KR101936462B1 - Battery charger for an electric vehicle - Google Patents

Battery charger for an electric vehicle Download PDF

Info

Publication number
KR101936462B1
KR101936462B1 KR1020160102777A KR20160102777A KR101936462B1 KR 101936462 B1 KR101936462 B1 KR 101936462B1 KR 1020160102777 A KR1020160102777 A KR 1020160102777A KR 20160102777 A KR20160102777 A KR 20160102777A KR 101936462 B1 KR101936462 B1 KR 101936462B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
converter
output
switching
power
Prior art date
Application number
KR1020160102777A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180017987A (en
Inventor
한승현
양시훈
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160102777A priority Critical patent/KR101936462B1/en
Publication of KR20180017987A publication Critical patent/KR20180017987A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101936462B1 publication Critical patent/KR101936462B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L11/1809—
    • B60L11/1811—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/53—Batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2230/30—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H02M2001/0064—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y02T10/7241—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 배터리 충전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는, 외부로부터 입력된 상용 교류 전원을 평활화하여 노이즈 성분을 제거하고 노이즈 제거된 전압을 출력하는 평활부, 노이즈 제거된 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변조하고, 역률 보정 회로를 통해 상기 변조된 직류 전압의 역률을 보정하여 출력하는 정류부, 출력 인덕커가 적용된 공진 회로를 통해 상기 역률 보정된 직류 전압을 소정의 출력 전압값으로 변환하여 변환된 직류 전압을 배터리로 출력하는 전력 변환부, 및 주파수 제어 방식으로 상기 전력 변환부의 출력 전압을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a battery charging apparatus for an electric vehicle. An apparatus according to the present invention includes: a smoothing unit for smoothing a commercial AC power input from the outside to remove a noise component and outputting a noise-removed voltage; a smoothing unit for smoothing and rectifying the noise- And a power converter for converting the power factor corrected DC voltage to a predetermined output voltage value through a resonance circuit using an output inductor and outputting the converted DC voltage to a battery, And a control unit for controlling an output voltage of the power conversion unit according to a frequency control method.

Description

전기 자동차용 배터리 충전 장치{BATTERY CHARGER FOR AN ELECTRIC VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery charger for an electric vehicle,

본 발명은 전기 자동차에 적용되는 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 스위칭 소자의 소프트 스위칭 동작에 의해 스위칭 손실 감소 및 충전 효율을 개선하며, 2차측 다이오드의 전자파 노이즈를 감소시키도록 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery charging apparatus applied to an electric vehicle, and more particularly to a battery charging apparatus for an electric vehicle, which improves switching loss and charging efficiency by soft switching operation of a switching element, and reduces electromagnetic noise of a secondary side diode And a battery charging device.

UN 기후 변화 협약 및 최근 발효된 교토 의정서는 대한민국을 비롯한 세계 각국에 대하여 온실가스를 의무적으로 감축하도록 강제하고 있다. 이에 따라서, 대한민국 정부는 정책적으로 온실가스를 감축하기 위한 다양한 대책을 강구하고 있다. 특히, 정부는 온실가스 배출의 가장 큰 원인 중 하나인 자동차에 대하여 각종 규제를 부과하고 있는데, 자동차 산업계에서는 이에 대응하여 전기 자동차(Electric Vehicle; EV), 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle; PHEV) 등의 개발에 박차를 가하고 있다.The United Nations Framework Convention on Climate Change and the recently enacted Kyoto Protocol mandate mandatory reductions in greenhouse gas emissions across the globe, including the Republic of Korea. Accordingly, the government of the Republic of Korea is taking various measures to reduce greenhouse gas emissions. In particular, the government imposes various regulations on automobiles, which are one of the biggest causes of greenhouse gas emissions. In response, the automobile industry responds to the needs of electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) Hybrid vehicles (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) (PHEV).

전기 자동차 등은 전기 에너지를 2차 전지인 배터리에 축적하고, 모터를 이용하여 상기 전기 에너지를 동력 에너지로 변환한다. 이때 전기 에너지를 배터리에 충전하는 방식으로는 직류 고전압의 전력(약 50kW 이상)을 배터리에 직접 인가하여 충전하는 급속 충전 방식과, 상용 교류 전압을 가진 교류 전력(약 3~6kW)을 인가하는 완속 충전 방식이 있다.Electric vehicles accumulate electric energy in a battery, which is a secondary battery, and convert the electric energy into power energy by using a motor. In this case, a method of charging electric energy into the battery includes a rapid charging method in which a DC high voltage power (about 50 kW or more) is directly applied to a battery and a slow charging method in which AC power having a commercial AC voltage (about 3 to 6 kW) There is a charging method.

다만, 통상적으로 일반 가정에서 구해지는 전력의 전압은 AC 100~240V이고, 전기 자동차에 탑재되는 배터리는 상대적으로 고전압인 DC 240~413V의 직류 전압을 가진다. 따라서 친환경적인 전기 자동차를 널리 상용화하고 실질적으로 활용하기 위해, 가정에서 구해지는 상용 교류 전력을 효율적으로 고전압의 직류 전력으로 변환할 수 있는 충전 장치, 이른바, "탑재형 충전 장치(On-Board Charger; OBC)"의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.However, the voltage of the electric power obtained from the general household is AC 100 ~ 240V, and the battery mounted on the electric vehicle has a DC voltage of 240 ~ 413V which is a relatively high voltage. Therefore, in order to widely commercialize and substantially utilize environmentally friendly electric vehicles, a charging apparatus capable of efficiently converting commercial AC power obtained at home into high-voltage direct current power, so-called "On-Board Charger" OBC) "is continuously being developed.

