KR102471002B1 - 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법 - Google Patents

차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102471002B1
KR102471002B1 KR1020170155134A KR20170155134A KR102471002B1 KR 102471002 B1 KR102471002 B1 KR 102471002B1 KR 1020170155134 A KR1020170155134 A KR 1020170155134A KR 20170155134 A KR20170155134 A KR 20170155134A KR 102471002 B1 KR102471002 B1 KR 102471002B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
sensed
sensed temperature
sensing
predicted
Prior art date
Application number
KR1020170155134A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190057788A (ko
Inventor
윤길영
빈승현
이상규
전재화
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170155134A priority Critical patent/KR102471002B1/ko
Publication of KR20190057788A publication Critical patent/KR20190057788A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102471002B1 publication Critical patent/KR102471002B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods 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
    • B60L53/24Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0038Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/52Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/525Temperature of converter or components thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30Sensors
    • B60Y2400/302Temperature sensors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

실시 예에 의하면, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 신호를 직류로 변환하여 차량용 배터리에 충전시키는 차량용 충전 장치는, 교류 신호를 필터링하고, 필터링된 결과를 출력하는 입력 필터와, 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 출력하는 정류부와, 제1 직류 신호를 이용하여 차량용 충전 장치의 역률을 보상하고, 역률 보상된 결과를 제2 직류 신호로서 출력하는 역률 보상부와, 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 배터리로 출력하는 레벨 변환부와, 정류부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 출력하는 제1 온도 감지부와, 레벨 변환부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 출력하는 제2 온도 감지부 및 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나에 응답하여 역률 보상부 또는 레벨 변환부 중 적어도 하나를 제어하여, 배터리에 충전되는 전력량을 조정하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법{Charging apparatus for vehicle, and method for controlling charging thereof}
실시 예는 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법에 관한 것이다.
친환경 자동차는 완속 충전될 수도 있고, 급속 충전될 수도 있다. 통상적으로 급속 충전은 직류(DC) 전원을 이용하고, 완속 충전은 교류(AC) 전원을 이용한다.
친환경 자동차는 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-In HEV), 전기 자동차, 연료전지 자동차 등이 있다. 이 중에서, 플러그인 하이브리드 자동차와 전기 자동차 등의 사용자는 가정용 전원을 사용하여 자동차에서 요구되는 전원을 충전시킬 수 있다. 이를 위해, 위의 두 차량에는 차량 탑재형 완속 충전기(OBC:On-Board Battery Charger)가 탑재되어 있다.
도 1은 일반적인 전기 차량의 개략적인 블럭도로서, 냉각수 저장부(10), 팬(fan)(20), 모터(moter)(30), OBC(40), 전력 제어부(50), 워터 펌프(60) 및 냉각 유로(70)로 이루어진다.
냉각수 저장부(10)는 냉각수를 저장(또는, 수용)하는 역할을 수행하는 일종의 냉각수 탱크(또는, 리저버 탱크)일 수 있다.
워터 펌프(60)는 냉각수 저장부(10)에 저장된 냉각수를 냉각 유로(70)를 따라 순환시키는 일종의 전기워터펌프(EWP:Electric Water Pump)일 수 있다.
전력 제어부(50)는 전자식 파워 제어기(EPCU: Electronic Power Control Unit)의 일종으로 배터리 관리 시스템(BMS), 모터(30)를 제어하는 모터 제어기(MCU), 이러한 제어기들을 제어하는 상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU) 등에 해당할 수 있다.
OBC(40)는 차량의 배터리에 전력을 충전시키는 역할을 수행한다. 팬(20)은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터 팬(Radiator fan)일 수 있다.
도 1에 도시된 화살표 방향(A)으로 냉각수가 순환하여 OBC(40)가 정상적으로 냉각되는 경우, OBC(40)에 포함된 각종 소자 예를 들어, 다이오드(미도시)나 트랜지스터(미도시)의 작동 온도가 제한 온도보다 낮아 충전이 수행될 수 있다.
그러나, 냉각수가 부족하거나 냉각이 정상적으로 수행되지 않을 경우, 다이오드나 트랜지스터의 온도가 증가하여 소자가 소손될 가능성이 있으므로, OBC(40)의 충전 동작이 불가능해진다. 또한, 기존의 차량은 냉각수 부족이나 비정상적인 냉각을 감지할 능력이 없으므로, 다이오드의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(미도시) 및 트랜지스터의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(미도시)를 이용하여 충전 동작의 수행 여부를 결정한다.
만일, 접합 불량 또는 오작동과 같은 원인으로 제1 또는 제2 온도 감지부 중 하나라도 이상이 발생할 경우, OBC(40)는 충전 동작을 멈추기 때문에, 이로부터 사용자의 불만이 초래될 수 있다.
실시 예는 복수의 온도 감지부 중 일부의 고장에도 불구하고 배터리에 전력을 충전하는 동작을 지속적으로 수행할 수 있는 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법을 제공한다.
