KR102174516B1 - Intergrated controller for EV battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시스템 소형화 및 저비용화가 가능하도록 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치에 관한 것으로, 이는 1차 내지 3차 코일을 구비하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일의 권선비에 따라 1차 전원으로부터 2차 전원을 유도하고, 상기 2차 코일과 상기 3차 코일의 권선비에 따라 3차 전원으로부터 4차 전원을 유도하는 트랜스포머; AC 입력 커넥터를 통해 입력되는 AC 전압을 상기 1차 전원으로 변환하여 상기 1차 코일에 인가하는 OBC(On-Board Charger) 1차측 회로; 정류 모드시에는 상기 2차 코일에 인가된 상기 2차 전원을 DC 전압으로 변환하여 고전압 배터리가 연결된 고전압 커넥터로 출력하고, 컨버팅 모드시에는 상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 상기 3차 전원으로 변환하여 상기 2차 코일에 인가하는 OBC/LDC 통합 회로; 상기 3차 코일에 인가되는 상기 4차 전원을 DC 전압으로 변환하여 저전압 배터리가 연결된 저전압 커넥터로 출력하는 LDC 2차측 회로; 상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터가 연결된 AC 출력 커넥터로 출력하는 인버터; 상기 OBC 1차 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차 회로, 상기 인버터의 동작을 전반적으로 제어하되, 상기 OBC/LDC 통합 회로를 차량 주차시에는 정류 모드로 동작시키고, 차량 주행시에는 컨버팅 모드로 동작시키는 프로세서; 및 상기 트랜스포머, 상기 OBC 1차측 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차측 회로, 상기 인버터, 상기 프로세서, 상기 AC 입력 커넥터, 상기 AC 출력 커넥터, 상기 고전압 커넥터, 상기 저전압 커넥터, 상기 신호 커넥터를 실장하고, 회로간 또는 회로와 커넥터간을 신호라인을 통해 서로 연결하는 PCB 회로 기판을 포함할 수 있다. The present invention relates to a battery integrated charging control device for an electric vehicle that enables system miniaturization and low cost, which has a primary to tertiary coil, and a primary power source according to the turns ratio of the primary coil and the secondary coil. A transformer that induces a secondary power source from and induces a secondary power source from a tertiary power source according to a turns ratio of the secondary coil and the tertiary coil; An On-Board Charger (OBC) primary circuit for converting an AC voltage input through an AC input connector into the primary power and applying it to the primary coil; In the rectifying mode, the secondary power applied to the secondary coil is converted into a DC voltage and output to a high voltage connector to which a high voltage battery is connected. In the converting mode, the battery voltage input through the high voltage connector is converted to the tertiary power. An OBC/LDC integrated circuit that converts and applies it to the secondary coil; An LDC secondary circuit for converting the fourth power applied to the tertiary coil into a DC voltage and outputting it to a low voltage connector to which a low voltage battery is connected; An inverter converting a battery voltage input through the high voltage connector into a motor driving voltage and outputting the converted battery voltage to an AC output connector to which a motor is connected; Overall control of the operation of the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, and the inverter, but the OBC/LDC integrated circuit is operated in a rectification mode when parking a vehicle, and converting when driving a vehicle. A processor operating in a mode; And the transformer, the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, the inverter, the processor, the AC input connector, the AC output connector, the high voltage connector, the low voltage connector, the signal connector. A PCB circuit board may be mounted and connected to each other through signal lines between circuits or between circuits and connectors.

Figure R1020180147242
Figure R1020180147242

Description

전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치{Intergrated controller for EV battery}Integrated controller for EV battery for electric vehicle

본 발명은 시스템 소형화 및 저비용화가 가능하도록 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a battery integrated charging control device for an electric vehicle that enables system miniaturization and low cost.

지금까지의 자동차시장은 가솔린 엔진이 절대적 우위를 점하고 있었으나, 화석연료가 고갈되고 환경오염이 심해지면서 이산화탄소 배출이 적고 연료를 덜 소모하는 친환경 고효율의 그린카 시장으로 전환되고 있다. Gasoline engines have had an absolute dominance in the automobile market so far, but as fossil fuels are depleted and environmental pollution is getting worse, it is turning into an eco-friendly, high-efficiency green car market that emits less carbon dioxide and consumes less fuel.

