KR102371846B1 - Apparatus for preventing over-load at pre-charging of battery using power converter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것으로, 입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리와, 상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터와, 상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부와, 상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부와, 상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The present invention relates to a device for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter, a power converter that converts input AC/DC power into charging power and outputs it, and is charged and driven according to the charging power output from the power converter a battery for supplying power; a capacitor connected to an output terminal of the power converter to store charging power output from the power converter; and a capacitor positioned between the capacitor and the battery, and from the capacitor side when the battery is initially charged a first switching unit for switching to block the flow of current toward the battery; 2 a switching unit, a current limiting unit connected in parallel with the second switching unit and limiting the flow of current from the battery side to the capacitor side during initial charging of the battery, and controlling the driving of the power converter, By including a control unit for controlling the first and second switching units to be switched on/off according to whether the power converter is driven, the power converter due to the mutual voltage difference between the capacitor and the battery provided at the output terminal of the power converter when the battery is initially charged It can effectively prevent overcurrent from flowing inside the

Description

전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING OVER-LOAD AT PRE-CHARGING OF BATTERY USING POWER CONVERTER}An overload protection device for initial charging of a battery using a power converter

본 발명은 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter, and more particularly, to an overcurrent inside the power converter due to a mutual voltage difference between a capacitor and a battery provided at an output terminal of the power converter during initial charging of the battery. It relates to an overload protection device during initial charging of a battery using a power converter to effectively prevent the flow of

최근 환경문제 특히 지구온난화와 기후변화에 대한 관심이 높아지고 다수의 국가가 이산화탄소 배출량 감축에 대한 기후변화협약을 이행하기 위한 논의를 진행되었으며, 이러한 논의에서 지구온난화의 원인은 이산화탄소 발생의 증가이며 이산화탄소의 증가는 자동차에서 내뿜는 탄소가 주범으로 지적된 바가 있다.Recently, interest in environmental issues, especially global warming and climate change, has increased, and many countries have been discussing implementing the climate change agreement to reduce carbon dioxide emissions. Carbon emissions from automobiles have been pointed out as the main culprit for the increase.

탄소배출 규제 정책에 따라 자동차 업계에 석유를 기반으로 한 자동차는 연료 효율을 높이고 탄소 배출 감소를 요구하게 되었으며, 이에 전기에 의해 자동차를 거동시키고, 배기가스를 발생시키지 않는 전기 자동차가 다양한 형태로 개발되고 있으며, 수요 또한 급속히 증가하고 있는 실정이다.In accordance with the carbon emission regulation policy, the automobile industry has been asked to increase fuel efficiency and reduce carbon emissions for petroleum-based automobiles. Accordingly, electric vehicles that operate by electricity and do not generate exhaust gases are developed in various forms. and demand is also increasing rapidly.

이러한 전기 자동차를 운행시키는 전기 모터는 주행 중에 전기 에너지를 과도하게 소모하므로, 배터리를 일회 충전시 주행할 수 있는 거리는 일반 자동차에 비해 짧은 문제점이 발생하므로, 전기 자동차의 배터리 충전 작업을 자주 해야 하는 불편함이 있다.Since the electric motor that operates such an electric vehicle consumes excessive electric energy while driving, the distance that can be driven when the battery is charged once is shorter than that of a general vehicle. there is a ham

한편, 종래 기술의 전기 자동차에서 전력 변환기의 출력 측에 용량성 부하인 배터리가 결성되어 있을 경우에서의 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없거나 초기 충전 저항을 연결하여 전류 제한 구조를 갖는다.On the other hand, in the case of a battery that is a capacitive load on the output side of the power converter in the prior art electric vehicle, there is no current limiting structure during initial charging of the battery or has a current limiting structure by connecting an initial charging resistor.

하지만, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점이 있다.However, when there is no current limiting structure during initial charging of the battery, there is a problem in that the circuit of the power converter is overloaded due to the inflow of excessive current in the initial stage.

