KR102394826B1 - 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로는, 제1 권선 및 상기 제1 권선과 자기적으로 결합되는 제2 권선을 포함하는 트랜스포머; 상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 권선과 함께 상기 배터리에 병렬 연결되는 제1 스위칭 회로; 상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제2 권선과 함께 상기 평활 커패시터에 병렬 연결되는 제2 스위칭 회로; 및 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로에 포함된 각 스위치를 독립적으로 제어하도록 구성된 스위치 컨트롤러;를 포함한다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 배터리의 에너지를 이용하여 상기 평활 커패시터를 프리차징하기 위한 제1 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제1 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제2 동작을 실행한다.

Description

배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템{Power supply circuit for energy transfer between battery and smoothing capacitor and battery management system including the same}
본 발명은 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 에너지로 평활 커패시터를 프리차징하는 동작과 평활 커패시터의 에너지로 배터리를 충전하는 동작을 선택적으로 실행하는 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 배터리와 전기 부하 간의 전기적 연결은 메인 컨택터에 의해 제어되고, 전기 부하 측에는 메인 컨택터를 통해 배터리에 병렬 연결되는 평활 커패시터가 구비된다. 평활 커패시터는, 배터리로부터 공급되는 DC 전력에 포함된 노이즈를 억제한다.
그런데, 배터리의 전압과 평활 커패시터의 전압 간의 차이가 매우 클 때 메인 컨택터가 턴온되면, 메인 컨택터를 통해 순간적으로 매우 큰 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 메인 컨택터가 파손될 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위한 종래 기술로서, 특허문헌 1 등에는 프리차지 회로가 개시된다. 프리차지 회로는, 프리차지 저항과 프리차지 컨택터를 포함하는 직렬 회로로서, 메인 컨택터에 병렬 연결된다. 메인 컨택터의 턴온에 앞서서 프리차지 컨택터가 턴온되며, 이에 따라 배터리로부터의 방전 전류에 의해 평활 커패시터가 프리차지됨으로써, 배터리와 전기 부하 간의 전압차가 허용 가능한 수준 이내로 줄어든다.
그런데, 종래 프리차지 회로는 아래와 같은 몇가지 단점이 있다. 첫번째 단점은, 평활 커패시터를 짧은 시간 내에 여러 번 프리차징할 경우 프리차지 저항의 온도가 상당히 높아진다는 점이다. 프리차지 저항의 과열은, 프리차지 저항 자체는 물론 주변의 회로 부품들의 성능을 저하시킬 수 있다. 두번째 단점은, 프리차징 동작에 의해 평활 커패시터에 저장된 에너지가 배터리의 충전을 위해 사용되지 못하고 버려진다는 점이다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0170774호(공개일자: 2015년 6월 10일)
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리와 평활 커패시터가 상호 절연된 상태에서, 배터리의 에너지를 이용하여 평활 커패시터를 프리차징하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 배터리와 평활 커패시터가 상호 절연된 상태에서, 평활 커패시터의 에너지를 이용하여 배터리를 충전하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로는, 제1 권선 및 상기 제1 권선과 자기적으로 결합되는 제2 권선을 포함하는 트랜스포머; 상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 권선과 함께 상기 배터리에 병렬 연결되는 제1 스위칭 회로; 상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제2 권선과 함께 상기 평활 커패시터에 병렬 연결되는 제2 스위칭 회로; 및 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로에 포함된 각 스위치를 독립적으로 제어하도록 구성된 스위치 컨트롤러;를 포함한다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 배터리의 에너지를 이용하여 상기 평활 커패시터를 프리차징하기 위한 제1 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제1 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제2 동작을 실행한다.
상기 제1 권선에 대한 상기 제2 권선의 권선비는 0보다 크고 1 이하일 수 있다.
상기 스위치 컨트롤러는, 상기 평활 커패시터의 에너지를 이용하여 상기 배터리를 충전하기 위한 제2 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제3 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제4 동작을 실행할 수 있다.
상기 트랜스포머는, 상기 제2 권선과 자기적으로 결합되고, 상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제3 권선;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위칭 회로는, 상기 제3 권선에 직렬 연결되는 제3 스위치; 및 상기 제3 권선과 상기 제3 스위치에 병렬 연결되는 제4 스위치;를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 권선에 대한 상기 제2 권선의 권선비는 0보다 크고 1 이하일 수 있다.