일 실시 예에 의하면, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 신호를 직류로 변환하여 차량용 배터리에 충전시키는 차량용 충전 장치는, 상기 교류 신호를 필터링하고, 필터링된 결과를 출력하는 입력 필터; 상기 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 출력하는 정류부; 상기 제1 직류 신호를 이용하여 상기 차량용 충전 장치의 역률을 보상하고, 역률 보상된 결과를 제2 직류 신호로서 출력하는 역률 보상부; 상기 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 상기 배터리로 출력하는 레벨 변환부; 상기 정류부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 출력하는 제1 온도 감지부; 상기 레벨 변환부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 출력하는 제2 온도 감지부; 및 상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나에 응답하여 상기 역률 보상부 또는 상기 레벨 변환부 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 배터리에 충전되는 전력량을 조정하는 제어부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 정류부는 상기 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 출력하는 적어도 하나의 다이오드를 포함하고, 상기 제1 감지 온도는 상기 다이오드의 온도를 감지한 결과에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 레벨 변환부는 상기 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 상기 배터리로 출력하는 복수의 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 감지 온도는 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나의 온도를 감지한 결과에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 제1 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제2 감지 온도로부터 상기 제1 감지 온도를 예측하고, 상기 예측된 제1 감지 온도 및 상기 제2 감지 온도에 의해 상기 전력량을 조정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 제1 감지 온도를 다음과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00001
여기서, ET1은 상기 예측된 제1 감지 온도를 나타내고, T2는 상기 제2 감지 온도를 나타내고, a는 소정의 최대 온도 편차를 나타낸다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 제2 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제1 감지 온도로부터 상기 제2 감지 온도를 예측하고, 상기 제1 감지 온도 및 상기 예측된 제2 감지 온도에 의해 상기 전력량을 조정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 제2 감지 온도를 다음과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00002
여기서, ET2는 상기 예측된 제2 감지 온도를 나타내고, T1은 상기 제1 감지 온도를 나타내고, b는 소정의 최소 온도 편차를 나타낸다.
예를 들어, 상기 소정의 최소 온도 편차는 상기 레벨 변환부에 흐르는 전류별로 사전에 구해질 수 있다.
예를 들어, 상기 전류별 상기 소정의 최소 온도 편차는 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00003
여기서, h와 c는 소정의 계수를 나타내며, I는 상기 전류를 나타낸다.
예를 들어, 상기 h는 20/13이고, c는 -140/13일 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 상기 역률 보상부 또는 상기 레벨 변환부 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 감소시킬 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 상기 차량용 충전 장치에서 수행되는 충전 제어 방법은, 상기 제1 및 제2 온도 감지부의 이상 여부를 체크하는 단계; 상기 제1 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제2 감지 온도를 이용하여 상기 제1 감지 온도를 예측하는 단계; 상기 예측된 제1 감지 온도 및 상기 제2 감지 온도를 이용하여 상기 전력량을 조정하는 단계; 상기 제2 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제1 감지 온도를 이용하여 상기 제2 감지 온도를 예측하는 단계; 및 상기 제1 감지 온도 및 상기 예측된 제2 감지 온도를 이용하여 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 조정하는 단계를 포함 할 수 있다.
예를 들어, 상기 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법은, 상기 제1 및 제2 온도 감지부에 모두 이상 발생시, 상기 배터리로의 충전 동작을 중지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 감지 온도를 다음과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00004
여기서, ET1은 상기 예측된 제1 감지 온도를 나타내고, T2는 상기 제2 감지 온도를 나타내고, a는 소정의 최대 온도 편차를 나타낸다.
예를 들어, 상기 제2 감지 온도를 다음과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00005
여기서, ET2는 상기 예측된 제2 감지 온도를 나타내고, T1은 상기 제1 감지 온도를 나타내고, b는 소정의 최소 온도 편차를 나타낸다.
예를 들어, 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법은, 상기 레벨 변환부에 흐르는 전류별로 상기 소정의 최소 온도 편차를 사전에 구하는 단계를 더포함 할 수 있다.
예를 들어, 상기 전류별 상기 소정의 최소 온도 편차는 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00006
여기서, h와 c는 소정의 계수를 나타내며, I는 상기 전류를 나타낸다.
예를 들어, 상기 h는 20/13이고, c는 -140/13일 수 있다.
인 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
예를 들어, 상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 감소시킬 수 있다.
실시 예에 따른 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법은 복수의 온도 감지부 중에서 일부에 이상이 있더라도 지속적으로 배터리에 전력을 충전시킬 수 있고, 다이오드나 FET와 같은 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있고, 이를 위한 별도의 하드웨어를 요구하지 않는다.
도 1은 일반적인 전기 차량의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 실시 예에 의한 차량용 충전 장치의 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 충전 장치의 일 실시 예의 회로도를 나타낸다.
도 4는 저전력 완속 충전시 비냉각 조건에서 다이오드와 FET의 온도 특성을 각각 보이는 그래프이다.
도 5는 완속 충전 시 비냉각 조건에서 다이오드와 FET의 전류 특성을 보이는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 차량용 충전 장치가 정상적으로 냉각될 때, 7.2 ㎾에서 상온 및 고온 악 조건 각각에서 충전 시에 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시 예에 의한 전류별 소정의 최소 온도 편차의 그래프이다.
도 8은 실시 예에 의한 충전 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 차량용 충전 장치(100)의 구성 및 동작을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 2는 실시 예에 의한 차량용 충전 장치(100)의 블럭도이다.
도 2에 도시된 차량용 충전 장치(100)는 교류 전원(10)과 차량용 배터리(battery)(20) 사이에 연결되어, 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 신호를 직류로 변환하여 배터리(20)에 충전시키는 역할을 한다.
차량용 충전 장치(100)는 일종의 차량 탑재형 완속 충전기(OBC:On-Board Battery Charger)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 배터리(20)는 차량에 구동 전력을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.