또한, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 있는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점이 있다.
In addition, if there is a current limiting structure during initial charging of the battery, there is a problem in that the efficiency of the power converter is deteriorated during normal operation due to the current limiting resistor.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 제공하는데 있다.
The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to effectively prevent overcurrent from flowing inside the power converter due to the mutual voltage difference between the capacitor and the battery provided at the output terminal of the power converter during initial charging of the battery. An object of the present invention is to provide a device for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter to prevent it.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기; 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리; 상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터; 상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부; 상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부; 상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부; 및 상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, an aspect of the present invention provides a power converter that converts input AC/DC power into charging power and outputs; a battery charged according to the charging power output from the power converter and supplying driving power; a capacitor connected to an output terminal of the power converter to store charging power output from the power converter; a first switching unit positioned between the capacitor and the battery and configured to switch to block the flow of current from the capacitor side to the battery side when the battery is initially charged; a second switching unit positioned between the first switching unit and the battery and configured to switch to block the flow of current from the battery side to the capacitor side when the battery is initially charged; a current limiting unit connected in parallel with the second switching unit and limiting the flow of current from the battery side to the capacitor side when the battery is initially charged; and a control unit for controlling the driving of the power converter and controlling the first and second switching units to be switched on/off depending on whether the power converter is driven or not. will provide

여기서, 상기 제1 스위칭부는, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 다이오드로 이루어지되, 상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자는 상기 커패시터의 일단에 연결됨이 바람직하다.Here, the first switching unit may include: a first switching element driven according to a control signal of the control unit; and a first diode connected in parallel to the first switching element, wherein an anode terminal of the first diode is connected to a positive or negative terminal of the battery, and a cathode terminal of the first diode is connected to one end of the capacitor. Connected is preferred.

바람직하게, 상기 제2 스위칭부는, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제2 다이오드로 이루어지되, 상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결될 수 있다.Preferably, the second switching unit comprises: a second switching element driven according to a control signal of the control unit; and a second diode connected in parallel to the second switching element, wherein an anode terminal of the second diode is connected to the second switching unit, and a cathode terminal of the second diode is a positive or negative terminal of the battery can be connected to

바람직하게, 상기 전류 제한부는, 적어도 하나의 저항으로 이루어질 수 있다.Preferably, the current limiter may be formed of at least one resistor.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 오프(OFF) 되도록 제어할 수 있다.Preferably, the controller may control the first and second switching units to be turned off when the battery is initially charged.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.Preferably, the controller may control the first and second switching units to be turned on during a normal operation of the power converter.

바람직하게, 상기 전력 변환기는 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터로 이루어질 수 있다.Preferably, the power converter may be an AC/DC converter or a DC/DC converter.

바람직하게, 상기 배터리는, 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리 또는 차량의 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리로 이루어질 수 있다.
Preferably, the battery may be a high-voltage battery used for driving a motor of an electric vehicle or a low-voltage battery for supplying electric power to electric loads of the vehicle.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.According to the apparatus for preventing overload during initial charging of a battery using the power converter of the present invention as described above, when the battery is initially charged, an overcurrent is generated inside the power converter due to the voltage difference between the capacitor and the battery provided at the output terminal of the power converter. There is an advantage that can effectively prevent the flow.

또한, 본 발명에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기 측으로 흐르는 전류가 제한되어 전력 변환기의 부담이 적어지며, 전력 변환기의 정상 동작시 스위칭부들의 도통으로 인해 정상 동작 손실이 감소됨과 아울러 효율이 증대되는 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, the current flowing to the power converter side during initial charging of the battery is limited to reduce the burden on the power converter, and during normal operation of the power converter, normal operation loss is reduced due to conduction of the switching units and efficiency is increased There is an advantage to be

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is an overall block diagram for explaining a battery charging system using a power converter according to the prior art.
FIG. 2 is an overall block diagram illustrating an apparatus for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are diagrams for explaining the operation of the overload prevention device during initial charging of the battery using the power converter according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention illustrated below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiment described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Also, in the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.1 is an overall block diagram for explaining a battery charging system using a power converter according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템은, 상용 전원 공급부(10)와, 브리지 다이오드 정류기(20)와, 저항기(NTH)와, 커패시터(C0)와, 배터리(40)에 입/출력되는 전압을 변환하는 전력 변환기(30) 등을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1 , a battery charging system using a power converter according to the prior art includes a commercial power supply unit 10 , a bridge diode rectifier 20 , a resistor (NTH), and a capacitor (C 0 ) and a battery It is made including a power converter 30 and the like for converting the voltage input / output to (40).