상기와 같은 충전장치(OBC)의 전압은 충전시에 배터리의 전압과 1V(약 0.5%) 내외의 범위 내에서 거의 일치하도록 조절된다. 충전장치(OBC)의 전압이 배터리의 전압보다 지나치게 커지면 배터리에 허용된 전류량 보다 큰 전류가 흘러들어 배터리의 수명에 악영향을 미치기 때문이다. The voltage of the charging device (OBC) is adjusted so as to substantially coincide with the voltage of the battery within a range of about 1 V (about 0.5%). If the voltage of the charging device (OBC) is larger than the voltage of the battery, a current larger than the allowable current flows into the battery, which adversely affects the life of the battery.

그러나, 배터리는 충전 상태에 따라서 전압이 예컨대 DC 240~413V의 범위에서 변동할 수 있어, 고정적이지 않다. 이에 따라서, 충전장치(OBC)는 배터리의 전압 변동에 대응하여, 적절한 충전 전압을 가진 전력을 공급할 것이 요구된다.However, the battery is not fixed because the voltage may fluctuate within a range of, for example, DC 240 to 413 V depending on the state of charge. Accordingly, the charging apparatus (OBC) is required to supply power having an appropriate charging voltage in response to the voltage fluctuation of the battery.

본 발명의 목적은, SUMMARY OF THE INVENTION [0006]

본 발명은 상기를 감안하여 안출된 것으로, 시스템 효율이 높고, 배터리의 전압 변동에 대응하여 적절한 충전 전압을 가진 전력을 공급할 수 있는 전기 자동차용 배터리 충전 장치를 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a battery charging apparatus for an electric vehicle capable of supplying power having a high system efficiency and an appropriate charging voltage in response to voltage fluctuations of a battery.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치는, 외부로부터 입력된 상용 교류 전원을 평활화하여 노이즈 성분을 제거하고 노이즈 제거된 전압을 출력하는 평활부, 노이즈 제거된 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변조하고, 역률 보정 회로를 통해 상기 변조된 직류 전압의 역률을 보정하여 출력하는 정류부, 출력 인덕커가 적용된 공진 회로를 통해 상기 역률 보정된 직류 전압을 소정의 출력 전압값으로 변환하여 변환된 직류 전압을 배터리로 출력하는 전력 변환부, 및 주파수 제어 방식으로 상기 전력 변환부의 출력 전압을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for charging a battery of an electric vehicle, comprising: a smoothing unit for smoothing a commercial AC power input from the outside to remove a noise component and outputting a noise- A rectifying section for rectifying and modulating the DC voltage into a DC voltage, correcting a power factor of the modulated DC voltage through a power factor correcting circuit, and converting the power factor corrected DC voltage into a predetermined output voltage value through a resonance circuit using an output inductor A power converter for outputting the converted DC voltage to the battery, and a controller for controlling the output voltage of the power converter using a frequency control scheme.

상기 전력 변환부는, 상기 역률 보정 회로에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 1차측의 직류-교류 컨버터, 상기 1차측의 직류-교류 컨버터에서 출력되는 교류 전압을 승압하거나 감압하여 출력하는 변압기, 및 상기 변압기에 의해 출력되는 교류 전압을 배터리용 직류 전압으로 변환하여 출력하는 2차측의 교류-직류 컨버터를 포함할 수 있다.The power converter includes a primary-side DC-AC converter for converting the DC voltage output from the power factor correction circuit into an AC voltage, a transformer for boosting or reducing the AC voltage output from the primary-side DC- And a secondary AC-DC converter for converting an AC voltage output from the transformer into a DC voltage for a battery and outputting the DC voltage.

여기서, 상기 2차측의 교류-직류 컨버터는 제타(ZETA) 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the AC-DC converter of the secondary side is constituted by a ZETA converter.

상기 1차측의 직류-교류 컨버터는, 스위치의 스위칭 동작 전에 스위칭 보조회로의 전압이 0이 되어 제로 전압 스위칭(ZVS) 턴온되는 것을 특징으로 한다.The DC-AC converter of the primary side is characterized in that the voltage of the switching assisting circuit is zero before the switching operation of the switch and the zero voltage switching (ZVS) is turned on.

상기 2차측의 교류-직류 컨버터는, 정류 다이오드의 스위칭 동작 전에 상기 정류 다이오드의 전류가 0이 되어 제로 전류 스위칭(ZCS) 턴오프되는 것을 특징으로 한다.The AC-DC converter of the secondary side is characterized in that the current of the rectifying diode is zero before the switching operation of the rectifying diode, and zero current switching (ZCS) is turned off.