교류 전원(10)은 차량 외부의 전원으로서, 가정용 전원일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
차량용 충전 장치(100)는 입력 필터(110), 정류부(120), 역률 보상부(PFC:Power factor corrector)(130), 레벨 변환부(140), 제어부(150), 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)를 포함할 수 있다.
입력 필터(110)는 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 신호(예를 들어, 교류 전압)를 필터링하고, 필터링된 결과를 정류부(120)로 출력한다. 입력 필터(110)에서 교류 신호를 필터링함으로 인해, 교류 신호에 포함된 전도성 잡음과 방사성 잡음이 제거되거나 감소될 수 있다.
스위칭을 통해 교류 전력을 직류로 변환하는 컨버터의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 필터(110)를 포함할 수 있다. 이때, 도 2의 경우 입력 필터(110)가 차량용 충전 장치(100)의 입력측에 배치된 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 입력 필터(110)는 차량용 충전 장치(100)의 출력측에 배치될 수도 있다.
정류부(120)는 입력 필터(110)에서 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 역률 보상부(130)로 출력한다.
역률 보상부(130)는 전원의 역률을 보상하는 역할을 수행하고 부스팅을 수행할 수 있다. 즉, 역률 보상부(130)는 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸는 과정에서 생기는 전력 손실을 줄이는 역할을 수행한다. 따라서, 차량용 충전 장치(100)의 입력 전압/전류의 역률이 역률 보상부(130)에 의해 보상될 수 있다. 이를 위해, 역률 보상부(130)는 제어부(150)의 제어 하에 전술한 동작을 수행하거나 동작의 수행을 멈출 수 있다.
즉, 역률 보상부(130)는 정류부(120)로부터 출력되는 제1 직류 신호를 이용하여 차량용 충전 장치(100)의 역률을 보상하고, 역률 보상된 결과를 제2 직류 신호로서 레벨 변환부(140)로 출력한다.
레벨 변환부(140)는 역률 보상부(130)의 출력단과 배터리(20)의 입력단 사이에 연결되며, 제어부(150)의 제어 하에, 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 배터리(20)로 출력한다. 즉, 레벨 변환부(140)는 역률 보상부(130)로부터 출력되는 제2 직류 신호를 배터리(20)의 충전을 위한 제3 직류 신호로 승압 또는 전압 강하시킬 수 있다.
제1 온도 감지부(162)는 정류부(120)의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 제어부(150)로 출력할 수 있다. 또한, 제2 온도 감지부(164)는 레벨 변환부(140)의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 제어부(150)로 출력할 수 있다.
제어부(150)는 역률 보상부(130) 및 레벨 변환부(140)를 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 역률 보상부(130) 및 레벨 변환부(140) 각각이 전술한 자신들의 기능을 수행하기 위해 펄스 폭 변조(PWM:Pulse Width Modulation) 구동 회로(미도시)로 구현될 경우, 제어부(150)는 PWM 방식의 게이트 신호를 이용하여 역률 보상부(130) 및 레벨 변환부(140)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 역률 보상부(130)의 동작 여부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 역률 보상부(130)로 제공되는 전류(또는, 전압)를 차단함으로써, 제어부(150)는 역률 보상부(130)의 동작을 중지시킬 수 있다. 이와 같은 방식으로, 제어부(150)는 레벨 변환부(140)의 동작 여부를 결정할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 제1 온도 감지부(162)의 출력인 제1 감지 온도 또는 제2 온도 감지부(164)의 출력인 제2 감지 온도 중 적어도 하나에 응답하여 역률 보상부(130) 또는 레벨 변환부(140) 중 적어도 하나를 제어하여, 배터리(20)에 충전되는 전력량을 조정할 수 있다. 여기서, 전력량을 조절한다는 것은 배터리(20)로의 전력의 충전을 중단할 수 있음도 포함한다. 즉, 전력량이 ‘0’라는 것은 배터리(20)로의 전력의 충전이 중단됨을 의미한다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 충전 장치(100)의 일 실시 예(100A)의 회로도를 나타낸다.
도 3에 도시된 교류 전원(10A), 차량용 충전 장치(100A) 및 배터리(20A)는 도 2에 도시된 교류 전원(10), 차량용 충전 장치(100) 및 배터리(20) 각각의 실시 에에 해당한다. 또한, 도 3에 도시된 입력 필터(110A), 정류부(120A), 역률 보상부(130A) 및 레벨 변환부(140A)는 도 2에 도시된 입력 필터(110), 정류부(120), 역률 보상부(130) 및 레벨 변환부(140) 각각의 실시 예에 해당하므로, 각 소자(110A, 120A, 130A, 140A)의 기능 등 도 2에 도시된 차량용 충전 장치(100)에 대한 전술한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 정류부(120A), 역률 보상부(130A) 및 레벨 변환부(140A) 각각의 회로는 이해를 돕기 위한 일 례에 불과하며, 실시 예는 이러한 예시적인 회로 구성에 국한되지 않는다.
교류 전원(10A)은 예를 들어, 110 볼트 또는 220 볼트의 교류 전압을 공급할 수 있다.
입력 필터(110A)는 EMI(Electro-Magnetic Interference) 필터(Filter)일 수 있으며, 인덕터(미도시) 또는 커패시터(미도시) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
정류부(120A)는 다이오드(diode) 및 커패시터(Cin)를 포함하여 구현될 수 있으며, 예를 들어, 풀-브리지 다이오드(Full-Bridge Diodes)(D1, D2, D3, D4)를 포함하는 전파 정류 회로로 구현될 수 있다. 제1 온도 감지부(162)는 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4) 중에서 적어도 하나의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 감지부(162)는 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4) 중에서 온도 변화에 가장 취약한 다이오드(예를 들어, D4)의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 출력할 수 있다.