만약, 상용 전원 공급부(10)의 동작에 의해 상용 전원이 인가되면 브리지 다이오드 정류기(20)에서는 상용 전원이 직류로 변환되고, 이 직류 전압 인가시 커패시터(C0)의 충전이 필요하게 된다. 커패시터(C0)의 충전으로 인한 과도한 전류의 유입을 막기 위해 저항기(NTH)가 연결되어 있다.If commercial power is applied by the operation of the commercial power supply unit 10 , the commercial power is converted into DC in the bridge diode rectifier 20 , and the capacitor C 0 needs to be charged when the DC voltage is applied. A resistor NTH is connected to prevent excessive current from flowing due to charging of the capacitor C 0 .

한편, 전력 변환기(30)의 출력단에 배터리(40)가 연결될 경우, 전력 변환기(30)가 동작하지 않는 중에도 배터리(40)에 전압이 충전되어 있다. 이때, 전력 변환기(30)의 초기 동작시 즉, 배터리(40)의 초기 충전시 전력 변환기(30)의 출력단에 구비된 커패시터(미도시)와 배터리(40)의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기(30)의 내부에 과전류가 흐를 수 있다.Meanwhile, when the battery 40 is connected to the output terminal of the power converter 30 , a voltage is charged in the battery 40 even when the power converter 30 is not operating. At this time, during the initial operation of the power converter 30 , that is, during the initial charging of the battery 40 , the power converter ( 30), an overcurrent may flow inside.

그러나, 종래 기술에서는 전력 변환기(30)의 출력 측에 용량성 부하인 배터리(40)가 결성되어 있을 경우에서의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없거나 초기 충전 저항을 연결하는 데, 배터리(40)의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기(30)의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점이 있다.However, in the prior art, when the battery 40 as a capacitive load is formed on the output side of the power converter 30, there is no current limiting structure during initial charging or when the initial charging resistance is connected, the battery 40 If there is no current limiting structure during initial charging, there is a problem in that the circuit of the power converter 30 is overloaded due to the inflow of excessive current in the initial stage.

또한, 배터리(40)의 초기 충전시 전류를 제한하는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기(30)의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점이 있다. 즉, 종래 기술에서는 배터리(40)의 초기 충전시 전력 변환기(30)의 과부하를 감수하거나, 전력 변환기(30)의 정상 동작시 효율의 저하를 감수해야 한다.In addition, when the current is limited during initial charging of the battery 40 , there is a problem in that the efficiency is lowered during normal operation of the power converter 30 due to the current limiting resistance. That is, in the prior art, an overload of the power converter 30 during initial charging of the battery 40 or a decrease in efficiency during normal operation of the power converter 30 must be tolerated.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 하는 특징적인 기술이다.In order to solve this problem, the present invention is a characteristic technique to effectively prevent an overcurrent from flowing inside the power converter due to the voltage difference between the capacitor and the battery provided at the output terminal of the power converter during initial charging of the battery. .

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 적용하면, 전력 변환기의 출력 측에 용량성 부하인 배터리가 결성된 상태에서, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점과, 배터리의 초기 충전시 전류를 제한하는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.When the overload prevention device for initial charging of the battery using the power converter according to the embodiment of the present invention is applied, in a state in which the battery as a capacitive load is formed on the output side of the power converter, the current limiting structure during initial charging of the battery In the absence of this, there is a problem in that the circuit of the power converter is overloaded due to the inflow of excessive current at the beginning, and when the current is limited during initial charging of the battery, the efficiency is lowered during normal operation of the power converter due to the current limiting resistance. problem can be solved effectively.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기 측으로 흐르는 전류가 제한되어 전력 변환기의 부담이 적어질 수 있으며, 전력 변환기의 정상 동작시 스위칭부들의 도통으로 인해 정상 동작 손실이 감소됨과 아울러 효율이 증대될 수 있다.That is, according to the embodiment of the present invention, the current flowing to the power converter side during initial charging of the battery is limited, so that the load on the power converter can be reduced, and the normal operation loss is reduced due to conduction of the switching units during normal operation of the power converter. In addition, efficiency can be increased.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.FIG. 2 is an overall block diagram illustrating an apparatus for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치는, 크게 전력 변환기(100), 배터리(200), 커패시터(300), 제1 스위칭부(400), 제2 스위칭부(500), 전류 제한부(600) 및 제어부(700) 등을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2 , the apparatus for preventing overload during initial charging of a battery using a power converter according to an embodiment of the present invention is largely a power converter 100 , a battery 200 , a capacitor 300 , and a first switching unit ( 400), a second switching unit 500, a current limiting unit 600, and a control unit 700, and the like.