상기 제어부는, 상기 전력 변환부의 출력 전압과 목표 출력값의 차이에 따라 상기 전력 변환부의 스위칭 주파수를 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit may determine the switching frequency of the power conversion unit according to a difference between the output voltage of the power conversion unit and the target output value.

상기 제어부는, 상기 스위칭 주파수에 따른 입출력 전압 변환율에 기초하여 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.And the control unit controls the output voltage based on the input / output voltage conversion rate according to the switching frequency.

상기 제어부는, 상기 스위칭 주파수를 공진 주파수 보다 높게 설정하는 것을 특징으로 한다.And the control unit sets the switching frequency higher than the resonance frequency.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 설계시 의도한 최대의 효율을 달성할 수 있음과 아울러, DC/DC 컨버터에서의 스위칭 손실을 저감할 수 있다. 특히, 충전 상태에 따라 배터리의 전압이 유동적이라 하더라도, 이에 대하여 적절하게 대응할 수 있을 뿐만아니라, 높은 충전 시스템 효율을 달성할 수 있다. 궁극적으로는 차량 전반적인 시스템 효율을 개선할 수 있어 전기 자동차의 연비 향상을 기대할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to achieve the intended maximum efficiency at the time of designing, and at the same time, the switching loss in the DC / DC converter can be reduced. Particularly, even if the voltage of the battery is fluid depending on the state of charge, not only it can cope with it properly, but also a high charging system efficiency can be achieved. Ultimately, it is possible to improve the overall system efficiency of the vehicle, thereby improving the fuel efficiency of the electric vehicle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치에 관한 것이다.
도 2는 도 1의 전력 변환부의 세부 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 전력 변환부의 공진부에 대한 세부 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 주파수 제어 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 전압 변화율을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 스위칭 주파수를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 소프트 스위칭 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.1 is a block diagram of an apparatus for charging a battery of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the power conversion unit of FIG.
3 is a detailed circuit diagram of the resonance unit of the power conversion unit of FIG.
4 is a diagram for describing a frequency control operation of the battery charging apparatus of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for describing a rate of voltage change of a battery charging apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a diagram for describing a switching frequency of the battery charging apparatus of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for describing a soft switching operation of the battery charging apparatus of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be construed in a sense generally understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, and an overly comprehensive It should not be construed as meaning or overly reduced. In addition, when a technical term used in the present invention is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art can be properly understood. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or context, and should not be construed as being excessively reduced.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Furthermore, the singular expressions used in the present invention include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. The term "comprising" or "comprising" or the like in the present invention should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the invention, Or may include additional components or steps.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in the present invention can be used to describe elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing a configuration of a battery charging apparatus for an electric vehicle according to the present invention.

본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 전기 자동차의 배터리 충전 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 여기서, 전기 자동차의 배터리 충전 장치(100)는 차량의 배터리와 연계되어 동작할 수 있으며, 배터리를 관리하는 배터리 관리 유닛과 연계되어 동작할 수도 있다. The battery charging apparatus 100 of an electric vehicle according to the present invention can be implemented inside a vehicle. At this time, the battery charging device 100 of the electric vehicle may be integrally formed with the internal control units of the vehicle, or may be implemented as a separate device and connected to the control units of the vehicle by the connecting means. Here, the battery charging apparatus 100 of the electric vehicle may operate in conjunction with the battery of the vehicle, and may operate in conjunction with the battery management unit that manages the battery.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전 장치는 평활부(110), 정류부(120) 및 전력 변환부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus for charging a battery of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention may include a smoothing unit 110, a rectifying unit 120, and a power converting unit 130.

평활부(110)는 배터리 충전용 전원을 평활화하여 노이즈 성분, 예를 들어, 리플 전압을 제거하고, 노이즈 제거된 전압을 출력한다. The smoothing unit 110 smoothes the battery charging power source to remove a noise component, for example, a ripple voltage, and outputs a noise-removed voltage.

이때, 평활부(110)는 외부의 상용 교류(AC) 전원(10)과 연결되어 외부로부터 입력된 상용 교류(AC) 전원(10)의 고주파 성분, 예를 들어, 고주파 신호의 간섭 및 노이즈를 제거하고 통과시킨다. 여기서, 평활부(110)는 EMI(Electromagnetic Interference) 필터를 포함할 수 있다.At this time, the smoothing unit 110 is connected to an external AC power source 10 and outputs the interference and noise of a high frequency component, for example, a high frequency signal, of the commercial AC power source 10 input from the outside Remove and pass. Here, the smoothing unit 110 may include an electromagnetic interference (EMI) filter.

여기서, 상용 교류(AC) 전원(10)은 가정용 또는 상업용으로 사용될 수 있는 단상의 교류 전원일 수 있다. 상용 교류(AC) 전원(10)의 전압은 국가에 따라 상이할 수는 있으나 85~265V의 범위 내의 전압일 수 있다. 일 예로, 대한민국의 상용 전압은 220V이다. Here, the commercial AC power source 10 may be a single-phase AC power source that can be used for domestic or commercial use. The voltage of the commercial alternating current (AC) power source 10 may vary depending on the country, but may be a voltage within the range of 85 to 265 volts. For example, the commercial voltage of Korea is 220V.