역률 보상부(130A)는 내부의 정합 회로를 이용하여, 교류 전원의 전압과 전류의 위상차이를 제거하여 송전 효율을 높일 수 있다. 이를 위해, 정합 회로는 인덕터(LPFC), 다이오드(D0), 트랜지스터(S0) 및 커패시터(CDClink)를 포함할 수 있다. 여기서, 트랜지스터(S0)는 전계 효과 트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)일 수 있다.
레벨 변환부(140A)는 풀 브리지(Full Bridge) 또는 하프 브리지(Half Bridge) 방식의 스위칭 회로를 채용한 절연형 DC-DC 컨버터로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 레벨 변환부(140A)는 도시된 바와 같이 공진형일 수 있다. 예를 들어, 레벨 변환부(140A) 복수의 트랜지스터(S1, S2, S3, S4)를 포함할 수 있다. 여기서, 트랜지스터(S1, S2, S3, S4) 각각은 전계 효과 트랜지스터(FET)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제2 온도 감지부(164)는 복수의 트랜지스터(S1, S2, S3, S4) 중에서 적어도 하나의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 온도 감지부(164)는 복수의 트랜지스터(S1, S2, S3, S4) 중에서 온도 변화에 가장 취약한 트랜지스터(예를 들어, S2)의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 가장 취약한 트랜지스터란, 접합면의 온도가 가장 낮은 트랜지스터를 의미할 수 있으나, 실시 예는 트랜지스터의 취약한 특정한 형태에 국한되지 않는다.
또한, 레벨 변환부(140A)는 고주파 트랜스포머(HFTR:High Frequency Transformer)(142), 전파 정류 회로, 커패시터(CO) 및 인덕터(LO)를 더 포함할 수 있다. 고주파 트랜스포머는 변압기와 인덕터(Lr, LIC2) 및 커패시터(Cr)를 포함하고, 풀-브리지 다이오드는 복수의 다이오드(D5, D6, D7, D8)를 포함할 수 있다.
만일, 제1 온도 감지부(162)에 이상이 발생하고 제2 온도 감지부(164)가 정상적으로 동작할 때, 제1 감지 온도가 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되지 않는다. 이 경우, 제어부(150)는 제2 온도 감지부(164)로부터 출력되는 제2 감지 온도로부터 제1 감지 온도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제1 감지 온도를 다음 수학식 1과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00007
여기서, ET1은 제어부(150)에서 예측된 제1 감지 온도를 나타내고, T2는 제2 온도 감지부(164)로부터 출력되는 제2 감지 온도를 나타내고, a는 소정의 최대 온도 편차[또는, 최악(worst case)의 온도차]를 나타낸다.
이 경우, 비록 제1 온도 감지부(162)로부터 제1 감지 온도가 출력되지 않더라도, 제어부(150)는 예측된 제1 감지 온도 및 제2 감지 온도를 이용하여, 배터리(20)에 충전되는 전력의 량을 조정할 수 있다.
또는, 제2 온도 감지부(164)에 이상이 발생하고 제1 온도 감지부(162)가 정상적으로 동작할 때, 제2 감지 온도가 제2 온도 감지부(164)로부터 출력되지 않는다. 이 경우, 제어부(150)는 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도로부터 제2 감지 온도를 예측할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 제2 감지 온도를 다음 수학식 2와 같이 예측할 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00008
여기서, ET2는 제어부(150)에서 예측된 제2 감지 온도를 나타내고, T1은 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도를 나타내고, b는 소정의 최소 온도 편차를 나타낸다.
소정의 최소 온도 편차(b)는 레벨 변환부(140, 140A)에 흐르는 전류에 상관없이 고정된 값이 아니며, 전류 별로 사전에 구해진 값일 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제2 감지 온도를 예측하기 위해, 사전에 구해진 전류별 소정의 최소 온도 편차(b)를 저장할 수 있다.
수학식 2에서와 같이 제2 감지 온도를 예측할 경우, 사전에 구해진 전류별 최소 온도 편차(b)를 이용하는 이유는, 다이오드와 트랜지스터의 온도 특성 및 전류 특성이 서로 다르기 때문이다. 여기서, 트랜지스터가 FET일 경우, FET와 다이오드 각각의 온도 특성 및 전류 특성을 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 비교하여 살펴본다.
도 4는 저전력 완속 충전시 비냉각 조건에서 다이오드와 FET의 온도 특성을 각각 보이는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고 종축은 온도를 나타낸다. 여기서, 참조부호 172는 다이오드의 디레이팅(derating) 온도이고, 174는 FET의 디레이팅 온도이고, IC는 입력 전류를 나타내고, OP는 출력 전력을 나타내고, DS는 디레이팅이 시작되는 지점을 나타낸다. 도 4는 입력 전압(IV)이 220볼트이고, 출력 전압(OV)이 360볼트일 때 획득된 결과이다.
도 4를 참조하면, 충전 초기에 다이오드의 온도(178)가 FET의 온도(176)보다 높지만, 시간이 경과함에 따라 동일 전류에서 85℃를 기준으로 다이오드의 온도(178)보다 FET의 온도(176)가 더 상승하여 역전(182)하게 된다. 이로부터, 온도가 높을 때 다이오드보다 FET의 손실이 더 증가하여 온도 상승이 커짐을 알 수 있다.