여기서, 전력 변환기(100)는 외부의 전력공급부(미도시)로부터 공급되는 전력을 변환 및 변압하여 배터리(200)를 충전하는 기능을 수행하는 바, 외부로부터 입력되는 교류/직류(AC/DC) 전원을 배터리(200)에 충전되도록 직류(DC) 전원으로 변환하여 출력한다.Here, the power converter 100 converts and transforms power supplied from an external power supply unit (not shown) to charge the battery 200 , and AC/DC input from the outside (AC/DC) The power is converted into direct current (DC) power to be charged in the battery 200 and output.

이때, 상기 전력공급부는, 일반적으로 전기를 생산 및 공급하는 전력공사와 같은 계통(Grid)과, 상기 계통 이외에 전기를 생산 및/또는 공급할 수 있는 수단을 포함하여 본 발명에 따른 전력 변환기(100)로 전기를 공급할 수 있는 모든 전력 공급원을 포함하는 의미로 사용된다.At this time, the power supply unit, the power converter 100 according to the present invention, including a grid (Grid) such as a power corporation that generally produces and supplies electricity, and means capable of producing and / or supplying electricity in addition to the grid. It is used in the sense of including all power sources that can supply electricity to

예를 들어, 전력 변환기(100)은 계통, 상기 계통으로부터 생산된 전기를 공급받아 철도 또는 도시철도에 전기를 공급하는 사업자들 및 소수력(Small Hydropower), 태양광(PhotoVoltaic; PV), 태양열(Solar Thermal), 풍열(Wind Power), 폐기물 에너지(Waste Energy), 바이오 에너지(Bio Energy), 지열(Geo Thermal), 해양 에너지(Ocean Energy) 등과 같은 신재생에너지로부터 발생되는 전기를 공급하는 신재생 에너지 처리시스템 중 적어도 하나 이상이 포함된 전력공급부로부터 전기를 공급받을 수 있다.For example, the power converter 100 is a grid, operators who supply electricity to railroads or urban railroads by receiving electricity produced from the grid, and small hydropower, photovoltaic (PV), solar (Solar). Renewable energy that supplies electricity generated from renewable energy such as thermal, wind power, waste energy, bio energy, geothermal, ocean energy, etc. Electricity may be supplied from a power supply unit including at least one of the processing systems.

이러한 전력 변환기(100)는 예컨대, AC/DC 컨버터(Converter) 또는 DC/DC 컨버터 등으로 이루어짐이 바람직하다. 상기 AC/DC 컨버터는 입력된 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환하는 바, 입력 교류 전압을 정류하는 정류부와, 적어도 하나의 인덕터(Inductor), 스위치, 다이오드(Diode) 및 커패시터(Capacitor) 등으로 구성된 LC 필터 등을 포함할 수 있다.The power converter 100 is preferably made of, for example, an AC/DC converter or a DC/DC converter. The AC/DC converter converts an input alternating current (AC) voltage into a direct current (DC) voltage, and a rectifier for rectifying the input alternating voltage, at least one inductor, switch, diode and capacitor Capacitor) and the like may include an LC filter and the like.

