KR102485555B1

KR102485555B1 - 차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR102485555B1
Application number: KR1020200174601A
Authority: KR
Inventors: 임동휘; 이우원
Original assignee: 현대오토에버 주식회사
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2023-01-06
Also published as: US20220185130A1; CN114619899A; CN114619899B; KR20220084777A

Abstract

본 발명은 차량용 전력변환 시스템에 관한 것으로, 기준 이상 용량이 증가된 고용량의 고전압 배터리를 충전하기 위한 고용량 OBC(On Board Charger)부; 상기 고용량의 고전압 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)부; 및 상기 고용량 OBC부와 LDC부를 통합 제어하는 OBC 및 LDC 통합 제어부;를 포함하며, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추어 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어를 수행한다.

Description

차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법{POWER CONVERTING SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 전력변환 시스템에 포함된 고용량 OBC(On Board Charger)와 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 하나의 제어부에서 통합 제어할 수 있도록 하는, 차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근 지구 온난화와 환경오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.

이러한 친환경 차량으로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다. 상기 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다.

이에 따라, 친환경 차량은 외부 충전 설비로부터 계통 전력을 제공 받아 배터리를 충전하기 위한 직류 전력으로 변환하는 차량 탑재형 충전기(OBC)를 구비한다.

상기 차량 탑재형 충전기(On Board Charger: OBC)는 교류의 계통 전력을 변환하여 출력한 직류 전력을 차량 내 고전압 배터리에 인가하여 충전하고, 또한 상기 고전압 배터리의 단자는 차량의 공조 시스템과 같은 고전압 부하 및 고전압을 저전압으로 변환하는 저전압 직류 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter: LDC)와 연결될 수 있다.

상기 저전압 직류 컨버터(LDC)는 상기 고전압 배터리의 전압을 하향 변환하여 저전압(예를 들어, 약 12 V)으로 동작하는 전장부하에 전원 전압을 생성하거나 저전압 배터리의 충전을 위한 전압을 생성한다.

한편 기존의 상기 차량 탑재형 충전기(OBC)는 계통 전력의 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로와 직류-직류 변환회로(예 : DC-DC 컨버터 또는 LLC 컨버터)의 사이에 역률 보정 회로(Power Factor Correction: PFC)를 포함한다.

또한 기존에는 상기 차량 탑재형 충전기(OBC)와 상기 저전압 직류 컨버터(LDC)를 각기 제어하기 위한 별도의 제어부(예 : OBC 제어부 및 LDC 제어부)가 별도로 포함되었다.

그러나 점차로 전기 차량 등의 주행거리 증대를 위해 상기 고전압 배터리의 용량 및 출력 전압이 증가되는 추세에 따라, 이에 대응하여 상기 차량 탑재형 충전기(OBC)의 직류-직류 변환회로(예 : DC-DC 컨버터 또는 LLC 컨버터)가 복수로 구성되고(즉, 복수의 DC-DC 컨버터 또는 2-stack LLC 컨버터가 병렬로 연결되고) 있다. 따라서 고용량 OBC(On Board Charger)(즉, 용량과 출력 전압이 증가된 고전압 배터리를 충전하기 위한 OBC)를 제어(즉, PWM(Pulse Width Modulation) 제어)하기 위한 최적화된 새로운 제어부가 필요한 상황이다.

여기서 상기 제어부는 상기 PFC, DC-DC 컨버터, LDC 컨버터의 내부 스위치를 PWM 방식으로 스위칭하기 위한 구동수단(Driver)과 이를 제어하기 위한 제어수단(예 : Micom, CPU 등)을 포함하는 개념이다.