도 5는 완속 충전 시 비냉각 조건에서 다이오드와 FET의 전류 특성을 보이는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고 종축은 온도를 나타낸다. 여기서, 참조부호 OP는 출력 전력을 나타내고, DS는 디레이팅이 시작되는 지점을 나타내고, 188은 온도가 역전되는 부분을 표시한다. 도 5는 입력 전압(IV)이 220볼트이고, 출력 전압(OV)이 360볼트일 때 획득된 결과이다.
도 5를 참조하면, 유사 온도에서 입력 전류(IC)가 감소함에 따라 다이오드의 상대 손실보다 FET의 상대 손실이 더 증가한다. 일반적으로 입력 전류(IC)가 감소하면 온도가 감소한다. 다이오드의 경우, 입력 전류(IC)가 감소할 때 그의 온도(184)는 감소한다. 그러나, FET의 경우, 입력 전류(IC)가 감소할 때, 그의 온도(186)는 증가 또는 유지되는 것을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 차량용 충전 장치(100, 100A)가 정상적으로 냉각될 때, 7.2 ㎾에서 상온 및 고온 악 조건 각각에서 충전 시에 온도 특성을 나타내는 그래프로서, 각 그래프에서 횡축은 시간을 나타내고 종축은 온도를 각각 나타낸다. 여기서, 참조부호 DDT는 다이오드의 디레이팅 온도를 나타내고 FDT는 FET의 디레이팅 온도를 나타내고, TM1, TM2, TM3 각각은 온도 마진을 나타내고, 190은 다이오드의 온도를 나타내고, 192는 FET의 온도를 나타낸다.
도 6a에 도시된 정상 상태의 상온에서 온도 마진(TM1, TM2, TM3)은 크지만, 도 6b에 도시된 고온에서 온도 마진(TM1, TM2, TM3)은 작음을 알 수 있다.
전술한 수학식 1에 의거하여 제2 감지 온도로부터 제1 감지 온도를 예측할 때, 실제 다이오드의 온도보다 항상 높게 제1 감지 온도가 예측되어, 정상 조건에서도 충전이 가능하고, 출력 전류/온도에 상관없이 다이오드가 소손으로부터 보호될 수 있다.
그러나, 전술한 수학식 2에 의거하여 제1 감지 온도로부터 제2 감지 온도를 예측할 때, 최소 온도 편차(b)가 전류에 따라 변하기 때문에, 전류의 크기에 관계없는 고정된 최소 온도 편차(b)를 이용할 경우, FET가 소손으로부터 보호될 수 없다. 따라서, 전류별 소정의 최소 온도 편차(b)를 미리 구한 후, 이를 이용하여 제1 감지 온도로부터 제2 감지 온도를 예측한다.
도 7은 실시 예에 의한 전류별 소정의 최소 온도 편차의 그래프로서, 횡축은 전류를 나타내고 종축은 소정의 최소 온도 편차(b)를 나타낸다.
예를 들어, 디레이팅에 도달하기 이전에, 전류별 소정의 최소 온도 편차(b)는 도 7에 도시된 바와 같은 관계를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 전류별 소정의 최소 온도 편차(b)는 다음 수학식 3과 같은 1차 방정식의 형태로 표현될 수 있다.
Figure 112017115552753-pat00009
여기서, h와 c는 소정의 계수를 나타내며, I는 전류를 나타낸다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 전류(I)가 7 A일 때 소정의 최소 온도 편차(b)는 ‘0’의 값을 갖고, 전류(I)가 20 A일 때 소정의 최소 온도 편차(b)는 20일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이 경우, h는 20/13이고, c는 -140/13일 수 있다. 수학식 3을 참조하면, 전류가 7A일 때 최소 온도 편차(b)는 ‘0’이 되어, 제2 감지 온도가 제1 감지 온도와 동일한 것으로 예측되며, 전류가 7A보다 작아짐에 따라 최소 온도 편차(b)는 음(-)의 값으로 변경된다.
즉, 수학식 1을 이용하여 제1 감지 온도를 예측하여도, 전류가 7A 이상일 경우 언제나 다이오드의 온도가 높으므로 예측한 제1 감지 온도를 이용하여 다이오드를 보호할 수 있고, 저 전류 충전의 경우에도 FET의 온도가 높지만 저전류이므로 다이오드가 보호될 수 있어, 지속적인 충전이 가능하고, 정상 충전 시 대비 온도 마진이 충분하다.
또한, 수학식 2를 이용하여 제2 감지 온도를 예측할 경우, 실측치에 따라 보상된 전류별 최소 온도 편차(b)를 이용하므로, 차량용 충전 장치(100, 100A)가 냉각되고 있는가 그렇지 않은가 또는 냉각수의 부족 여부에 상관없이 FET가 보호될 수 있으며, 지속적으로 배터리(20)가 충전될 수 있다.
결국, 최소 온도 편차(b)를 전류별로 미리 구한 후, 이를 이용하여 제2 감지 온도를 예측할 경우, 레벨 변환부(140)의 FET를 보호할 수 있고, 배터리(20)에 지속적으로 전력을 충전할 수 있다.
전술한 바와 같이, 비록 제2 온도 감지부(164)로부터 제2 감지 온도가 출력되지 않더라도, 제어부(150)는 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도 및 예측된 제2 감지 온도에 의해 배터리(20)로 충전되는 전력량을 조정할 수 있다.