상기 DC/DC 컨버터는 다수의 스위치의 위상을 조절하여, 전기 자동차의 메인 배터리인 고전압 배터리 또는 보조 배터리인 저전압 배터리를 충전하기 위한 충전 전압을 생성한다. 상기 DC/DC 컨버터에 의해 생성된 충전 전압은 고전압 배터리 또는 저전압 배터리로 전달된다.The DC/DC converter adjusts the phases of a plurality of switches to generate a charging voltage for charging a high-voltage battery that is a main battery of an electric vehicle or a low-voltage battery that is an auxiliary battery. The charging voltage generated by the DC/DC converter is transferred to a high voltage battery or a low voltage battery.

한편, 상기 DC/DC 컨버터는, 고전압 배터리에 입/출력되는 전압을 변환하는 양방향 고전압 DC/DC 컨버터(Bi-directional High Voltage DC/DC Converter, BHDC) 또는 저전압 배터리에 충전함과 아울러 차량의 각종 전장 부하들(예컨대, 헤드 램프, 와이퍼 및 블로워 등)에 전력을 전달하는 저전압 DC/DC 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter) 등으로 이루어질 수 있다.On the other hand, the DC/DC converter is a bi-directional high voltage DC/DC converter (BHDC) that converts a voltage input/output to a high voltage battery or a low voltage battery while charging various types of vehicles. It may be formed of a low voltage DC/DC converter that transmits power to electric loads (eg, a head lamp, a wiper, a blower, etc.).

이때, 상기 저전압 DC/DC 컨버터(LDC)는 일반 직류(DC)를 스위칭(Switching)시켜 교류(AC)로 만들고 이 교류(AC)를 코일(Coil), 트랜스(Transformer), 커패시턴스(Capacitance) 등을 이용하여 강압시킨 다음, 다시 정류시켜 직류(DC)로 만들어, 각종 전장 부하들에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.At this time, the low-voltage DC/DC converter (LDC) converts general direct current (DC) into alternating current (AC) by switching and converts this alternating current (AC) into a coil, a transformer, a capacitance, etc. After step-down using , it is rectified again to make direct current (DC), and serves to supply electricity according to the voltage used in various electrical loads.

또한, 상기 저전압 DC/DC 컨버터(LDC)는, 통상적으로 변환 제어가 간단하고 적은 소자로 구현될 수 있다는 장점 때문에, ZVS(Zero Voltage Switching) 풀 브리지(full-bridge) PWM(Pulse Width Modulation) 회로로 구성될 수 있다.In addition, since the low voltage DC/DC converter (LDC) has the advantage that conversion control is simple and can be implemented with a small number of elements, ZVS (Zero Voltage Switching) full-bridge PWM (Pulse Width Modulation) circuit can be composed of

배터리(200)는 전력 변환기(100)로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 기능을 수행한다.The battery 200 is charged according to the charging power output from the power converter 100 and performs a function of supplying driving power.

이러한 배터리(200)는 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리(High Voltage Battery) 또는 차량의 각종 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리(Low Voltage Battery)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 각종 전자 장치에서 통상적으로 전기 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 수단으로 이루어질 수도 있다.The battery 200 is preferably made of a high voltage battery used for driving a motor of an electric vehicle or a low voltage battery for supplying power to various electric loads of the vehicle, but is not limited thereto. , may be formed of an energy storage means capable of storing electrical energy in general in various electronic devices.

커패시터(300)는 전력 변환기(100)의 출력단에 연결되어 있으며, 전력 변환기(100)로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 기능을 수행한다.The capacitor 300 is connected to the output terminal of the power converter 100 and performs a function of storing the charging power output from the power converter 100 .

제1 스위칭부(400)는 커패시터(300)와 배터리(200) 사이에 위치되어 있으며, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 커패시터(300) 측으로부터 배터리(200) 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭(switching)하는 기능을 수행한다.The first switching unit 400 is located between the capacitor 300 and the battery 200 , and before the normal operation of the power converter 100 , that is, when the battery 200 is initially charged, from the capacitor 300 side to the battery ( 200) performs a function of switching to block the flow of current.

이러한 제1 스위칭부(400)는 제어부(700)의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자(Q1)와, 제1 스위칭 소자(Q1)에 병렬로 연결되는 제1 다이오드(D1)로 이루어짐이 바람직하며, 제1 다이오드(D1)의 애노드(Anode) 단자는 배터리(200)의 양극(+) 또는 음극(-) 단자에 연결됨과 아울러 제1 다이오드(D1)의 캐소드(Cathode) 단자는 커패시터(300)의 일단에 연결됨이 바람직하다.The first switching unit 400 includes a first switching element (Q 1 ) driven according to a control signal of the control unit (700), and a first diode (D 1 ) connected in parallel to the first switching element (Q 1 ) Preferably made of, the anode (Anode) terminal of the first diode (D 1 ) is connected to the positive (+) or negative (-) terminal of the battery 200 as well as the cathode of the first diode (D 1 ) ) terminal is preferably connected to one end of the capacitor 300 .

이때, 제1 스위칭 소자(Q1)는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.In this case, the first switching element Q 1 may be configured as a semiconductor switch that is turned on or off by a gate control, for example, a metal oxide semiconductor. It may be composed of a field effect transistor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), a Silicon Coupled Rectifier (SCR), an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), or the like.

그리고, 제1 다이오드(D1)는 커패시터(300)의 출력 측으로부터 배터리(200) 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드로 이루어짐이 바람직하며, 제1 스위칭 소자(Q1)의 스위칭에 의해 턴-온에서 턴-오프 될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모하는 프리휠링(Free-wheeling) 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.And, the first diode (D 1 ) is preferably made of a reverse prevention diode for disallowing the flow of current flowing in reverse from the output side of the capacitor 300 to the battery 200 side, the first switching element (Q 1 ) It is possible to perform the function of a free-wheeling diode that consumes residual current by forming a current path when it is turned from turn-on to turn-off by switching of .

제2 스위칭부(500)는 제1 스위칭부(400)와 배터리(200) 사이에 위치되어 있으며, 배터리(200)의 초기 충전시 배터리(200) 측으로부터 커패시터(300) 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 기능을 수행한다.The second switching unit 500 is positioned between the first switching unit 400 and the battery 200 , and blocks the flow of current from the battery 200 side to the capacitor 300 side when the battery 200 is initially charged. It performs the function of switching to

이러한 제2 스위칭부(500)는 제어부(700)의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자(Q2)와, 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 연결되는 제2 다이오드(D2)로 이루어짐이 바람직하며, 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자는 제2 스위칭부(500)에 연결됨과 아울러 제2 다이오드(D2)의 캐소드 단자는 배터리(200)의 양극(+) 또는 음극(-) 단자에 연결됨이 바람직하다.The second switching unit 500 is a second switching element (Q 2 ) driven according to a control signal of the control unit (700), and a second diode (D 2 ) connected in parallel to the second switching element (Q 2 ) Preferably, the anode terminal of the second diode D 2 is connected to the second switching unit 500 and the cathode terminal of the second diode D 2 is the positive (+) or negative electrode of the battery 200 It is preferable to connect to the (-) terminal.

이때, 제2 스위칭 소자(Q2)는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온 또는 턴-오프 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, MOSFET, SCR, IGBT 등으로 구성될 수 있다.In this case, the second switching element Q 2 may be configured as a semiconductor switch that is turned on or off by a gate control, for example, a MOSFET, an SCR, an IGBT, or the like.

그리고, 제2 다이오드(D2)는 배터리(200)의 출력 측으로부터 커패시터(300) 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드로 이루어짐이 바람직하며, 제2 스위칭 소자(Q2)의 스위칭에 의해 턴-온에서 턴-오프 될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모하는 프리휠링 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.And, the second diode (D 2 ) is preferably made of a reverse prevention diode for disallowing the flow of current flowing in reverse from the output side of the battery 200 to the capacitor 300 side, the second switching element (Q 2 ) It is possible to perform the function of a freewheeling diode that consumes residual current by forming a current path when it is turned from turn-on to turn-off by switching of .

전류 제한부(600)는 제2 스위칭부(500)와 병렬로 연결되어 있으며, 배터리(200)의 초기 충전시 배터리(200) 측으로부터 캐패시터(300) 측으로 전류의 흐름을 제한하는 기능을 수행한다.The current limiting unit 600 is connected in parallel with the second switching unit 500 and performs a function of limiting the flow of current from the battery 200 side to the capacitor 300 side when the battery 200 is initially charged. .

