KR102320041B1 - 스마트그리드용 전기자동차의 양방향 충방전 방법 및 장치 - Google Patents

스마트그리드용 전기자동차의 양방향 충방전 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

차량용 충전기 고장 진단 방법은 차량에 탑재된 배터리를 충전 동작을 개시하기 전 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계, 전압 비교 결과에 따라 충전 동작을 개시하거나 충전기를 강제 구동하는 단계, 충전기가 강제 구동되면 충전기의 출력 전류와 배터리의 충전 전류를 비교하는 단계, 및 전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고 충전 동작을 종료하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

스마트그리드용 전기자동차의 양방향 충방전 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING AND DISCHARGING ELECTRIC VEHCILE UNDER SMART GRID ENVIRONMENT}
본 발명은 스마트그리드용 전기자동차의 양방향 충방전 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트그리드와 전기자동차간 전력 이동을 보다 효율적으로 관리할 수 있는 방법 과 장치에 관한 것이다.
친환경 자동차로서 하이브리드 차량 및 전기 차량이 사람들에게 알려져 있다. 통상적으로, 하이브리드 차량은 엔진과 모터와 같이 두 개 이상의 동력원을 가진 자동차로 정의될 수 있고, 전기 차량은 순수 배터리를 사용하는 자동차로 정의될 수 있다. 하이브리드 차량은 차량의 주행 중 발전기를 돌려 배터리를 자가충전하고 주행에너지로 바꿀 수 있다. 특히, 하이브리드 차량은 회생 제동 브레이크 시스템을 사용하여 차량 감속 시 역회전하는 전기 모터의 운동에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리에 저장하고, 주행 중에 저장된 에너지를 사용할 수 있도록 하여 에너지 효율을 높이고 있다.
한편, 전기 차량은 전자제품처럼 충전 후 사용할 수 있도록 설계되어 있다. 하지만, 차량을 충전하기 위한 인프라가 없다면 전기 차량을 사용하는 것이 매우 어려울 수 있다. 이러한 점을 극복하기 위해, 플러그인 하이브리드 차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV)이 제안되었다. 플러그인 하이브리드 차량(PHEV)은 하이브리드 차량과 전기차량의 중간 상태까지 에너지 활용의 효율성을 끌어 올린 차량으로, 운전자가 자동차를 전기차처럼 충전(Plug-in)한다는 점에서 하이브리드 차량과는 차이가 있다.
플러그인 하이브리드 차량 및 전기 차량을 사용하기 위해서는 차량을 충전할 수 있는 인프라가 필요하다. 차량을 충전하는 방법 중 하나는 사용자 또는 운전자가 가정, 주택에 보급되는 전력선을 이용하여 차량을 충전하는 것이다. 대부분의 사용자 또는 운전자는 하루 중 적어도 일부의 시간 동안(예, 집에 머무르는 시간) 차량을 운행하지 않기 때문에, 이러한 시간을 이용하여 차량을 충전할 수 있다.
가정(또는 집합건물)에서 전기 자동차를 충전하는 경우, 가정(또는 집합건물)로 제공되는 전력선을 이용한 완속 충전기를 통해 전기 자동차 내 배터리를 충전할 수 있다.