또한 차량 충전을 위한 차량용 전력변환 시스템의 전체적인 부피 감소와 원가 절감을 위하여, 기존에 상기 차량 탑재형 충전기(OBC)와 상기 저전압 직류 컨버터(LDC)를 각기 제어하기 위해 별도로 포함되어 있던 제어부(예 : OBC 제어부 또는 LDC 제어부)를 통합한 새로운 제어부(즉, OBC 및 LDC 통합 제어부)가 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0118085호(2019.10.17. 공개, 차량용 전력변환 시스템)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량용 전력변환 시스템에 포함된 고용량 OBC(On Board Charger)와 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 하나의 제어부에서 통합 제어할 수 있도록 하는, 차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력변환 시스템은, 기준 이상 용량이 증가된 고용량의 고전압 배터리를 충전하기 위한 고용량 OBC(On Board Charger)부; 상기 고용량의 고전압 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)부; 및 상기 고용량 OBC부와 LDC부를 통합 제어하는 OBC 및 LDC 통합 제어부;를 포함하며, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추어 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고용량 OBC부는, 복수의 직류-직류 변환회로가 병렬로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는, 상기 고용량 OBC부의 PFC(Power Factor Correction), 병렬 연결된 복수의 고전압 DC-DC 컨버터, 및 저전압 DC-DC 컨버터를 포함하는 LDC부의 내부 스위치를 PWM 방식으로 스위칭 제어하기 위한 구동수단; 전압 값과 전류 값을 디지털 형태로 변환하기 위한 ADC(Analog Digital Converter) 모듈; 및 상기 구동수단과 ADC 모듈을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어수단은, 코어(CORE)가 적어도 두 개 이상인 멀티코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는, 제1 코어(CORE0)가 ADC 모듈의 온오프 제어(ADC ISR)와 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 모두 수행하고, 제2 코어(CORE1)가 제2 제어 연산(제어 ISR 2)을 수행하도록 구현될 경우, 상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 카운트 한 후, 다음 PWM 스위칭 주기가 시작될 때 ADC 동작을 수행하며, 또한 지정된 ADC 동작 제어(ADC ISR)를 모두 수행한 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 코어(CORE0)는, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 동안에는 PWM 스위칭 주기의 카운트를 펜딩(pending)하고, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트를 수행하며, 상기 다시 카운트가 수행되어 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기 카운트가 모두 수행된 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 결과 값을 다음 PWM 스위칭 주기에 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부에 ADC 모듈의 온오프 제어(Update ISR 1)와 PWM 스위칭 주기의 카운팅(Update ISR 2)을 담당하는 제3 코어(CORE2)를 더 포함하는 경우, 상기 제3 코어(CORE2)는, ADC 제어 주기에 따라 PWM 스위칭 주기에 맞춰 ADC 동작이 시작되면, 한 번의 ADC 동작이 완료된 후 ADC 동작을 중지(stop)시키고, 동시에 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 동작 여부에 관계없이 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기 카운팅을 수행하며, 상기 카운팅이 완료되면 지정된 명령을 출력하여, 상기 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 결과를 다음 PWM 스위칭 주기에 적용함과 아울러 ADC 동작을 다시 시작하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법은, OBC 및 LDC 통합 제어부가 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크하는 단계; 상기 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크한 결과, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기가 카운트 완료되었으면, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부가 ADC 동작을 온(Start) 시키는 단계; 및 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부가 상기 ADC 동작 결과를 바탕으로 지정된 제어 연산을 수행하고, 상기 제어 연산 결과 값을 다음 PWM 주기에 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 PWM 스위칭 주기의 개수는, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어 연산은, ADC 동작을 통해 검출된 입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수와 듀티의 연산을 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량용 전력변환 시스템에 포함된 고용량 OBC(On Board Charger)와 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 하나의 제어부에서 통합 제어할 수 있도록 함으로써, 고용량 OBC(On Board Charger)(즉, 용량과 출력 전압이 증가된 고전압 배터리를 충전하기 위한 OBC)를 PWM 제어할 수 있으며, 차량용 전력변환 시스템의 전체적인 부피 감소와 원가 절감이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템에 종래의 PWM 스위칭 주파수의 제어 방법을 적용할 경우에 발생하는 문제점을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, OBC 및 LDC 통합 제어부의 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 전력변환 시스템 및 그 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템은, 지정된 기준 이상 용량이 증가된 고용량의 고전압 배터리를 충전하기 위한 고용량 OBC(On Board Charger)부(100), 상기 고전압 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)부(200), 상기 고용량 OBC부(100)와 LDC부(200)를 통합 제어하는 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)를 포함한다.

여기서 고용량 OBC부(100)는 복수의 직류-직류 변환회로(예 : DC-DC 컨버터 또는 2-stack LLC 컨버터)가 병렬로 연결됨으로써, 기존의 저용량 배터리 대비 적어도 두 배 이상의 고용량 배터리를 충전할 수 있는 OBC부를 의미한다.