이러한 전류 제한부(600)는 적어도 하나의 저항(R)으로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 전류를 제한할 수 있는 반도체 소자라면 어느 것이든 가능하다.The current limiter 600 is preferably made of at least one resistor (R), but is not limited thereto, and any semiconductor device capable of limiting the current may be used.

제어부(700)는 전력 변환기(100)의 전체적인 구동을 제어하고, 전력 변환기(100)의 구동 여부에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 온/오프(ON/OFF) 스위칭 되도록 제어하는 기능을 수행한다.The control unit 700 controls the overall driving of the power converter 100 , and the first and second switching elements Q 1 of the first and second switching units 400 and 500 according to whether the power converter 100 is driven or not. and Q 2 ) performs a control function to be switched on / off (ON / OFF).

또한, 제어부(700)는 배터리(200)의 초기 충전시 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 되도록 제어할 수 있다.In addition, the control unit 700 controls the first and second switching elements Q 1 and the first and second switching units 400 and 500 of the first and second switching units 400 and 500 when the battery 200 is initially charged. Q 2 ) can be controlled to be off (OFF).

또한, 제어부(700)는 전력 변환기(100)의 정상 동작시 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.
In addition, the control unit 700 controls the first and second switching elements Q 1 and the first and second switching units 400 and 500 of the first and second switching units 400 and 500 during normal operation of the power converter 100 . Q 2 ) can be controlled to be on (ON).

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.3A to 3C are diagrams for explaining the operation of the overload prevention device during initial charging of the battery using the power converter according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하며, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 오프(OFF)시킨다.Referring to FIG. 3A , the first and second switching units 400 and 500 of the first and second switching units 400 and 500 are controlled under the control of the control unit 700 before the normal operation of the power converter 100 , that is, during initial charging of the battery 200 . 2 switching elements (Q 1 and Q 2 ) is turned OFF.

이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 된 상태에서, 배터리(200)의 전압이 전력 변환기(100)의 출력 측에 구비된 커패시터(300)의 전압보다 클 경우, 전류는 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 연결된 전류 제한부(600) 즉, 저항(R)을 따라 제1 스위칭부(400)의 제1 다이오드(D1)를 거쳐 커패시터(300)로 흐르게 되며, 이 저항(R)으로 인해 초기 전류가 제한된다. 그리고, 커패시터(300)의 전압은 배터리(200)의 전압과 같아질 때까지 상승한다.As such, the first and second switching elements Q 1 and the first and second switching units 400 and 500 of Q 2 ) In the off (OFF) state, when the voltage of the battery 200 is greater than the voltage of the capacitor 300 provided on the output side of the power converter 100, the current is the second switching element (Q 2 ) It flows to the capacitor 300 through the first diode D 1 of the first switching unit 400 along the current limiting unit 600 connected in parallel to the resistor R, that is, the resistance R, and due to this resistance R The initial current is limited. Then, the voltage of the capacitor 300 rises until it becomes equal to the voltage of the battery 200 .

도 3b를 참조하면, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 오프(OFF)시킨다.Referring to FIG. 3B , before the normal operation of the power converter 100 , that is, during initial charging of the battery 200 , the first and second switching units 400 and 500 of the first and second switching units 400 and 500 are controlled under the control of the control unit 700 . 2 switching elements (Q 1 and Q 2 ) is turned OFF.

이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 된 상태에서, 배터리(200)의 전압이 전력 변환기(100)의 출력 측에 구비된 커패시터(300)의 전압보다 작을 경우, 전류는 제1 스위칭 소자(Q1)의 오프(OFF)와 제1 다이오드(D1)로 인해 배터리(200) 측으로 흐르지 않는다. 그리고, 제1 스위칭부(400)에 구비된 소자의 에너지 저장 특성으로 인해 커패시터(300)의 전압은 배터리(200)의 전압과 같아질 때까지 감소한다.As such, the first and second switching elements Q 1 and the first and second switching units 400 and 500 of Q 2 ) In the off (OFF) state, when the voltage of the battery 200 is less than the voltage of the capacitor 300 provided on the output side of the power converter 100, the current is the first switching element (Q 1 ) It does not flow toward the battery 200 due to OFF and the first diode D 1 . And, due to the energy storage characteristics of the device provided in the first switching unit 400 , the voltage of the capacitor 300 decreases until it becomes equal to the voltage of the battery 200 .

도 3c를 참조하면, 전력 변환기(100)의 정상 동작시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 온(ON)시킨다. 이에 따라, 전력 변환기(100)에서 출력되는 전류는 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 지나 배터리(200)로 흘러 충전하게 된다.
Referring to FIG. 3C , during normal operation of the power converter 100 , the first and second switching elements Q 1 and Q 2 ) is turned on. Accordingly, the current output from the power converter 100 is the first and second switching elements Q 1 and the first and second switching units 400 and 500 of the Q 2 ) flows to the battery 200 and is charged.

전술한 본 발명에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
Although the above-described preferred embodiment of the device for preventing overload during initial charging of the battery using the power converter according to the present invention has been described, the present invention is not limited thereto, and the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings It is possible to carry out various modifications within, and this also belongs to the present invention.

100 : 전력 변환기, 200 : 배터리,
300 : 커패시터, 400 : 제1 스위칭부,
500 : 제2 스위칭부, 600 : 전류 제한부,
700 : 제어부100: power converter, 200: battery,
300: capacitor, 400: first switching unit,
500: second switching unit, 600: current limiting unit;
700: control unit

Claims (8)

입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기;
상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리;
상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터;
상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부;
상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부;
상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부; 및
상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작 전에 상기 제1 및 제2 스위칭부가 오프(OFF) 되도록 제어하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
a power converter that converts input AC/DC power into charging power and outputs;
a battery charged according to the charging power output from the power converter and supplying driving power;
a capacitor connected to an output terminal of the power converter to store charging power output from the power converter;
a first switching unit positioned between the capacitor and the battery and configured to switch to block the flow of current from the capacitor side to the battery side;
a second switching unit positioned between the first switching unit and the battery and configured to switch to block the flow of current from the battery side to the capacitor side;
a current limiting unit connected in parallel with the second switching unit and limiting the flow of current from the battery side to the capacitor side when the battery is initially charged; and
A control unit for controlling the driving of the power converter, and controlling the first and second switching units to be switched on/off depending on whether the power converter is driven,
The control unit, an overload prevention device during initial charging of a battery using a power converter that controls the first and second switching units to be turned off before the normal operation of the power converter.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 스위칭부는,
상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자; 및
상기 제1 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 다이오드로 이루어지되,
상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자는 상기 커패시터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
According to claim 1,
The first switching unit,
a first switching element driven according to a control signal of the control unit; and
Doedoe consisting of a first diode connected in parallel to the first switching element,
An anode terminal of the first diode is connected to the positive or negative terminal of the battery, and the cathode terminal of the first diode is connected to one end of the capacitor. .
 제1 항에 있어서,
상기 제2 스위칭부는,
상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자; 및
상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제2 다이오드로 이루어지되,
상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
According to claim 1,
The second switching unit,
a second switching element driven according to a control signal of the control unit; and
a second diode connected in parallel to the second switching element,
The anode terminal of the second diode is connected to the second switching unit, and the cathode terminal of the second diode is connected to the positive or negative terminal of the battery. Device.
 제1 항에 있어서,
상기 전류 제한부는, 적어도 하나의 저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
According to claim 1,
The current limiter, an overload prevention device during initial charging of a battery using a power converter, characterized in that made of at least one resistor.
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온(ON) 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
According to claim 1,
The control unit, an overload prevention device during initial charging of a battery using a power converter, characterized in that the control so that the first and second switching units are turned on (ON) during normal operation of the power converter.
 제1 항에 있어서,
상기 전력 변환기는 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
According to claim 1,
The power converter comprises an AC/DC converter or a DC/DC converter.
 제1 항에 있어서,
상기 배터리는, 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리 또는 차량의 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.According to claim 1,
The battery is a high voltage battery used for driving a motor of an electric vehicle or a low voltage battery for supplying electric power to electric loads of the vehicle.
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