KR102063842B1 - 차량의 전력선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 전력선 통신 시스템에 관한 것으로, 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)을 이용하여 전기자동차와 충전기 간의 충전을 제어하기 위한 기술이다. 이러한 본 발명은 차량의 충전기와의 통신을 통해 PLC 신호를 전달하는 PLC 제어부, 및 충전기로부터 PLC 신호의 입력시 PLC 신호의 세기를 기설정된 기준값으로 조정하여 PLC 제어부에 전달하는 자동이득 제어부를 포함한다.

Description

차량의 전력선 통신 시스템{Power line communication system of vehicle}
본 발명은 차량의 전력선 통신 시스템에 관한 것으로, 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)을 이용하여 전기자동차와 충전기 간의 충전을 제어하기 위한 기술이다.
오늘날 고유가와 이산화탄소 규제 등으로 인해 기존의 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 친환경자동차의 개발이 활발히 진행되고 있다. 최근, 전기모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차나 내연기관과 전기모터를 구동원으로 함께 사용하는 하이브리드 자동차가 자동차 제조사에 따라 이미 상용화되어 출시되고 있거나 상용화를 앞두고 있는 상황이다.
전기자동차(Electric vehicle; EV)나 하이브리드 자동차는 구동원이 되는 전기모터(Traction Motor)에 전력을 공급하기 위한 주 동력원으로 고전압 배터리(메인 배터리)를 탑재하고 있다.
더불어 배터리 충전을 위한 충전장치, 전기모터를 구동시키기 위한 인버터 등을 구비하고 있다.
즉, 전기자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차이다.
이러한 전기자동차는 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류된다.
배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전한다.
그리고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
이러한 전기자동차의 콤보 타입 급속 충전 시스템에서 전기자동차와 충전장치 간의 충전은 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)을 이용하여 제어된다.
이때, 각 국가 및 충전기 제조사에 따라 충전기에서 송신하는 PLC 신호의 세기에 대한 규정이 상이하다.
예를 들어, 유럽, 북미, 등 지역별로 PLC 신호의 세기에 대한 규정이 상이하다.
따라서, PLC 신호가 불안정하게 되면 충전기와 전기자동차 간의 통신 문제로 인하여 충전을 할 수 없는 상황이 발생할 수 있다.
또한, 강한 세기의 PLC 신호가 유입되면 PLC 수신부가 열화 되어 제품이 손상될 가능성이 있다.
본 발명은 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)을 이용하여 전기자동차와 충전기 간의 충전을 제어하는 경우 자동 이득 제어(Auto Gain Control) 회로를 이용하여 충전시 사용되는 PLC 신호의 세기를 자동으로 조절할 수 있도록 하는 특징을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력선 통신 시스템은, 차량의 충전기와의 통신을 통해 PLC 신호를 전달하는 PLC 제어부; 및 충전기로부터 PLC 신호의 입력시 PLC 신호의 세기를 기설정된 기준값으로 조정하여 PLC 제어부에 전달하는 자동이득 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은 충전기에 송신되는 PLC(Power Line Communication) 신호의 세기와 상관없이 일정한 세기의 PLC 신호가 PLC 제어부에 수신되도록 한다.
둘째, 본 발명은 PLC 신호와 유사한 주파수 성분의 노이즈에 대한 감도를 향상시켜 PLC 제어기의 통신 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.
셋째, 본 발명은 강한 세기의 PLC 신호 입력으로 인한 제품의 소손을 방지하여 PLC 제어기의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
넷째, 본 발명은 별도의 소프트웨어의 처리 없이 하드웨어 구조만으로 PLC 신호의 세기를 자동으로 조절할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력선 통신 시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 자동 이득 제어부에 관한 상세 회로도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력선 통신 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예 따른 전력선 통신 시스템은, 충전기(10), 자동 이득 제어(Auto Gain Control)부(100), 주파수 필터(200) 및 전력선 통신(PLC; Power Line Communication) 제어부(300)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 전기자동차와 충전기(10)가 서로 PLC 신호를 이용하여 충전 제어를 수행한다. 여기서, 충전기(10)는 콤보 타입의 급속 충전기를 포함할 수 있다.
그런데, 충전기(10)로부터 수신된 PLC 신호의 세기는 국가별, 충전기 제조사별로 상이할 수 있다.
이렇게 PLC 신호의 세기가 불규칙하거나 지나치게 강한 경우 통신 장애가 유발될 가능성이 크다.
이에 따라, 자동 이득 제어부(100)는 충전기(10)가 송신하는 PLC 신호를 입력받아 이득을 제어함으로써 PLC 신호를 안정화시킨다.
즉, 자동 이득 제어부(100)는 PLC 입력신호가 기 설정된 기준 레벨 이상으로 강하게 인가되는 신호의 세기를 감소시킨다.
반면에, 자동 이득 제어부(100)는 PLC 입력신호가 기 설정된 기준 레벨 이하로 약하게 인가되는 경우 신호의 세기를 증폭시킨다.
이후에, 주파수 필터(200)는 자동 이득 제어부(100)로부터 인가되는 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고 PLC 제어부(300)에 출력한다.
PLC 제어부(300)는 주파수 필터(200)로부터 필터링 된 신호를 인가받아 차량의 다른 제어기에 캔(CAN) 통신을 통해 해당 정보를 전송하게 된다.
도 2는 도 1의 자동 이득 제어부(100)에 관한 상세 회로도이다.
자동 이득 제어부(100)는 신호레벨 설정부(110)와 신호 증폭부(120)를 포함한다.
여기서, 신호레벨 설정부(110)는 기 설정된 기준값 Vref과 충전기(10)로부터 인가되는 PLC 신호를 비교하여 출력한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예는 PLC 신호의 세기를 미리 정해진 기준값 Vref 레벨까지로 조절할 수 있도록 한다.
이러한 신호레벨 설정부(110)는 복수의 다이오드 D1~D4와, 증폭기 U2를 포함한다.
다이오드 D1는 PLC 신호의 입력단과 증폭기 U2의 출력단 사이에 순방향으로 연결된다.
그리고, 다이오드 D2는 PLC 신호의 입력단과 접지전압단 사이에 순방향으로 연결된다.
그리고, 다이오드 D3는 신호 증폭부(120)의 출력단과 증폭기 U2의 포지티브(+) 입력단 사이에 순방향으로 연결된다.
여기서, 다이오드 D3는 스위칭 속도가 빠른 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 PLC 사용 주파수 중 가장 높은 주파수 영역인 28MHz 사용을 고려하여 1주기(1/28MHz=26nS) 보다 빠른 스위칭 다이오드를 적용할 수 있다.
또한, 다이오드 D4는 기준값 Vref 인가단과 증폭기 U2의 네거티브(-) 입력단 사이에 순향방향으로 연결된다.
증폭기 U2는 다이오드 D3를 통해 인가되는 기준값 Vref과 다이오드 D4를 통해 인가되는 신호 증폭부(120)의 출력을 비교하여 다이오드 D1의 출력단과 다이오드 D2의 입력단에 출력한다.
또한, 신호 증폭부(120)는 신호레벨 설정부(110)로부터 인가되는 신호를 증폭하여 주파수 필터(200)에 출력하는 저잡음 증폭기(LNA; Low noise amplifier) U1를 포함한다.
신호레벨 설정부(110)에 인가되는 신호는 원신호와 노이즈가 함께 공종하고 그 신호의 특성이 매우 미약하다.
이에 따라, 저잡음 증폭기 U1는 신호레벨 설정부(110)로부터 인가되는 신호의 잡음을 줄이고 원신호를 증폭하여 주파수 필터(200)와 다이오드 D3로 출력한다.
이러한 구성을 갖는 자동 이득 제어부(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자동 이득 제어부(100)에 PLC 신호가 강한 세기로 인가되었을 경우를 설명하면 다음과 같다.
충전기(10)로부터 인가되는 강한 세기의 PLC 신호는 다이오드 D1, 저잡음 증폭기 U1 및 다이오드 D3를 거쳐 증폭기 U2의 포지티브(+) 단자로 입력된다.
그러면, 증폭기 U2는 다이오드 D3의 출력신호와 다이오드 D4를 거쳐 기준값 Vref을 비교한다.
이때, 기준값 Vref은 미리 설정될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 PLC 신호가 -50dBm/Hz 이하로 유지될 수 있도록 전압 레벨을 설정할 수 있다.
이후에, 비교기 U2의 출력은 다이오드 D1, D2에 비선형적인 출력 값을 갖도록 출력된다.
여기서, 다이오드 D1, D2는 가변용량 다이오드인 바리캡(Varicap) 다이오드로 이루어질 수 있다.
이러한 다이오드 D1, D2의 일측으로 인가되는 DC 전압에 의해 축적용량이 변화되어 수신된 PLC 신호에서 사용자가 선국한 주파수 대역만을 통과시키도록 제어한다.
이에 따라, 수신된 PLC 신호에 포함되어 있는 잡음 등의 왜곡신호를 미리 제거한 후에 저잡음 증폭기 U1로 신호를 출력할 수 있도록 한다.
따라서, 다이오드 D1, D2에 강한 세기의 PLC 신호가 인가되는 경우 증폭기 U2로부터 출력된 신호는 다이오드 D2의 임피던스를 낮추도록 한다.
그러면, 다이오드 D2를 통해 강한 세기의 신호를 접지전압단으로 흘려보내게 된다.
이후에, 다이오드 D1의 양단 전위차가 작아지게 되어 임피던스가 상승하게 됨으로써 강한 신호의 흐름을 억제할 수 있게 된다.
반면에, 자동 이득 제어부(100)에 PLC 신호가 약한 세기로 인가되었을 경우를 설명하면 다음과 같다.
충전기(10)로부터 인가되는 약한 세기의 PLC 신호는 다이오드 D1, 저잡음 증폭기 U1 및 다이오드 D3를 거쳐 증폭기 U2의 포지티브(+) 단자로 입력된다.
그러면, 증폭기 U2는 다이오드 D3의 출력신호와 다이오드 D4를 거쳐 기준값 Vref을 비교한다.
이후에, 비교기 U2의 출력은 다이오드 D1, D2에 비선형적인 출력 값을 갖도록 출력된다.
따라서, 다이오드 D1, D2에 약한 세기의 PLC 신호가 인가되는 경우 증폭기 U2로부터 출력된 신호는 다이오드 D2를 턴 오프시킨다.
이에 따라, 다이오드 D2의 임피던스를 낮춰 다이오드 D2에서 접지전압단으로 흐르는 신호를 차단하게 된다.
이때, 다이오드 D1의 양단 전위차가 커지게 되면 임피던스가 낮아져 PLC 신호자 잘 전달된다.
이후에, 저잡음 증폭기 U1는 다이오드 D1으로부터 인가되는 신호의 세기를 증폭하여 주파수 필터(200)에 전달한다.
이상에서 기술한 일 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.

Claims (9)

  1. 차량의 충전기와의 통신을 통해 PLC 신호를 전달하는 PLC 제어부; 및
    상기 충전기로부터 상기 PLC 신호의 입력시 상기 PLC 신호의 세기를 기설정된 기준값으로 조정하여 상기 PLC 제어부에 전달하는 자동이득 제어부를 포함하고,
    상기 자동이득 제어부는
    상기 PLC 신호와 상기 기준값을 비교하여 출력 레벨을 조정하는 신호레벨 설정부; 및
    상기 신호레벨 설정부의 출력을 증폭하는 신호 증폭부를 포함하며,
    상기 신호레벨 설정부는
    상기 PLC 신호의 입력단에 병렬 연결된 제 1다이오드와 제 2다이오드;
    상기 신호 증폭부의 출력과 상기 기준값이 각각 인가되는 제 3다이오드와 제 4다이오드; 및
    상기 제 3다이오드와 상기 제 4다이오드의 출력을 비교하여 상기 제 1다이오드의 양단과 상기 제 2다이오드의 입력단에 출력하는 증폭기를 포함하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자동이득 제어부의 출력을 필터링하여 상기 PLC 제어부에 전달하는 주파수 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 자동이득 제어부는
    상기 PLC 신호의 세기가 상기 기준값 이상인 경우 상기 PLC 신호를 접지시키고 임피던스를 상승시켜 상기 PLC 신호의 세기를 감소시키고,
    상기 PLC 신호의 세기가 상기 기준값 이하인 경우 상기 PLC 신호의 접지를 차단시키고 임피던스를 감소시켜 상기 PLC 신호의 세기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1다이오드와 상기 제 2다이오드는 바리캡 다이오드인 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 2다이오드는 상기 PLC 신호의 입력단과 접지전압단 사이에 순방향으로 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 PLC 신호가 상기 기준값 이상인 경우 상기 증폭기의 출력이 상기 제 2다이오드를 통해 접지되고,
    상기 PLC 신호가 상기 기준값 이하인 경우 상기 제 2다이오드가 턴 오프되어 접지 경로가 차단되는 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 신호 증폭부는 저잡음 증폭기(LNA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력선 통신 시스템.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011061581A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Mitsumi Electric Co Ltd 減衰制御装置、信号減衰装置、自動利得制御装置、減衰制御方法及び自動利得制御方法
KR101134693B1 (ko) * 2009-12-30 2012-04-09 전자부품연구원 온라인 전기자동차용 전력선 통신 방법 및 장치

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