KR 10-1673822 B1
본 발명은 차량 내 탑재된 배터리를 충전하기 전 탑재형 충전기(On Board Charger, OBC) 및 배터리와 충전기를 연결하는 케이블 및 퓨즈를 포함하는 연결부의 동작을 진단하고 정상적으로 충전이 수행되지 않는 경우 차량 내부 어느 영역, 부위에 고장인지를 보다 명확히 결정할 수 있는 장치와 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량에 탑재된 충전기(On Board Charger, OBC) 및 연결수단(케이블, 퓨즈) 중 어느 영역에 고장이 발생했는지를 명확히 함으로써 사용자 또는 운전자가 차량을 정비하고 관리하는 데 용이하게 할 수 있는 장치와 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 충전기 고장 진단 방법은 차량에 탑재된 배터리를 충전 동작을 개시하기 전 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계; 전압 비교 결과에 따라 상기 충전 동작을 개시하거나 상기 충전기를 강제 구동하는 단계; 상기 충전기가 강제 구동되면, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류를 비교하는 단계; 및 전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고 상기 충전 동작을 종료하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 상기 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계를 수행하기 전, 충전 시퀀스에 진입하면 프리차지(pre-charge) 릴레이부를 연결하는 단계; 및 메인 릴레이부를 연결하고 프리차지 릴레이부를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 비교 결과에서 상기 배터리의 전압과 상기 충전기의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 상기 충전 동작을 개시할 수 있다.
또한, 상기 차이가 상기 범위보다 같거나 크면 상기 충전기를 강제 구동할 수 있다.
또한, 상기 강제 구동은 상기 충전기, 상기 배터리 및 상기 충전기와 상기 배터리를 연결하는 적어도 하나의 연결회로 및 안정회로를 포함하는 차량 전력 충전 장치 내에 고장 여부를 결정하기 위해 수행될 수 있다.
또한, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 동일하면, 상기 충전기의 출력전압센서가 고장이라고 판단할 수 있다.
또한, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 다르면, 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단할 수 있다.
또한, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 표시장치를 통해 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 동작은 완속 충전기를 통한 교류 전력을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여, 전술한 차량용 충전기 고장 진단 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 응용 프로그램이 기록될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 전력 충전 장치는 차량에 탑재되어 전기에너지를 저장하기 위한 배터리 장치; 교류 전력을 수신하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 직류 전력을 출력하는 충전기; 및 상기 배터리 장치의 전압과 상기 충전기의 출력 전압을 비교하여 상기 충전기의 강제 구동을 결정하는 충전 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전기는 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환하는 변환 회로; 상기 변환 회로의 출력을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전기는 상기 교류 전력의 전력 손실을 저감하기 위한 역률 보정(Power Factor Correction, PFC)을 위한 보정 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 장치는 상기 전기에너지를 저장하는 충전지; 상기 충전지의 전원 접점(+, -)인 두 개의 주 릴레이(Main Relay); 상기 두 개의 주 릴레이 중 하나의 릴레이를 우회하는 프리차지 릴레이(Precharge Relay); 및 상기 프리차지 릴레이와 연결되는 프리차지 저항(Precharge Resistance)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 장치의 전압은 상기 두 개의 주 릴레이가 연결된 후 상기 두 개의 주 릴레이 사이에 인가된 것일 수 있다.
또한, 차량 전력 충전 장치은 상기 배터리 장치와 상기 충전기를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 연결부는 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 퓨즈(fuse)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 제어기는 상기 전압 비교 결과에서 상기 배터리의 전압과 상기 충전기의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 상기 충전 동작을 개시하고, 상기 차이가 상기 범위보다 같거나 크면 상기 충전기를 강제 구동할 수 있다.
또한, 상기 충전 제어기는 상기 충전기가 강제 구동되면, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류를 비교하고, 전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고 상기 충전 동작을 종료할 수 있다.
또한, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 동일하면, 상기 충전기의 출력전압센서가 고장이라고 판단하고, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 다르면, 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단할 수 있다.
또한, 차량 전력 충전 장치는 상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 출력하는 표시 장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 차량 전력 충전 장치는 상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 통신장치를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 차량 충전을 위한 장치의 고장 여부를 판단함에 있어 광범위한 부위, 영역에 대한 고장 진단에서 보다 구체적이고 명확한 고장 부위, 영역을 판별할 수 있다.
또한, 본 발명은 고장 부위, 영역을 보다 명확하게 진단할 수 있어, 사용자 또는 운전자가 불필요한 정비(공임비, 부품 교체 비용)를 할 필요가 없어져 전기 자동차의 유지, 관리에 경제적인 이익이 있을 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도1은 충전기 고장 진단 방법의 제1예를 설명한다.
도2는 차량용 전력 충전 장치를 설명한다.
도3은 충전기 고장 진단 방법의 제2예를 설명한다.
도4는 충전장치의 고장인 경우를 설명한다.
도5는 케이블 및 퓨즈가 고장인 경우를 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
충전 인프라(charging infrastructures)를 위한 국제 표준으로 ISO/IEC 15118 및 IEC 61851-1을 들 수 있다. 이러한 표준은 전기 차량과 충전소(charge spots) 간의 효과적인 충전을 위한 통신절차와 신호처리과정에 있어서 기본적인 호환성을 높이기 위한 것이다.
예를 들어, 전기 자동차(EV)용 충전 규격인 보통 충전과 급속 충전을 1개의 연결기로 실시할 수 있는 콤보(Combined Charging System, Combo) 방식에서 사용하는 통신 프로토콜은 ISO/IEC 15118을 통해 국제 표준화 되고 있다. 구체적으로, ISO/IEC 15118의 물리층과 데이터 링크층의 요건은 ISO/IEC 15118-3로 규정되고 있고, IEEE 1901 Profile Green PHY와 IEEE802.3 MAC를 사용한다. IEEE 1901 Profile Green PHY는 IEEE 1901 준거 프로파일(Profile criterion)의 하나이며, HomePlug Powerline 얼라이언스가 전력선통신(Power Line Communication, PLC) 기술을 기반으로 HomePlug Green PHY(HPGP)로서 결정한 것이다. HPGP 기술은 1.8-28MHz 대역을 사용하는 광대역 전력선 통신기술로 통신 속도는 10Mbps 정도일 수 있다.
또한, 충전시스템의 표준인 IEC 61851-1(Electric Vehicle Conductive Charging System - Part1 : General Requirements)은 충전시스템의 정격전압 및 전류, 충전 연결방식, 충전모드, 충전인터페이스 등 일반적 사항을 다루고 있으며, 탑재형 충전기의 전기자기 적합성에 관한 표준은 IEC 61851-21-1(Electric Vehicle Onboard Charger EMC Requirements for Conductive Connection to A.C./D.C. Supply)에서, 직류 충전기 전기자기 적합성의 경우 IEC 61851-21-2(EMC Requirements for Off Board Electric Vehicle Chargng Systems)에서 각각 다루고 있다. 또한, IEC 61851-23(D.C. Electric Vehicle Charging Station)에서는 Off-Board Charger 충전시스템에 대한 표준이 개발되고 있다.
도1은 충전기 고장 진단 방법의 제1예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 충전기 고장 진단 방법은 충전 시퀀스에 진입하는 단계(12), 메인 릴레이를 연결하는 단계(14), 배터리 전압과 충전기 출력 전압의 차이가 기 설정된 임계값보다 작은 지를 비교하는 단계(16)를 포함할 수 있다. 즉, 충전시퀀스 진입에 따른 메인 릴레이가 연결되면, 고전압배터리 전압과 완속충전기 전압을 측정하여 고전압 배터리 연결상태를 확인한다.
만약 고전압 배터리 전압과 완속충전기 출력전압 차이가 기 설정된 임계값 이내로 확인되면, 고전압 배터리가 정상적으로 연결되었으며, 완속충전기는 충전을 수행한다(18). 충전이 완료되면, 충전을 종료할 수 있다(22).
만약 고전압 배터리 전압과 완속충전기 출력전압 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 고전압 배터리와 완속충전기 연결 상태에 문제가 발생한 것으로 인지하여(20), 충전을 종료시킨다(22). 고전압 배터리와 완속충전기의 연결 상태는 고전압 케이블 및 퓨즈에 고장이 있다는 의미를 포함하는 진단 정보로 표출될 수 있다. 하지만, 완속충전기의 출력 전압 센서에 문제가 발생한 경우에도, 동일한 진단 정보가 표출될 수 있다. 즉, 차량 내부에 연결 수단에 문제인지 완속충전기의 문제인지를 명확히 하기 어려울 수 있다.