제1 및 제2 온도 감지부(162, 164) 각각은 다양한 원인에 의해 정상적으로 동작하지 않고 고장날 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)와 다이오드 또는 트랜지스터 간의 결합이 불안정하여, 이들(162, 164)에 이상이 발생할 수 있다. 실시 예는 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)의 특정한 고장 원인에 국한되지 않는다.
제어부(150)는 제1 감지 온도(또는, 예측된 제1 감지 온도) 또는 제2 감지 온도(또는, 예측된 제2 감지 온도) 중 적어도 하나가 증가할 때, 역률 보상부(130) 또는 레벨 변환부(140) 중 적어도 하나를 제어하여, 배터리(20)에 충전되는 전력량을 감소시킬 수 있다. 이는 온도 증가로부터 소자(예를 들어, 다이오드와 트랜지스터)를 보호하기 위함이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수를 이용하여 차량용 충전 장치(100, 100A, 40)를 냉각시킬 때, 냉각수가 부족하거나 냉각이 정상적으로 수행되지 않으면, 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 수 있다. 이러한, 냉각수 부족이나 냉각이 비정상적으로 수행되는 상황을 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나에 의해 간접적으로 체크한 후, 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 충전되는 전력량을 제한(derating)함으로써, 높은 온도로 인한 다이오드와 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 차량용 충전 장치의 경우, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164) 중 어느 하나만 이상을 보여도, 차량용 충전 장치(100, 100A)의 각 부 특히 정류부(120)와 레벨 변환부(140)를 보호하기 위해, 배터리(20)에 전력이 충전되는 동작이 중지한다.
반면에 실시 예에 의한 차량용 충전 장치(100, 100A)는 제1 온도 감지부(162)만 이상을 보이고 제2 온도 감지부(164)는 정상적으로 동작할 경우, 제2 온도 감지부(164)로부터 출력되는 제2 감지 온도를 이용하여 제1 감지 온도를 예측하고, 예측된 제1 감지 온도와 제2 감지 온도를 이용하여 배터리(20)로의 충전이 지속적으로 이루어지면서 제어될 수 있다.
또는, 실시 예에 의한 차량용 충전 장치(100, 100A)는 제2 온도 감지부(164)만 이상을 보이고 제1 온도 감지부(162)는 정상적으로 동작할 경우, 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도를 이용하여 제2 감지 온도를 예측하고, 제1 감지 온도와 예측된 제2 감지 온도를 이용하여 배터리(20)로의 충전이 지속적으로 이루어지면서 제어될 수 있다.
이하, 차량용 충전 장치(100)에서 수행되는 실시 예에 의한 충전 제어 방법(200)에 대해 첨부된 도 8을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 또한, 도 8에 도시된 충전 제어 방법(200)은 도 2에 도시된 제어부(150)에서 수행되는 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 8에 도시된 충전 제어 방법(200)은 도 3에 도시된 제어부(150)에서 수행될 수도 있으며, 도 2 또는 도 3에 도시된 구성과 다른 구성을 갖는 제어부(150)에 의해서도 수행될 수 있다.
도 8은 실시 예에 의한 충전 제어 방법(200)을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 제어부(150)는 레벨 변환부(140)에 흐르는 전류별로 소정의 최소 온도 편차(b)를 사전에 구하고, 구한 결과는 제어부(150)에 저장될 수도 있고, 외부로부터 제어부(150)로 제공될 수도 있다(제210 단계). 예를 들어, 전류별 소정 최소 온도 편차(b)는 도 7에 도시된 바와 같은 관계를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제210 단계 후에, 제어부(150)는 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)의 이상 여부를 체크할 수 있다(제222 내지 제226 단계).
구체적으로, 제210 단계 후에, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)가 모두 이상이 없고 즉, 고장 나지 않고 제1 및 제2 감지 온도를 출력하는가를 검사한다(제222 단계). 이후, 검사된 결과에 따라 배터리(20)에 충전되는 전력량을 조정한다(제242 내지 제248 단계). 만일, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)가 모두 이상이 없다면, 차량용 충전 장치(100)는 배터리(20)에 전력을 정상적으로 충전하는 동작을 수행한다(제248 단계).
그러나, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)가 모두 이상이 없지 않다면, 제1 온도 감지부(162)에 이상이 있는가를 검사한다(제224 단계). 만일, 제1 온도 감지부(162)에 이상이 없다면, 이는 제2 온도 감지부(164)에 이상이 있는 것이므로, 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도를 이용하여 전술한 수학식 2에서와 같이, 제2 감지 온도를 예측한다(제234 단계).
이후, 제어부(150)는 제1 온도 감지부(162)로부터 출력되는 제1 감지 온도 및 예측된 제2 감지 온도를 이용하여 배터리(20)에 충전되는 전력량을 조정한다(제246 단계).
또는, 제1 온도 감지부(162)에 이상이 있는 것으로 판단되면, 제2 온도 감지부(164)에 이상이 있는가를 검사한다(제226 단계). 만일, 제2 온도 감지부(164)에 이상이 있다면, 이는 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164)에 모두 이상이 있는 것이므로, 제어부(150)는 배터리(20)로 전력이 충전되는 동작을 중지시킨다(제244 단계). 이는, 정류부(120)에 포함되는 소자(예를 들어, 다이오드)와 레벨 변환부(140)에 포함되는 소자(예를 들어, 트랜지스터)가 소손됨을 방지하기 위해서이다.