전 세계적으로 미국, 일본, 유럽 등 선진국들을 중심으로 전기자동차 시장 활성화를 위한 충전 인프라 보급 확대사업을 적극적으로 지원하고 있으며, 특히 신재생에너지 자원을 활용해 전력 공급의 안정성을 높이고 전력 수급의 분산화를 유도하기 위한 연구들의 필요성이 대두된다. Globally, we are actively supporting the expansion of charging infrastructure to revitalize the electric vehicle market, centering on advanced countries such as the United States, Japan, and Europe.In particular, using renewable energy resources to increase the stability of power supply and to decentralize power supply and demand. The need for studies to induce it emerges.

또한 다양한 통신 서비스 및 지능형 전력망(Smart Grid)의 IT 기술을 활용해 전기자동차 충전소의 접근성과 편의성을 높이기 위한 연구들이 요구되고 있다.In addition, researches are required to improve accessibility and convenience of electric vehicle charging stations by utilizing IT technology of various communication services and intelligent power grid (Smart Grid).

전기자동차 부품 기술방향으로는 "고성능, 경량화, 안전성"이며 이 가운데 핵심은 배터리기술(고성능, 고밀도 에너지 저장 기술) 및 전기구동 시스템(고전압용 전장 부품, 고출력 구동모터, 모터제어 등) 등이 있다.The technology direction for electric vehicle parts is "high performance, light weight, safety", and the core of these are battery technology (high performance, high density energy storage technology) and electric drive system (high voltage electronic parts, high output drive motor, motor control, etc.). .

이러한 전기자동차 시스템(부품) 중 배터리 충전 뿐 아니라 V2G(Vehicle to Grid)모드로 동작이 가능한 전기자동차용 양방향 배터리 충전 시스템인 OBC(On Board Charger) 개발이 필요하다. Among these electric vehicle systems (parts), it is necessary to develop OBC (On Board Charger), a two-way battery charging system for electric vehicles that can operate in V2G (Vehicle to Grid) mode as well as battery charging.

또한 시스템의 간략화와 높은 가격경쟁에서 살아남기 위해 부품단위를 하나로 통합하여 하나의 부품이 두 가지 기능을 동시에 수행하는 모듈 개발이 요구되는 상황이다. In addition, in order to simplify the system and survive high price competition, it is required to develop a module in which one part performs two functions simultaneously by integrating the parts unit into one.

전기자동차의 보조 전원격인 저전압 배터리(12VDC) 충전 전용 충전기인 LDC(Low Voltage DC/DC Converter)와 OBC의 통합형 모듈 개발이 필요하다. It is necessary to develop an integrated module of LDC (Low Voltage DC/DC Converter) and OBC, a charger dedicated to charging low-voltage batteries (12VDC), which is an auxiliary power source for electric vehicles.

도 1은 종래의 기술에 따른 전기 자동차의 충전 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a charging system for an electric vehicle according to the prior art.

도 1을 참고하면, 종래의 전기 자동차의 충전 시스템(10)은 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment))(10)를 통해 공급되는 AC 전압을 통해 고압 배터리(21)를 충전하는 탑재형 충전기(OBC : On-Board Charger)(11), 고압 배터리(21)에서 나오는 고전압(예를 들어, 330V)을 저전압(예를 들어, 12V)으로 변환하여 저전압 배터리(22)와 차량 전장부하(예를 들어, BMS(Battery Management System)(41), EWP(Electric Water Pump)(42), ECU(Electronic Control Unit)(43) 등)에 공급하는 LDC(Low Voltage DC/DC Converter)(12), 전기자동차의 주 동력모터(50)를 구동하기 위해 고전압 배터리(21)의 전압을 AC로 출력하여 제어하는 인버터(Inverter)(13) 등을 포함한다. Referring to FIG. 1, a conventional electric vehicle charging system 10 is an on-board charger (OBC) for charging the high-voltage battery 21 through an AC voltage supplied through an EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) 10. On-Board Charger) 11, high voltage (for example, 330V) from the high-voltage battery 21 is converted to a low voltage (for example, 12V), and the low-voltage battery 22 and the vehicle electric load (for example, LDC (Low Voltage DC/DC Converter) (12) supplied to BMS (Battery Management System) (41), EWP (Electric Water Pump) (42), ECU (Electronic Control Unit) (43), etc. In order to drive the main power motor 50, it includes an inverter 13 and the like that outputs and controls the voltage of the high voltage battery 21 as AC.

다만, 도 1에서와 같이 OBC(11), LDC(12), 인버터(13)가 각각의 개별적 부품으로 존재할 경우, 외부 부품들과 연결되기 위한 각각의 입력출력 커넥터와 통신을 위한 시그널 커넥터 등 각 부품마다 3종의 커넥터가 사용되어야만 하고, 이로 인해 OBC(11), LDC(12), 인버터(13)이 3 가지의 부품은 총 9개의 커넥터를 가지게 된다. However, as shown in FIG. 1, when the OBC 11, LDC 12, and inverter 13 exist as individual parts, each input/output connector for connection with external parts and a signal connector for communication, etc. Three types of connectors must be used for each part, and due to this, the three parts of the OBC 11, LDC 12, and inverter 13 have a total of 9 connectors.

보다 구체적으로, OBC(11)의 경우, AC 상용전원을 입력받아 전기차 고전압배터리를 충전하는 장치이므로, AC를 입력 받기 위해 AC 입력 커넥터, DC로 변환된 출력을 내보내기 위한 DC 출력 커넥터, 배터리 정보를 입력받고 제어부 전원을 공급받기 위한 시그널 커넥터 등 총 3종의 커넥터로 이루어져 있고, 이와 마찬가지로 LDC도 저전압 배터리를 충전하기 위한 장치이므로 고전압을 입력 받기 위한 고전압 입력 커넥터, 저전압으로 변환하여 출력되는 저전압 출력 커넥터, CAN 통신을 위한 시그널 커넥터로 이루어져 있다. 인버터도 전기차 DC 고전압을 입력 받아 모터 전압인 AC전압으로 변경시켜 제어하기 위한 장치로 DC입력 커넥터, AC 출력 커넥터, CAN 통신을 위한 시그널 커넥터로 이루어져 있다.More specifically, in the case of the OBC 11, since it is a device that charges an electric vehicle high voltage battery by receiving AC commercial power, an AC input connector to receive AC input, a DC output connector to output converted output to DC, and battery information. It consists of a total of 3 types of connectors, including signal connectors for receiving input and receiving power to the control unit. Likewise, LDC is a device for charging low-voltage batteries, so a high voltage input connector for receiving high voltage input and a low voltage output connector for converting to low voltage and outputting , It consists of a signal connector for CAN communication. Inverter is also a device for controlling by receiving high DC voltage of electric vehicle and changing it to AC voltage, which is motor voltage, and it consists of DC input connector, AC output connector, and signal connector for CAN communication.

또한, 고전압 커넥터의 경우 높은 IP 등급만족과 고 절연전압 특성을 가져야 하기 때문에 특수 제작되는 커스텀 제품이 많으며, 이에 따른 단가 상승은 무시할 수 없다. In addition, in the case of high voltage connectors, there are many custom products that are specially manufactured because they must have high IP rating and high insulation voltage characteristics, and the increase in unit price accordingly cannot be ignored.

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 OBC, LDC, 인버터를 기구적, 회로적으로 통합함으로써, 시스템 소형화 및 저비용화가 가능하도록 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, as to solve the above problems, the present invention is to provide a battery integrated charging control apparatus for an electric vehicle that enables system miniaturization and cost reduction by integrating OBC, LDC, and inverter mechanically and circuitly.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 1차 내지 3차 코일을 구비하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일의 권선비에 따라 1차 전원으로부터 2차 전원을 유도하고, 상기 2차 코일과 상기 3차 코일의 권선비에 따라 3차 전원으로부터 4차 전원을 유도하는 트랜스포머; AC 입력 커넥터를 통해 입력되는 AC 전압을 상기 1차 전원으로 변환하여 상기 1차 코일에 인가하는 OBC(On-Board Charger) 1차측 회로; 정류 모드시에는 상기 2차 코일에 인가된 상기 2차 전원을 DC 전압으로 변환하여 고전압 배터리가 연결된 고전압 커넥터로 출력하고, 컨버팅 모드시에는 상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 상기 3차 전원으로 변환하여 상기 2차 코일에 인가하는 OBC/LDC 통합 회로; 상기 3차 코일에 인가되는 상기 4차 전원을 DC 전압으로 변환하여 저전압 배터리가 연결된 저전압 커넥터로 출력하는 LDC 2차측 회로; 상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터가 연결된 AC 출력 커넥터로 출력하는 인버터; 상기 OBC 1차 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차 회로, 상기 인버터의 동작을 전반적으로 제어하되, 상기 OBC/LDC 통합 회로를 차량 주차시에는 정류 모드로 동작시키고, 차량 주행시에는 컨버팅 모드로 동작시키는 프로세서; 및 상기 트랜스포머, 상기 OBC 1차측 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차측 회로, 상기 인버터, 상기 프로세서, 상기 AC 입력 커넥터, 상기 AC 출력 커넥터, 상기 고전압 커넥터, 상기 저전압 커넥터, 상기 신호 커넥터를 실장하고, 회로간 또는 회로와 커넥터간을 신호라인을 통해 서로 연결하는 PCB 회로 기판을 포함하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치를 제공한다. As a means for solving the above problem, according to an embodiment of the present invention, a primary to tertiary coil is provided, and a secondary power source is induced from the primary power source according to the turns ratio of the primary coil and the secondary coil. A transformer for inducing a fourth power from a tertiary power source according to a turn ratio of the secondary coil and the tertiary coil; An On-Board Charger (OBC) primary circuit for converting an AC voltage input through an AC input connector into the primary power and applying it to the primary coil; In the rectifying mode, the secondary power applied to the secondary coil is converted into a DC voltage and output to a high voltage connector to which a high voltage battery is connected. In the converting mode, the battery voltage input through the high voltage connector is converted to the tertiary power. An OBC/LDC integrated circuit that converts and applies it to the secondary coil; An LDC secondary circuit for converting the fourth power applied to the tertiary coil into a DC voltage and outputting it to a low voltage connector to which a low voltage battery is connected; An inverter converting a battery voltage input through the high voltage connector into a motor driving voltage and outputting the converted battery voltage to an AC output connector to which a motor is connected; Overall control of the operation of the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, and the inverter, but the OBC/LDC integrated circuit is operated in a rectification mode when parking a vehicle, and converting when driving a vehicle. A processor operating in a mode; And the transformer, the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, the inverter, the processor, the AC input connector, the AC output connector, the high voltage connector, the low voltage connector, the signal connector. It provides a battery integrated charging control device for an electric vehicle including a PCB circuit board which is mounted and connects between circuits or between circuits and connectors through signal lines.

상기 OBC/LDC 통합 회로는 바디 다이오드를 가지는 4개의 트랜지스터가 풀 브릿지 방식으로 연결된 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 한다. The OBC/LDC integrated circuit is characterized in that it includes a switching unit in which four transistors having body diodes are connected in a full bridge method.

상기 OBC/LDC 통합 회로는 정류 모드시에는 4개의 트랜지스터를 턴 오프시켜, 상기 4개의 트랜지스터의 바디 다이오드를 통해 상기 2차 코일에 유도된 2차 전원을 동기 정류하는 것을 특징으로 한다.The OBC/LDC integrated circuit is characterized by turning off four transistors in a rectification mode to synchronously rectify the secondary power induced to the secondary coil through the body diodes of the four transistors.

상기 OBC/LDC 통합 회로는 컨버팅 모드시에는 상기 4개의 트랜지스터의 오버랩 타임을 스위칭하여, 상기 2차 코일에 인가되는 평균전압을 조정하는 것을 특징으로 한다. The OBC/LDC integrated circuit is characterized in that in the converting mode, by switching the overlap time of the four transistors, the average voltage applied to the secondary coil is adjusted.

상기 트랜스포머는 하나의 철심에 제1 내지 제3 코일이 적층 방식으로 권선된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. The transformer is characterized in that it has a structure in which the first to third coils are wound in a stacked manner on one iron core.

본 발명은 하나의 PCB 회로 기판에 OBC, LDC, 인버터 모두가 실장되도록 하고, 또한 PCB 회로 기판에 패터닝되는 신호 라인을 통해 기존의 커넥터를 대체하여 커넥터를 총 5개로 줄임으로써, 시스템 소형화 및 저비용화가 가능하도록 하는 효과를 제공한다. In the present invention, OBC, LDC, and inverter are all mounted on one PCB circuit board, and by replacing the existing connector through a signal line patterned on the PCB circuit board and reducing the number of connectors to a total of 5, system miniaturization and cost reduction can be achieved. It provides the effect that makes it possible.

또한 트랜스포머가 하나의 철심에 제1 내지 제3 코일(N1~N3)이 적층 방식으로 권선된 구조를 가지도록 함으로써, 트랜스포머로 인한 부피가 최소화될 수 있도록 한다. In addition, since the transformer has a structure in which the first to third coils N1 to N3 are wound in a stacked manner on one iron core, the volume due to the transformer can be minimized.

도 1은 종래의 기술에 따른 전기 자동차의 충전 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 통합 충전 시스템을 설명하기 위한 도시한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OBC/LDC 통합 회로의 컨버팅 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a structure of a charging system for an electric vehicle according to the prior art.
2 is a conceptual diagram illustrating an integrated charging system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining a battery integrated charging control apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
5 is a signal waveform diagram for explaining a converting operation of an OBC/LDC integrated circuit according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a transformer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of users or operators.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. These embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 통합 충전 시스템을 설명하기 위한 도시한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating an integrated charging system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기 자동차용 통합 충전 시스템은 OBC, LDC, 인버터가 하나의 PCB 회로 기판에 실장된 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치(100)를 구비함으로써, 종래에 개별 3개이던 방열 구조 및 케이스를 하나의 하우징으로 대체할 수 있도록 한다. As shown in FIG. 2, the integrated charging system for an electric vehicle of the present invention includes a battery integrated charging control device 100 for an electric vehicle in which OBC, LDC, and inverter are mounted on one PCB circuit board. The heat dissipation structure and case of three can be replaced with one housing.

또한, PCB 회로 기판에 패터닝되는 신호 라인을 통해 기존의 커넥터를 대체하여 커넥터를 총 5개로 줄일 수 있도록 하고, 이를 통해 단가 저감을 이룰 수 있게 된다.In addition, it is possible to reduce the number of connectors to a total of five by replacing the existing connectors through signal lines patterned on the PCB circuit board, thereby achieving a reduction in unit cost.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다. 3 and 4 are views for explaining a battery integrated charging control apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 배터리 통합 충전 제어 장치(100)는 AC 입력 커넥터(C_ACIN), AC 출력 커넥터(C_ACOUT), 고전압 커넥터(C_HV), 저전압 커넥터(C_LV), 신호 커넥터(C_SIG)를 실장하고, 회로간 또는 회로와 커넥터간을 신호라인을 통해 서로 연결하는 PCB 회로 기판(110)과, PCB 회로 기판(110)에 실장되는 트랜스포머(120), OBC 1차 회로(130), 및 OBC/LDC 통합 회로(140), LDC 2차 회로(140), 인버터(160), 및 프로세서(170) 등을 포함할 수 있다. 3 and 4, the battery integrated charging control device 100 of the present invention includes an AC input connector (C_ACIN), an AC output connector (C_ACOUT), a high voltage connector (C_HV), a low voltage connector (C_LV), and a signal connector ( C_SIG), a PCB circuit board 110 that connects circuits or between circuits and connectors to each other through signal lines, a transformer 120 mounted on the PCB circuit board 110, and an OBC primary circuit 130 , And an OBC/LDC integrated circuit 140, an LDC secondary circuit 140, an inverter 160, and a processor 170, and the like.

트랜스포머(120)는 1차 내지 3차 코일(N1,N2,N3)을 구비하고, 1차 코일(N1)에 인가되는 1차 전원에 의해 2차 코일(N2)에 2차 전원을 유도되거나, 2차 코일(N2)에 인가되는 3차 전원에 따라 3차 코일(N3)에 4차 전원이 유도되도록 한다.The transformer 120 includes primary to tertiary coils N1, N2, N3, and induces secondary power to the secondary coil N2 by primary power applied to the primary coil N1, or The fourth power is induced to the tertiary coil N3 according to the tertiary power applied to the secondary coil N2.

이때, 1차 내지 3차 코일(N1,N2,N3)의 권선 수는 N2,N1,N3 순으로 감소될 수 있으며, 이의 권선수는 승압율, 강압율에 따라 임의 조정될 수 있음은 물론 당연할 것이다. At this time, the number of windings of the primary to tertiary coils (N1, N2, N3) can be reduced in the order of N2, N1, N3, and the number of windings can be arbitrarily adjusted according to the step-up rate and the step-down rate. will be.

참고로, 트랜스포머는 매우 큰 부피를 차지하는 부품으로, 장치 크기는 트랜스포머의 개수 및 부피에 크게 영향을 받게 된다. 이에 본 발명은 하나의 트랜스포머를 통해 OBC와 LDC 모두를 구현할 수 있도록 함으로써, 트랜스포머에 따른 부피 증가를 최소화하도록 한다. For reference, a transformer is a component that occupies a very large volume, and the size of the device is greatly affected by the number and volume of the transformer. Accordingly, in the present invention, both OBC and LDC can be implemented through a single transformer, thereby minimizing an increase in volume due to the transformer.

OBC 1차 회로(130)는 AC 입력 커넥터(C_ACIN)를 통해 입력되는 AC 전압을 브릿지 다이오드를 이용하여 전파로 정류 및 승압한 후, 승압된 직류(DC)를 브릿지 컨버터를 통해 고주파의 AC 전원으로 변환하여 트랜스포머(120)의 1차 코일(N1)에 인가하도록 한다. The OBC primary circuit 130 rectifies and boosts the AC voltage input through the AC input connector (C_ACIN) with a full wave using a bridge diode, and then converts the boosted direct current (DC) to a high-frequency AC power through a bridge converter. It is converted and applied to the primary coil N1 of the transformer 120.

이러한 OBC 1차 회로(130)는 AC 전압을 브릿지 다이오드를 이용하여 전파로 정류하는 정류기(121), 전파로 정류된 DC 전압을 승압함과 동시에 역률을 보상하는 PFC(Power Factor Correction) 회로(122), 승압된 직류(DC)를 브릿지 컨버터를 통해 고주파의 AC 전압으로 변환하는 풀 브릿지 컨버터(123) 등을 포함하여 구현될 수 있다. The OBC primary circuit 130 includes a rectifier 121 that rectifies the AC voltage to a full wave using a bridge diode, and a PFC (Power Factor Correction) circuit 122 that boosts the DC voltage rectified with a full wave and compensates the power factor. ), a full bridge converter 123 that converts the boosted direct current (DC) to a high-frequency AC voltage through a bridge converter.

OBC/LDC 통합 회로(140)는 바디 다이오드를 가지는 트랜지스터(Q1~Q4) 4개가 풀 브릿지 방식으로 연결된 스위칭부(141)와 스위칭부(141)의 양단에 연결된 커패시터(C)로 구현되며, 정류 모드와 컨버팅 모드의 두 가지 모드로 구동하도록 한다. The OBC/LDC integrated circuit 140 is implemented with a switching unit 141 in which four transistors Q1 to Q4 having body diodes are connected in a full bridge method and a capacitor C connected to both ends of the switching unit 141, and rectification It operates in two modes: mode and converting mode.

즉, 정류 모드시에는 4개의 트랜지스터(Q1~Q4)를 턴 오프시켜, 4개의 트랜지스터(Q1~Q4)의 바디 다이오드를 통해 2차 코일(N2)에 유도된 2차 전원을 DC 전압으로 동기 정류하여 고전압 배터리가 연결된 고전압 커넥터(C_HV)로 출력하도록 한다. That is, in the rectification mode, four transistors (Q1 to Q4) are turned off, and the secondary power induced to the secondary coil (N2) through the body diodes of the four transistors (Q1 to Q4) is synchronously rectified with DC voltage. Thus, output to the high voltage connector (C_HV) to which the high voltage battery is connected.

컨버팅 모드시에는 고전압 커넥터(C_HV)를 통해 입력되는 배터리 전압을 3차 전압으로 강하하여 2차 코일(N2)에 인가하도록 한다. 이를 위해, 본 발명은 도 5에서와 같이, 4개의 트랜지스터(Q1~Q4)를 오버랩 타임을 스위칭하도록 한다. 즉, (Q2, Q4) 1쌍 (Q1, Q3) 1쌍의 듀티 폭을 50%를 고정으로 두고 각 쌍들의 위상을 조절하여, 2차 코일(N2)에 걸리는 평균전압을 제어하는 위상 천이형 풀 브리지 컨버터로 구동하도록 한다. 그리고 2차 코일(N2)로의 전압 인가는 P 구간에서와 같이, Q1, Q2가 동시에 턴온되거나, Q4, Q3가 동시 턴온될 때에 가능하며, Q1,Q4가 동시에 턴온되거나 Q3, Q2가 동시에 턴온될 때에는 2차 코일(N2) 양단의 전압이 제로가 되어, 2차 코일(N2)에 전압이 인가되지 못한다. In the converting mode, the battery voltage input through the high voltage connector C_HV is dropped to the third voltage and applied to the secondary coil N2. To this end, the present invention switches the overlap time between the four transistors Q1 to Q4, as shown in FIG. 5. That is, (Q2, Q4) 1 pair (Q1, Q3) A phase shifting type that controls the average voltage applied to the secondary coil (N2) by adjusting the phase of each pair with a fixed duty width of 50%. It should be driven by a full bridge converter. And voltage application to the secondary coil (N2) is possible when Q1 and Q2 are turned on at the same time or when Q4 and Q3 are turned on at the same time, as in the P section, and Q1 and Q4 are turned on at the same time, or Q3 and Q2 are turned on at the same time. At this time, the voltage across the secondary coil N2 becomes zero, and the voltage cannot be applied to the secondary coil N2.

LDC 2차측 회로(150)는 3차 코일(N3)에 인가되는 4차 전원을 DC 전압으로 변환하여 저전압 배터리가 연결된 저전압 커넥터(C_LV)로 출력하도록 한다. The LDC secondary circuit 150 converts the fourth power applied to the tertiary coil N3 into a DC voltage and outputs it to the low voltage connector C_LV to which the low voltage battery is connected.

이러한 LDC 2차측 회로(150)는 3차 코일(N3)에 인가되는 4차 전원을 브릿지 다이오드를 이용하여 DC 전압으로 정류하는 정류기(151), 정류기(121)의 출력을 필터링하여 저전압 커넥터(C_LV)에 인가하는 필터(152) 등을 포함할 수 있다. The LDC secondary circuit 150 filters the outputs of the rectifier 151 and rectifier 121 for rectifying the fourth power applied to the tertiary coil N3 to a DC voltage using a bridge diode, thereby filtering the low voltage connector (C_LV). ) May include a filter 152 applied to it.

인버터(160)는 고전압 커넥터(C_HV)를 통해 입력되는 배터리 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터가 연결된 AC 출력 커넥터(C_ACOUT)로 출력하도록 한다 The inverter 160 converts the battery voltage input through the high voltage connector C_HV into a motor driving voltage and outputs it to the AC output connector C_ACOUT to which the motor is connected.

프로세서(170)는 CAN 버스를 통해 ECU(43)와 통신하여 차량 주행 여부를 확인하도록 한다. 그리고 차량 주차시에는 OBC 1차 회로, 트랜스포머(120) 및 OBC/LDC 통합 회로를 통해 고전압 배터리를 충전하고, 차량 주행시에는 LDC 2차 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 및 상기 인버터를 동작 제어하는 프로세서The processor 170 communicates with the ECU 43 through the CAN bus to check whether the vehicle is running. And when the vehicle is parked, the high voltage battery is charged through the OBC primary circuit, the transformer 120 and the OBC/LDC integrated circuit, and when the vehicle is driven, the LDC secondary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, and the inverter are operated and controlled. Processor

이와 같이, 본 발명은 OBC, LDC, 인버터를 하나의 PCB 회로 기판에 실장하고, PCB 회로 기판에 구비되는 커넥터의 개수를 감소시켜 줌으로써, 시스템 소형화 및 저비용화가 가능하도록 한다. As described above, according to the present invention, the OBC, LDC, and inverter are mounted on a single PCB circuit board, and the number of connectors provided on the PCB circuit board is reduced, thereby enabling system miniaturization and low cost.

뿐만 아니라, OBC와 LDC 각각에 구비되던 트랜스포머를 하나로 감소시킬 수 있도록 하고, 이를 통해 시스템 소형화 효과가 더욱 증대될 수 있도록 한다. In addition, it is possible to reduce the transformers provided in each of the OBC and LDC to one, and through this, the system miniaturization effect can be further increased.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이다. 6 is a diagram showing a transformer according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 트랜스포머(120)가 하나의 철심에 제1 내지 제3 코일(N1~N3)이 적층 방식으로 권선된 구조를 가지도록 한다. 즉, 제1 코일(N1), 제2 코일(N2), 제 3 코일(N3)이 순차적으로 적층된 구조를 가짐으로써, 트랜스포머로 인한 부피가 최소화될 수 있도록 한다. As shown in FIG. 6, in the present invention, the transformer 120 has a structure in which the first to third coils N1 to N3 are wound on one iron core in a stacked manner. That is, since the first coil N1, the second coil N2, and the third coil N3 are sequentially stacked, the volume due to the transformer can be minimized.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (5)

1차 내지 3차 코일을 구비하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일의 권선비에 따라 1차 전원으로부터 2차 전원을 유도하고, 상기 2차 코일과 상기 3차 코일의 권선비에 따라 3차 전원으로부터 4차 전원을 유도하는 트랜스포머;
AC 입력 커넥터를 통해 입력되는 AC 전압을 상기 1차 전원으로 변환하여 상기 1차 코일에 인가하는 OBC(On-Board Charger) 1차측 회로;
정류 모드시에는 상기 2차 코일에 인가된 상기 2차 전원을 DC 전압으로 변환하여 고전압 배터리가 연결된 고전압 커넥터로 출력하고, 컨버팅 모드시에는 상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 상기 3차 전원으로 변환하여 상기 2차 코일에 인가하는 OBC/LDC 통합 회로;
상기 3차 코일에 인가되는 상기 4차 전원을 DC 전압으로 변환하여 저전압 배터리가 연결된 저전압 커넥터로 출력하는 LDC 2차측 회로;
상기 고전압 커넥터를 통해 입력되는 배터리 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터가 연결된 AC 출력 커넥터로 출력하는 인버터;
상기 OBC 1차 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차 회로, 상기 인버터의 동작을 전반적으로 제어하되, 상기 OBC/LDC 통합 회로를 차량 주차시에는 정류 모드로 동작시키고, 차량 주행시에는 컨버팅 모드로 동작시키는 프로세서; 및
상기 트랜스포머, 상기 OBC 1차측 회로, 상기 OBC/LDC 통합 회로, 상기 LDC 2차측 회로, 상기 인버터, 상기 프로세서, 상기 AC 입력 커넥터, 상기 AC 출력 커넥터, 상기 고전압 커넥터, 상기 저전압 커넥터, 신호 커넥터를 실장하고, 회로간 또는 회로와 커넥터간을 신호라인을 통해 서로 연결하는 PCB 회로 기판을 포함하며,
상기 트랜스포머는
하나의 철심;
하나의 철심; 상기 철심을 둘러싸도록 권선된 제1 코일;
상기 제1 코일을 둘러싸도록 권선된 제2 코일; 및
상기 제2 코일을 둘러싸도록 권선된 제3 코일로 구현되는 적층 구조를 가지며,
제1 내지 제3 코일의 권선 수는 제2 코일, 제1 코일, 제3 코일 순으로 감소되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치.Provides primary to tertiary coils, induces secondary power from primary power according to the turns ratio of the primary coil and the secondary coil, and tertiary power according to the turns ratio of the secondary coil and the tertiary coil A transformer for inducing a fourth power source from;
An On-Board Charger (OBC) primary circuit for converting an AC voltage input through an AC input connector into the primary power and applying it to the primary coil;
In the rectifying mode, the secondary power applied to the secondary coil is converted into a DC voltage and output to a high voltage connector to which a high voltage battery is connected. In the converting mode, the battery voltage input through the high voltage connector is converted to the tertiary power. An OBC/LDC integrated circuit that converts and applies it to the secondary coil;
An LDC secondary circuit for converting the fourth power applied to the tertiary coil into a DC voltage and outputting it to a low voltage connector to which a low voltage battery is connected;
An inverter converting a battery voltage input through the high voltage connector into a motor driving voltage and outputting the converted battery voltage to an AC output connector to which a motor is connected;
Overall control of the operation of the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, and the inverter, but the OBC/LDC integrated circuit is operated in a rectification mode when parking a vehicle, and converting when driving a vehicle. A processor operating in a mode; And
The transformer, the OBC primary circuit, the OBC/LDC integrated circuit, the LDC secondary circuit, the inverter, the processor, the AC input connector, the AC output connector, the high voltage connector, the low voltage connector, and the signal connector are mounted. And a PCB circuit board connecting circuits or circuits and connectors to each other through signal lines,
The transformer is
One iron core;
One iron core; A first coil wound around the iron core;
A second coil wound around the first coil; And
It has a stacked structure implemented by a third coil wound around the second coil,
A battery integrated charging control device for an electric vehicle, characterized in that the number of windings of the first to third coils is decreased in the order of the second coil, the first coil, and the third coil. 제1항에 있어서, 상기 OBC/LDC 통합 회로는
바디 다이오드를 가지는 4개의 트랜지스터가 풀 브릿지 방식으로 연결된 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치.The method of claim 1, wherein the OBC/LDC integrated circuit
Battery integrated charging control device for an electric vehicle, characterized in that the four transistors having a body diode have a switching unit connected in a full bridge method. 제2항에 있어서, 상기 OBC/LDC 통합 회로는
정류 모드시에는 4개의 트랜지스터를 턴 오프시켜, 상기 4개의 트랜지스터의 바디 다이오드를 통해 상기 2차 코일에 유도된 2차 전원을 동기 정류하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치.The method of claim 2, wherein the OBC/LDC integrated circuit
In the rectification mode, four transistors are turned off to synchronously rectify the secondary power induced to the secondary coil through the body diodes of the four transistors. 제2항에 있어서, 상기 OBC/LDC 통합 회로는
컨버팅 모드시에는 상기 4개의 트랜지스터의 오버랩 타임을 스위칭하여, 상기 2차 코일에 인가되는 평균전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 통합 충전 제어 장치.The method of claim 2, wherein the OBC/LDC integrated circuit
In a converting mode, an average voltage applied to the secondary coil is adjusted by switching overlap times of the four transistors. 삭제delete
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