이에 따라 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는 고용량 OBC부(100)의 PFC(Power Factor Correction, 110), 복수의 고전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC1(120), DCDC2(130)), 및 저전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC)를 포함하는 LDC부(200)의 내부 스위치(예 : MOSFET 스위치)(미도시)를 PWM 방식으로 스위칭 제어하기 위한 구동수단(Driver)(미도시), 전압 값과 전류 값을 디지털 형태로 변환하기 위한 ADC(Analog Digital Converter) 모듈(미도시), 및 상기 구동수단(Driver)(미도시)과 ADC 모듈(미도시)이를 제어하기 위한 제어수단(예 : Micom, CPU 등)(미도시)을 포함한다.

이 때 본 실시예에 따른 상기 제어수단(예 : Micom, CPU 등)은 멀티코어(예 : CORE0, CORE1, CORE2 등)를 포함한다.

그런데 이미 상술한 바와 같이, 최근 전기 차량 등의 주행거리 증대를 위해 상기 고전압 배터리의 용량 및 출력 전압이 증가되는 추세에 따라, 이를 기존의 차량용 전력변환 시스템을 이용해 충전할 경우 차량의 전체적인 부피와 무게 등이 증가하게 되며, 당연히 차량의 제작 단가도 상승하게 되는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위해서는, 상기 배터리의 용량이 증가되더라도, 이러한 고용량 배터리를 충전하기 위한 차량용 전력변환 시스템의 소형화와 성능 개선이 필요한 이유이다.

예컨대 상기 차량용 전력변환 시스템의 크기(Size)를 축소하기 위해서는 컨버터 내부의 인덕터(L)와 커패시터(C)의 용량을 감소시켜야 되며, 컨버터 내부의 인덕터(L)와 커패시터(C)의 용량을 감소시키기 위해서는 내부 스위치(예 : MOSFET 스위치)(미도시)를 스위칭 제어하기 위한 PWM 스위칭 주파수가 높아져야 된다.

그런데 상기와 같이 컨버터 내부의 스위치를 제어하기 위한 PWM 스위칭 주파수가 높아질 경우, 만약 제어 연산(입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수와 듀티의 연산)과 PWM 스위칭 주파수 제어가 동기(sync)되지 않을 경우, 출력 전압(또는 전류)의 정밀 제어가 불가능하게 되어 제어 신뢰성 및 THD(예 : 온도) 특성이 저하되는 문제점이 있다.

예컨대 도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템에 종래의 PWM 스위칭 주파수의 제어 방법을 적용할 경우에 발생하는 문제점을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.

참고로, 상기 PWM 스위칭 주파수의 제어는, 실제로는 고용량 OBC부(100)의 PFC(110), 복수의 고전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC1(120), DCDC2(130)), 및 LDC부(200)의 저전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC)에 대해서 각기 수행되지만, 설명의 편의를 위해서, 상기 PFC(110)와 상기 복수의 고전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC1(120), DCDC2(130)) 중 하나인 제1 고전압 DC-DC 컨버터(즉, DCDC1(120))에 대해서만 예시적으로 도시하여 동일한 주파수(동일한 주기)로 동작한다고 가정하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, ADC 모듈(미도시)은 PWM 스위칭 주기와는 별개로 독립적인 ADC 주기에 따라 동작하며, 또한 ADC 모듈(미도시)에서 동시에 ADC 동작을 수행할 수 없기 때문에 PFC(110)에 대한 제1 ADC 동작 후 제1 고전압 DC-DC 컨버터(DCDC1)에 대한 제2 ADC 동작을 순차로 수행한다.

이 때 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)의 제1 코어(CORE0)가 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하고, 제2 코어(CORE1)가 제2 제어 연산(제어 ISR 2)를 수행한다고 가정할 때, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)은 상기 제1 ADC 동작을 통해 검출한 입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수의 연산을 수행하고, 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2)은 상기 제2 ADC 동작을 통해 검출한 입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수의 연산을 수행한다.