또는, 제1 온도 감지부(162)에 이상이 있지만, 제2 온도 감지부(164)에 이상이 없는 것으로 판단되면, 제2 감지 온도를 이용하여 제1 감지 온도를 예측한다(제232 단계). 예를 들어, 제232 단계는 전술한 수학식 1에서와 같이 수행될 수 있다.
제232 단계 후에, 제어부(150)는 예측된 제1 감지 온도 및 제2 감지 온도를 이용하여 배터리(20)로 충전되는 전력량을 조정한다(제242 단계).
전술한 제242 및 제246 단계 각각을 수행할 때, 제어부(150)는 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 배터리(20)에 충전되는 전력량을 감소시킬 수 있다. 이는, 정류부(120)에 포함되는 소자(예를 들어, 다이오드)와 레벨 변환부(140)에 포함되는 소자(예를 들어, 트랜지스터)가 소손되지 않도록 하기 위해서이다.
또한, 전술한 실시 예에 의한 차량용 충전 장치(100, 100A) 및 그의 충전 제어 방법(200)에 의하면, 복수의 온도 센서(162, 164) 중 일부가 고장 나더라도 배터리(20)로 전력을 지속적으로 충전시킬 수 있어, 사용자의 편의성을 도모할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 온도 감지부(162, 164) 중 어느 하나에 이상이 있을 경우에, 이상이 없는 다른 하나에서 감지된 온도를 이용하여 이상이 있는 온도 감지부에서 감지해야 하는 감지 온도를 예측하고, 예측된 결과를 이용하여 배터리(20)에 충전되는 전력량을 조절하기 위해, 하드웨이적인 부분을 추가하거나 변경하지 않고 제어부(150)에서 프로그램적으로 수행할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 충전 제어 방법(200)은 제어부(150)에 의해 프로그램적으로 수행될 수도 있다. 즉, 전술한 실시 예에 의한 충전 제어 방법(200)은, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 프로그램에 의해 구현될 수도 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 텔레매틱스 제어 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 교류 전원 20: 차량용 배터리
100, 100A: 차량용 충전 장치 110, 110A: 입력 필터
120, 120A: 정류부 130, 130A: 역률 보상부
140, 140A: 레벨 변환부 150: 제어부
162: 제1 온도 감지부 164: 제2 온도 감지부

Claims (19)

  1. 교류 전원으로부터 공급되는 교류 신호를 직류로 변환하여 차량용 배터리에 충전시키는 차량용 충전 장치에 있어서,
    상기 교류 신호를 필터링하고, 필터링된 결과를 출력하는 입력 필터;
    상기 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 출력하는 정류부;
    상기 제1 직류 신호를 이용하여 상기 차량용 충전 장치의 역률을 보상하고, 역률 보상된 결과를 제2 직류 신호로서 출력하는 역률 보상부;
    상기 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 상기 배터리로 출력하는 레벨 변환부;
    상기 정류부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제1 감지 온도로서 출력하는 제1 온도 감지부;
    상기 레벨 변환부의 온도를 감지하고, 감지한 결과를 제2 감지 온도로서 출력하는 제2 온도 감지부; 및
    상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나에 응답하여 상기 역률 보상부 또는 상기 레벨 변환부 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 배터리에 충전되는 전력량을 조정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제2 감지 온도로부터 상기 제1 감지 온도를 예측하고 상기 예측된 제1 감지 온도 및 상기 제2 감지 온도에 의해 상기 전력량을 조정하거나,
    상기 제2 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제1 감지 온도로부터 상기 제2 감지 온도를 예측하고, 상기 제1 감지 온도 및 상기 예측된 제2 감지 온도에 의해 상기 전력량을 조정하는 차량용 충전 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 정류부는
    상기 필터링된 결과를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 신호로서 출력하는 적어도 하나의 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 감지 온도는 상기 다이오드의 온도를 감지한 결과에 해당하는 차량용 충전 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 레벨 변환부는
    상기 제2 직류 신호의 레벨을 변화시켜 상기 배터리로 출력하는 복수의 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 감지 온도는 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나의 온도를 감지한 결과에 해당하는 차량용 충전 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 감지 온도를 다음과 같이 예측하는 차량용 충전 장치.
    Figure 112022502440867-pat00025

    (여기서, ET1은 상기 예측된 제1 감지 온도를 나타내고, T2는 상기 제2 감지 온도를 나타내고, a는 소정의 최대 온도 편차를 나타낸다.)
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 감지 온도를 다음과 같이 예측하는 차량용 충전 장치.
    Figure 112022065777538-pat00026

    (여기서, ET2는 상기 예측된 제2 감지 온도를 나타내고, T1은 상기 제1 감지 온도를 나타내고, b는 소정의 최소 온도 편차를 나타낸다.)
  8. 제7 항에 있어서, 상기 소정의 최소 온도 편차는 상기 레벨 변환부에 흐르는 전류별로 사전에 구해지는 차량용 충전 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 전류별 상기 소정의 최소 온도 편차는 다음과 같은 관계를 갖는 차량용 충전 장치.
    Figure 112022065777538-pat00027

    (여기서, h와 c는 소정의 계수를 나타내며, I는 상기 전류를 나타낸다.)
  10. 제9 항에 있어서, 상기 h는 20/13이고, c는 -140/13인 차량용 충전 장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 상기 역률 보상부 또는 상기 레벨 변환부 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 감소시키는 차량용 충전 장치.