상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제1 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴온시킬 수 있다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제2 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제3 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시킬 수 있다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제4 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴온시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
상기 트랜스포머는, 상기 제1 권선과 자기적으로 결합되고, 상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제4 권선;을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스위칭 회로는, 상기 제4 권선에 직렬 연결되는 제5 스위치; 및 상기 제4 권선과 상기 제5 스위치에 병렬 연결되는 제6 스위치;를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제1 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시킬 수 있다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제2 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴온시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제3 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴온시킬 수 있다. 상기 스위치 컨트롤러는, 상기 제4 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
상기 제1 스위치 회로 및 상기 제2 스위치 회로에 포함된 각 스위치는, 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 상기 전원 회로;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리팩은, 상기 배터리 관리 시스템;을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리와 평활 커패시터가 상호 절연된 상태에서, 배터리의 에너지를 이용하여 평활 커패시터를 프리차징할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리와 평활 커패시터가 상호 절연된 상태에서, 평활 커패시터의 에너지를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 전원 회로가 평활 커패시터를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 전원 회로가 배터리를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 전원 회로가 평활 커패시터를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 10 및 도 11은 도 7의 전원 회로가 배터리를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 전원 회로가 평활 커패시터를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 15 및 도 16은 도 12의 전원 회로가 배터리를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 도 1을 참조하면, 전동 장치(1)는, 메인 컨트롤러(2), 배터리팩(10) 및 전기 부하(40)를 포함한다. 예컨대, 전동 장치(1)는 전기 자동차일 수 있고, 이 경우 메인 컨트롤러(2)를 차량 컨트롤러라고 칭할 수 있다. 후술할 모터 컨트롤러(44) 및 스위치 컨트롤러(500)는, 메인 컨트롤러(2)로부터의 명령에 응답하여 동작할 수 있다. 모터 컨트롤러(44), 스위치 컨트롤러(500) 및 메인 컨트롤러(2)는, 예컨대 CAN(controller area network)를 통해 상호 간의 통신을 수행할 수 있다. 모터 컨트롤러(44)와 스위치 컨트롤러(500) 각각은, 메인 컨트롤러(2)로부터의 기동 명령에 응답하여 활성화될 수 있다.
전기 부하(40)는, 배터리팩(10)으로부터 DC 전력을 공급하거나 배터리팩(10)에게 DC 전력을 공급하도록 구성된다. 전기 부하(40)는 평활 커패시터(41), 인버터(42), 모터(43) 및 모터 컨트롤러(44)를 포함할 수 있다. 평활 커패시터(41)는, 배터리팩(10)의 제1 팩 단자(P+)와 제2 팩 단자(P-) 사이에 병렬로 연결되어, DC 전력의 급격한 변동을 억제한다. 인버터(42)는, 배터리팩(10)으로부터 공급되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 모터(43)에게 제공한다. 모터(43)는, 인버터(42)로부터 제공되는 AC 전력을 이용하여 동작한다.
배터리팩(10)은, 배터리(20), 제1 메인 컨택터(31) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다. 배터리팩(10)은, 제2 메인 컨택터(32)를 더 포함할 수 있다.
배터리(20)는, 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 각 배터리 셀(21)은, 예컨대 리튬 이온 배터리(20)일 수 있다. 물론, 배터리 셀(21)의 종류가 리튬 이온 배터리(20)에 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 복수의 배터리 셀(21)이 배터리(20)에 포함되는 경우, 복수의 배터리 셀(21)은 직렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
제1 메인 컨택터(31)는, 배터리팩(10)와 전기 부하(40) 사이의 저전압 라인(LL)에 설치된다. 제2 메인 컨택터(32)는, 배터리팩(10)와 전기 부하(40) 사이의 고전압 (HL)에 설치된다. 제1 메인 컨택터(31)와 제2 메인 컨택터(32) 각각은, 단안정 타입 또는 쌍안정 타입일 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 메인 컨택터(31)의 일단은 배터리(20)의 양극 단자에 연결되고, 제1 메인 컨택터(31)의 타단은 전기 부하(40)에 연결될 수 있다. 제2 메인 컨택터(32)의 일단은 배터리(20)의 음극 단자에 연결되고, 제2 메인 컨택터(32)의 타단은 전기 부하(40)에 연결될 수 있다. 제1 메인 컨택터(31)와 제2 메인 컨택터(32) 각각은, 배터리 관리 시스템(100)이 출력하는 스위칭 신호에 따라, 개방 제어 상태 또는 단락 제어 상태로 제어될 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 제1 메인 컨택터(31), 제2 메인 컨택터(32) 및/또는 메인 컨트롤러(2)에 동작 가능하게 결합된다. 배터리 관리 시스템(100)은, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 온도 측정부(130), 제어부(140) 및 전원 회로(200)를 포함한다.
전압 측정부(110)는, 배터리(20)에 포함된 각 배터리 셀(21)의 단자 전압을 측정하도록 구성된다. 전압 측정부(110)는, 또한 배터리(20)의 단자 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(110)는, 배터리(20) 및/또는 배터리 셀(21)의 단자 전압을 나타내는 전압 신호를 주기적으로 또는 제어부(140)의 요청에 따라 제어부(140)에게 전송할 수 있다.
전류 측정부(120)는, 배터리팩(10)의 고전압 라인(HL) 또는 저전압 라인(LL)에 설치되어, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 전류 측정부(120)는, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 전류 신호를 주기적으로 또는 제어부(140)의 요청에 따라 제어부(140)에게 전송할 수 있다.
온도 측정부(130)는, 배터리(20)의 온도를 측정하도록 구성된다. 온도 측정부(130)는, 배터리(20)의 온도를 나타내는 온도 신호를 주기적으로 또는 제어부(140)의 요청에 따라 제어부(140)에게 전송할 수 있다.
제어부(140)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 온도 측정부(130) 및 메인 컨트롤러(2)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(140)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(140)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 스위치 컨트롤러(500)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
제어부(140)는, 전압 신호, 전류 신호 및/또는 온도 신호를 기초로, 각 배터리 셀(21)의 상태(예, State-of-Charge, State-of-Health, 과충전, 과방전, 과열 등)를 모니터링한다. 제어부(140)는, 또한 모니터링된 각 배터리 셀(21)의 상태를 나타내는 통지 신호를 메인 컨트롤러(2)에게 전송할 수 있다.
제어부(140)는, 메인 컨트롤러(2)로부터의 동작 개시 신호를 전원 회로(200)에게 전달한다. 예컨대, 메인 컨트롤러(2)는, 전동 장치(1)의 전원 버튼이 눌려지면, 동작 개시 신호를 제어부(140)에게 전송할 수 있다. 또한, 제어부(140)는, 메인 컨트롤러(2)로부터의 동작 정지 신호를 전원 회로(200)에게 전송한다. 예컨대, 메인 컨트롤러(2)는, 전동 장치(1)의 전원 버튼이 해제되면, 동작 정지 신호를 제어부(140)에게 전송할 수 있다.
전원 회로(200)는, 동작 개시 신호에 응답하여, 제1 제어 모드를 실행하도록 구성된다. 전원 회로는, 동작 중지 신호에 응답하여, 제2 제어 모드를 실행할 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 회로(200)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 전원 회로가 평활 커패시터(41)를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이고, 도 5 및 도 6은 도 2의 전원 회로가 배터리(20)를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 2를 참조하면, 전원 회로(200)는, 트랜스포머(300), 제1 스위칭 회로(410), 제2 스위칭 회로(420) 및 스위치 컨트롤러(500)를 포함한다.
트랜스포머(300)는, 제1 권선(310) 및 제2 권선(320)을 포함한다. 제2 권선(320)은, 제1 권선(310)과 자기적으로 결합된다. 제1 권선(310)으로부터 제2 권선(320)으로 에너지가 전달되는 경우, 제1 권선(310)이 1차 권선(primary winding)이 되고, 제2 권선(320)은 2차 권선(secondary winding)이 된다. 반대로, 제2 권선(320)으로부터 제1 권선(310)으로 에너지가 전달되는 경우, 제2 권선(320)이 1차측 권선이 되고, 제1 권선(310)은 2차측 권선이 된다. 제1 권선(310)의 턴수(number of turn)가 a이라고 할 때, 제2 권선(320)의 턴수는 b일 수 있다. a: b = 1: N1이고, N1은 0보다 크고 1 이하(예, 0.98)일 수 있다.
제1 스위칭 회로(410)는, 제1 스위치(S1)를 포함한다. 제1 스위치(S1)는, 제1 권선(310)에 직렬 연결된다. 제1 스위칭 회로(410)는, 배터리(20)에 병렬 연결된다. 즉, 제1 스위치(S1)는 제1 권선(310)과 함께 배터리(20)에 병렬 연결된다. 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 배터리(20)에 저장된 에너지가 제1 권선(310)으로 전달되거나 제1 권선(310)에 저장된 에너지가 배터리(20)로 전달된다.
제2 스위칭 회로(420)는, 제2 스위치(S2)를 포함한다. 제2 스위치(S2)는, 제2 권선(320)에 직렬 연결된다. 제2 스위칭 회로(420)는, 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다. 즉, 제2 스위치(S2)는 제2 권선(320)과 함께 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다. 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 제2 권선(320)에 저장된 에너지가 평활 커패시터(41)로 전달되거나 평활 커패시터(41)에 저장된 에너지가 제2 권선(320)으로 전달된다.
스위치 컨트롤러(500)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 제1 메인 컨택터(31), 제2 메인 컨택터(32), 제1 스위칭 회로(410)와 제2 스위칭 회로(420)에 포함된 각 스위치 및/또는 메인 컨트롤러(2)에 동작 가능하게 결합된다. 스위치 컨트롤러(500)는, 제어부(140)와 마찬가지로, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
스위치 컨트롤러(500)는, 제1 메인 컨택터(31), 제2 메인 컨택터(32) 및 제1 스위칭 회로(410)와 제2 스위칭 회로(420)에 포함된 각 스위치를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
스위치 컨트롤러(500)는, 상기 동작 개시 신호에 따라 제1 메인 컨택터(31)를 턴온시킨 다음, 제2 메인 컨택터(32)가 턴오프된 상태로 제1 제어 모드에 진입한다. 제1 제어 모드는, 배터리(20)의 에너지를 이용하여 평활 커패시터(41)를 프리차징하기 위한 모드이다. 스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드가 종료되면(즉, 평활 커패시터(41)가 프리차징되면), 제2 메인 컨택터(32)를 턴온시킨다.
스위치 컨트롤러(500)는, 상기 동작 중지 신호에 따라 제1 메인 컨택터(31) 및 제1 메인 컨택터(32) 중 적어도 하나를 턴오프시킨 다음, 제2 제어 모드에 진입한다. 제2 제어 모드는, 평활 커패시터(41)의 에너지를 이용하여 배터리(20)를 충전하기 위한 모드이다.
<제1 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서 제1 동작과 제2 동작을 순차적으로 실행한다. 도 3을 참조하면, 제1 동작은, 제1 스위치(S1)를 턴온시키고 제2 스위치(S2)를 턴오프시키는 동작이다. 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 배터리(20)로부터의 방전 전류(I1)가 제1 스위치(S1)와 제1 권선(310)을 통해 흐르면서 배터리(20)의 에너지가 제1 권선(310)에게 전달된다. 이에 따라, 제1 동작이 개시된 때부터 제2 동작이 개시될 때까지 제1 권선(310)에 에너지가 축적된다. 도 4를 참조하면, 제2 동작은, 제1 스위치(S1)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2)를 턴온시키는 동작이다. 제1 동작에 의해 제1 권선(310)에 에너지가 축적된 상태에서 제1 스위치(S1)가 턴오프되고 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 제1 권선(310)에 축적된 에너지가 제1 권선(310)에 자기적으로 결합된 제2 권선(320)으로 전달된다. 이에 따라, 점차적으로 감소하는 전류(I2)가 제2 스위치(S2), 제2 권선(320)과 평활 커패시터(41)를 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)가 프리차징된다.
제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 펄스 신호(예, PWM 신호)가 하이 상태(예, 3V)를 가질 때에 턴온되고 로우 상태(예, 0V)를 가질 때에 턴오프되는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)일 수 있다. 스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)에게 소정 듀티비의 제1 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)에게 제1 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제2 펄스 신호를 출력함으로써, 제1 동작과 제2 동작을 구현할 수 있다. 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 온 기간이 된다. 제1 동작과 제2 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
<제2 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서 제3 동작과 제4 동작을 순차적으로 실행한다. 도 5를 참조하면, 제3 동작은, 제1 스위치(S1)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2)를 턴온시키는 동작이다. 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 평활 커패시터(41)로부터의 방전 전류(I3)가 제2 스위치(S2)와 제2 권선(320)을 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)의 에너지가 제2 권선(320)에게 전달된다. 제3 동작이 개시된 때부터 제4 동작이 개시될 때까지 제2 권선(320)에 에너지가 축적된다.
도 6을 참조하면, 제4 동작은, 제2 스위치(S2)를 턴오프시키고 제1 스위치(S1)를 턴온시키는 동작이다. 제2 권선(320)에 에너지가 축적된 상태에서 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 제2 권선(320)에 축적된 에너지가 제2 권선(320)에 자기적으로 결합된 제1 권선(310)으로 전달된다. 이에 따라, 점차적으로 감소하는 전류(I4)가 제1 스위치(S1), 제1 권선(310)과 배터리(20)를 통해 흐르면서 배터리(20)가 충전된다.
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)에게 소정 듀티비의 제3 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)에게 제3 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제4 펄스 신호를 출력함으로써, 제3 동작과 제4 동작을 구현할 수 있다. 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 온 기간이 된다. 제3 동작과 제4 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 8 및 도 9는 도 7의 전원 회로가 평활 커패시터(41)를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이고, 도 10 및 도 11은 도 7의 전원 회로가 배터리(20)를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 7을 참조하면, 전원 회로(200)는, 트랜스포머(300), 제1 스위칭 회로(410), 제2 스위칭 회로(420) 및 스위치 컨트롤러(500)를 포함한다.
트랜스포머(300)는, 제1 권선(310), 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)을 포함한다. 제2 권선(320)은, 제1 권선(310)에 직렬 연결된다. 제2 권선(320)은, 제1 권선(310) 및 제3 권선(330)과 자기적으로 결합된다. 제1 권선(310)과 제3 권선(330) 중 적어도 하나으로부터 제2 권선(320)으로 에너지가 전달되는 경우, 제1 권선(310)과 제3 권선(330)이 1차 권선이 되고, 제2 권선(320)은 2차 권선이 된다. 반대로, 제2 권선(320)으로부터 제1 권선(310)과 제3 권선(330) 중 적어도 하나로 에너지가 전달되는 경우, 제2 권선(320)이 1차측 권선이 되고, 제1 권선(310)과 제3 권선(330)은 2차측 권선이 된다. 제1 권선(310)의 턴수가 a이고, 제2 권선(320)의 턴수는 b일 수 있다. 이 경우, a : b = 1 : N1이고, N1은 0보다 크고 1 이하(예, 0.98)일 수 있다. 제3 권선(330)의 턴수는 c일 수 있다. 이 경우, c : b = 1 : N2이고, N2은 0보다 크고 1 이하일 수 있다.
제1 스위칭 회로(410)는, 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 포함한다. 제1 스위치(S1)는, 제1 권선(310)에 직렬 연결된다. 제3 스위치(S3)는, 제3 권선(330)에 직렬 연결된다. 제4 스위치(S4)는, 제3 권선(330)과 제3 스위치(S3)에 병렬 연결된다. 제1 스위칭 회로(410)는, 배터리(20)에 병렬 연결된다.
제2 스위칭 회로(420)는, 제2 스위치(S2)를 포함한다. 제2 스위치(S2)는, 제2 권선(320)에 직렬 연결된다. 제2 스위칭 회로(420)는, 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다. 즉, 제2 스위치(S2)는 제2 권선(320)과 함께 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다. 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 제2 권선(320)에 저장된 에너지가 평활 커패시터(41)로 전달되거나 평활 커패시터(41)에 저장된 에너지가 제2 권선(320)으로 전달된다.
<제1 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서 제1 동작과 제2 동작을 순차적으로 실행한다. 도 8을 참조하면, 제1 동작은, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)를 턴온시키고 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)를 턴오프시키는 동작이다. 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 턴온되면, 배터리(20)로부터의 방전 전류(I11)가 제1 스위치(S1), 제4 스위치(S4)와 제1 권선(310)을 통해 흐르면서 배터리(20)의 에너지가 제1 권선(310)에게 전달된다. 이에 따라, 제1 동작이 개시된 때부터 제2 동작이 개시되는 때까지 제1 권선(310)에 에너지가 축적된다.
도 9를 참조하면, 제2 동작은, 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2)를 턴온시키는 동작이다. 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 턴오프되고 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 제1 권선(310)에 축적된 에너지가 제1 권선(310)에 자기적으로 결합된 제2 권선(320)으로 전달된다. 이에 따라, 전류(I2)가 제2 스위치(S2), 제2 권선(320)과 평활 커패시터(41)를 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)가 프리차징된다.
제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)는, 제1 스위치(S1)와 마찬가지로, 펄스 신호가 하이 상태(예, 3V)를 가질 때에 턴온되고 로우 상태(예, 0V)를 가질 때에 턴오프되는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)에게 소정 듀티비의 제1 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)에게 제1 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제2 펄스 신호를 출력함으로써, 제1 동작과 제2 동작을 구현할 수 있다. 제3 스위치(S3)는, 제1 제어 모드에서, 턴오프 상태로 유지될 수 있다. 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 온 기간이 된다. 제1 동작과 제2 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
<제2 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서 제3 동작과 제4 동작을 순차적으로 실행한다. 도 10을 참조하면, 제3 동작은, 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2)를 턴온시키는 동작이다. 제2 스위치(S2)가 턴온되면, 평활 커패시터(41)로부터의 방전 전류(I13)가 제2 스위치(S2)와 제2 권선(320)을 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)의 에너지가 제2 권선(320)에게 전달된다. 이에 따라, 제3 동작이 개시된 때부터 제4 동작이 개시되는 때까지 제2 권선(320)에 에너지가 축적된다.
도 11을 참조하면, 제4 동작은, 제2 스위치(S2)와 제4 스위치(S4)를 턴오프시키고 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 턴온시키는 동작이다. 제2 스위치(S2)와 제4 스위치(S4)가 턴오프되고 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)가 턴온되면, 제2 권선(320)에 축적된 에너지가 제2 권선(320)에 자기적으로 결합된 제1 권선(310)와 제3 권선(330)으로 전달된다. 이에 따라, 점차적으로 감소하는 전류가 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3), 제1 권선(310), 제3 권선(330) 배터리(20)를 통해 흐르면서 배터리(20)가 충전된다.
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)에게 소정 듀티비의 제3 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)에게 제3 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제4 펄스 신호를 출력함으로써, 제3 동작과 제4 동작을 구현할 수 있다. 제4 스위치(S4)는, 제2 제어 모드에서, 턴오프 상태로 유지될 수 있다. 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)의 스위칭 온 기간이 된다. 제3 동작과 제4 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 회로의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 13 및 도 14는 도 12의 전원 회로가 평활 커패시터(41)를 프리차징하는 제1 제어 모드와 관련된 제1 동작과 제2 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이고, 도 15 및 도 16은 도 12의 전원 회로가 배터리(20)를 충전하는 제2 제어 모드와 관련된 제3 동작과 제4 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 12를 참조하면, 전원 회로(200)는, 트랜스포머(300), 제1 스위칭 회로(410), 제2 스위칭 회로(420) 및 스위치 컨트롤러(500)를 포함한다.
트랜스포머(300)는, 제1 권선(310), 제2 권선(320) 및 제4 권선(340)을 포함한다. 제4 권선(340)은, 제2 권선(320)에 직렬 연결된다. 제2 권선(320)과 제4 권선(340)은, 제1 권선(310)과 자기적으로 결합된다. 제1 권선(310)으로부터 제2 권선(320) 및 제4 권선(340) 중 적어도 하나로 에너지가 전달되는 경우, 제1 권선(310)이 1차 권선(primary winding)이 되고, 제2 권선(320)과 제4 권선(340)은 2차 권선(secondary winding)이 된다. 반대로, 제2 권선(320) 및 제4 권선(340) 중 적어도 하나로부터 제1 권선(310)으로 에너지가 전달되는 경우, 제2 권선(320)과 제4 권선(340)이 1차측 권선이 되고, 제1 권선(310)은 2차측 권선이 된다. 제1 권선(310)의 턴수가 a이고, 제2 권선(320)의 턴수는 b이고, 제4 권선(340)의 턴수는 d이다. 이 경우, a : (b+d) = 1 : N3이고, N3은 0보다 크고 1 이하일 수 있다.
제1 스위칭 회로(410)는, 제1 스위치(S1)를 포함한다. 제1 스위치(S1)는, 제1 권선(310)에 직렬 연결된다. 제1 스위칭 회로(410)는, 배터리(20)에 병렬 연결된다. 즉, 제1 스위치(S1)는 제1 권선(310)과 함께 배터리(20)에 병렬 연결된다. 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 배터리(20)에 저장된 에너지가 제1 권선(310)으로 전달되거나 제1 권선(310)에 저장된 에너지가 배터리(20)로 전달된다.
제2 스위칭 회로(420)는, 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)를 포함한다. 제2 스위치(S2)는, 제2 권선(320)에 직렬 연결된다. 제5 스위치(S5)는, 제4 권선(340)에 직렬 연결된다. 제6 스위치(S6)는, 제4 권선(340)과 제5 스위치(S5)에 병렬 연결된다. 제2 스위칭 회로(420)는, 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다. 즉, 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)는 제2 권선(320)과 함께 평활 커패시터(41)에 병렬 연결된다.
<제1 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서 제1 동작과 제2 동작을 순차적으로 실행한다. 도 13을 참조하면, 제1 동작은, 제1 스위치(S1)를 턴온시키고 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)를 턴오프시키는 동작이다. 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 배터리(20)로부터의 방전 전류(I21)가 제1 스위치(S1)와 제1 권선(310)을 통해 흐르면서 배터리(20)의 에너지가 제1 권선(310)에게 전달된다. 이에 따라, 제1 동작이 개시된 때부터 제2 동작이 개시되는 때까지 제1 권선(310)에 에너지가 축적된다.
도 14를 참조하면, 제2 동작은, 제1 스위치(S1)와 제6 스위치(S6)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2)와 제5 스위치(S5)를 턴온시키는 동작이다. 제1 스위치(S1)와 제6 스위치(S6)가 턴오프되고 제2 스위치(S2)와 제5 스위치(S5)가 턴온되면, 제1 권선(310)에 축적된 에너지가 제1 권선(310)에 자기적으로 결합된 제2 권선(320)과 제4 권선(340)으로 전달된다. 이에 따라, 전류(I22)가 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5), 제2 권선(320), 제4 권선(340)과 평활 커패시터(41)를 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)가 프리차징된다.
제5 스위치(S5)와 제6 스위치(S6)는, 제1 스위치(S1)와 마찬가지로, 펄스 신호가 하이 상태(예, 3V)를 가질 때에 턴온되고 로우 상태(예, 0V)를 가질 때에 턴오프되는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 스위치 컨트롤러(500)는, 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)에게 소정 듀티비의 제1 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)와 제5 스위치(S5)에게 제1 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제2 펄스 신호를 출력함으로써, 제1 동작과 제2 동작을 구현할 수 있다. 제6 스위치(S6)는, 제1 제어 모드에서, 턴오프 상태로 유지될 수 있다. 제1 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)와 제5 스위치(S5)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)와 제5 스위치(S5)의 스위칭 온 기간이 된다. 제1 동작과 제2 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
<제2 제어 모드>
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서 제3 동작과 제4 동작을 순차적으로 실행한다. 도 15를 참조하면, 제3 동작은, 제1 스위치(S1) 및 제5 스위치(S5)를 턴오프시키고 제2 스위치(S2) 및 제6 스위치(S6)를 턴온시키는 동작이다. 제2 스위치(S2)와 제6 스위치(S6)가 턴온되면, 평활 커패시터(41)로부터의 방전 전류(I23)가 제2 스위치(S2), 제6 스위치(S6)와 제2 권선(320)을 통해 흐르면서 평활 커패시터(41)의 에너지가 제2 권선(320)에게 전달된다. 이에 따라, 제3 동작이 개시된 때부터 제4 동작이 개시되는 때까지 제2 권선(320)에 에너지가 축적된다.
도 16을 참조하면, 제4 동작은, 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)를 턴오프시키고 제1 스위치(S1)를 턴온시키는 동작이다. 제2 스위치(S2), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)가 턴오프되고 제1 스위치(S1)가 턴온되면, 제2 권선(320)에 축적된 에너지가 제2 권선(320)에 자기적으로 결합된 제1 권선(310)으로 전달된다. 이에 따라, 전류(I24)가 제1 스위치(S1), 제1 권선(310)과 배터리(20)를 통해 흐르면서 배터리(20)가 충전된다.
스위치 컨트롤러(500)는, 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)에게 소정 듀티비의 제3 펄스 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2) 및 제6 스위치(S6)에게 제3 펄스 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 제4 펄스 신호를 출력함으로써, 제3 동작과 제4 동작을 구현할 수 있다. 제5 스위치(S5)는, 제2 제어 모드에서, 턴오프 상태로 유지될 수 있다. 제2 제어 모드에서, 제1 스위치(S1)의 스위칭 온 기간은 제2 스위치(S2)와 제6 스위치(S6)의 스위칭 오프 기간이 되고, 제1 스위치(S1)의 스위칭 오프 기간은 제2 스위치(S2)와 제6 스위치(S6)의 스위칭 온 기간이 된다. 제3 동작과 제4 동작은 한 세트를 구성하여, 미리 정해진 횟수 반복될 수 있다.
도 2 내지 도 16을 참조하여 전술한 스위치 컨트롤러(500)의 기능은 제어부(140)가 대신할 수도 있으며, 이 경우 전원 회로(200)는 스위치 컨트롤러(500) 대신 제어부(140)를 포함할 수 있다.
제어부(140)는, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드에서 전류 센서(120)에 의해 측정되는 전류를 기초로, 배터리(20)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 이에 따라, 팩 단자들(P+, P-)을 통해 전류가 흐르지 않더라도, 배터리(20)와 평활 커패시터(41) 중 어느 하나로부터 다른 하나로 에너지가 전달되는 동안에 배터리(20)를 통해 흐르는 전류(I1, I2, I3, I4, I11, I12, I13, I14, I21, I22, I23, I24)에 의해 변화되는 배터리(20)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 전동 장치
10: 배터리팩
20: 배터리
31: 제1 메인 컨택터
32: 제2 메인 컨택터
40: 전기 부하
100: 배터리 관리 시스템
200: 전원 회로
300: 트랜스포머
410: 제1 스위칭 회로
420: 제2 스위칭 회로
500: 스위치 컨트롤러

Claims (13)

  1. 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로에 있어서,
    제1 권선; 및 상기 제1 권선과 자기적으로 결합되는 제2 권선;을 포함하는 트랜스포머;
    상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제1 스위치;를 포함하고, 상기 제1 권선과 함께 상기 배터리에 병렬 연결되는 제1 스위칭 회로;
    상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제2 스위치;를 포함하고, 상기 제2 권선과 함께 상기 평활 커패시터에 병렬 연결되는 제2 스위칭 회로; 및
    상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로에 포함된 각 스위치를 독립적으로 제어하도록 구성된 스위치 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 배터리의 에너지를 이용하여 상기 평활 커패시터를 프리차징하기 위한 제1 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제1 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제2 동작을 실행하고,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 평활 커패시터의 에너지를 이용하여 상기 배터리를 충전하기 위한 제2 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제3 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제4 동작을 실행하며,
    상기 트랜스포머는,
    상기 제2 권선과 자기적으로 결합되고, 상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제3 권선;을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 회로는,
    상기 제3 권선에 직렬 연결되는 제3 스위치; 및
    상기 제3 권선과 상기 제3 스위치에 병렬 연결되는 제4 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권선에 대한 상기 제2 권선의 권선비는 0보다 크고 1 이하인, 전원 회로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 권선에 대한 상기 제2 권선의 권선비는 0보다 크고 1 이하인, 전원 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 제1 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴온시키며,
    상기 제2 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시키는, 전원 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 제3 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴오프시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시키며,
    상기 제4 동작을 실행 시, 상기 제3 스위치를 턴온시키고, 상기 제4 스위치를 턴오프시키는, 전원 회로.
  8. 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로에 있어서,
    제1 권선; 및 상기 제1 권선과 자기적으로 결합되는 제2 권선;을 포함하는 트랜스포머;
    상기 제1 권선에 직렬 연결되는 제1 스위치;를 포함하고, 상기 제1 권선과 함께 상기 배터리에 병렬 연결되는 제1 스위칭 회로;
    상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제2 스위치;를 포함하고, 상기 제2 권선과 함께 상기 평활 커패시터에 병렬 연결되는 제2 스위칭 회로; 및
    상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로에 포함된 각 스위치를 독립적으로 제어하도록 구성된 스위치 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 배터리의 에너지를 이용하여 상기 평활 커패시터를 프리차징하기 위한 제1 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제1 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제2 동작을 실행하고,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 평활 커패시터의 에너지를 이용하여 상기 배터리를 충전하기 위한 제2 제어 모드에서, 상기 제1 스위치를 턴오프시키고 상기 제2 스위치를 턴온시키는 제3 동작을 실행한 다음, 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키는 제4 동작을 실행하며,
    상기 트랜스포머는,
    상기 제1 권선과 자기적으로 결합되고, 상기 제2 권선에 직렬 연결되는 제4 권선;을 더 포함하고,
    상기 제2 스위칭 회로는,
    상기 제4 권선에 직렬 연결되는 제5 스위치; 및
    상기 제4 권선과 상기 제5 스위치에 병렬 연결되는 제6 스위치를 더 포함하는, 전원 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 제1 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시키며,
    상기 제2 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴온시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시키는, 전원 회로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스위치 컨트롤러는,
    상기 제3 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴온시키며,
    상기 제4 동작을 실행 시, 상기 제5 스위치를 턴오프시키고, 상기 제6 스위치를 턴오프시키는, 전원 회로.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로에 포함된 각 스위치는, 전계 효과 트랜지스터인, 전원 회로.
  12. 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전원 회로;
    를 포함하는, 배터리 관리 시스템.
  13. 제12항에 따른 배터리 관리 시스템;
    을 포함하는, 배터리팩.
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