정류부(120)는 교류-직류(AC-DC) 컨버터(미도시)를 포함하며, 평활부(110)에 의해 노이즈 제거된 전압을 전파 정류하여 직류 전압을 출력한다.The rectification unit 120 includes an AC-DC converter (not shown) and performs full-wave rectification of the noise-removed voltage by the smoothing unit 110 to output a DC voltage.

여기서, 교류-직류 컨버터는 스위칭 소자를 포함하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류-직류 컨버터에서 출력되는 직류 전압의 역률을 보정하여 출력하는 역률 보정(power factor correction, PFC) 회로를 포함할 수 있다. Here, the AC-DC converter may include a power factor correction (PFC) circuit including a switching element and correcting and outputting the power factor of the DC voltage output from the AC-DC converter by the switching operation of the switching element have.

역률 보정 회로는 상용 교류 전원(10)으로부터 220V의 교류 전압을 공급받아 이를 직류 전압으로 변조할 수 있다. 이와 같이, 역률 보정 회로는 입력된 교류 전압을 능동적으로 변조하여 역률을 보상하고, 고주파 전류를 방출할 수 있다.The power factor correction circuit can receive 220 V AC voltage from commercial AC power supply 10 and modulate it to DC voltage. Thus, the power factor correction circuit can actively modulate the input AC voltage to compensate the power factor and emit high-frequency current.

전력 변환부(130)는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 포함하며, 정류부(120)에 의해 정류된 직류 전압을 충전 전압으로 변환하여 고전압 배터리(50)로 출력한다. 여기서, 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 직류-교류(DC-AC) 컨버터(140) 및 교류-직류(AC-DC) 컨버터(150)를 결합한 것을 의미한다.The power converting unit 130 includes a DC-DC converter, converts the DC voltage rectified by the rectifying unit 120 into a charging voltage, and outputs the charging voltage to the high-voltage battery 50. Here, the DC-DC converter means a combination of a DC-AC converter 140 and an AC-DC converter 150.

이때, 전력 변환부(130)는 역률 보정 회로로부터 출력된 직류 전압을 소정의 충전 전압값으로 전압 크기를 변환하여, 변환된 직류 전압을 고전압 배터리(50)에 공급할 수 있다.At this time, the power conversion unit 130 may convert the DC voltage output from the power factor correction circuit to a predetermined charging voltage value, and supply the converted DC voltage to the high voltage battery 50.

여기서, 고전압 배터리(50)는 전기 자동차의 동력원으로서, 전기 에너지를 반복하여 충방전할 수 있는 2차 전지로 구현될 수 있으며, 충전 상태에 따라서 약 240~413V 범위의 고전압을 가질 수 있다. Here, the high-voltage battery 50 may be a secondary battery capable of repeatedly charging and discharging electric energy as a power source of an electric vehicle, and may have a high voltage in a range of about 240 to 413 V depending on the charged state.

이에, 전력 변환부(130)의 세부 회로 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.The detailed circuit configuration of the power conversion unit 130 will be described in more detail with reference to FIG.

제어부(160)는 전력 변환부(130)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(160)는 전력 변환부(130)의 출력 전압과 미리 결정된 목표 출력값의 차이에 따라 전력 변환부(130)의 스위칭 주파수를 결정할 수 있다. 여기서, 스위칭 주파수는 공진 주파수 보다 높게 설정될 수 있다.The controller 160 may control the switching frequency of the power converter 130. At this time, the control unit 160 may determine the switching frequency of the power conversion unit 130 according to the difference between the output voltage of the power conversion unit 130 and the predetermined target output value. Here, the switching frequency may be set to be higher than the resonance frequency.

제어부(160)는 결정된 스위칭 주파수에 따른 입출력 전압 변환율에 기초하여 출력 전압을 제어하도록 한다.The control unit 160 controls the output voltage based on the input / output voltage conversion ratio according to the determined switching frequency.

여기서, 입출력 전압 변환율은 아래 [수학식 1]과 같이 1차측의 입력 전압 V1 및 2차측의 출력 전압 V2의 비로 산출될 수 있다.Here, the input / output voltage conversion ratio can be calculated by the ratio of the input voltage V1 of the primary side and the output voltage V2 of the secondary side as shown in the following equation (1).

Figure 112016078440510-pat00001
Figure 112016078440510-pat00001

[수학식 1]에서 M은 입출력 전압 변환율, V1은 입력 전압, V2는 출력 전압을 의미한다. 또한, [수학식 1]에서 Rac는 2차측 부하 저항 Ro를 1차 측으로 환산한 값으로

Figure 112016078440510-pat00002
(여기서, n1, n2는 1차, 2차측 변압기 턴비)의 값을 가지며, A, B의 값은 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 이용하여 계산할 수 있다.In Equation (1), M denotes an input / output voltage conversion ratio, V1 denotes an input voltage, and V2 denotes an output voltage. In Equation (1), Rac is a value obtained by converting the secondary side load resistance Ro into a primary side
Figure 112016078440510-pat00002
(Where n1 and n2 are the primary and secondary transformer turn ratios), and the values of A and B can be calculated using Equation (2) and Equation (3).

Figure 112016078440510-pat00003
Figure 112016078440510-pat00003

Figure 112016078440510-pat00004
Figure 112016078440510-pat00004

[수학식 2] 및 [수학식 3]에서, Cr은 1차측 커패시터, Lr은 1차측 코일 Lr, Lm은 변압기의 1차측에서 유도 코일에 상호자속을 만드는 자화 코일을 의미하며, [수학식 3]에서 Cp는 2차측 커패시터를 의미한다. 또한, n은 변압기의 1차 유도 코일의 권선 수를 의미하며, s는 라플라스 변환 인자로 시간 영역의 함수를 복소수 영역의 신호로 바꾸는 함수를 의미하며 s = σ + jω의 값을 갖는다.Lr denotes a magnetization coil which forms mutual magnetic fluxes in the induction coil at the primary side of the transformer, and Lr denotes a magnetization coil in which the magnetization coils ], Cp denotes a secondary side capacitor. In addition, n means the number of windings of the primary induction coil of the transformer, s means a function of converting the time domain function into a complex domain signal with the Laplace transform factor, and has a value of s = σ + jω.

도 2는 도 1의 전력 변환부에 대한 세부 회로 구성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the power conversion unit of FIG. 1. Referring to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환부(130)는 공진형 컨버터로서 주파수 제어 방식으로 구현될 수 있다.The power conversion unit 130 according to an embodiment of the present invention may be implemented as a resonance type converter in a frequency control scheme.

전력 변환부(130)는 크게 직류-교류(DC-AC) 컨버터(140), 변압기 및 교류-직류(AC-DC) 컨버터(150)를 포함할 수 있다.The power conversion unit 130 may include a DC-AC converter 140, a transformer, and an AC-DC converter 150.

직류-교류 컨버터(140)는 1차측 컨버터로, 역률 보정 회로에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.The DC-AC converter 140 is a primary-side converter that converts a DC voltage output from the power factor correction circuit to an AC voltage.

여기서, 직류-교류 컨버터(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 S1, S2, 스위치 S1, S2의 스위칭 보조회로, 커패시터 Cr, 코일 Lr, Lm 등을 포함하여 회로가 구성될 수 있다.Here, as shown in FIG. 2, the DC-AC converter 140 may include a switch S1, S2, a switching assistant circuit of the switches S1, S2, a capacitor Cr, coils Lr, Lm, and the like.

변압기는 1차측의 직류-교류 컨버터(140)에서 출력되는 교류 전압을 승압하거나 감압하여 2차측의 교류-직류 컨버터(150)로 출력한다. The transformer boosts or reduces the AC voltage output from the DC-AC converter 140 on the primary side and outputs it to the AC-DC converter 150 on the secondary side.

교류-직류 컨버터(150)는 2차측 컨버터로, 변압기에서 출력되는 승압되거나 감압된 교류 전압을 배터리용 직류 전압으로 변환하여 고전압 배터리로 출력한다. 이때, 2차측의 교류-직류 컨버터(150)는 제타(ZETA) 컨버터가 적용될 수 있다. The AC-DC converter 150 is a secondary-side converter that converts the step-up or step-down AC voltage output from the transformer into a DC voltage for the battery and outputs it to the high-voltage battery. At this time, the AC-DC converter 150 of the secondary side may be a ZETA converter.

여기서, 제타 컨버터는 도 2에 도시된 바와 같이, 커패시터 C2, Co, 코일 L2, Lo, 다이오드 D 등을 포함하여 회로가 구성될 수 있다.Here, as shown in FIG. 2, the zeta converter may include a capacitor C2, Co, a coil L2, a Lo, a diode D, and the like.

이때, 2차측의 교류-직류 컨버터(150)에 제타(ZETA) 컨버터가 적용되는 경우, 변압기의 크기를 축소시킬 수 있으며, 2차측 전류 편차에 의한 다이오드 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 제타 컨버터는 출력 인덕터가 적용되기 때문에, 출력 전류 리플(ripple) 현상을 감소시켜 출력 커패시터의 용량을 축소시키는 것이 가능하다.In this case, when the ZETA converter is applied to the AC-DC converter 150 on the secondary side, the size of the transformer can be reduced and the diode loss due to the secondary current deviation can be reduced. In addition, because the output inductor is applied to the zeta converter, it is possible to reduce the output current ripple phenomenon and reduce the capacity of the output capacitor.

이에, 배터리 출전 장치의 제어부(160)는 전력 변환부(130)에서 공진부(211)의 교류 등가 회로를 이용하여 스위칭 주파수를 결정할 수 있으며, 스위칭 주파수에 따른 입출력 전압 변환율에 기초하여 출력 전압을 제어할 수 있다. 이때, 공진부(211)의 교류 등가 회로는 도 3과 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the control unit 160 of the battery-powered device can determine the switching frequency using the AC equivalent circuit of the resonance unit 211 in the power conversion unit 130, and determines the output voltage based on the input / Can be controlled. At this time, the AC equivalent circuit of the resonator 211 can be represented as shown in FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 공진부(211)의 교류 등가 회로는 1차측 공진부(311), 변압부(321) 및 2차측 공진부(331)로 구성될 수 있다. 여기서, 1차측 공진부(311)는 입력 전압 V1과 직렬로 연결되는 커패시터 Cr 및 코일 Lr을 포함한다. 변압부(321)는 변압기의 1차측 유도 코일에 병렬로 연결되어 변압기의 유도 코일에 상호자속을 만드는 자화 코일 Lm을 포함한다. 또한, 2차측 공진부(331)는 출력 전압 V2와 직렬로 연결되는 코일 Cp를 포함한다.3, the AC equivalent circuit of the resonance unit 211 may be composed of a primary resonance unit 311, a transforming unit 321, and a secondary resonance unit 331. [ Here, the primary resonance part 311 includes a capacitor Cr and a coil Lr connected in series with the input voltage V1. The transforming unit 321 includes a magnetizing coil Lm which is connected in parallel to the primary induction coil of the transformer and forms mutual magnetic fluxes in the induction coil of the transformer. Further, the secondary resonance unit 331 includes a coil Cp connected in series with the output voltage V2.

제어부(160)는 도 4에서와 같이, 주파수의 듀티(duty) 값을 고정하고 주기(411)를 조절하여 출력 전압을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(160)는 공진부(211)의 교류 등가 회로의 출력 전압과 목표 출력값을 비교하여 출력 전압이 목표 출력값이 되도록 스위칭 주파수를 조절할 수 있다. 듀티(duty) 값을 고정하고 주기(411)를 조절하여 출력 전압을 제어하는 경우, 조절된 스위칭 주파수에서의 입출력 전압 변환율은 도 5와 같이 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 4, the controller 160 may control the output voltage by fixing the duty value of the frequency and adjusting the period 411. At this time, the control unit 160 may compare the output voltage of the AC equivalent circuit of the resonance unit 211 with the target output value, and adjust the switching frequency so that the output voltage becomes the target output value. In the case where the duty value is fixed and the output voltage is controlled by adjusting the period 411, the input / output voltage conversion rate at the adjusted switching frequency can be expressed as shown in FIG.

여기서, 제어부(160)는 스위칭 주파수 fs가 공진 주파수 fr 보다 높게 설정하도록 한다. 이 경우, 스위칭 주파수 fs의 범위가 공진 주파수 fr과 비교하여 fr < fs의 범위가 되기 때문에, LLC 공진형 컨버터에 비해 소프트 스위칭 범위가 넓어지게 된다. Here, the control unit 160 sets the switching frequency fs to be higher than the resonance frequency fr. In this case, since the range of the switching frequency fs is in the range of fr <fs as compared with the resonance frequency fr, the soft switching range is wider than that of the LLC resonance type converter.

여기서, 공진 주파수는 아래 [수학식 4]를 이용하여 산출할 수 있다.Here, the resonance frequency can be calculated using the following equation (4).

Figure 112016078440510-pat00005
Figure 112016078440510-pat00005

따라서, 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리 충전 장치는 도 6의 도면부호 611에서와 같이, 스위칭 주파수 fs를 공진 주파수 fr 보다 높게 설계함으로써 2차측 정류 다이오드 Do의 제로 전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS) 동작이 가능하게 된다.Therefore, as shown in 611 of FIG. 6, the battery charging apparatus for an electric vehicle according to the present invention is designed to have a zero current switching (ZCS) of the secondary rectifier diode Do by designing the switching frequency fs higher than the resonance frequency fr. Operation becomes possible.

또한, 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리 충전 장치는 1차측 스위치 S1, S2의 제로 전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS) 동작이 가능하게 된다.In addition, the battery charging apparatus for an electric vehicle according to the present invention can perform Zero Voltage Switching (ZVS) operation of the primary side switches S1 and S2.

이에, 1차측 스위치와 2차측 정류 다이오드의 소프트 스위칭 동작은 도 7의 실시예를 참조하도록 한다.Therefore, the soft switching operation of the primary side switch and the secondary side rectifying diode is referred to the embodiment of Fig.

도 7에 도시된 바와 같이, 공진형 제타 컨버터에 주파수 제어 방식을 적용하면, 1차측 스위치 S1, S2의 스위칭 동작시에 스위칭 보조회로에 흐르는 전류 IQ1, IQ2가 사인파 형태를 나타낸다. 따라서, 도면부호 711 및 721에서와 같이 스위치 S1, S2의 스위칭 동작 전에 전압 VQ1, VQ2가 0이 되어 제로 전압 스위칭(ZVS) 턴온 동작이 가능하게 된다. 이 경우, 전압과 전류 간의 중복 구간이 제거되어 손실이 최소화될 수 있다.As shown in FIG. 7, when the frequency control method is applied to the resonant ZT converter, the currents I Q1 and I Q2 flowing in the switching assistant circuit during the switching operation of the primary side switches S1 and S2 exhibit a sine wave form. Therefore, as in the reference numerals 711 and 721, the voltages V Q1 and V Q2 before the switching operation of the switches S1 and S2 become zero to enable the zero voltage switching (ZVS) turn-on operation. In this case, the overlap between the voltage and current can be eliminated and the loss can be minimized.