상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 및 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2)이 완료되면, 각 제어 연산이 종료된 시점의 PWM 스위칭 주기가 아닌 바로 다음 시점의 PWM 스위칭 주기에 상기 제어 연산 결과를 반영하여 PWM 스위칭을 제어한다(예 : 도 2에서 제어 연산이 종료되기 전과 후의 PWM 스위칭 구간에 차이가 있음).

그런데 PWM 스위칭 주기와 ADC 주기가 다르기 때문에 시간이 경과됨에 따라, PWM 스위칭 주기의 시작 시점에 ADC 주기의 시작 시점이 일치하지 않고 타이밍이 맞지 않게 됨으로써, 상기 제어 연산 결과가 달라지고 또한 제어 연산 결과를 적용하는 PWM 스위칭 주기가 달라지기 때문에 정밀제어가 불가능하게 되는 문제점이 있다.

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 예시도와 비교할 때, ADC 주기 동안에 수행되는 ADC 동작이 마진(margin)없이 연속해서 수행되는 실시예를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이, ADC 동작 시간이 PWM 스위칭 주기와 같지 않기 때문에 ADC 제어주기 동안 연속해서 ADC 동작을 수행할 경우, 도 2에서와 마찬가지로, 시간이 경과됨에 따라, PWM 스위칭 주기의 시작 시점에 ADC 주기의 시작 시점이 일치하지 않고 타이밍이 맞지 않게 됨으로써, 상기 제어 연산 결과가 달라지고 또한 제어 연산 결과를 적용하는 PWM 스위칭 주기가 달라지기 때문에 정밀제어가 불가능하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 방법으로 상술한 문제점을 해소한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법은, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞출 수 있는 방법으로서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)의 제1 코어(CORE0)가 ADC 모듈(미도시)의 온오프(또는 start/stop) 제어(ADC ISR)와 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 모두 수행하고, 제2 코어(CORE1)가 제2 제어 연산(제어 ISR 2)을 수행하는 방법이다.

여기서 상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기를 카운트 한 후, 다음 PWM 스위칭 주기가 시작될 때 ADC 동작을 수행한다.

이 때 상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작 제어(ADC ISR)와 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 동시에 수행할 수 없기 때문에, 상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작 제어(ADC ISR)를 모두 수행한 후(예 : PFC(110)에 대한 제1 ADC 동작 후 제1 고전압 DC-DC 컨버터(DCDC1)에 대한 제2 ADC 동작을 순차로 수행한 후), 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행한다.

또한 상기 제1 코어(CORE0)는 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 동안에는 ADC 모듈(미도시)을 제어할 수 없기 때문에 PWM 스위칭 주기의 카운트가 펜딩(pending)되고, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트가 수행된다.

즉, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료되더라도 PWM 스위칭 주기의 카운팅이 모두 완료될 때까지 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 결과가 다음 PWM 스위칭 주기에 곧바로 적용되지 못하고, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트가 수행되어 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기 카운트가 모두 수행된 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 결과가 다음 PWM 스위칭 주기에 적용된다.

마찬가지로 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2)이 완료되더라도 PWM 스위칭 주기의 카운팅이 모두 완료될 때까지 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2) 결과가 다음 PWM 스위칭 주기에 곧바로 적용되지 못하고, 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트가 수행되어 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기 카운트가 모두 수행된 후 상기 제2 제어 연산(제어 ISR 2) 결과가 다음 PWM 스위칭 주기에 적용된다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법은, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞출 수 있기 때문에 제어 연산 결과의 적용시간이 길어질 수 있는 단점이 있지만 정밀제어가 가능해지는 장점이 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 전력변환 시스템 제어 방법은, 상기 제1 실시예의 단점까지 개선하면서 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞출 수 있는 방법으로서, 도 4를 참조하여 설명한 방법과 비교할 때, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)에 ADC 모듈(미도시)의 온오프(또는 start/stop) 제어(Update ISR 1)와 PWM 스위칭 주기의 카운팅(Update ISR 2)을 담당하는 제3 코어(CORE2)를 더 포함하는 차이점이 있다.

상기 제3 코어(CORE2)는 ADC 제어 주기에 따라 PWM 스위칭 주기에 맞춰 ADC 동작이 시작되면, 한 번의 ADC 동작이 완료된 후 ADC 동작을 중지(stop)시키고, 동시에 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 동작 여부에 관계없이 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기 카운팅을 수행한 후, 상기 카운팅이 완료되면 지정된 명령(예 : Data Set & ADC start)을 출력하여, 상기 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 결과를 다음 PWM 스위칭 주기에 적용함과 아울러 ADC 동작을 시작하게 한다.

도 6은 상기 도 5에 있어서, OBC 및 LDC 통합 제어부의 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크한다(S101).

여기서 상기 PWM 스위칭 주기의 개수는, ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기를 의미한다.

상기 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크한 결과, 상기 PWM 스위칭 주기의 개수가 0이면(S102의 예), 즉, 지정된 특정 개수(예 : 3개)의 PWM 스위칭 주기가 카운트 완료되었으면, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는 ADC 동작을 온(Start) 시킨다(S103).

이에 따라, 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는, 상기 ADC 동작 결과를 바탕으로 제어 연산(입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수 및 듀티의 연산)을 수행하고, 상기 제어 연산 결과 값(즉, PWM 스위칭 제어 신규 데이터 세트로서, PWM 듀티 및 주파수)을 다음 PWM 주기에 적용한다(S104).

한편 상기 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크한 결과, 상기 PWM 스위칭 주기의 개수가 N-1이면(S105의 예), 즉, 지정된 PWM 스위칭 주기 특정 개수(예 : N=3) 중 첫 번째 PWM 스위칭 주기가 카운트 되면, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는 이후의 ADC 동작을 오프(Stop) 시킨다(S106).

또한 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부(300)는 계속해서 상기 PWM 스위칭 주기를 카운트하여, 상기 S101 단계 내지 S106 단계를 반복 수행한다.

상기와 같이 본 실시예는 차량용 전력변환 시스템에 포함된 고용량 OBC(On Board Charger)와 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 하나의 제어부에서 통합 제어할 수 있도록 함으로써, 고용량 OBC(On Board Charger)(즉, 용량과 출력 전압이 증가된 고전압 배터리를 충전하기 위한 OBC)를 PWM 제어할 수 있으며, 차량용 전력변환 시스템의 전체적인 부피 감소와 원가 절감이 가능한 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

100 : 고용량 OBC부 110 : PFC
120 : DCDC1 130 : DCDC2
200 : LDC부 300 : OBC 및 LDC 통합 제어부