  12. 제1 항 내지 제3 항, 제5 항, 제7 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 차량용 충전 장치에서 수행되는 충전 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 및 제2 온도 감지부의 이상 여부를 체크하는 단계;
    상기 제1 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제2 감지 온도를 이용하여 상기 제1 감지 온도를 예측하는 단계;
    상기 예측된 제1 감지 온도 및 상기 제2 감지 온도를 이용하여 상기 전력량을 조정하는 단계;
    상기 제2 온도 감지부의 이상 발생시, 상기 제1 감지 온도를 이용하여 상기 제2 감지 온도를 예측하는 단계; 및
    상기 제1 감지 온도 및 상기 예측된 제2 감지 온도를 이용하여 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 조정하는 단계를 포함하는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 온도 감지부에 모두 이상 발생시, 상기 배터리로의 충전 동작을 중지시키는 단계를 더 포함하는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 제1 감지 온도를 다음과 같이 예측하는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
    Figure 112022065777538-pat00028

    (여기서, ET1은 상기 예측된 제1 감지 온도를 나타내고, T2는 상기 제2 감지 온도를 나타내고, a는 소정의 최대 온도 편차를 나타낸다.)
  15. 제12 항에 있어서, 상기 제2 감지 온도를 다음과 같이 예측하는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
    Figure 112022065777538-pat00029

    (여기서, ET2는 상기 예측된 제2 감지 온도를 나타내고, T1은 상기 제1 감지 온도를 나타내고, b는 소정의 최소 온도 편차를 나타낸다.)
  16. 제15 항에 있어서, 상기 레벨 변환부에 흐르는 전류별로 상기 소정의 최소 온도 편차를 사전에 구하는 단계를 더 포함하는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 전류별 상기 소정의 최소 온도 편차는 다음과 같은 관계를 갖는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
    Figure 112022065777538-pat00030

    (여기서, h와 c는 소정의 계수를 나타내며, I는 상기 전류를 나타낸다.)
  18. 제17 항에 있어서, 상기 h는 20/13이고, c는 -140/13인 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
  19. 제12 항에 있어서, 상기 전력량을 조정하는 단계는
    상기 제1 또는 제2 감지 온도 중 적어도 하나가 증가할 때, 상기 배터리에 충전되는 상기 전력량을 감소시키는 차량용 충전 장치의 충전 제어 방법.
KR1020170155134A 2017-11-20 2017-11-20 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법 KR102471002B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170155134A KR102471002B1 (ko) 2017-11-20 2017-11-20 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170155134A KR102471002B1 (ko) 2017-11-20 2017-11-20 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190057788A KR20190057788A (ko) 2019-05-29
KR102471002B1 true KR102471002B1 (ko) 2022-11-25

Family

ID=66672924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170155134A KR102471002B1 (ko) 2017-11-20 2017-11-20 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102471002B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010029012A (ja) 2008-07-23 2010-02-04 Toyota Motor Corp 車両の電源装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012001157A1 (de) * 2010-07-01 2012-01-05 Continental Teves Ag & Co. Ohg Stromsensor
KR101629997B1 (ko) * 2012-01-30 2016-06-13 엘에스산전 주식회사 전기자동차 충전기를 위한 dc-링크 캐패시터 방전 장치
KR20160098642A (ko) * 2015-02-10 2016-08-19 주식회사 솔루엠 동기 정류기 과온 보호 방법과 모듈, 및 전원 공급 장치
KR101755823B1 (ko) * 2015-08-12 2017-07-07 현대자동차주식회사 친환경 차량용 충전 장치 및 이의 제어 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010029012A (ja) 2008-07-23 2010-02-04 Toyota Motor Corp 車両の電源装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190057788A (ko) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7245469B2 (en) DC backup power supply device and method for diagnosing the same
US20080212345A1 (en) Dc-dc converter system
US10245960B2 (en) Electric power converter device
US7279805B2 (en) Vehicle power supply system with a series regulator
US8766487B2 (en) Inductive power transfer
US9632118B2 (en) Current sensing device and method using current transformer
US10008883B2 (en) Noise reducing power feed device, power reception device and power feed method
US20090168469A1 (en) Apparatus, system, and method for a low cost fault-tolerant power supply
JP6896182B2 (ja) 電力変換装置
US20210044209A1 (en) Power conversion device
JP6468203B2 (ja) 電源システム
JP6547664B2 (ja) 電力変換装置
KR20190084681A (ko) 배터리 충전기 최적효율 제어방법 및 이를 채용한 충전기
KR102471002B1 (ko) 차량용 충전 장치 및 그의 충전 제어 방법
US10759292B2 (en) Vehicle charging apparatus, current stabilization method thereof, and recording medium for recording program for implementing the method
WO2017150711A1 (ja) 給電システム、送電回路、及び受電回路
US20170066339A1 (en) Charging apparatus and vehicle
KR101398224B1 (ko) 전기 자동차용 저전압 직류 컨버터의 전류 검출 장치
WO2017150712A1 (ja) 給電システム、送電回路、及び受電回路
JP7119932B2 (ja) 電気自動車用の電力変換装置
KR101090701B1 (ko) Dc-dc 컨버터의 제어방법
JP6545346B1 (ja) 電力変換装置
KR20200083871A (ko) 전기 자동차용 통합 전원 장치 및 그 장치의 제어 방법
JP3627530B2 (ja) 交流・直流入力対応可能な制御電源
JP2019115185A (ja) 電源装置、及び画像形成装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant