 수신부(111)로부터 출력되는 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 정류부(113)에서 정류된 직류전압은 배터리(130)의 충전량(State of Charge, SOC)과 무관하게 충전량이 최고일 때 전압으로 고정된다.The rectifier 113 converts the AC voltage output from the receiving unit 111 into a DC voltage. The DC voltage rectified by the rectifying unit 113 is fixed to a voltage when the charged amount is the highest regardless of the state of charge (SOC) of the battery 130. [

전력변환기(120)는 차량이 정지상태인 경우 정류부(113)로부터 출력되는 직류전압(정류전압)을 배터리(130)에서 요구하는 충전전압으로 변환한다. 전력변환기(120)는 고전압 양방향 컨버터(High Voltage Bi-direction DC/DC Converter, HDC)로 구현된다.The power converter 120 converts the DC voltage (rectified voltage) output from the rectifying unit 113 into a charging voltage required by the battery 130 when the vehicle is in a stationary state. The power converter 120 is implemented as a high voltage bi-directional DC / DC converter (HDC).

전력변환기(120)는 차량 운행 중 모터(150)에 의해 생성되는 회생전력을 배터리(130)에서 요구하는 충전전압으로 변환하여 배터리(130)에 전달한다. 전력변환기(120)는 배터리(130)의 전압을 승압하여 인버터(140)에 공급한다.The power converter 120 converts the regenerative power generated by the motor 150 into a charging voltage required by the battery 130 during the vehicle operation and transmits the charging voltage to the battery 130. The power converter 120 boosts the voltage of the battery 130 and supplies it to the inverter 140.

배터리(130)는 친환경 차량의 구동전력을 공급한다. 배터리(130)는 고전압 배터리로 구현되며 전력변환기(120)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.The battery 130 supplies the drive power of the environmentally friendly vehicle. The battery 130 is implemented by a high voltage battery and is charged by the power supplied through the power converter 120.

배터리(130)는 충전량(잔량) 및 배터리 상태(과전압, 과전류, 과열 등) 등을 실시간으로 모니터링하여 과충전이나 과방전 등을 방지하는 배터리관리시스템(Battery Management System, BMS)을 포함한다. BMS(미도시)는 배터리 충전량(잔량)에 따라 변동하는 전압(충전을 위해 요구되는 전압)을 전력변환기(120)에 알린다.The battery 130 includes a battery management system (BMS) that monitors a charged amount (remaining amount) and a battery state (overvoltage, overcurrent, overheat, etc.) in real time to prevent overcharge or overdischarge. The BMS (not shown) informs the power converter 120 of a voltage (voltage required for charging) that varies depending on the battery charge amount (remaining amount).

인버터(140)는 전력변환기(120)로부터 출력되는 전력을 모터(150)에서 요구하는 3상의 교류전원으로 변환한다.The inverter 140 converts the electric power output from the electric power converter 120 into a three-phase AC power required by the motor 150.

모터(150)는 전기에너지를 구동에너지로 변환하여 차량을 구동시킨다.The motor 150 converts electric energy into drive energy to drive the vehicle.

제어기(160)는 차량 내 장착된 센서(예: 속도 센서)를 통해 차량이 정지상태인지 운행중인지를 확인한다.The controller 160 confirms whether the vehicle is in a stopped state or in a running state through a sensor (e.g., a speed sensor) installed in the vehicle.

또한, 제어기(160)는 차량이 정지상태인 경우 배터리 잔량(SOC)을 체크하여 배터리 충전이 필요한지 여부를 결정한다. 제어기(160)는 배터리 충전이 필요하면 전력수신기(110) 및 전력변환기(120)를 제어하여 배터리 충전을 수행하게 한다.In addition, the controller 160 checks the remaining battery level (SOC) when the vehicle is in a stopped state to determine whether battery charging is necessary. The controller 160 controls the power receiver 110 and the power converter 120 to perform battery charging when battery charging is required.

한편, 제어기(160)는 차량이 운행 중이면 차량의 요구 전력에 따라 전력변환기(120)를 제어하여 정전류 또는 정전압 제어를 수행한다.On the other hand, if the vehicle is in operation, the controller 160 controls the power converter 120 according to the required power of the vehicle to perform the constant current or constant voltage control.

전력공급장치(200)는 차량 외부에 설치되어 차량 내부 장착된 배터리(130)의 충전에 필요한 무선전력을 공급한다. 전력공급장치(200)는 6.6kW~22kW의 전력을 공급한다. 이러한 전력공급장치(200)는 전원부(210), 교정부(220), 인버터(230), 송신부(240)를 포함한다.The power supply device 200 is installed outside the vehicle and supplies the wireless power required for charging the battery 130 mounted in the vehicle. The power supply 200 supplies 6.6 kW to 22 kW of power. The power supply device 200 includes a power supply unit 210, an calibration unit 220, an inverter 230, and a transmission unit 240.

전원부(210)는 계통전원을 공급한다. 전원부(210)는 센서(미도시)를 이용하여 차량의 접근을 감지하고, 차량이 일정 거리 이내로 접근하면 계통전원 공급을 개시한다.The power supply unit 210 supplies the system power. The power supply unit 210 senses approach of the vehicle by using a sensor (not shown), and when the vehicle approaches within a certain distance, the system power supply is started.

교정부(220)는 전원부(210)로부터 입력되는 입력전압 및 입력전류의 위상을 동기화하여 역률을 보상한다. 즉, 교정부(220)는 전원부(210)를 통해 입력되는 전력의 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 교정부(220)는 PFC(power factor correction) 회로로 구현된다.The calibration unit 220 compensates the power factor by synchronizing the phases of the input voltage and the input current input from the power supply unit 210. That is, the calibration unit 220 improves the efficiency of power input through the power supply unit 210. This calibration unit 220 is implemented as a power factor correction (PFC) circuit.

인버터(230)는 무선충전장치(100)로 전력을 전달하기 위해 교류전력(교류전압)을 생성한다.The inverter 230 generates AC power (AC voltage) to transfer power to the wireless charging device 100.

송신부(240)는 인버터(230)로부터 출력되는 교류전력을 저장하여 무선충전장치(100)의 수신부(111)로 전달(coupling)하는 역할을 하는 1차 코일이다. 다시 말해서, 1차 코일에 전류가 흐르면 1차 코일 주변에 전자기장이 형성된다. 이때, 차량의 무선충전장치(100) 내 2차 코일이 전자기장과 공진 전자기장을 전력(전류)로 변환하여 배터리 충전에 이용한다.The transmitting unit 240 is a primary coil that stores AC power output from the inverter 230 and transmits the AC power to the receiving unit 111 of the wireless charging device 100. In other words, when electric current flows through the primary coil, an electromagnetic field is formed around the primary coil. At this time, the secondary coil in the wireless charging device 100 of the vehicle converts the electromagnetic field and the resonant electromagnetic field into electric power (current) and uses it for charging the battery.

도 2는 도 1에 도시된 전력변환기의 입출력 관계를 설명하기 위한 회로도이다.2 is a circuit diagram for explaining an input / output relationship of the power converter shown in FIG.

전력변환기(120)의 스위치 A와 스위치 B는 상보적으로 동작한다. 정류부(113)에서 생성된 고전압은 전력변환기(120)의 커패시터에 연결된다.Switch A and switch B of the power converter 120 operate in a complementary manner. The high voltage generated in the rectifying part 113 is connected to the capacitor of the power converter 120. [

전력변환기(120)의 스위치 A가 온(On) 상태인 동안 전력변환기(120)의 인덕터에 흐르는 전류가 증가하며 인덕터에 에너지가 축적된다. 그리고, 전력변환기(120)의 스위치 A가 오프(Off) 상태가 되고 스위치 B가 온 상태가 되면, 인덕터에 축적된 에너지가 스위치 B를 통해 배터리(130)로 전달되며 인덕터에 흐르는 전류가 감소한다.The current flowing in the inductor of the power converter 120 increases while the switch A of the power converter 120 is on, and energy is accumulated in the inductor. When the switch A of the power converter 120 is turned off and the switch B is turned on, the energy stored in the inductor is transmitted to the battery 130 via the switch B, and the current flowing in the inductor is reduced .

전력변환기(120)의 스위치 A의 온 및 오프 동작 시 인덕터 전류의 변화에 따라 전력변환기(120)에 의한 충전전압이 제어된다.The charging voltage by the power converter 120 is controlled in accordance with the change of the inductor current when the switch A of the power converter 120 is turned on and off.

먼저, 차량이 정지상태이며 배터리 충전 중일 때, 전력변환기(120)의 출력전압은 인덕터 전압 Vrx과 스위치 A의 듀티율(duty rate) D에 의해 결정된다.First, when the vehicle is stationary and the battery is being charged, the output voltage of the power converter 120 is determined by the inductor voltage Vrx and the duty ratio D of the switch A.

Figure 112015039740115-pat00001
Figure 112015039740115-pat00001

여기서, I는 인덕터 전류, Vrx는 인덕터 전압, VL은 배터리 전압, L은 인덕턴스, D는 한 주기 동안 스위치 A가 온 되어 있는 시간, T는 시간이다.Where I is the inductor current, Vrx is the inductor voltage, VL is the battery voltage, L is the inductance, D is the time the switch A is on for one period, and T is the time.

다음, 차량이 운행 중일 때 전력변환기(120)는 회생전력을 이용하여 배터리(130)를 충전하거나 배터리(130)의 전력을 모터(150)에 공급하는 역할을 한다.Next, when the vehicle is in operation, the power converter 120 serves to charge the battery 130 using the regenerative power or to supply the electric power of the battery 130 to the motor 150.

전력변환기(120)가 회생전력을 이용하여 배터리(130)를 충전하는 경우, [수학식 2]와 같이 전력변환기(120)의 커패시터 전압과 스위치 A의 튜티율에 의해 전력변환기(120)의 출력전압(충전전압)이 결정된다.When the power converter 120 charges the battery 130 using the regenerative power, the output of the power converter 120 is determined by the capacitor voltage of the power converter 120 and the duty ratio of the switch A as shown in Equation (2) The voltage (charge voltage) is determined.

Figure 112015039740115-pat00002
Figure 112015039740115-pat00002

여기서, VH는 전력변환기(120)의 커패시터 전압이다.Here, VH is the capacitor voltage of the power converter 120.

한편, 전력변환기(120)가 모터(150)의 구동전압을 공급하는 경우, 전력변환기(120)의 출력전압 VH는 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, when the power converter 120 supplies the driving voltage of the motor 150, the output voltage VH of the power converter 120 can be expressed by Equation (3).

Figure 112015039740115-pat00003
Figure 112015039740115-pat00003

전력변환기(120)는 스위치 A와 스위치 B의 듀티 제어를 통해 전력수신기(110)로부터 출력되는 정류전압 또는 회생전력의 변환비율을 제어한다.The power converter 120 controls the conversion ratio of the rectified voltage or the regenerative power output from the power receiver 110 through the duty control of the switches A and B.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 무선충전방법을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a wireless charging method of an environmentally friendly vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 무선충전장치(100)의 제어기(160)는 차량이 정지상태인지를 확인한다(S101). 예를 들어, 제어기(160)는 차량 내 장착된 속도 센서를 통해 차량 속도가 0인 상태로 일정 시간 유지되는 경우 차량이 정지상태인 것으로 결정한다.As shown in FIG. 3, the controller 160 of the wireless charging device 100 confirms whether the vehicle is in a stop state (S101). For example, the controller 160 determines that the vehicle is in a stopped state when the vehicle speed is maintained at zero for a predetermined time through the speed sensor installed in the vehicle.

제어기(160)는 차량이 정지상태이면 배터리 충전량(잔량)을 확인한다(S103). 제어기(160)는 차량 네트워크 통신을 통한 배터리(130) 내부의 배터리관리시스템(BMS)과의 데이터 통신을 통해 배터리 충전량을 확인한다.The controller 160 checks the battery charge amount (remaining amount) when the vehicle is in a stopped state (S103). The controller 160 confirms the battery charge amount through data communication with the battery management system (BMS) in the battery 130 via the vehicle network communication.

제어기(160)는 배터리 충전량에 근거하여 배터리 충전 필요여부를 결정한다(S105).The controller 160 determines whether to charge the battery based on the charged amount of the battery (S105).

제어기(160)는 배터리 충전이 필요한 경우 전력수신기(110)를 통해 외부의 전력공급장치(200)로부터 입력되는 입력전압을 정류한다(S107). 다시 말해서, 전력수신기(110)의 수신부(111)는 무선전력을 수신하여 교류전압을 생성하고, 정류부(113)는 수신부(111)로부터 출력되는 교류전압을 직류전압으로 변환한다.The controller 160 rectifies the input voltage input from the external power supply 200 through the power receiver 110 when battery charging is required (S107). In other words, the receiving unit 111 of the power receiver 110 generates the AC voltage by receiving the radio power, and the rectifying unit 113 converts the AC voltage output from the receiving unit 111 into the DC voltage.

제어기(160)의 제어에 따라 전력변환기(120)는 정류된 전압을 배터리(130)에서 요구하는 충전전압으로 변환한다(S109).In accordance with the control of the controller 160, the power converter 120 converts the rectified voltage into a charging voltage required by the battery 130 (S109).

전력변환기(120)는 변환된 충전전압을 배터리(130)에 전달하여 배터리(130)를 충전한다(S111).The power converter 120 transfers the converted charging voltage to the battery 130 to charge the battery 130 (S111).

한편, 제어기(160)는 차량이 운행 중이면 차량 요구 전력에 따라 전력변환기(120)를 통해 정전류 및 정전압을 제어한다(S113). 전력변환기(120)는 배터리(130)로부터 출력되는 출력전압을 모터(150)의 구동전압으로 변환하여 출력한다. 또한, 전력변환기(120)는 모터(150)에 의해 회생전력이 생성되면 그 회생전력을 배터리(130)가 요구하는 충전전압으로 변환하여 배터리(130)로 전달한다.On the other hand, if the vehicle is in operation, the controller 160 controls the constant current and the constant voltage through the power converter 120 according to the required electric power of the vehicle (S113). The power converter 120 converts an output voltage output from the battery 130 into a driving voltage of the motor 150 and outputs the converted voltage. When the regenerative power is generated by the motor 150, the power converter 120 converts the regenerated power into a charging voltage required by the battery 130, and transfers the regenerated power to the battery 130.

이상과 같이, 본 발명에서는 기존 모터 구동 및 회생에너지 저장을 위해 고용량으로 구현되어 있는 HDC(120)를 통해 정류부(113)로부터 전달되는 대용량의 전력(전압)을 배터리(130)에서 요구하는 전압으로 변환하여 전달함으로써, 종래 전력수신측의 승/감압 컨버터를 제거하여 차량 내 충전장치의 구성을 간단하게 할 수 있다.As described above, in the present invention, a large amount of electric power (voltage) transmitted from the rectifying unit 113 is supplied to the battery 130 through the HDC 120, which is implemented in a high capacity for driving the motor and regenerative energy, Conversion converter to remove the boost / depressurization converter of the conventional power receiving side, thereby simplifying the configuration of the in-vehicle charging device.

또한, 상기한 실시예에서는 전자기유도 방식(electromagnetic inductive coupling method)의 무선전력전송 기술을 이용하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 근거리전송 방식(electromagnetic radiation), 자기공명 방식(Resonant Magnetic Coupling), 전자기파 방식(Microwave) 등의 무선전력전송 기술 중 어느 하나가 적용될 수도 있다.In addition, although the above-described embodiment uses a wireless power transmission technique of an electromagnetic inductive coupling method as an example, the present invention is not limited thereto, but may be applied to an electromagnetic radiation, a resonant magnetic coupling, , And an electromagnetic wave transmission method (Microwave) may be applied.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 응용 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100: 무선충전장치
110: 전력수신기
111: 수신부
113: 정류부
120: 전력변환기
130: 배터리
140: 인버터
150: 모터
160: 제어기
100: Wireless charging device
110: power receiver
111: Receiver
113: rectification part
120: power converter
130: Battery
140: Inverter
150: motor
160:

Claims (8)

제어기가 차량이 정지 상태인지를 확인하는 단계와,
상기 차량이 정지 상태이면 상기 제어기의 제어에 따라 전력수신기가 외부로부터 무선 전력을 수신하여 직류 전압으로 정류하는 단계와,
전력변환기가 상기 전력수신기로부터 출력되는 정류된 직류 전압을 배터리에서 요구하는 충전 전압으로 변환하는 단계와,
상기 전력변환기에 의해 변환된 전압으로 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하고,
상기 전력변환기는 모터로부터 공급되는 회생전력을 상기 배터리에서 요구하는 충전 전압으로 변환하여 상기 배터리로 전달하고,
상기 전력변환기는 상보적으로 동작하는 제1스위치 및 제2스위치를 구비하고, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 듀티 제어를 통해 상기 정류된 직류 전압 또는 상기 회생전력의 변환비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 방법.
Checking whether the controller is in a stopped state,
When the vehicle is in a stopped state, the power receiver receives radio power from the outside and rectifies it to a DC voltage under the control of the controller;
Converting the rectified DC voltage output from the power receiver to a charging voltage required by the battery,
And charging the battery with the voltage converted by the power converter,
The power converter converts the regenerative power supplied from the motor into a charging voltage required by the battery and transmits the charging voltage to the battery,
The power converter includes a first switch and a second switch that operate complementarily and controls the conversion ratio of the rectified DC voltage or the regenerative power through the duty control of the first switch and the second switch A method of wireless charging of an environmentally friendly vehicle.
제1항에 있어서,
상기 전력변환기는,
고전압 양방향 컨버터로 구현되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 방법.
The method according to claim 1,
The power converter includes:
Voltage bidirectional converter. ≪ Desc / Clms Page number 15 >
제1항에 있어서,
상기 차량이 운행 상태이면 상기 제어기의 제어에 따라 상기 전력변환기가 상기 배터리로부터 출력되는 출력전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising converting the output voltage output from the battery to a motor drive voltage and outputting the motor drive voltage according to control of the controller when the vehicle is in operation.
외부로부터 무선 전력을 공급받아 그 무선 전력을 직류 전압으로 정류하는 전력수신기와,
상기 전력수신기로부터 출력되는 정류된 직류 전압을 충전 전압으로 변환하는 전력변환기와,
차량이 정지 상태인지를 확인하고 그 확인결과에 따라 배터리를 충전하도록 상기 전력변환기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 전력변환기는 모터로부터 공급되는 회생전력을 상기 배터리에서 요구하는 충전 전압으로 변환하여 상기 배터리로 전달하고,
상기 전력변환기는 상보적으로 동작하는 제1스위치 및 제2스위치를 구비하고, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 듀티 제어를 통해 상기 정류된 직류 전압 또는 상기 회생전력의 변환비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 장치.
A power receiver for receiving radio power from the outside and rectifying the radio power to a DC voltage;
A power converter for converting the rectified DC voltage output from the power receiver into a charging voltage;
And a controller for checking operation of the power converter to charge the battery according to a result of the check,
The power converter converts the regenerative power supplied from the motor into a charging voltage required by the battery and transmits the charging voltage to the battery,
The power converter includes a first switch and a second switch that operate complementarily and controls the conversion ratio of the rectified DC voltage or the regenerative power through the duty control of the first switch and the second switch A wireless charging device for an environmentally friendly vehicle.
제4항에 있어서,
상기 전력수신기는,
외부로부터 무선 전력을 수신하는 수신부와,
상기 무선 전력을 직류 전압으로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 장치.
5. The method of claim 4,
The power receiver includes:
A receiving unit for receiving wireless power from outside;
And a rectifier for converting the radio power into a DC voltage.
제4항에 있어서,
상기 전력변환기는,
고전압 양방향 컨버터로 구현되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 장치.
5. The method of claim 4,
The power converter includes:
Voltage bidirectional converter. ≪ IMAGE >
삭제delete 제4항에 있어서,
상기 전력변환기는,
상기 배터리로부터 출력되는 출력 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 무선 충전 장치.
5. The method of claim 4,
The power converter includes:
And converts the output voltage output from the battery to a motor drive voltage and outputs the motor drive voltage.
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