Claims

기준 이상 용량이 증가된 고용량의 고전압 배터리를 충전하기 위한 고용량 OBC(On Board Charger)부;
상기 고용량의 고전압 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC(Low Voltage DC-DC Converter)부; 및
상기 고용량 OBC부와 LDC부를 통합 제어하는 OBC 및 LDC 통합 제어부;를 포함하며,
상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는,
ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추어 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어를 수행하되, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 카운트 한 후, 다음 PWM 스위칭 주기가 시작될 때 ADC 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 고용량 OBC부는,
복수의 직류-직류 변환회로가 병렬로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는,
상기 고용량 OBC부의 PFC(Power Factor Correction), 병렬 연결된 복수의 고전압 DC-DC 컨버터, 및 저전압 DC-DC 컨버터를 포함하는 LDC부의 내부 스위치를 PWM 방식으로 스위칭 제어하기 위한 구동수단;
전압 값과 전류 값을 디지털 형태로 변환하기 위한 ADC(Analog Digital Converter) 모듈; 및
상기 구동수단과 ADC 모듈을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 제어수단은,
코어(CORE)가 적어도 두 개 이상인 멀티코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는,
제1 코어(CORE0)가 ADC 모듈의 온오프 제어(ADC ISR)와 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 모두 수행하고, 제2 코어(CORE1)가 제2 제어 연산(제어 ISR 2)을 수행하도록 구현될 경우,
상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 카운트 한 후, 다음 PWM 스위칭 주기가 시작될 때 ADC 동작을 수행하며, 또한 지정된 ADC 동작 제어(ADC ISR)를 모두 수행한 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 제1 코어(CORE0)는,
상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 동안에는 PWM 스위칭 주기의 카운트를 펜딩(pending)하고, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트를 수행하며,
상기 다시 카운트가 수행되어 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기 카운트가 모두 수행된 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 결과 값을 다음 PWM 스위칭 주기에 적용하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부에 ADC 모듈의 온오프 제어(Update ISR 1)와 PWM 스위칭 주기의 카운팅(Update ISR 2)을 담당하는 제3 코어(CORE2)를 더 포함하는 경우,
상기 제3 코어(CORE2)는, ADC 제어 주기에 따라 PWM 스위칭 주기에 맞춰 ADC 동작이 시작되면, 한 번의 ADC 동작이 완료된 후 ADC 동작을 중지(stop)시키고, 동시에 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 동작 여부에 관계없이 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기 카운팅을 수행하며,
상기 카운팅이 완료되면 지정된 명령을 출력하여, 상기 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 결과를 다음 PWM 스위칭 주기에 적용함과 아울러 ADC 동작을 다시 시작하게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템.
OBC 및 LDC 통합 제어부가 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크하는 단계;
상기 PWM 스위칭 주기의 개수를 체크한 결과, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기가 카운트 완료되었으면, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부가 ADC 동작을 온(Start) 시키는 단계; 및
상기 OBC 및 LDC 통합 제어부가 상기 ADC 동작 결과를 바탕으로 지정된 제어 연산을 수행하고, 상기 제어 연산 결과 값을 다음 PWM 주기에 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 8항에 있어서, 상기 PWM 스위칭 주기의 개수는,
ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 의미하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 8항에 있어서, 상기 제어 연산은,
ADC 동작을 통해 검출된 입력 전압/전류에 따른 목표 출력 전압/전류를 얻기 위해 필요한 PWM 스위칭 주파수와 듀티의 연산을 의미하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 8항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는,
상기 고용량 OBC부의 PFC(Power Factor Correction), 병렬 연결된 복수의 고전압 DC-DC 컨버터, 및 저전압 DC-DC 컨버터를 포함하는 LDC부의 내부 스위치를 PWM 방식으로 스위칭 제어하기 위한 구동수단;
전압 값과 전류 값을 디지털 형태로 변환하기 위한 ADC(Analog Digital Converter) 모듈; 및
상기 구동수단과 ADC 모듈을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 11항에 있어서, 상기 제어수단은,
코어(CORE)가 적어도 두 개 이상인 멀티코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 11항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부는,
제1 코어(CORE0)가 ADC 모듈의 온오프 제어(ADC ISR)와 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 모두 수행하고, 제2 코어(CORE1)가 제2 제어 연산(제어 ISR 2)을 수행하도록 구현될 경우,
상기 제1 코어(CORE0)는 ADC 동작과 PWM 스위칭 주파수 제어 동작의 동기(sync)를 맞추기 위하여, 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기를 카운트 한 후, 다음 PWM 스위칭 주기가 시작될 때 ADC 동작을 수행하며, 또한 지정된 ADC 동작 제어(ADC ISR)를 모두 수행한 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 13항에 있어서, 상기 제1 코어(CORE0)는,
상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)을 수행하는 동안에는 PWM 스위칭 주기의 카운트를 펜딩(pending)하고, 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1)이 완료된 후 다음 PWM 스위칭 주기부터 다시 카운트를 수행하며,
상기 다시 카운트가 수행되어 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기 카운트가 모두 수행된 후 상기 제1 제어 연산(제어 ISR 1) 결과 값을 다음 PWM 스위칭 주기에 적용하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.
제 13항에 있어서, 상기 OBC 및 LDC 통합 제어부에 ADC 모듈의 온오프 제어(Update ISR 1)와 PWM 스위칭 주기의 카운팅(Update ISR 2)을 담당하는 제3 코어(CORE2)를 더 포함하는 경우,
상기 제3 코어(CORE2)는, ADC 제어 주기에 따라 PWM 스위칭 주기에 맞춰 ADC 동작이 시작되면, 한 번의 ADC 동작이 완료된 후 ADC 동작을 중지(stop)시키고, 동시에 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 동작 여부에 관계없이 지정된 특정 개수의 PWM 스위칭 주기 카운팅을 수행하며,
상기 카운팅이 완료되면 지정된 명령을 출력하여, 상기 제1 및 제2 제어 연산(제어 ISR 1, 제어 ISR 2)의 결과를 다음 PWM 스위칭 주기에 적용함과 아울러 ADC 동작을 다시 시작하게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력변환 시스템의 제어 방법.