KR102088897B1 - Electric power control apparatus for vehicle - Google Patents

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Abstract

차량용 전력제어장치가 개시된다. 본 발명의 차량용 전력제어장치는 태양광 모듈, 저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 양방향 컨버터, 태양광 모듈에서 발생된 전력을 저전압 배터리에 전송하거나 또는 저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 공통 양방향 컨버터, 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시키거나, 태양광 모듈은 공통 양방향 컨버터에 연결시키는 스위칭 모듈; 및 동작 모드에 따라 스위칭 모듈을 통해 공통 양방향 컨버터를 양방향 컨버터와 연결시켜 저전압 배터리와 고전압 배터리 간의 전력 전송을 제어하거나, 스위칭 모듈을 통해 태양광 모듈을 공통 양방향 컨버터와 연결시켜 태양광 모듈에서 발생된 전력을 저전압 배터리로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Disclosed is a power control device for a vehicle. The vehicle power control device of the present invention includes a solar module, a bi-directional converter that transmits the power of a low-voltage battery and the power of a high-voltage battery in both directions, or transmits power generated by the solar module to a low-voltage battery or a power and high-voltage battery of the low-voltage battery A switching module that connects a common bidirectional converter that transmits power in both directions, a common bidirectional converter to the bidirectional converter, or a solar module to a common bidirectional converter; And a common bi-directional converter connected to the bi-directional converter through a switching module depending on the operation mode to control power transmission between the low-voltage battery and the high-voltage battery, or by connecting the solar module to the common bi-directional converter through the switching module. It characterized in that it comprises a control unit for transmitting power to the low-voltage battery.

Description

차량용 전력제어장치{ELECTRIC POWER CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}Vehicle power control device {ELECTRIC POWER CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 전력제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 기능을 통합한 차량용 전력제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle power control device, and more particularly, to a vehicle power control device incorporating a 12V-48 bidirectional converter function and MPPT (Maximun Power Point Tracking) charging function.

차량의 전력시스템은 차량 내의 전자 부품, 안전 부품 또는 각종 액세서리를 가동하기 위한 전력을 공급하는 시스템이다. 차량의 전력시스템은 직류전압을 공급하여 차량 내의 전자 부품들을 가동한다. 기존에는 차량의 전력시스템으로 12V 전력시스템이 사용되었으나, 최근에는 에너지 용량을 증가시키고, 고출력의 전자 부품을 사용하여 전력 효율성을 향상시키기 위해 48V 전력시스템이 보급되고 있다.A vehicle power system is a system that supplies electric power for operating electronic components, safety components, or various accessories in a vehicle. The vehicle's power system supplies DC voltage to operate electronic components in the vehicle. Previously, a 12V power system was used as a vehicle power system, but recently, a 48V power system has been widely used to increase energy capacity and improve power efficiency using high-power electronic components.

다만, 48V 전력시스템을 적용하는 경우, 종래의 12V 전압으로 가동되던 차량의 모든 전자 부품을 48V 용으로 교체해야 하는 문제점이 존재하여, 12V 및 48V의 전압을 함께 공급할 수 있는 12V-48V 전력 변환 시스템이 개발되었다. However, when a 48V power system is applied, there is a problem in that all electronic components of a vehicle operated with a conventional 12V voltage need to be replaced for 48V, and a 12V-48V power conversion system capable of supplying voltages of 12V and 48V together It was developed.

12V-48V 전력 변환 시스템은 12V 전압으로 소모전력이 적은 부품을 가동시키고, 48V 전압으로 전동식 조향장치 또는 공조시스템과 같이 소모전력이 큰 부품을 가동시킨다. 12V-48V 전력 변환 시스템으로는 통상적으로 양방향 DC-DC 컨버터가 사용된다.The 12V-48V power conversion system operates parts with low power consumption at a voltage of 12V, and parts with high power consumption such as an electric steering system or an air conditioning system at 48V voltage. As a 12V-48V power conversion system, a bidirectional DC-DC converter is usually used.

12V-48V 전력 변환 시스템에 있어서, 배터리 관리는 매우 중요하다. 배터리는 충전, 방전, 셀 밸런싱 등 다양한 사항에 대하여 관리를 하여야 한다. 배터리를 효율적으로 관리함으로 인하여 배터리의 수명을 늘릴 수 있으며, 부하에 안정적으로 전력을 제공할 수 있게 된다. 배터리는 충전 및 방전을 제어하는 스위치들과 함께 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리를 효율적으로 그리고 안정하게 충전 및 방전하기 위하여 다양한 방법이 제안되고 있다. 이에, 태양광 발전을 이용하여 배터리를 충전시키는 방안이 제시되었다. In a 12V-48V power conversion system, battery management is very important. The battery needs to be managed for various matters such as charging, discharging, and cell balancing. By efficiently managing the battery, the life of the battery can be extended, and power can be stably provided to the load. The battery is provided in the form of a battery pack together with switches for controlling charging and discharging, and various methods have been proposed to efficiently and stably charge and discharge the battery. Accordingly, a method of charging a battery using solar power has been proposed.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2017-0047838호(2017.05.08)의 '48V-12V 통합 전원 장치'에 개시되어 있다.Background art of the present invention is disclosed in the '48V-12V integrated power supply' of Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0047838 (2017.05.08).

그러나, 종래의 태양광 시스템과 48V 전력변환 시스템을 구현하기 위해서는 MPPT 충전기, 48V 양방향 컨버터가 각각 필요했다. 즉, MPPT 충전기와 48V 양방향 컨버터가 별물형으로 구성되어 큰 부피, 무게 및 제작 단가가 높고, 하나의 시스템으로 구현하기도 어려운 실정이었다. However, in order to implement a conventional solar system and a 48V power conversion system, an MPPT charger and a 48V bidirectional converter are required, respectively. In other words, the MPPT charger and the 48V bi-directional converter consisted of a separate type, which has a large volume, weight, and high production cost, and was difficult to implement in one system.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현한 차량용 전력제어장치를 제공하는 것이다. The present invention was devised to improve the above-mentioned problems, and an object according to an aspect of the present invention is a vehicle power control that implements a 12V-48 bidirectional converter function and an MPPT (Maximun Power Point Tracking) charging function as one hybrid system. Is to provide a device.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 태양광 모듈; 저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 양방향 컨버터; 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 또는 상기 저전압 배터리의 전력과 상기 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 공통 양방향 컨버터; 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시키거나, 상기 태양광 모듈은 상기 공통 양방향 컨버터에 연결시키는 스위칭 모듈; 및 동작 모드에 따라 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 저전압 배터리와 상기 고전압 배터리 간의 전력 전송을 제어하거나, 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 태양광 모듈을 상기 공통 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Vehicle power control device according to an aspect of the present invention includes a solar module; A bidirectional converter that transmits the power of the low voltage battery and the power of the high voltage battery in both directions; A common bi-directional converter that transmits the power generated by the solar module to the low-voltage battery or transmits the power of the low-voltage battery and the power of the high-voltage battery in both directions; A switching module that connects the common bidirectional converter to the bidirectional converter or the solar module to the common bidirectional converter; And connecting the common bidirectional converter to the bidirectional converter through the switching module according to an operation mode to control power transmission between the low voltage battery and the high voltage battery, or through the switching module to connect the solar module to the common bidirectional converter. It characterized in that it comprises a control unit for connecting to transmit the power generated by the solar module to the low-voltage battery.

본 발명의 상기 공통 양방향 컨버터는 상기 저전압 배터리의 전력을 충전한 후 상기 고전압 배터리로 전송하고, 상기 고전압 배터리의 전력 또는 상기 태양광 모듈의 전력을 충전한 후 상기 저전압 배터리로 전송하는 제2 인덕터; 상기 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터와 상기 제5 스위칭 소자 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제어부는 제어신호에 따라 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자 각각을 PWM 제어하는 것을 특징으로 한다. The common bidirectional converter of the present invention includes a second inductor that charges the power of the low voltage battery and then transmits it to the high voltage battery, and charges the power of the high voltage battery or the solar module and then transmits the low voltage battery to the low voltage battery; A fifth switching element connected in series with the second inductor (L2); And a sixth switching element connected to a contact between the second inductor and the fifth switching element and the other side connected to ground, wherein the control unit respectively controls the fifth switching element and the sixth switching element according to a control signal. It characterized in that the PWM control.

본 발명의 상기 스위칭 모듈은 상기 태양광 모듈과 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되어 상기 태양광 모듈과 상기 제1 스위칭 소자 사이의 전류를 제어하는 제3 스위칭 소자; 및 일단 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되고 타단이 상기 양방향 컨버터와 공통 연결되어 상기 양방향 컨버터와 상기 공통 양방향 컨버터 사이에 흐르는 전류를 제어하는 제4 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. The switching module of the present invention is a third switching element connected between the solar module and the fifth switching element to control the current between the solar module and the first switching element; And a fourth switching element that is connected between the third switching element and the fifth switching element and has the other end in common connection with the bidirectional converter to control a current flowing between the bidirectional converter and the common bidirectional converter. Is done.

본 발명의 상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴온시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 공통 양방향 컨버터를 통해 상기 태양광 모듈의 전력을 상기 저전력 배터리에 전송하는 것을 특징으로 한다. The controller of the present invention is characterized in that the third switching element is turned on and the fourth switching element is turned off to transmit the power of the solar module to the low power battery through the common bidirectional converter.

본 발명의 상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴오프시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 공통 양방형 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리의 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 상기 저전압 배터리의 전력을 상기 고전압 배터리에 전송하는 것을 특징으로 한다. The controller of the present invention turns off the third switching element and turns on the fourth switching element to transmit the power of the high voltage battery to the low voltage battery through the common two-way converter or to transfer the power of the low voltage battery to the high voltage. It is characterized by transmitting to the battery.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현할 수 있다.The vehicle power control device according to an aspect of the present invention may implement a 12V-48 bidirectional converter function and an MPPT charging function as one hybrid system.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용하고 하나의 형태로 제작함으로써, 제조 비용을 감소시키고 제작 및 설치가 용이하다. The vehicle power control device according to another aspect of the present invention uses the power elements used in the 12V-48 bidirectional converter and the MPPT charger in common and manufactures them in one form, thereby reducing manufacturing cost and making manufacturing and installation easy.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용함으로써, 전력제어장치의 사이즈를 축소시키고 경량화시킬 수 있다. The vehicle power control device according to another aspect of the present invention can reduce the size of the power control device and reduce the weight by using power elements used in a 12V-48 bidirectional converter and an MPPT charger in common.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a vehicle power control device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a vehicle power control device according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 저전압 배터리(10), 고전압 배터리(20), 양방향 컨버터(30), 태양광 모듈(40), 스위칭 모듈(50), 제어부(60) 및 공통 양방향 컨버터(70)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a vehicle power control device according to an embodiment of the present invention includes a low voltage battery 10, a high voltage battery 20, a bidirectional converter 30, a solar module 40, a switching module 50, It includes a control unit 60 and a common bi-directional converter 70.

저전압 배터리(10)는 차량 내의 각 전자 부품에 각각 저전압을 공급한다. 저전압 배터리(10)는 12V 전압의 배터리로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The low voltage battery 10 supplies low voltage to each electronic component in the vehicle. The low voltage battery 10 may be implemented as a battery of 12V voltage, but is not limited thereto.

고전압 배터리(20)는 차량 내의 각 전자 부품에 각각 고전압을 공급한다. 고전압 배터리(20)는 48V 전압의 배터리로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The high voltage battery 20 supplies high voltage to each electronic component in the vehicle. The high voltage battery 20 may be implemented as a battery of 48V voltage, but is not limited thereto.

저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20)는 리튬 배터리, 납축전지, 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터가 단독 또는 조합되어 구성될 수 있으나 상기한 대상에 한정되지 않고 차량의 전자 부품에 전원을 공급할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.The low-voltage battery 10 and the high-voltage battery 20 may be composed of a lithium battery, a lead acid battery, a super capacitor, or an ultra-capacitor alone or in combination, but are not limited to the above-mentioned objects and can supply power to electronic components of a vehicle. Configuration.

저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20)는 상호 간의 전력 변환을 위해 복수 개의 양방향 컨버터(30) 및 공통 양방향 컨버터(70)를 통해 전기적으로 연결된다. The low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 are electrically connected through a plurality of bidirectional converters 30 and a common bidirectional converter 70 for power conversion between each other.

양방향 컨버터(30)는 양방향으로 동작하는 것으로써, 저전압 배터리(10)에서 고전압 배터리(20)로 전력을 전송하거나 고전압 배터리(20)에서 저전압 배터리(10)로 전력을 전송한다. The bidirectional converter 30 operates in both directions, and transmits power from the low voltage battery 10 to the high voltage battery 20 or transmits power from the high voltage battery 20 to the low voltage battery 10.

본 실시예에서 고전압 배터리(20)에서 저전압 배터리(10)로 역방향으로 전력을 전송하는 것을 제1 전력전송 모드라 하고, 저전압 배터리(10)에서 고전압 배터리(20)로 전력을 전송하는 것을 제2 전력전송 모드라 한다. 이와 같이 양방향으로 전력을 전송하는 것을 전력전송 모드라 하고, 태양광 모듈(40)에 의해 생성된 전력을 저전압 배터리(10)로 전송하는 것을 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 모드라 한다. 전력전송 모드 및 MPPT 충전 모드에 대해서는 후술한다. In this embodiment, transmitting power in the reverse direction from the high voltage battery 20 to the low voltage battery 10 is called a first power transmission mode, and transmitting power from the low voltage battery 10 to the high voltage battery 20 is second. It is called power transmission mode. In this way, transmitting power in both directions is referred to as a power transmission mode, and transmitting power generated by the solar module 40 to the low voltage battery 10 is called a MPPT (Maximun Power Point Tracking) charging mode. The power transmission mode and the MPPT charging mode will be described later.

양방향 컨버터(30)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 사이에 복수 개가 인터리브드(interleaved) 구조로 배치되며, 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 사이에 양방향으로 전류를 인가한다. The bidirectional converter 30 is arranged in a plurality of interleaved structures between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20, and applies current in both directions between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20. .

양방향 컨버터(30)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간에 전송되는 전송전력의 크기에 따라 복수 개가 구비될 수 있으며, 그 개수에 대응되는 위상차로 동작할 수 있다. 본 실시예에서는 4상 인터리브드 구조의 양방향 인버터를 예시로 설명한다.A plurality of bidirectional converters 30 may be provided according to the size of transmission power transmitted between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20, and may operate in a phase difference corresponding to the number. In this embodiment, a bi-directional inverter having a four-phase interleaved structure will be described as an example.

양방향 컨버터(30)는 제1 인덕터(L1), 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 포함한다. The bidirectional converter 30 includes a first inductor L1, a first switching element SW1, and a second switching element SW2.

제1 인덕터(L1)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 중 어느 하나의 전력을 충방전한다. The first inductor L1 charges and discharges power of either the low voltage battery 10 or the high voltage battery 20.

제1 인덕터(L1)는 제2 전력전송 모드에서는 저전압 배터리(10)의 전력을 충전한 후 고전압 배터리(20)로 전송하고, 제1 전력전송 모드에서는 고전압 배터리(20)의 전력을 충전한 후 저전압 배터리(10)로 전송한다. The first inductor L1 charges the power of the low voltage battery 10 in the second power transmission mode and then transmits it to the high voltage battery 20, and in the first power transmission mode after charging the power of the high voltage battery 20. Transfer to the low voltage battery 10.

제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 인덕터(L1)와 직렬로 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The first switching element SW1 is connected in series with the first inductor L1, and is selectively switched according to the operation mode.

제2 스위칭 소자(SW2)는 일측이 제1 인덕터(L1)와 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The second switching element SW2 has one side connected to the contact between the first inductor L1 and the first switching element SW1, the other side connected to ground, and is selectively switched according to the operation mode.

제2 전력전송 모드에서는, 먼저 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴온되어 저전압 배터리(10)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되고, 이후 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴온되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴오프되어 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송된다. 이에 따라 고전압 배터리(20)가 충전된다. In the second power transfer mode, the first switching element SW1 is first turned off and the second switching element SW2 is turned on so that the power of the low voltage battery 10 is charged to the first inductor L1, and thereafter the first switching element SW1. The switching element SW1 is turned on and the second switching element SW2 is turned off so that the power charged in the first inductor L1 is transmitted to the high voltage battery 20. Accordingly, the high voltage battery 20 is charged.

제1 전력전송 모드에서는, 먼저 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴온되고 제2 스위칭소자가 턴오프되어 고전압 배터리(20)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되고, 이후 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴온되어 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이에 따라 저전압 배터리(10)가 충전된다. In the first power transmission mode, first, the first switching element SW1 is turned on and the second switching element is turned off, so that the power of the high voltage battery 20 is charged in the first inductor L1, and then the first switching element ( SW1) is turned off and the second switching element SW2 is turned on so that the power charged in the first inductor L1 is transmitted to the low voltage battery 10. Accordingly, the low voltage battery 10 is charged.

이 경우, 동작하는 양방향 컨버터(30)의 개수는 전송전력 크기에 따라 결정된다. 예를 들어, 상대적으로 큰 전력을 전송할 경우에는 1 내지 3상의 양방향 컨버터(30)와 공통 양방향 컨버터(70)가 동작하며, 상대적으로 작은 전력을 전송할 경우 1~2상의 양방향 컨버터(30)가 동작할 수 있으며, 전송 전력의 크기에 따라 n상의 양방향 컨버터(30)가 동작할 수 있다. In this case, the number of bidirectional converters 30 that are operated is determined according to the size of the transmission power. For example, when transmitting relatively large power, the 1 to 3 phase bidirectional converter 30 and the common bidirectional converter 70 operate, and when transmitting relatively small power, the 1 to 2 phase bidirectional converter 30 operates. The n-phase bidirectional converter 30 may operate according to the size of the transmission power.

여기서, 제2 전력전송 모드로 동작할 것인지 또는 제1 전력전송 모드로 동작할 것인지는 저전압 배터리(10)에 충전된 전압과 고전압 배터리(20)에 충전된 전력에 의해 결정될 수 있다. Here, whether to operate in the second power transmission mode or the first power transmission mode may be determined by the voltage charged in the low voltage battery 10 and the power charged in the high voltage battery 20.

한편, 양방향 컨버터(30)는 상기한 바와 같이 인터리브드 구조로 복수 개가 구비되고, 이들 각각이 위상차를 두고 동작하는 바, 양방향 컨버터(30) 각각에 구비된 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)는 서로 간에 상기한 위상차를 두고 동작한다. Meanwhile, as described above, a plurality of bidirectional converters 30 are provided in an interleaved structure, and each of them operates with a phase difference. As a result, the first switching element SW1 and the second switch provided in each bidirectional converter 30 The switching elements SW2 operate with the above-described phase difference between each other.

공통 양방향 컨버터(70)는 태양광 모듈(30)에서 발생된 전력을 저전압 배터리(10)에 전송하거나 또는 저전압 배터리(10)의 전력과 고전압 배터리(20)의 전력을 양방향으로 전송한다.The common bidirectional converter 70 transmits the power generated by the solar module 30 to the low voltage battery 10 or the power of the low voltage battery 10 and the power of the high voltage battery 20 in both directions.

공통 양방향 컨버터(70)는 제2 인덕터(L2), 제5 스위칭 소자(SW5) 및 제6 스위칭 소자(SW6)를 포함한다. The common bidirectional converter 70 includes a second inductor L2, a fifth switching element SW5, and a sixth switching element SW6.

제2 인덕터(L2)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 중 어느 하나의 전력을 충방전한다. The second inductor L2 charges and discharges power of either the low voltage battery 10 or the high voltage battery 20.

제2 인덕터(L2)는 제2 전력전송 모드에서는 저전압 배터리(10)의 전력을 충전한 후 고전압 배터리(20)로 전송하고, 제1 전력전송 모드에서는 고전압 배터리(20)의 전력을 충전한 후 저전압 배터리(10)로 전송한다. The second inductor L2 charges the power of the low voltage battery 10 in the second power transfer mode and then transmits it to the high voltage battery 20, and in the first power transfer mode after charging the power of the high voltage battery 20. Transfer to the low voltage battery 10.

제5 스위칭 소자(SW5)는 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The fifth switching element SW5 is connected in series with the second inductor L2, and is selectively switched according to the operation mode.

제6 스위칭 소자(SW6)는 일측이 제2 인덕터(L2)와 제5 스위칭 소자(SW5) 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. One side of the sixth switching element SW6 is connected to the contact point between the second inductor L2 and the fifth switching element SW5, the other side is connected to ground, and is selectively switched according to the operation mode.

제2 전력전송 모드에서는, 먼저 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴온되어 저전압 배터리(10)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되어 제2 인덕터(L2)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송된다. 이에 따라 고전압 배터리(20)가 충전된다. In the second power transmission mode, first the fifth switching element SW5 is turned off and the sixth switching element SW6 is turned on so that the power of the low voltage battery 10 is charged to the second inductor L2, and thereafter the fifth The switching element SW5 is turned on and the sixth switching element SW6 is turned off to transfer the power charged in the second inductor L2 to the high voltage battery 20. Accordingly, the high voltage battery 20 is charged.

제1 전력전송 모드에서는, 먼저 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되어 고전압 배터리(20)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴온되어 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이에 따라 저전압 배터리(10)가 충전된다. In the first power transmission mode, first, the fifth switching element SW5 is turned on, and the sixth switching element SW6 is turned off, so that the power of the high voltage battery 20 is charged to the second inductor L2, and thereafter the fifth. The switching element SW5 is turned off and the sixth switching element SW6 is turned on so that the electric power charged in the second inductor L2 is transmitted to the low voltage battery 10. Accordingly, the low voltage battery 10 is charged.

여기서, 제2 전력전송 모드로 동작할 것인지 또는 제1 전력전송 모드로 동작할 것인지는 저전압 배터리(10)에 충전된 전압과 고전압 배터리(20)에 충전된 전력에 의해 결정될 수 있다. Here, whether to operate in the second power transmission mode or the first power transmission mode may be determined by the voltage charged in the low voltage battery 10 and the power charged in the high voltage battery 20.

더욱이, 공통 양방향 컨버터(70)는 MPPT 충전 모드로도 동작할 수 있다.Moreover, the common bidirectional converter 70 can also operate in the MPPT charging mode.

MPPT 충전 모드로 동작할 경우, 제5 스위치 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)는 PWM 제어된다. 즉, 제5 스위칭 소자(SW6)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되면 태양광 모듈(40)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW2)가 턴온되면, 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 태양광 모듈(40)의 전력이 저전압 배터리(10)에 충전된다. When operating in the MPPT charging mode, the fifth switch element SW5 and the sixth switching element SW6 are PWM controlled. That is, when the fifth switching element SW6 is turned on and the sixth switching element SW6 is turned off, the power of the solar module 40 is charged to the second inductor L2, and then the fifth switching element SW5. When is turned off and the sixth switching element SW2 is turned on, power charged in the second inductor L2 is transmitted to the low voltage battery 10. By repeating this process, the power of the solar module 40 is charged to the low voltage battery 10.

태양광 모듈(40)은 태양열을 이용하여 전력을 발생시키고 발생된 전력을 저전압 배터리(10)에 공급한다. The solar module 40 generates power using solar heat and supplies the generated power to the low voltage battery 10.

스위칭 모듈(50)은 제어부(60)의 제어신호에 따라 스위칭되어 양방향 컨버터(30)가 전력전송 모드 및 MPPT 충전 모드 중 어느 하나로 동작하도록 한다. The switching module 50 is switched according to the control signal of the control unit 60 so that the bidirectional converter 30 operates in one of a power transmission mode and an MPPT charging mode.

스위칭 모듈(50)은 제3 스위칭 소자(SW3) 및 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함한다. The switching module 50 includes a third switching element SW3 and a fourth switching element SW4.

제3 스위칭 소자(SW3)는 태양광 모듈(40)과 공통 양방향 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5) 사이에 연결되며, 태양광 모듈(40)과 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 전류를 제어한다. The third switching element SW3 is connected between the solar module 40 and the fifth switching element SW5 of the common bidirectional converter 70, and between the solar module 40 and the first switching element SW1. Control the current.

제4 스위칭 소자(SW4)는 일단이 제3 스위칭 소자(SW3)와 제5 스위칭 소자(SW5) 사이에 연결되고 타단이 양방향 컨버터(30)의 제1 스위칭 소자(SW1)와 공통 연결된다. The fourth switching element SW4 has one end connected between the third switching element SW3 and the fifth switching element SW5 and the other end in common with the first switching element SW1 of the bidirectional converter 30.

제4 스위칭 소자(SW4)는 인접한 양방향 컨버터(30)와 공통 양방향 컨버터(70) 사이에 흐르는 전류를 제어한다. The fourth switching element SW4 controls current flowing between the adjacent bidirectional converter 30 and the common bidirectional converter 70.

여기서, 동작 모드가 전력전송 모드인 경우, 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴온되고 제3 스위칭 소자(SW3)는 턴오프된다. Here, when the operation mode is the power transmission mode, the fourth switching element SW4 is turned on and the third switching element SW3 is turned off.

동작 모드가 MPPT 충전 모드인 경우, 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴오프되고 제3 스위칭 소자(SW3)는 턴온된다. 따라서, 태양광 모듈(40)에 의해 생성된 전력이 제3 스위칭 소자(SW3)를 통해 저전압 배터리(10)로 전송됨으로써, 저전압 배터리(10)가 충전되게 된다.When the operation mode is the MPPT charging mode, the fourth switching element SW4 is turned off and the third switching element SW3 is turned on. Therefore, the power generated by the solar module 40 is transmitted to the low voltage battery 10 through the third switching element SW3, so that the low voltage battery 10 is charged.

한편, 동작 모드가 MPPT 충전 모드에서, 양방향 컨버터(30)는 해당 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)에 따라 스위칭되어 전력 전송 기능을 수행할 수 있다. On the other hand, when the operation mode is the MPPT charging mode, the bidirectional converter 30 is switched according to the corresponding first switching element SW1 and the second switching element SW2 to perform a power transmission function.

따라서, 동작 모드가 MPPT 충전 모드에서는 공통 양방향 컨버터(70)을 이용하여 태양광 모듈(40)의 전력을 저전압 배터리(10)에 충전하는 충전기능과 양방향 컨버터(30)를 이용하여 고전압 배터리(20)의 전력을 저전압 배터리(10)에 충전하는 기능이 동시에 수행될 수 있다. Therefore, in the MPPT charging mode of the operation mode, the charging function for charging the power of the solar module 40 to the low voltage battery 10 using the common bidirectional converter 70 and the high voltage battery 20 using the bidirectional converter 30 ) The function of charging the power of the low voltage battery 10 may be performed simultaneously.

제어부(60)는 동작 모드에 따라 양방향 컨버터(30) 및 스위칭 모듈(50)를 제어하여 양방향 컨버터(30)를 통해 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간의 전력 전송을 제어한다. 또한, 제어부(60)는 공통 양방향 컨버터(30) 및 스위칭 모듈(50)을 제어하여 태양광 모듈(40)로부터 전송되는 전력을 저전압 배터리(10)에 전송하여 저전압 배터리(10)를 충전시키거나 또는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간의 전력 전송을 제어한다.The control unit 60 controls the bi-directional converter 30 and the switching module 50 according to the operation mode to control power transmission between the low-voltage battery 10 and the high-voltage battery 20 through the bi-directional converter 30. In addition, the control unit 60 controls the common bidirectional converter 30 and the switching module 50 to transmit power transmitted from the solar module 40 to the low voltage battery 10 to charge the low voltage battery 10 or Alternatively, power transmission between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 is controlled.

제2 전력전송 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨다. 또한, 제어부(60)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 PWM 제어하는데, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 저전압 배터리(10)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되도록 한 후, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴오프시켜 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 고전압 배터리(20)를 충전시킨다. In the second power transmission mode, the control unit 60 turns off the third switching element SW3 and turns on the fourth switching element SW4. In addition, the control unit 60 controls the first switching element SW1 and the second switching element SW2 by PWM. The first switching element SW1 is turned off and the second switching element SW2 is turned on to turn on the low voltage battery. After the power of (10) is charged to the first inductor L1, the first switching element SW1 is turned on and the second switching element SW2 is turned off to turn off the power charged in the first inductor L1. It is to be transmitted to the high voltage battery 20. The control unit 60 charges the high voltage battery 20 by repeating the above process.

제1 전력전송 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨다. 또한, 제어부(60)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 PWM 제어하는데, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키고 제2 스위칭소자를 턴오프시켜 고전압 배터리(20)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되도록 한 후, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴오프시키고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 제1 인턱터(L1)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 저전압 배터리(10)를 충전시킨다. In the first power transmission mode, the control unit 60 turns off the third switching element SW3 and turns on the fourth switching element SW4. In addition, the control unit 60 controls the first switching element SW1 and the second switching element SW2 by PWM. The first switching element SW1 is turned on and the second switching element is turned off to turn on the high voltage battery 20. After charging the power of the first inductor L1, the first switching element SW1 is turned off and the second switching element SW2 is turned on so that the power charged in the first inductor L1 is a low voltage battery ( 10). The control unit 60 charges the low voltage battery 10 by repeating the above process.

MPPT 충전 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴온시키고 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴오프시킨다. 아울러, 제어부(60)는 공통 양방항 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)를 PWM 제어한다. 이 경우, 제어부(60)는 제5 스위칭 소자(SW5)를 턴온시키고 제6 스위칭 소자(SW6)를 턴오프시켜 태양광 모듈(40)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되도록 한 후, 제5 스위칭 소자(SW5)를 턴오프시키고 제6 스위칭 소자(SW6)를 턴온시켜 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 저전압 배터리(10)를 충전시킨다. In the MPPT charging mode, the control unit 60 turns on the third switching element SW3 and turns off the fourth switching element SW4. In addition, the control unit 60 PWM-controls the fifth switching element SW5 and the sixth switching element SW6 of the common bidirectional converter 70. In this case, the control unit 60 turns on the fifth switching element SW5 and turns off the sixth switching element SW6 so that the power of the solar module 40 is charged to the second inductor L2, The fifth switching element SW5 is turned off and the sixth switching element SW6 is turned on so that the power charged in the second inductor L2 is transmitted to the low voltage battery 10. The control unit 60 charges the low voltage battery 10 by repeating the above process.

이 과정에서, 제어부(60)는 양방향 컨버터(30)를 제어하여 고전압 배터리(20)의 전력을 저전압 배터리(10)로 동시에 공급할 수 있다. In this process, the control unit 60 may control the bidirectional converter 30 to simultaneously supply power of the high voltage battery 20 to the low voltage battery 10.

또한, 제어부(60)는 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨 상태에서, 공통 양방향 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)를 제어하여, 제1 전력전송 모드 또는 제2 전력전송 모드로 동작할 수도 있다. In addition, the control unit 60, the control unit 60 in the state of turning off the third switching element SW3 and turning on the fourth switching element SW4, the fifth switching element SW5 of the common bidirectional converter 70 And the sixth switching element SW6 may be controlled to operate in the first power transmission mode or the second power transmission mode.

즉, 양방향 컨버터(30)가 서로 다른 동작 모드로 구동할 수 있는 바, 전력시스템의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. That is, since the bidirectional converter 30 can be driven in different operating modes, it is possible to greatly improve the efficiency of the power system.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현할 수 있다.As described above, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention may implement a 12V-48 bidirectional converter function and an MPPT charging function as one hybrid system.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용하고 하나의 형태로 제작함으로써, 제조 비용을 감소시키고 제작 및 설치가 용이하다. In addition, the power control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention uses power elements used in a 12V-48 bidirectional converter and an MPPT charger in common and manufactures them in one form, thereby reducing manufacturing cost and making manufacturing and installation easy. Do.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용함으로써, 전력제어장치의 사이즈를 축소시키고 경량화시킬 수 있다. In addition, the power control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention can reduce the size of the power control device and reduce the weight by using power elements used in a 12V-48 bidirectional converter and an MPPT charger in common.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary and those skilled in the art to which the technology belongs can various modifications and equivalent other embodiments from this. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.

10: 저전압 배터리
20: 고전압 배터리
30: 양방향 컨버터
40: 태양광 모듈
50: 스위칭 모듈
60: 제어부
70: 공통 양방향 컨버터
L1: 인덕터
SW1: 제1 스위칭 소자
SW2: 제2 스위칭 소자
SW3: 제3 스위칭 소자
SW4: 제4 스위칭 소자
SW5: 제5 스위칭 소자
SW6: 제6 스위칭 소자10: low voltage battery
20: high voltage battery
30: bidirectional converter
40: solar module
50: switching module
60: control unit
70: common bidirectional converter
L1: Inductor
SW1: first switching element
SW2: second switching element
SW3: third switching element
SW4: 4th switching element
SW5: fifth switching element
SW6: 6th switching element

Claims (1)

태양광 모듈;
저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 양방향 컨버터;
상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 또는 상기 저전압 배터리의 전력과 상기 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 공통 양방향 컨버터;
상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시키거나, 상기 태양광 모듈을 상기 공통 양방향 컨버터에 연결시키는 스위칭 모듈; 및
동작 모드에 따라 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 저전압 배터리와 상기 고전압 배터리 간의 전력 전송을 제어하거나, 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 태양광 모듈을 상기 공통 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리로 전송하는 제어부를 포함하며,
상기 공통 양방향 컨버터는 상기 저전압 배터리의 전력을 충전한 후 상기 고전압 배터리로 전송하고, 상기 고전압 배터리의 전력 또는 상기 태양광 모듈의 전력을 충전한 후 상기 저전압 배터리로 전송하는 제2 인덕터; 상기 제2 인덕터와 직렬로 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터와 상기 제5 스위칭 소자 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제어부는 제어신호에 따라 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자 각각을 PWM 제어하며,
상기 스위칭 모듈은 상기 태양광 모듈과 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되어 상기 태양광 모듈과 상기 양방향 컨버터의 제1 스위칭 소자 사이의 전류를 제어하는 제3 스위칭 소자; 및 일단 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되고 타단이 상기 양방향 컨버터와 공통 연결되어 상기 양방향 컨버터와 상기 공통 양방향 컨버터 사이에 흐르는 전류를 제어하는 제4 스위칭 소자를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴온시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 공통 양방향 컨버터를 통해 상기 태양광 모듈의 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하고,
상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴오프시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 공통 양방향 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리의 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 상기 저전압 배터리의 전력을 상기 고전압 배터리에 전송하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력제어장치.
Solar modules;
A bidirectional converter that transmits the power of the low voltage battery and the power of the high voltage battery in both directions;
A common bi-directional converter that transmits the power generated by the solar module to the low-voltage battery or in both directions the power of the low-voltage battery and the high-voltage battery;
A switching module that connects the common bidirectional converter to the bidirectional converter or connects the solar module to the common bidirectional converter; And
Depending on the operation mode, the common bidirectional converter is connected to the bidirectional converter through the switching module to control power transmission between the low voltage battery and the high voltage battery, or the solar module is connected to the common bidirectional converter through the switching module. It includes a control unit for transmitting the power generated by the solar module to the low-voltage battery,
The common bidirectional converter includes a second inductor that charges the power of the low voltage battery and transmits it to the high voltage battery, and charges the power of the high voltage battery or the solar module and then transmits the low voltage battery to the low voltage battery; A fifth switching element connected in series with the second inductor; And a sixth switching element connected to a contact between the second inductor and the fifth switching element and the other side connected to ground, wherein the control unit respectively controls the fifth switching element and the sixth switching element according to a control signal. PWM control,
The switching module is a third switching element connected between the solar module and the fifth switching element to control the current between the solar module and the first switching element of the bidirectional converter; And a fourth switching element which is connected between the third switching element and the fifth switching element and has the other end in common connection with the bidirectional converter to control a current flowing between the bidirectional converter and the common bidirectional converter.
The control unit turns on the third switching element and turns off the fourth switching element to transmit the power of the solar module to the low voltage battery through the common bidirectional converter,
The control unit turns off the third switching element and turns on the fourth switching element to transmit the power of the high voltage battery to the low voltage battery through the common bidirectional converter or to transmit the power of the low voltage battery to the high voltage battery. Vehicle power control device, characterized in that.
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