KR102239678B1 - 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법 - Google Patents

농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102239678B1
KR102239678B1 KR1020190048197A KR20190048197A KR102239678B1 KR 102239678 B1 KR102239678 B1 KR 102239678B1 KR 1020190048197 A KR1020190048197 A KR 1020190048197A KR 20190048197 A KR20190048197 A KR 20190048197A KR 102239678 B1 KR102239678 B1 KR 102239678B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
port
charging
inverter
converter
Prior art date
Application number
KR1020190048197A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200125789A (ko
Inventor
곽봉우
김명복
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190048197A priority Critical patent/KR102239678B1/ko
Publication of KR20200125789A publication Critical patent/KR20200125789A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102239678B1 publication Critical patent/KR102239678B1/ko

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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • 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
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • 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
    • B60L55/00—Arrangements for supplying energy stored within a vehicle to a power network, i.e. vehicle-to-grid [V2G] arrangements
    • 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
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • 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
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/20—Off-Road Vehicles
    • B60Y2200/22—Agricultural vehicles
    • 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
    • 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
    • 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 배터리, 배터리에 연결된 제 1 포트와 제 2 포트를 가지는 컨버터, 제 2 포트에 연결된 제 3 포트와 제 4 포트를 가지는 인버터, 제 4 포트에 연결된 제 5 포트와 배터리의 방전 또는 충전을 위한 제 6 포트를 가지며, 제 5 포트와 제 6 포트를 단락 또는 개방시키는 스위치, 및 제 2 포트의 양 단자에 연결되어 DC 버스 전압을 가지는 DC 버스 캐패시터를 포함하여, 컨버터 및 인버터의 전력반도체 소자의 파손을 방지할 수 있다.

Description

농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법 {THE ELECTRIC VEHICLE FOR AGRICULTURE, AND THE CIRCUIT AND THE METHOD FOR CHARGING-DISCHARGING BATTERY FOR THE SAME}
본 발명은 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력반도체 소자 파손의 원인이 되는 과전류를 방지할 수 있는 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법에 관한 것이다.
농업용 전기 차량은 낮은 배터리 전압을 사용한다. 반면에 전기식 동력 인출 장치는 높은 DC 전압을 사용한다. 낮은 배터리 전압을 사용해서 높은 DC 버스 전압 출력을 위해서는 높은 전류가 요구된다.
특히, 배터리 방전 또는 충전 모드의 초기에 DC 버스 캐패시터를 충전하기 위해 높은 전류가 흐르게 된다. 이러한 높은 전류는 컨버터의 전력반도체 소자를 파손시켜 문제가 된다.
한국 등록특허공보 제10-1818909호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리의 충전 또는 방전 구동에서 전력반도체 소자에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로는, 배터리, 배터리에 연결된 제 1 포트와 제 2 포트를 가지는 컨버터, 제 2 포트에 연결된 제 3 포트와 제 4 포트를 가지는 인버터, 제 4 포트에 연결된 제 5 포트와 배터리의 방전 또는 충전을 위한 제 6 포트를 가지며, 제 5 포트와 제 6 포트를 단락 또는 개방시키는 스위치, 및 제 2 포트의 양 단자에 연결되어 DC 버스 전압을 가지는 DC 버스 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 컨버터와 인버터 및 스위치의 동작을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콘트롤러는 배터리의 충전 또는 방전 모드 시 DC 버스 캐패시터를 소정 전압으로 충전하는 제 1 소프트 스타트 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 소프트 스타트 회로부는 배터리의 전력으로 DC 버스 캐패시터를 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콘트롤러는, 배터리 방전 모드 시 DC 버스 전압을 일정하게 제어하고, 배터리 충전 모드 시 정전류 충전 방식 및 정전압 충전 방식 중 적어도 하나의 충전 방식으로 배터리를 충전하는 컨버터 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콘트롤러는, 배터리 방전 모드 시 DC 버스 전압을 특정 전원으로 출력하고, 배터리 충전 모드 시 DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 인버터 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콘트롤러는, DC 버스 캐패시터가 기 설정 전압 범위 또는 전압 값으로 충전 시, 스위치를 구동하여 제 5 포트와 제 6 포트를 단락시키는 스위치 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콘트롤러는 배터리 충전 모드 시 제 1 소프트 스타트 알고리즘의 수행 이후에 컨버터에 의해 배터리에 공급하는 전류를 제 1 전류값에서 제 2 전류값으로 점차 증가시키는 제 2 소프트 스타트 알고리즘을 수행하는 제 2 소프트 스타트 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 컨버터 구동 회로부는 DC 버스 전압, 배터리 공급 전류, 및 배터리 공급 전압을 제어하는 PI 제어 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 인버터 구동 회로부는 DC 버스 전압을 제어하는 동기 위상 루프 제어 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 스위치는 AC 마그네틱 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 차량은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 차량은 제 6 포트에 연결된 전기식 동력인출장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리에 연결된 컨버터, 컨버터에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 스위치 및 스위치에 연결된 전기식 동력인출장치를 포함하는 배터리 방전 방법은, 컨버터와 인버터를 연결하는 포트의 양단에 연결된 DC 버스 캐패시터를 소정의 DC 버스 전압으로 충전하는 단계, DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 단계, 스위치를 동작 시켜, 인버터와 전기식 동력인출장치를 연결하는 단계, 전기식 동력 인출 장치에 배터리 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리에 연결된 컨버터, 컨버터에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 스위치 및 스위치에 연결된 그리드를 포함하는 배터리 충전 방법은, 컨버터와 인버터를 연결하는 포트의 양단에 연결된 DC 버스 캐패시터를 소정의 DC 버스 전압으로 충전하는 단계, 스위치를 동작 시켜, 그리드와 인버터를 연결하는 단계, 그리드의 전원으로 DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 단계, 배터리로 공급되는 전류를 점차 증가시키는 단계, 정전류 및 정전압 중 적어도 하나의 상태로 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 컨버터 및 인버터의 전력반도체 소자의 파손을 일으키는 과전류 발생을 방지할 수 있다.
또한, 배터리의 충전 모드 초기에 발생될 수 있는 과전류를 방지하여 배터리를 안정적으로 충전할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 시스템의 방전모드 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 충방전 시스템의 충전모드 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 컨버터를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 인버터를 도시한 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 콘트롤러를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 시 과전류 방지를 위한 소프트 스타트 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 1의 배터리 충방전 회로를 이용한 배터리 방전 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 8은 도 3의 배터리 충방전 회로를 이용한 배터리 충전 방법을 도시한 플로우 차트이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 시스템의 방전모드 회로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 충방전 시스템의 충전모드 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로는 배터리(100), 배터리(100)에 연결된 컨버터(200), 컨버터(200)에 연결된 인버터(300), 인버터(300)에 연결된 스위치(400) 및 컨버터(200)와 인버터(300)를 연결하는 양 단자에 연결된 DC 버스 캐패시터(500)를 포함한다. 배터리(100)는 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로는 컨버터(200) 및 인버터(300)의 전력반도체 소자의 파손을 회피하면서 배터리(100)를 충방전 할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 컨버터(200)를 도시한 회로도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 컨버터(200)는 제 1 포트(210)와 제 2 포트(220)를 가진다. 여기서, 포트는 2개의 단자를 포함한다. 제 1 포트(210)는 배터리(100)의 양 단자에 연결된다. 컨버터(200)는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함한다. 따라서, 제 1 포트(210)와 제 2 포트(220)는 배터리(100)의 충전 또는 방전에 따라 각각 입력 포트 또는 출력 포트의 기능을 수행할 수 있다.
컨버터(200)는 배터리(100)의 방전 모드 시, 배터리(100)의 전력을 입력 받아, DC버스 캐패시터(500)로 출력한다. 컨버터(200)는 인버터(300)의 구동을 위해 DC 버스 캐패시터(500)에 걸리는 DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 유지할 수 있다. 컨버터(200)는 배터리(100)의 충전 모드 시, DC 버스 전압(Vbus)을 사용하여 정전류 및 정전압 제어방식으로 배터리(100)를 충전한다. 배터리(100)의 방전 모드 시, 제 1 포트(210)는 입력 포트이고, 제 2 포트(220)는 출력 포트이다. 배터리(100)의 충전 모드 시, 제 1 포트(210)는 출력 포트이고, 제 2 포트(220)는 입력 포트이다.
도 4는 도 1에 도시된 인버터(300)를 도시한 회로도이다.
도 1, 2 및 4를 참조하면, 인버터(300)는 제 3 포트(310)와 제 4 포트(320)를 가진다. 제 3 포트(310)는 제 2 포트(220)에 연결된다. 인버터(300)는 양방향 인버터를 포함한다. 따라서, 제 3 포트(310)와 제 4 포트(320)는 배터리(100)의 충전 또는 방전에 따라 각각 입력 포트 또는 출력 포트의 기능을 수행할 수 있다.
인버터(300)는 배터리(100)의 방전 모드 시, DC 버스 커패시터(500)의 DC 버스 전압(Vbus)을 입력 받아, 교류 전원을 출력하는 인버터로 동작한다. 이때, 인버터(300)는 전기식 동력인출장치(700)의 전원 사양에 따른 교류 전원을 출력할 수 있다. 인버터(300)는 배터리(100)의 충전 모드 시, 그리드(800)로부터 공급되는 전력을 사용하여 DC 버스 전압(Vbus)을 출력하는 정류기로 동작한다. 배터리(100)의 방전 모드 시, 제 3 포트(310)는 입력 포트이고, 제 4 포트(320)는 출력 포트이다. 배터리(100)의 충전 모드 시, 제 3 포트(310)는 출력 포트이고, 제 4 포트(320)는 입력 포트이다.
스위치(400)는 인버터(300)에 연결된다. 스위치(400)는 제 5 포트(410)와 제 6 포트(420)를 가진다. 제 5 포트(410)는 인버터(300)의 제 4 포트(320)와 연결된다. 스위치(400)는 제 5 포트(410)와 제 6 포트(420)를 단락 또는 개방시킨다. 제 6 포트(420)는 전기식 동력인출장치(700) 또는 그리드(800)에 연결된다. 스위치(400)는 AC 마그네틱 스위치를 포함할 수 있다.
스위치(400)는 배터리(100)의 방전 모드 시 스위치(400)를 동작시켜(턴온) 전기식 동력인출장치(700)를 인버터(300)에 연결한다. 또한, 스위치(400)는 배터리(100)의 충전 모드 시 스위치(400)를 동작시켜(턴온) 그리드(800)를 인버터(300)에 연결한다. 여기서, 스위치(400)에 의한 전기식 동력인출장치(700)의 연결은 컨버터(200)에 의해 DC 버스 전압(Vbus)이 안정적으로 제어될 때 수행된다. 또한, 스위치(400)에 의한 그리드(800)의 연결은 컨버터(200)에 의해 DC 버스 전압(Vbus)이 기 설정된 전압 이상일 때 수행된다.
도 5는 도 1에 도시된 콘트롤러(600)를 도시한 도면이다.
도 1, 2 및 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로는 콘트롤러(600)를 더 포함할 수 있다. 콘트롤러(600)는 컨버터(200), 인버터(300) 및 스위치(400)의 동작을 제어한다. 일 실시 예로, 콘트롤러(600)는 제 1 소프트 스타트 회로부(610)를 포함한다. 제 1 소프트 스타트 회로부(610)는 배터리(100)의 충전 또는 방전 모드 시, 배터리(100)의 전압을 이용하여 DC 버스 캐패시터(500)를 소정의 전압으로 충전한다. 제 1 소프트 스타트 회로부(610)는 데드타임 제어를 이용한다. 여기서, 제 1 소프트 스타트 회로부(610)는 데드타임을 점진적으로 증가시키는 제 1 소프트 스타트 알고리즘을 수행한다.
농업용 전기 차량은 낮은 배터리(100) 전압을 사용하며, 전기식 동력인출장치(700)는 높은 DC 전압을 사용한다. 낮은 배터리 전압을 사용하여 높은 DC 버스 전압 출력을 위해 높은 전류가 요구된다. 특히, 배터리 방전 모드의 초기에 DC 버스 캐패시터를 충전하기 위해 높은 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 컨버터(200)의 전력반도체 소자가 파손될 수 있다. 제 1 소프트 스타트 회로부(610)는 배터리 방전 또는 충전 모드의 초기에 발생될 수 있는 고전류를 억제하기 위해 DC 버스 캐패시터(500)를 소정 전압으로 충전한다.
또한, 배터리(100)의 충전 모드에서도, 그리드(800) 전압을 사용하여 DC 버스 캐패시터(500)를 충전하게 되면, 높은 순간 전류로 인해 인버터(300)의 전력반도체 소자가 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 배터리(100) 전력을 사용하여 초기 DC 버스 캐패시터(500)를 소정 전압으로 충전한다. 배터리(100)의 충전과 방전 모드 시 제 1 소프트 스타트 회로부(610)에 의한 DC 버스 캐패시터(500)의 충전 전압은 동일 또는 상이할 수 있다. 제 1 소프트 스타트 회로부(610)에 의해 DC 버스 캐패시터(500)를 충전한 후, 스위치(400)가 동작하므로 배터리(100) 충전 또는 방전 모드의 초기에 발생되는 과전류를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 시 과전류 방지를 위한 소프트 스타트 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6에서 왼쪽 그래프는 제 1 소프트 스타트 회로부(610)가 없는 경우이고, 오른쪽 그래프는 제 1 소프트 스타트 회로부(610)가 있는 경우이다. 노란색은 DC 버스 전압(Vbus)의 변화를 보여주고, 민트색은 DC 버스 전압(Vbus)에 대응하는 전류의 변화를 보여준다. 왼쪽 그래프와 같이, 제 1 소프트 스타트 회로부(610)가 없는 경우 DC 버스 전압(Vbus)의 승압 시, 과전류가 발생된다. 이와 달리, 제 1 소프트 스타트 회로부(610)가 있는 경우(오른쪽 그래프), DC 버스 전압(Vbus)의 승압 시, 전류는 특정 범위내에서 변동되어 과전류를 방지할 수 있다.
도 1, 2 및 5를 참조하면, 콘트롤러(600)는 컨버터 구동 회로부(620), 인버터 구동 회로부(630), 스위치 구동 회로부(640), 제 2 소프트 스타트 회로부(650)를 더 포함할 수 있다.
컨버터 구동 회로부(620)는 배터리(100) 방전 모드 시 DC 버스 전압을 일정하게 제어하고, 배터리(100) 충전 모드 시 정전류 충전 방식 및 정전압 충전 방식 중 적어도 하나의 충전 방식으로 배터리(100)를 충전한다.
방전 모드 시, 컨버터 구동 회로부(620)는 DC 버스 전압(Vbus)을 체크하여 기 설정된 DC 버스 전압 범위에 도달하면, DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 제어한다. 이를 위해, 컨버터 구동 회로부(620)는 PI 제어 회로부(미도시)를 포함할 수 있다. PI 제어 회로부는 DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 제어한다. 충전 모드 시, 컨버터 구동 회로부(620)는 배터리(100) 충전 전류를 체크하여 기 설정된 전류 범위에 도달하면, 배터리(100)를 정전류, 정전압 충전 방식으로 충전한다. 이를 위해, 컨버터 구동 회로부(620)는 별도의 PI 제어 회로부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 컨버터(200)는 배터리(100) 방전 모드에서 양의 위상을 갖게 동작하고, 충전 모드에서 음의 위상을 갖게 동작한다.
인버터 구동 회로부(630)는 배터리(100) 방전 모드 시, DC 버스 전압을 특정 전원으로 출력한다. 즉, 인버터 구동 회로부(630)는 전기식 동력인출장치(700)의 전원 사양에 따라 출력하는 교류 전원을 변경할 수 있다. 또한, 인버터 구동 회로부(630)는 배터리(100) 충전 모드 시, 그리드(800)의 단상 계통 전력을 사용하여 DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 제어한다. 인버터 구동 회로부(630)는 동기 위상 루프 제어 회로부(미도시)를 포함한다. 동기 위상 루프 제어 회로부는 단상 계통 전압의 위상 정보를 확인하여, 전압과 전류의 위상을 동기시키면서, DC 버스 전압을 일정하게 제어한다.
스위치 구동 회로부(640)는 DC 버스 캐패시터(500)가 기 설정 전압 범위 또는 전압 값으로 충전되면, 스위치(400)를 구동하여 제 5 포트(410)와 제 6 포트(420)를 단락시킨다. 이에 의해, 스위치(400)의 제 6 포트(420)는 전기식 동력인출장치(700) 또는 그리드(800)로 연결된다. 일 실시 예로, 배터리(100)의 방전 모드 시, 스위치 구동 회로부(640)는 DC 버스 캐패시터(500)가 일정한 DC 버스 전압(Vbus)으로 충전되고, 컨버터(200)에 의해 안정적으로 제어될 때, 스위치(400)를 구동(턴온)한다. 또한, 배터리(100)의 충전 모드 시, 스위치 구동 회로부(640)는 일정한 DC 버스 전압(Vbus)이상으로 충전되면, 스위치(400)를 구동(턴온)한다.
제 2 소프트 스타트 회로부(650)는 배터리(100)의 충전 모드 초기에 수행되는 제 1 소프트 스타트 회로부(610)에 의한 제 1 소프트 스타트 알고리즘에 의한 제어 이후에, 컨버터(300)를 제어하여 배터리(100)에 공급하는 전류를 제 1 전류값에서 제 2 전류값으로 점차 증가시키는 제 2 소프트 스타트 알고리즘을 수행한다. 이에 의해, 충전 모드 초기에 배터리(100)로 과전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로는 전기 차량(미도시)에 배치될 수 있다. 또한, 전기 차량은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 회로에 연결된 전기식 동력인출장치(700)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 도 1의 배터리 충방전 회로를 이용한 배터리 방전 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 1, 5 및 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 방전 방법은 DC 버스 캐패시터(500)를 소정의 DC 버스 전압으로 충전하는 단계(S110), DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 단계(S120), 인버터(300)와 전기식 동력인출장치(700)를 연결하는 단계(S130), 및 전기식 동력인출장치(700)에 배터리(100) 전원을 공급하는 단계(S150)를 포함한다.
DC 버스 캐패시터(500)는 배터리(100)의 전력으로 충전된다. DC 버스 전압(Vbus)이 기 설정된 전압 범위 또는 값에 도달하면(S120), 컨버터 구동 회로부(620)는 DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 제어한다(S130). 스위치 구동 회로부(640)는 DC 버스 전압(Vbus)이 일정하게 제어된 후, 스위치(400)를 턴온하여 전기식 동력인출장치(700)를 연결한다.
도 8은 도 3의 배터리 충방전 회로를 이용한 배터리 충전 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 2, 5 및 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 방법은 DC 버스 캐패시터(500)를 소정의 DC 버스 전압(Vbus)으로 충전하는 단계(S210), 스위치(400)가 그리드(800)와 인버터(300)를 연결하는 단계(S230), 그리드(800)의 전원으로 DC 버스 전압(Vbus)을 일정하게 제어하는 단계(S240), 배터리(100)로 공급되는 전류를 점차 증가시키는 단계(S250), 배터리(100)를 정전류 및 정전압 중 적어도 하나의 상태로 충전하는 단계(S260)를 포함한다.
DC 버스 캐패시터(500)의 충전은 배터리(100)의 전력으로 이루어진다. DC 버스 전압(Vbus)이 기 설정된 전압 범위 또는 전압값에 도달하면(S220), 스위치 구동 회로부(640)는 스위치(400)를 턴온하여, 그리드(800)를 인버터(300)에 연결한다. 인버터 구동 회로부(630)는 그리드(800)의 전원으로 DC 버스 전압을 일정하게 제어한다(S240). 제 2 소프트 스타트 회로부(650)는 배터리(100)로 공급되는 전류를 비교적 낮은 전류에서 높은 전류로 점차 증가시킨다(S250).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 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 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배터리
200 : 컨버터
300 : 인버터
400 : 스위치
500 : DC 버스 캐패시터
600 : 콘트롤러
610 : 제 1 소프트 스타트 회로부 (소프트 스타트 알고리즘)
620 : 컨버터 구동 회로부
630 : 인버터 구동 회로부
640 : 스위치 구동 회로부
650 : 제 2 소프트 스타트 회로부
700 : 전기식 동력인출장치
800 : 그리드

Claims (15)

  1. 배터리;
    상기 배터리에 연결된 제 1 포트와 제 2 포트를 가지는 컨버터;
    상기 제 2 포트에 연결된 제 3 포트와 제 4 포트를 가지는 인버터;
    상기 제 4 포트에 연결된 제 5 포트와 상기 배터리의 방전 또는 충전을 위한 제 6 포트를 가지며, 상기 제 5 포트와 상기 제 6 포트를 단락 또는 개방시키는 스위치;
    상기 컨버터와 상기 인버터 및 상기 스위치의 동작을 제어하는 콘트롤러; 및
    제 2 포트의 양 단자에 연결되어 DC 버스 전압을 가지는 DC 버스 캐패시터를 포함하고,
    상기 콘트롤러는 상기 배터리의 충전 또는 방전 모드 시 상기 DC 버스 캐패시터를 소정 전압으로 충전하는 제 1 소프트 스타트 알고리즘을 수행하는 제 1 소프트 스타트 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 소프트 스타트 회로부는 상기 제 1 소프트 스타트 알고리즘을 통해 상기 배터리의 전력으로 상기 DC 버스 캐패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 배터리의 방전 모드 시 DC 버스 전압을 일정하게 제어하고, 상기 배터리의 충전 모드 시 정전류 충전 방식 및 정전압 충전 방식 중 적어도 하나의 충전 방식으로 상기 배터리를 충전하는 컨버터 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 배터리의 방전 모드 시 DC 버스 전압을 특정 전원으로 출력하고, 상기 배터리의 충전 모드 시 DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 인버터 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 DC 버스 캐패시터가 기 설정 전압 범위 또는 전압 값으로 충전 시, 스위치를 구동하여 제 5 포트와 제 6 포트를 단락시키는 스위치 구동 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘트롤러는 상기 배터리의 충전 모드 시 상기 제 1 소프트 스타트 알고리즘의 수행 이후에 상기 컨버터에 의해 상기 배터리에 공급하는 전류를 제 1 전류값에서 제 2 전류값으로 점차 증가시키는 제 2 소프트 스타트 알고리즘을 수행하는 제 2 소프트 스타트 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨버터 구동 회로부는 DC 버스 전압, 배터리 공급 전류, 및 배터리 공급 전압을 제어하는 PI 제어 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 인버터 구동 회로부는 DC 버스 전압을 제어하는 동기 위상 루프 제어 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치는 AC 마그네틱 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 회로.
  12. 제 1 항의 배터리 충방전 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 전기 차량.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제 6 포트에 연결된 전기식 동력인출장치를 더 포함하는 농업용 전기 차량.
  14. 배터리에 연결된 컨버터, 상기 컨버터에 연결된 인버터, 상기 인버터에 연결된 스위치 및 상기 스위치에 연결된 전기식 동력인출장치를 포함하는 배터리 방전 방법에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 인버터를 연결하는 포트의 양단에 연결된 DC 버스 캐패시터를 소정의 DC 버스 전압으로 충전하는 단계;
    상기 DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 단계;
    상기 스위치를 동작 시켜, 상기 인버터와 상기 전기식 동력인출장치를 연결하는 단계;
    상기 전기식 동력 인출 장치에 상기 배터리의 전원을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 방전 방법.
  15. 배터리에 연결된 컨버터, 상기 컨버터에 연결된 인버터, 상기 인버터에 연결된 스위치 및 상기 스위치에 연결된 그리드를 포함하는 배터리 충전 방법에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 인버터를 연결하는 포트의 양단에 연결된 DC 버스 캐패시터를 소정의 DC 버스 전압으로 충전하는 단계;
    상기 스위치를 동작 시켜, 상기 그리드와 상기 인버터를 연결하는 단계;
    상기 그리드의 전원으로 상기 DC 버스 전압을 일정하게 제어하는 단계;
    상기 배터리로 공급되는 전류를 점차 증가시키는 단계;
    정전류 및 정전압 중 적어도 하나의 상태로 상기 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
KR1020190048197A 2019-04-25 2019-04-25 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법 KR102239678B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048197A KR102239678B1 (ko) 2019-04-25 2019-04-25 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048197A KR102239678B1 (ko) 2019-04-25 2019-04-25 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200125789A KR20200125789A (ko) 2020-11-05
KR102239678B1 true KR102239678B1 (ko) 2021-04-14

Family

ID=73249541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190048197A KR102239678B1 (ko) 2019-04-25 2019-04-25 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102239678B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110210A (ja) 2000-09-28 2002-04-12 Sanyo Electric Co Ltd ハイブリッド燃料電池システム
KR101162221B1 (ko) * 2010-12-29 2012-07-05 엘지전자 주식회사 에너지 저장장치의 과충전/과방전 방지장치 및 방법
JP2014110665A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Panasonic Corp 双方向コンバータ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101818909B1 (ko) 2015-12-31 2018-01-16 주식회사 효성 절연형 양방향 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110210A (ja) 2000-09-28 2002-04-12 Sanyo Electric Co Ltd ハイブリッド燃料電池システム
KR101162221B1 (ko) * 2010-12-29 2012-07-05 엘지전자 주식회사 에너지 저장장치의 과충전/과방전 방지장치 및 방법
JP2014110665A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Panasonic Corp 双方向コンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200125789A (ko) 2020-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6647912B2 (ja) ジャンプスタートのための車両電源制御方法及びシステム
US9667158B2 (en) Power supply device
US10710469B2 (en) Automotive dual voltage battery charging system
US9559542B2 (en) Battery powered circuit and method
US11351875B2 (en) Multi-input charging system and method using motor driving system
US20210044135A1 (en) System and method for charging using motor driving system
US9868358B2 (en) Power conversion system suppressing reduction in conversion efficiency
EP2497677A2 (en) Electric vehicle
KR101734210B1 (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
US9287768B2 (en) Power converter and pre-charging circuit of same
WO2013129231A1 (ja) 電源装置
JP2016010280A (ja) 電動車両の制御装置
EP3525317B1 (en) Electrical device
CN104205593A (zh) 电源装置
JP6187180B2 (ja) 電力変換システム
JP2005073328A (ja) 電気車輌用電源装置
CN111746308B (zh) 电力系统及其控制方法
WO2018163559A1 (ja) 半導体スイッチの駆動装置
KR102239678B1 (ko) 농업용 전기 차량과 이에 적용된 배터리 충방전 회로 및 충방전 방법
EP3920400A1 (en) Buck-boost circuit and control method therefor
KR102320892B1 (ko) 컨버터 시스템의 과전류 방지 장치 및 방법
KR101654087B1 (ko) 비대칭 펄스폭변조 동기식 구동을 이용한 2차전지 충전회로
JP6390179B2 (ja) 給電車両、充電システム、及び充電方法
JP2010104076A (ja) 電力変換回路
JP7318227B2 (ja) 電源装置

Legal Events

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