도2는 차량용 전력 충전 장치를 설명한다.
도시된 바와 같이, 차량용 전력 충전 장치(60)는 충전인프라(76)와 연결되어 충전을 위한 전력 신호 및 제어 신호(74)를 송수신할 수 있다. 차랴용 충전 장치(60)와 충전인프라(76)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 충전인프라(76)는 충전소, 공용충전기, 집합건물의 충전기, 전기/전력 소켓을 통해 공급되는 가정, 사무실 등의 전력망 등을 포함할 수 있다.
한편, 차량용 전력 충전 장치(60)는 차량에 탑재되어 전기에너지를 저장하기 위한 배터리 장치(70), 교류 전력을 수신하여 배터리 장치(70)를 충전하기 위한 직류 전력을 출력하는 충전기(62), 및 배터리 장치(70)의 전압과 충전기(62)의 출력 전압을 비교하여 충전기(62)의 강제 구동을 결정하는 충전 제어기(64)를 포함할 수 있다.
차량 전력 충전 장치(60) 내 충전기(62)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 변환 회로(94), 변환 회로(94)의 출력을 정류하는 정류 회로(96), 정류 회로(96)의 출력을 제어하는 출력 제어부(98)를 포함할 수 있다. 또한, 충전기는 교류 전력의 전력 손실을 저감하기 위한 역률 보정(Power Factor Correction, PFC)을 위한 보정 회로(92)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 충전기(62)는 차량에 탑재될 수 있는 탑재형 충전기(On Board Charger, OBC)일 수 있다. 하지만, 실시예에 따라, 충전기(62)는 차량 내부에 탑재되지 않고, 선택적으로 연결될 수 있는 형태로 구현될 수도 있다.
차량 내부에 포함된 배터리 장치(70)는 고전압을 저장하고 출력할 수 있도록 설계될 수 있다. 배터리 장치(70)가 고전압을 출력하거나 고전압을 저장하는 경우, 열에 의한 폭발의 위험성을 가질 수 있어 차량 안전을 위협할 수 있다. 따라서, 차량에 탑재된 배터리 장치(70)는 전기에너지를 저장하는 충전지(88), 충전지의 전원 접점(+, -)인 두 개의 주 릴레이(Main Relay, 82A, 82B); 두 개의 주 릴레이(82A, 82B) 중 하나의 릴레이를 우회하는 프리차지 릴레이(Precharge Relay, 84), 및 프리차지 릴레이(84)와 연결되는 프리차지 저항(Precharge Resistance, 86)을 포함할 수 있다.
또한, 차량 전력 충전 장치는 배터리 장치(70)와 충전기(62)를 연결하는 연결부(72)를 더 포함할 수 있다. 연결부(72)는 고전압을 전달하는 케이블 뿐만 아니라, 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 퓨즈(fuse, 71)를 포함할 수 있다. 차량 내에 배치되는 케이블은 차량의 주행 환경에 따라 노후화되는 정도가 달라질 수 있으며, 연결 또는 접합에 불량이 발생하는 경우에도 눈으로 쉽게 식별될 수 있다. 또한, 연결부(72)의 케이블은 고전압을 전달하기 때문에 위험도가 높고, 이로 인해 발화 등의 위험을 사전에 예방하기 위해, 배터리 장치(70)와 충전기(62) 사이에 퓨즈(71)를 배치시켜 과전류가 전달될 때 자동으로 전기적 연결을 차단하여 위험을 방지할 수 있다.
차량 전력 충전 장치(60)에는 배터리 장치(70)의 충전 잔량, 온도 등의 상태를 모니터링하고 이에 대한 정보를 보고하는 배터리 관리부(68)가 더 포함될 수 있다. 배터리 관리부(68)는 차량 내 배터리 장치(70)가 충전될 때 또는 차량의 주행 중인 경우 등등의 상황에서 배터리 장치(70)의 상태를 확인하고 보고할 수 있어, 운전자 또는 사용자는 전기자동차의 충전 상태, 주행가능 거리, 전기계통의 이상 유무 등을 확인해 볼 수 있다.
전술한 충전기(62), 배터리 장치(70), 배터리 관리부(68) 등은 충전 제어부(64)에 의해 제어되거나 충전 제어부(64)와 연동할 수 있다. 충전 제어부(64)는 고장 진단을 위해, 배터리 장치(70)의 전압과 충전기(62)의 출력 전압을 비교할 수 있다. 여기서, 배터리 장치(70)의 전압은 두 개의 주 릴레이(82A, 82B)가 연결된 후 두 개의 주 릴레이(82A, 82B) 사이에 인가된 것을 의미할 수 있다. 배터리 장치(70)를 충전하는 과정에서 갑작스러운 고전압 또는 고전류의 입력은 배터리 장치(70)의 문제를 야기시킬 수 있으므로, 배터리 장치(70)는 프리차지 릴레이(84) 및 프리차지 저항(86)을 포함하여 기 설정된 충전 절차에서 초기에 충전 동작이 수행되기 전 배터리 장치(70)의 상태를 확인, 점검할 수 있다. 이후, 배터리 장치(70)에 문제가 없다고 판단되면, 메인 릴레이를 연결시키고 충전 동작을 수행할 수 있다. 충전기(62), 연결부(72) 등의 고장 여부를 판단하기 위해서는 배터리 장치(70)의 메인 릴레이가 연결된 상태에서 확인하는 것이 정확할 수 있다.
차량 전력 충전 장치(60) 내 충전 제어기(64)는 배터리 장치(70)의 전압과 충전기(62)의 출력 전압의 비교 결과에서 배터리 장치(70)의 전압과 충전기(62)의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 차량을 충전하는 데 연결부(72)나 충전기(62)에 문제가 없다고 판단하고 충전 동작을 개시할 수 있다.
만약, 비교 결과에서 배터리 장치(70)의 전압과 충전기(62)의 출력 전압의 차이가 범위보다 같거나 크면 연결부(72)나 충전기(62)에 고장이 있을 수 있다고 판단할 수 있다. 다만, 연결부(72)나 충전기(62)에 고장이 있다고 판단되더라도 곧바로 충전 동작을 종료하지 않고, 고장 여부, 고장 영역, 고장 부위 등을 보다 명확히 하기 위해 충전 제어기(64)는 충전기(62)를 강제 구동할 수 있다.
충전 제어기(64)는 충전기(62)가 강제 구동되면, 충전기(62)의 출력 전류와 배터리 장치(70)의 충전 전류를 비교할 수 있다. 전류 비교 결과에 따라, 충전 제어기(64)는 고장 부위를 결정하고 충전 동작을 종료할 수 있다.
예를 들어, 충전 제어기(64)는 충전기(62)의 출력 전류와 배터리 장치(70)의 충전 전류가 동일한 경우, 충전기(62)의 출력제어부(98)(예, 출력전압센서)가 고장이라고 판단할 수 있다. 반면, 충전기(62)의 출력 전류와 배터리 장치(70)의 충전 전류가 다르면, 연결부(72)의 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단할 수 있다.
한편, 차량 전력 충전 장치(60)는 충전 제어기(64)가 결정한 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 출력하는 표시부(66)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 표시부(66)는 디스플레이 장치, 터치스크린, 램프 등으로 구현될 수 있으며, 충전 과정에서 발생하는 다양한 경우에 대한 고장에 대해 서로 다른 형태의 출력을 할 수 있다. 예를 들면, 표시부(66)의 출력은 색, 문자, 도형 등으로 구분될 수 있는 메시지를 포함할 수 있다.
차량 전력 충전 장치(60)는 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 통신부(80)를 더 포함할 수 있다. 통신부(80)는 인터넷 등의 유무선 통신망, 근거리 무선 통신망 등을 통해 사용자 또는 운전자가 보유한 단말기와 연동할 수 있다. 통신부(80)는 차량의 충전 과정에 관한 일련의 정보 들을 사용자 또는 운전자에게 전달할 수 있으며, 네트워크를 통해 연결될 수 있는 차량 관리 서버(예, 텔레매틱스 서버) 등에도 차량의 운영, 관리를 위한 충전 관련 정보를 전달할 수 있다.
차량 전력 충전 장치(60)는 충전 절차의 진입에 따라 메인 릴레이가 연결되면, 고전압배터리 전압과 충전기 출력전압 차이가 기 설정된 임계값 이내로 확인되면, 고전압 배터리가 정상적으로 연결되었다고 판단하고, 충전기는 충전을 수행한다. 하지만, 고전압 배터리 전압과 충전기 출력전압 차이가 기 설정된 임계값 이상 발생한 경우, 충전기의 출력단에 고장이 있음으로 인지하고, 고장부위 명확화를 위한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 충전기의 강제 구동모드에 진입한다. 이때 충전기는 출력전류 제어를 수행한다. 충전기 강제 구동모드 진입 이후, 출력전류 제어 지령 값과 실제 배터리 충전전류가 같은 경우, 충전기 출력단 외부의 고전압 케이블 및 퓨즈는 정상이며, 완속충전기 내부의 출력전압센서 고장으로 판별 후, 충전을 종료할 수 있다. 충전기 강제 구동모드 진입 이후, 출력전류 제어 지령 값과 실제 배터리 충전전류가 동일하지 않은 경우, 완속충전기 외부의 고전압 케이블 및 퓨즈 고장으로 판별 후, 충전을 종료할 수 있다. 이를 통해 차량 전력 충전 장치(60)의 어느 영역이 고장인지를 보다 명확히 할 수 있다.
도3은 충전기 고장 진단 방법의 제2예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 차량에 탑재된 배터리를 충전 동작을 개시하기 전 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계(36), 전압 비교 결과에 따라 충전 동작을 개시하거나(38), 충전기를 강제 구동하는 단계(40), 충전기가 강제 구동되면, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류를 비교하는 단계(42), 및 전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고(44) 충전 동작을 종료하는 단계(46)를 포함할 수 있다.
배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계(36)를 수행하기 전, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 충전 시퀀스에 진입하는 단계(32) 및 메인 릴레이를 연결하는 단계(34)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 충전 시퀀스에 진입한 후(32), 배터리 장치 내 프리차지(pre-charge) 릴레이부를 연결하고, 배터리 장치 내 문제가 없다고 판단되면 메인 릴레이부를 연결하고 프리차지 릴레이부를 분리할 수 있다. 전압을 비교하기 위한 배터리 전압은 메인 릴레이부를 연결한 뒤에 배터리 장치에 인가된 전압을 이용한다.
전압 비교 결과에서 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 충전 동작이 시작될 수 있다. 예를 들어, 충전 동작은 완속 충전기를 통한 교류 전력을 이용하여 이루어질 수 있다. 충전기는 교류 전력을 전달받아 차량 내 탑재된 배터리에 충전하기 위해 직류 전력으로 변환할 수 있다.
하지만, 차이가 범위보다 같거나 크면 충전기를 강제 구동할 수 있다. 여기서, 강제 구동은 상기 충전기, 배터리 및 충전기와 배터리를 연결하는 적어도 하나의 연결회로 및 안정회로를 포함하는 차량 전력 충전 장치 내에 고장 여부를 결정하기 위해 수행될 수 있다.
충전기를 강제 구동하는 단계(40) 후, 충전기의 출력 전류와 배터리 충전 전류를 비교할 수 있다(42). 전류 비교 결과에서 충전기의 출력 전류와 배터리의 충전 전류가 동일하면, 충전기의 출력전압센서가 고장이라고 판단할 수 있다(44). 반면, 충전기의 출력 전류와 배터리의 충전 전류가 다르면, 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단할 수 있다(44). 충전기의 강제 구동을 통해 고장 부위, 영역을 진단한 후에는 충전을 종료할 수 있다(46).
한편, 도시되지 않았지만, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 표시장치를 통해 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 표시 장치를 통해 충전의 결과뿐만 아니라 충전이 종료된 후 고장 부위에 대한 진단 결과를 운전자 또는 사용자에게 알려줄 경우 편의성이 증대될 수 있다.
또한, 차량용 충전기 고장 진단 방법은 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 집합건물 또는 가정에서 차량을 충전하는 경우, 완속 충전 시 3~5시간 이상 걸릴 수도 있다. 따라서, 차량을 충전하고자 하는 경우, 운전자 또는 사용자가 차량 옆에 있지 않을 수가 있는데, 유무선 통신망 또는 근거리 통신망을 통해 운전자 또는 사용자가 휴대하고 있는 단말기에 충전 관련 정보를 전달할 수 있다.
도4는 충전장치의 고장인 경우를 설명한다.
도시된 바와 같이, 배터리 장치의 메인 릴레이가 연결된 후 충전기(OBC)의 출력전압을 센싱한 값과 고전압 배터리 전압의 차이를 확인할 수 있다. 예를 들어, 고전압 배터리의 전압은 360V이고, 충전기의 출력 전압은 10V일 수 있다. 이 경우, 충전기의 출력전압을 센싱한 값과 고전압 배터리 전압의 차이는 기 설정된 임계값 이상으로 판단할 수 있고, 충전기를 강제 구동할 수 있다.
충전기가 강제 구동된 후, 충전기의 출력전류와 고전압 배터리의 충전전류를 비교하여, 고장 부위를 보다 명확히 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 충전기 출력전류가 10A이고, 고전압배터리의 충전전류가 10A이면, 충전기의 출력전류 지령값과 고전압 배터리 충전전류 일치하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 충전기 내부 출력전압센서가 고장이라고 확정한 후 충전을 종료할 수 있다.
도5는 케이블 및 퓨즈가 고장인 경우를 설명한다.
도시된 바와 같이, 배터리 장치의 메인 릴레이가 연결된 후 충전기(OBC)의 출력전압을 센싱한 값과 고전압 배터리 전압의 차이를 확인할 수 있다. 예를 들어, 고전압 배터리의 전압이 360V이고 충전기의 출력전압이 400V이면, 충전기의 출력전압을 센싱한 값과 고전압 배터리 전압의 차이는 기 설정된 임계값 이상으로 판단할 수 있고, 충전기를 강제 구동할 수 있다.
충전기가 강제 구동된 후, 충전기의 출력전류와 고전압 배터리의 충전전류를 비교하면, 충전기의 출력전류는 10A이고 고전압 배터리의 충전전류는 0A일 수 있다. 충전기의 출력전류 지령값과 고전압 배터리 충전전류 일치하지 않은 경우, 충전기와 배터리 사이의 외부 고전압 케이블 및 퓨즈에 고장이 있다고 결정한 후 충전을 종료할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
70: 배터리 68: 배터리 관리부
60: 전기자동차 72: 연결부
64: 충전 제어부 62: 충전기
66: 표시부 80: 통신부

Claims (22)

  1. 차량에 탑재된 배터리를 충전 동작을 개시하기 전 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계;
    전압 비교 결과에 따라 상기 충전 동작을 개시하거나 상기 충전기를 강제 구동하는 단계;
    상기 충전기가 강제 구동되면, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류를 비교하는 단계; 및
    전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고 상기 충전 동작을 종료하는 단계
    를 포함하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압과 충전기의 출력 전압을 비교하는 단계를 수행하기 전,
    충전 시퀀스에 진입하면 프리차지(pre-charge) 릴레이부를 연결하는 단계; 및
    메인 릴레이부를 연결하고 프리차지 릴레이부를 분리하는 단계
    를 더 포함하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 비교 결과에서 상기 배터리의 전압과 상기 충전기의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 상기 충전 동작을 개시하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차이가 상기 범위보다 같거나 크면 상기 충전기를 강제 구동하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강제 구동은 상기 충전기, 상기 배터리 및 상기 충전기와 상기 배터리를 연결하는 적어도 하나의 연결회로 및 안정회로를 포함하는 차량 전력 충전 장치 내에 고장 여부를 결정하기 위해 수행되는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 동일하면, 상기 충전기의 출력전압센서가 고장이라고 판단하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 다르면, 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 표시장치를 통해 출력하는 단계
    를 더 포함하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 단계
    를 더 포함하는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충전 동작은 완속 충전기를 통한 교류 전력을 이용하여 이루어지는, 차량용 충전기 고장 진단 방법.
  11. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여, 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 차량용 충전기 고장 진단 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 응용 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  12. 차량에 탑재되어 전기에너지를 저장하기 위한 배터리 장치;
    교류 전력을 수신하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 직류 전력을 출력하는 충전기; 및
    상기 배터리 장치의 전압과 상기 충전기의 출력 전압을 비교하여 상기 충전기의 강제 구동을 결정하는 충전 제어기
    를 포함하되,
    상기 충전 제어기는
    상기 충전기가 강제 구동되면, 상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류를 비교하고,
    전류 비교 결과에 따라 고장 부위를 결정하고 충전 동작을 종료하는, 차량 전력 충전 장치
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충전기는
    상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환하는 변환 회로;
    상기 변환 회로의 출력을 정류하는 정류 회로;
    상기 정류 회로의 출력을 제어하는 출력 제어부
    를 포함하는, 차량 전력 충전 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충전기는
    상기 교류 전력의 전력 손실을 저감하기 위한 역률 보정(Power Factor Correction, PFC)을 위한 보정 회로
    를 더 포함하는, 차량 전력 충전 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 장치는
    상기 전기에너지를 저장하는 충전지;
    상기 충전지의 전원 접점(+, -)인 두 개의 주 릴레이(Main Relay);
    상기 두 개의 주 릴레이 중 하나의 릴레이를 우회하는 프리차지 릴레이(Precharge Relay); 및
    상기 프리차지 릴레이와 연결되는 프리차지 저항(Precharge Resistance)
    을 포함하는, 차량 전력 충전 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 장치의 전압은 상기 두 개의 주 릴레이가 연결된 후 상기 두 개의 주 릴레이 사이에 인가된 것인, 차량 전력 충전 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 장치와 상기 충전기를 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 퓨즈(fuse)를 포함하는, 차량 전력 충전 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 충전 제어기는 상기 전압 비교 결과에서 상기 배터리의 전압과 상기 충전기의 출력 전압의 차이가 기 설정된 범위보다 작으면 상기 충전 동작을 개시하고,
    상기 차이가 상기 범위보다 같거나 크면 상기 충전기를 강제 구동하는, 차량 전력 충전 장치.
  19. 삭제
  20. 제12항에 있어서,
    상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 동일하면, 상기 충전기의 출력전압센서가 고장이라고 판단하고,
    상기 충전기의 출력 전류와 상기 배터리의 충전 전류가 다르면, 고전압케이블 및 퓨즈 중 적어도 하나가 고장이라고 판단하는, 차량 전력 충전 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 하나의 형태로 출력하는 표시 장치
    를 더 포함하는 차량 전력 충전 장치.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 고장 부위를 가리키는 메시지, 알림, 경고 중 적어도 하나를 유무선 통신망을 통해 전송하는 통신장치
    를 더 포함하는, 차량 전력 충전 장치.
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