또한, 공진형 제타 컨버터에 주파수 제어 방식을 적용하면, 2차측 정류 다이오드 Do의 스위칭 동작 시에 정류 다이오드 Do에 흐르는 전류 IDo가 사인파 형태를 나타낸다. 따라서, 도면부호 741에서와 같이 정류 다이오드 Do의 스위칭 동작 전에 전류 IDo가 0이되어 제로 전류 스위칭(ZCS) 턴오프 동작이 가능하게 된다. 이 경우, 스위칭 파형이 매끄러워져 출력 전류의 리플을 최소화할 수 있으며, 그로 인해 출력 커패시터의 용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 도면부호 731에서와 같이 2차측 전류 다이오드에 전압 서지가 발생하지 않아 다이오드 소자 내압을 낮출 수 있어 재료비를 절감할 수 있게 된다.Further, when the frequency control method is applied to the resonant type zeta converter, the current I Do flowing in the rectifying diode Do during the switching operation of the secondary rectifying diode Do shows a sine wave form. Therefore, as indicated by reference numeral 741, the current I Do becomes zero before the switching operation of the rectifying diode Do, so that the zero current switching (ZCS) turn-off operation becomes possible. In this case, the switching waveform is smoothed to minimize the ripple of the output current, thereby reducing the capacity of the output capacitor. In addition, since the voltage surge does not occur in the secondary side current diode as indicated by reference numeral 731, the diode element internal voltage can be lowered and the material cost can be reduced.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics of the invention. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all technical ideas which are equivalent to or equivalent to the claims of the present invention are included in the scope of the present invention .

10: 상용 교류 전원 110: 평활부
120: 정류부 130: 전력 변환부
140: 직류-교류 컨버터 150: 교류-직류 컨버터
160: 제어부10: Commercial AC power source 110: Smooth part
120: rectification part 130: power conversion part
140: DC-AC converter 150: AC-DC converter
160:

Claims (8)

외부로부터 입력된 상용 교류 전원을 평활화하여 노이즈 성분을 제거하고 노이즈 제거된 전압을 출력하는 평활부;
노이즈 제거된 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변조하고, 역률 보정 회로를 통해 상기 변조된 직류 전압의 역률을 보정하여 출력하는 정류부;
출력 인덕터가 적용된 공진 회로를 통해 상기 역률 보정된 직류 전압을 소정의 출력 전압값으로 변환하여 변환된 직류 전압을 배터리로 출력하는 전력 변환부; 및
주파수 제어 방식으로 상기 전력 변환부의 출력 전압을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 전력 변환부의 출력 전압과 목표 출력값의 차이에 따라 상기 전력 변환부의 스위칭 주파수를 결정하고, 상기 스위칭 주파수를 공진 주파수 보다 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.A smoothing unit for smoothing a commercial AC power input from the outside to remove a noise component and output a noise-removed voltage;
Rectifying means for rectifying and rectifying the noise-removed voltage by a full-wave rectification, correcting a power factor of the modulated DC voltage through a power factor correcting circuit, and outputting the corrected power factor;
A power converter for converting the power factor corrected DC voltage to a predetermined output voltage value through a resonance circuit to which the output inductor is applied and outputting the converted DC voltage to the battery; And
And a control unit for controlling the output voltage of the power conversion unit by a frequency control method,
Wherein,
Wherein a switching frequency of the power conversion unit is determined according to a difference between an output voltage of the power conversion unit and a target output value, and the switching frequency is set higher than the resonance frequency. 청구항 1에 있어서,
상기 전력 변환부는,
상기 역률 보정 회로에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 1차측의 직류-교류 컨버터;
상기 1차측의 직류-교류 컨버터에서 출력되는 교류 전압을 승압하거나 감압하여 출력하는 변압기; 및
상기 변압기에 의해 출력되는 교류 전압을 배터리용 직류 전압으로 변환하여 출력하는 2차측의 교류-직류 컨버터를 포함하며,
상기 2차측의 교류-직류 컨버터는 제타(ZETA) 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the power conversion unit comprises:
A DC-AC converter on the primary side for converting the DC voltage output from the power factor correction circuit into an AC voltage;
A transformer for stepping up or reducing the AC voltage output from the DC-AC converter of the primary side and outputting the AC voltage; And
And a secondary AC-DC converter for converting an AC voltage output from the transformer into a DC voltage for a battery and outputting the DC voltage,
Wherein the AC-DC converter of the secondary side includes a ZETA converter. 청구항 2에 있어서,
상기 1차측의 직류-교류 컨버터는,
입력 전압과 병렬 연결되는 하나 이상의 스위치를 포함하며,
상기 스위치는,
상기 스위치의 스위칭 동작 전에 스위칭 보조회로의 전압이 0이 되어 제로 전압 스위칭(ZVS) 턴온되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.The method of claim 2,
The DC-AC converter of the primary side includes:
And at least one switch connected in parallel with the input voltage,
Wherein the switch comprises:
Wherein the voltage of the switching assisting circuit is zero before the switching operation of the switch to turn on the zero voltage switching (ZVS). 청구항 2에 있어서,
상기 2차측의 교류-직류 컨버터는,
출력 전압과 병렬 연결되는 정류 다이오드를 포함하며,
상기 정류 다이오드는,
상기 정류 다이오드의 스위칭 동작 전에 상기 정류 다이오드의 전류가 0이 되어 제로 전류 스위칭(ZCS) 턴오프되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.The method of claim 2,
The AC-DC converter of the secondary side includes:
And a rectifier diode connected in parallel with the output voltage,
The rectifying diode includes:
Wherein the current of the rectifying diode is zero before a switching operation of the rectifying diode so that zero current switching (ZCS) is turned off. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
듀티(duty) 값을 고정하고 주파수 주기를 조절하여 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein an output voltage is controlled by fixing a duty value and adjusting a frequency period. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스위칭 주파수에 따른 입출력 전압 변환율에 기초하여 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And the output voltage is controlled based on the input / output voltage conversion ratio according to the switching frequency. 삭제delete
KR1020160102777A 2016-08-12 2016-08-12 Battery charger for an electric vehicle KR101936462B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160102777A KR101936462B1 (en) 2016-08-12 2016-08-12 Battery charger for an electric vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160102777A KR101936462B1 (en) 2016-08-12 2016-08-12 Battery charger for an electric vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180017987A KR20180017987A (en) 2018-02-21
KR101936462B1 true KR101936462B1 (en) 2019-01-08

Family

ID=61524919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160102777A KR101936462B1 (en) 2016-08-12 2016-08-12 Battery charger for an electric vehicle

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101936462B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102488223B1 (en) 2022-05-26 2023-01-16 지투파워(주) Charging system for electric vehicle with resonant dc-dc converter

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3056852B1 (en) * 2016-09-27 2018-09-28 Renault S.A.S METHOD FOR CONTROLLING A THREE-PHASE RECTIFIER FOR AN ON-BOARD CHARGING DEVICE ON AN ELECTRIC OR HYBRID VEHICLE
KR102113295B1 (en) 2018-09-14 2020-05-20 세기전자산업(주) Ac-dc converter for charger of electrical vehicle battery
CN110970989A (en) * 2018-09-28 2020-04-07 中车大同电力机车有限公司 Control power supply system for electric locomotive
KR102047890B1 (en) * 2019-02-18 2019-12-02 주식회사 디텍 LLC Resonant Power Supply
KR20200122033A (en) * 2019-04-17 2020-10-27 현대자동차주식회사 united converter apparatus
CN113910932A (en) * 2020-07-09 2022-01-11 威马智慧出行科技（上海）有限公司 Vehicle-mounted power supply assembly and control method thereof
KR102464445B1 (en) * 2021-08-06 2022-11-04 인천대학교 산학협력단 Battery charging apparatus with improved circuit driving stability
KR102545894B1 (en) * 2022-11-09 2023-06-22 지투파워(주) Electric vehicle charging system applied dual dc-dc converter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101286509B1 (en) 2012-01-06 2013-07-16 서울과학기술대학교 산학협력단 Battery charger using series resonant converter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101286509B1 (en) 2012-01-06 2013-07-16 서울과학기술대학교 산학협력단 Battery charger using series resonant converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102488223B1 (en) 2022-05-26 2023-01-16 지투파워(주) Charging system for electric vehicle with resonant dc-dc converter

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180017987A (en) 2018-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101936462B1 (en) Battery charger for an electric vehicle
KR101628133B1 (en) A Pulse Width Modulation Resonance Converter and Charger for Vehicle Using the Same
Onar et al. A high-power wireless charging system development and integration for a Toyota RAV4 electric vehicle
US8901883B2 (en) Charger for electric vehicle
Chae et al. 3.3 kW on board charger for electric vehicle
US20180222333A1 (en) Integrated dual-output grid-to-vehicle (g2v) and vehicle-to-grid (v2g) onboard charger for plug-in electric vehicles
US9287790B2 (en) Electric power converter
Kim et al. Topology and control scheme of OBC–LDC integrated power unit for electric vehicles
EP2416477B1 (en) AD-DC converter and control circuit thereof
KR101558794B1 (en) Battery charger for an electric vehicle
KR101288230B1 (en) Battery charging device for electric vehicle
JP5780765B2 (en) Contactless power supply system
US9118254B2 (en) DC-DC converter utilizing output power to turn off switches
Wang et al. Design considerations for a level-2 on-board PEV charger based on interleaved boost PFC and LLC resonant converters
CN109687702B (en) DC-DC converter
Jeong et al. Electrolytic capacitor-less single-power-conversion on-board charger with high efficiency
US11396241B2 (en) Power converter controlled capacitor circuits and methods
CN104160605A (en) Vehicle battery external loading device including an AC/DC converter having a resonant insulated stage
US11518246B2 (en) Electric drive system, powertrain, and electric vehicle
US20200083814A1 (en) Single-stage interleaved soft switching converter
WO2017104304A1 (en) Power conversion device
Mirtchev et al. Design methodology based on dual control of a resonant dual active bridge converter for electric vehicle battery charging
Endo et al. Isolated AC/DC converter used in EV/PHEV battery charger from household AC outlet
JP2019180203A (en) Device and system for wireless power transmission
Jo et al. Design and Control of the Adjustable Turn-ratio LLC Converter for High-Efficiency Operation of Wired/Wireless Integrated EV Charging System

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant