KR102519526B1 - Battery Part And Power System Including The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 출력인덕터 및 보조인덕터를 포함하는 충전기와; 상기 충전기에 연결되고, 제1전압으로 충전되는 제1배터리와; 상기 충전기에 연결되고, 상기 제1전압보다 낮은 제2전압으로 충전되는 제2배터리와; 상기 제1 및 제2배터리 사이에 연결되고, 상기 충전기, 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 사이의 연결을 제어하는 스위칭회로와; 상기 제1전압을 고전위전압으로 변환하여 출력하는 고전압 직류컨버터와; 상기 고전위전압을 직류에서 교류로 변환하는 인버터를 포함하는 전력 시스템을 제공한다.The present invention includes a charger including an output inductor and an auxiliary inductor; a first battery connected to the charger and charged with a first voltage; a second battery connected to the charger and charged with a second voltage lower than the first voltage; a switching circuit connected between the first and second batteries and controlling a connection between the charger, the first battery, and the second battery; a high voltage DC converter converting the first voltage into a high potential voltage and outputting the converted voltage; It provides a power system including an inverter that converts the high potential voltage from direct current to alternating current.

Description

배터리부 및 이를 포함하는 전력 시스템 {Battery Part And Power System Including The Same}Battery part and power system including the same {Battery Part And Power System Including The Same}

본 발명은 배터리부에 관한 것으로, 특히 다수의 스위치에 의하여 제1 및 제2배터리의 출력을 제어하는 배터리부 및 이를 포함하는 전력 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery unit, and more particularly, to a battery unit controlling outputs of first and second batteries by a plurality of switches and a power system including the same.

최근 전 세계적으로 자동차 시장의 판도가 바뀌고 있으며, 많은 자동차 회사들이 전기 자동차를 비롯하여 하이브리드 자동차, 수소 자동차 등 미래 자동차의 연구에 적극 투자하고 있다. Recently, the dynamics of the automobile market are changing all over the world, and many automobile companies are actively investing in research on future automobiles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and hydrogen vehicles.

전기 자동차용 전력 시스템에서는, 충전기를 통하여 고전압 배터리를 충전한 후, 충전된 고전압 배터리를 공급원으로 하여 차량 내 전장부하에 전원을 공급하고, 이를 위하여 전기 자동차용 전력 시스템은 저전압 직류컨버터(low DC-DC converter: LDC)를 필요로 한다.In the electric vehicle power system, after charging the high voltage battery through a charger, power is supplied to the electric load in the vehicle using the charged high voltage battery as a supply source. To this end, the electric vehicle power system uses a low voltage DC converter (low DC- A DC converter (LDC) is required.

도 1은 종래의 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a conventional electric vehicle power system.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 전기 자동차용 전력 시스템(10)은, 충전기(20), 배터리부(30), 고전압 직류컨버터(high DC-DC converter: HDC)(40), 인버터(42), 저전압 직류컨버터(low DC-DC converter: LDC)(50), 전장부하(52)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a conventional electric vehicle power system 10 includes a charger 20, a battery unit 30, a high voltage DC-DC converter (HDC) 40, and an inverter 42. ), a low DC-DC converter (LDC) 50, and an electric load 52.

충전기(20)는 배터리부(30)에 연결되어 배터리부(30)의 배터리(32)를 배터리전압(Vb)으로 충전하고, 배터리부(30)의 배터리(32)는 충전된 배터리전압(Vb)을 고전압 직류컨버터(40) 및 저전압 직류컨버터(50)에 공급한다.The charger 20 is connected to the battery unit 30 to charge the battery 32 of the battery unit 30 to the battery voltage Vb, and the battery 32 of the battery unit 30 is charged to the battery voltage Vb. ) is supplied to the high voltage DC converter 40 and the low voltage DC converter 50.

고전압 직류컨버터(40)는 배터리전압(Vb)을 고전위전압으로 승압하여 인버터(42)에 공급하고, 인버터(42)는 직류 고전위전압을 교류로 변환하여 모터(미도시)에 공급한다.The high voltage DC converter 40 boosts the battery voltage Vb to a high potential voltage and supplies it to the inverter 42, and the inverter 42 converts the DC high potential voltage into AC and supplies it to a motor (not shown).

저전압 직류컨버터(50)는 배터리전압(Vb)을 저전위전압으로 강압하여 전장부하(52)에 공급한다. The low voltage DC converter 50 steps down the battery voltage Vb to a low potential voltage and supplies it to the electric load 52.

이와 같이, 종래의 전기 자동차용 전력 시스템(10)은, 배터리전압(Vb)을 이용하여 전장부하(52)에 전원을 공급하기 위하여, 저전압 직류컨버터(50)를 필요로 하는데, 저전압 직류컨버터(50)에 의하여 전기 자동차용 전력 시스템(10)의 제조비용이 증가하고 그 결과 전기 자동차의 가격이 증가하는 문제가 있다. As such, the conventional power system 10 for an electric vehicle requires a low-voltage DC converter 50 to supply power to the electric load 52 using the battery voltage Vb, but the low-voltage DC converter ( 50), the manufacturing cost of the electric vehicle power system 10 increases, and as a result, the price of the electric vehicle increases.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 다수의 스위치에 의하여 제1 및 제2배터리의 출력을 제어함으로써, 저전압 직류컨버터가 생략되어 제조비용이 절감되는 배터리부 및 이를 포함하는 전력 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and by controlling the output of the first and second batteries by a plurality of switches, a low voltage DC converter is omitted and manufacturing cost is reduced, and a battery unit and a power system including the same is intended to provide

그리고, 본 발명은, 다수의 스위치에 의하여 제1 및 제2 배터리의 입력 및 출력을 제어함으로써, 다양한 모드로 동작하여 기능성이 향상되는 배터리부 및 이를 포함하는 전력 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a battery unit and a power system including the same that operate in various modes and improve functionality by controlling input and output of first and second batteries by a plurality of switches. .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 출력인덕터 및 보조인덕터를 포함하는 충전기와; 상기 충전기에 연결되고, 제1전압으로 충전되는 제1배터리와; 상기 충전기에 연결되고, 상기 제1전압보다 낮은 제2전압으로 충전되는 제2배터리와; 상기 제1 및 제2배터리 사이에 연결되고, 상기 충전기, 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 사이의 연결을 제어하는 스위칭회로와; 상기 제1전압을 고전위전압으로 변환하여 출력하는 고전압 직류컨버터와; 상기 고전위전압을 직류에서 교류로 변환하는 인버터를 포함하는 전력 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a charger including an output inductor and an auxiliary inductor; a first battery connected to the charger and charged with a first voltage; a second battery connected to the charger and charged with a second voltage lower than the first voltage; a switching circuit connected between the first and second batteries and controlling a connection between the charger, the first battery, and the second battery; a high voltage DC converter converting the first voltage into a high potential voltage and outputting the converted voltage; It provides a power system including an inverter that converts the high potential voltage from direct current to alternating current.

그리고, 상기 스위칭회로는, 상기 제1 및 제2배터리 사이의 병렬연결을 제어하는 제1스위치와; 상기 제1 및 제2배터리 사이의 직렬연결을 제어하는 제2스위치와; 상기 제1배터리와 상기 충전기의 제2충전전극 사이의 연결을 제어하는 제3 및 제4스위치와; 상기 제1배터리와 상기 충전기의 제1충전전극 사이의 연결을 제어하는 제5스위치를 포함할 수 있다.And, the switching circuit includes a first switch for controlling the parallel connection between the first and second batteries; a second switch controlling a serial connection between the first and second batteries; third and fourth switches controlling the connection between the first battery and the second charging electrode of the charger; A fifth switch controlling a connection between the first battery and the first charging electrode of the charger may be included.

또한, 상기 제1배터리의 제1전극, 상기 제1스위치의 제1전극, 상기 제5스위치의 제2전극은 서로 연결되고, 상기 제2배터리의 제1전극, 상기 제1스위치의 제2전극, 상기 제2스위치의 제1전극은 서로 연결되고, 상기 제1배터리의 제2전극, 상기 제2스위치의 제2전극, 상기 제3스위치의 제1전극, 상기 제4스위치의 제1전극은 서로 연결되고, 상기 제3스위치의 제2전극, 상기 출력인덕터의 제2전극, 상기 보조인덕터의 제1전극은 서로 연결되고, 상기 제2배터리의 제2전극, 상기 제4스위치의 제2전극, 상기 보조인덕터의 제2전극은 서로 연결되고, 상기 제5스위치의 제1전극, 상기 충전기의 제1충전전극은 서로 연결될 수 있다.In addition, the first electrode of the first battery, the first electrode of the first switch, and the second electrode of the fifth switch are connected to each other, and the first electrode of the second battery and the second electrode of the first switch , The first electrode of the second switch is connected to each other, the second electrode of the first battery, the second electrode of the second switch, the first electrode of the third switch, and the first electrode of the fourth switch The second electrode of the third switch, the second electrode of the output inductor, and the first electrode of the auxiliary inductor are connected to each other, and the second electrode of the second battery and the second electrode of the fourth switch are connected to each other. , The second electrode of the auxiliary inductor may be connected to each other, and the first electrode of the fifth switch and the first charging electrode of the charger may be connected to each other.

그리고, 제1모드에서, 상기 제2 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제3 및 제4스위치는 각각 오프 상태를 갖고, 상기 제1 및 제2배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 직렬로 연결되고, 상기 충전기에 의하여 각각 상기 제1 및 제2전압으로 동시에 충전될 수 있다.And, in the first mode, the second and fifth switches have an on state, the first, third and fourth switches have an off state, respectively, and the first and second batteries are in a state of the charger. It is connected in series between the first and second charging electrodes, and can be simultaneously charged to the first and second voltages, respectively, by the charger.

또한, 제2모드에서, 상기 제4 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제2 및 제3스위치는 각각 오프 상태를 갖고, 상기 제1배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 상기 충전기에 의하여 상기 제1전압으로 충전될 수 있다.Further, in the second mode, the fourth and fifth switches have an on state, the first, second and third switches have an off state, respectively, and the first battery, the first and second switches of the charger. It is connected between two charging electrodes and can be charged to the first voltage by the charger.

그리고, 제3모드에서, 상기 제1 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제2, 제3 및 제4스위치는 각각 오프 상태를 갖고, 상기 제2배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 상기 충전기에 의하여 상기 제2전압으로 충전될 수 있다.And, in the third mode, the first and fifth switches have an on state, the second, third and fourth switches have an off state, respectively, and the second battery, the first and second switches of the charger. It is connected between two charging electrodes and can be charged with the second voltage by the charger.

또한, 제4모드에서, 상기 제1 및 제3스위치는 각각 온 상태를 갖고, 상기 제2, 제4 및 제5스위치는 각각 오프 상태를 갖고, 상기 제1배터리는 상기 제2배터리의 제1전극과 상기 보조인덕터의 제1전극 사이에 연결되고, 상기 제2배터리는, 상기 제1배터리의 제1전극과 상기 보조인덕터의 제2전극 사이에 연결되고, 제1배터리에 의하여 충전될 수 있다.Further, in the fourth mode, the first and third switches each have an on state, the second, fourth and fifth switches each have an off state, and the first battery is the first battery of the second battery. It is connected between an electrode and the first electrode of the auxiliary inductor, and the second battery is connected between the first electrode of the first battery and the second electrode of the auxiliary inductor, and can be charged by the first battery. .

그리고, 제5모드에서, 상기 제2 및 제3스위치는 각각 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제4 및 제5스위치는 각각 오프 상태를 갖고, 상기 제2배터리의 제1 및 제2전극은 각각 상기 보조인덕터의 제1 및 제2전극에 연결되고, 상기 제2배터리는 상기 보조인덕터에 의하여 충전될 수 있다.And, in the fifth mode, the second and third switches each have an on state, the first, fourth and fifth switches each have an off state, and the first and second electrodes of the second battery Each is connected to the first and second electrodes of the auxiliary inductor, and the second battery can be charged by the auxiliary inductor.

본 발명은, 다수의 스위치에 의하여 제1 및 제2배터리의 출력을 제어함으로써, 저전압 직류컨버터가 생략되어 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.According to the present invention, by controlling the outputs of the first and second batteries by a plurality of switches, the low-voltage DC converter is omitted, thereby reducing manufacturing costs.

그리고, 본 발명은, 다수의 스위치에 의하여 제1 및 제2 배터리의 입력 및 출력을 제어함으로써, 다양한 모드로 동작하여 기능성이 향상되는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has an effect of improving functionality by operating in various modes by controlling the input and output of the first and second batteries by a plurality of switches.

도 1은 종래의 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 회로도.
도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템의 제1 내지 제5모드의 동작상태를 도시한 회로도.1 is a block diagram showing a conventional electric vehicle power system;
2 is a block diagram illustrating a power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram showing a power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
4A to 4E are circuit diagrams illustrating operation states of the first to fifth modes of the power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, respectively.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, specific details of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 회로도이다. 2 is a block diagram showing a power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템(110)은, 충전기(120), 배터리부(130), 고전압 직류컨버터(high DC-DC converter: HDC)(140), 인버터(142), 전장부하(152)를 포함한다.2 and 3, the power system 110 for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a charger 120, a battery unit 130, and a high DC-DC converter (HDC). ) 140, an inverter 142, and an electrical load 152.

충전기(120)는 배터리부(130)에 연결되는 제1 및 제2충전전극을 통하여 충전전압을 배터리부(130)에 공급한다.The charger 120 supplies charging voltage to the battery unit 130 through first and second charging electrodes connected to the battery unit 130 .

충전기(120)는 변압기(미도시), 변압기 2차측의 출력인덕터(Lo), 출력인덕터(Lo)에 연결되는 보조인덕터(La)를 포함하는데, 출력인덕터(Lo)의 제1전극은 변압기에 연결되고 출력인덕터(Lo)의 제2전극은 배터리부(130)에 연결되고, 보조인덕터(La)의 제1 및 제2전극은 배터리부(130)에 연결되고, 보조인덕터(La)의 제2전극은 충전기(120)의 제2충전전극과 동일하다.The charger 120 includes a transformer (not shown), an output inductor (Lo) of the secondary side of the transformer, and an auxiliary inductor (La) connected to the output inductor (Lo), and the first electrode of the output inductor (Lo) is connected to the transformer. The second electrode of the output inductor Lo is connected to the battery unit 130, the first and second electrodes of the auxiliary inductor La are connected to the battery unit 130, and the second electrode of the auxiliary inductor La is connected to the battery unit 130. The second electrode is the same as the second charging electrode of the charger 120.

배터리부(130)는 제1배터리(132), 스위칭회로(134), 제2배터리(136)를 포함한다.The battery unit 130 includes a first battery 132 , a switching circuit 134 , and a second battery 136 .

제1배터리(132)는, 충전기(120)와 스위칭회로(134) 사이에 연결되고, 충전기(120)의 충전전압을 이용하여 고전위전압인 제1전압(V1)으로 충전된다.The first battery 132 is connected between the charger 120 and the switching circuit 134, and is charged to the first voltage V1, which is a high potential voltage, using the charging voltage of the charger 120.

제1배터리(132)의 제1 및 제2전극은 각각 고전압 직류컨버터(140)에 연결되고, 충전된 제1전압(V1)은 제1배터리(132)의 제1 및 제2전극을 통하여 고전압 직류컨버터(140)에 공급된다. The first and second electrodes of the first battery 132 are connected to the high voltage DC converter 140, respectively, and the charged first voltage V1 is a high voltage through the first and second electrodes of the first battery 132. supplied to the DC converter 140.

제2배터리(136)는, 스위칭회로(134)와 충전기(120) 사이에 연결되고, 충전기(120)의 충전전압을 이용하여 저전위전압인 제2전압(V2)으로 충전된다.The second battery 136 is connected between the switching circuit 134 and the charger 120, and is charged to the second voltage V2, which is a low potential voltage, using the charging voltage of the charger 120.

제2배터리(136)의 제1 및 제2전극은 각각 전장부하(152)에 연결되고, 충전된 제2전압(V2)은 제2배터리(136)의 제1 및 제2전극을 통하여 전장부하(152)에 공급된다.The first and second electrodes of the second battery 136 are connected to the electric load 152, respectively, and the charged second voltage V2 is applied to the electric load through the first and second electrodes of the second battery 136. (152).

예를 들어, 제1 및 제2배터리(132, 136)는 각각 직렬 또는 병렬 연결되는 다수의 단위배터리를 포함할 수 있고, 제1전압(V1)은 제2전압(V2)보다 큰 값일 수 있으며, 제1전압(V1)은 약 300V이고, 제2전압(V2)은 약 12V 또는 약 48V 일 수 있다.For example, the first and second batteries 132 and 136 may each include a plurality of unit batteries connected in series or in parallel, and the first voltage V1 may be greater than the second voltage V2, , The first voltage V1 may be about 300V, and the second voltage V2 may be about 12V or about 48V.

스위칭회로(134)는, 제1배터리(132)와 제2배터리(136) 사이에 연결되고, 충전기(120), 제1배터리(132) 및 제2배터리(136) 사이의 연결을 제어한다.The switching circuit 134 is connected between the first battery 132 and the second battery 136 and controls the connection between the charger 120, the first battery 132 and the second battery 136.

스위칭회로(134)는, 제1 및 제2배터리(132, 136) 사이의 병렬연결을 제어하는 제1스위치(S1), 제1 및 제2배터리(132, 136) 사이의 직렬연결을 제어하는 제2스위치(S2), 제1배터리(132)와 충전기(120)의 제2충전전극 사이의 연결을 제어하는 제3 및 제4스위치(S3 및 S4), 제1배터리(132)와 충전기(120)의 제1충전전극 사이의 연결을 제어하는 제5스위치(S5)를 포함한다. The switching circuit 134 includes a first switch S1 that controls the parallel connection between the first and second batteries 132 and 136 and a series connection between the first and second batteries 132 and 136. The second switch (S2), the third and fourth switches (S3 and S4) for controlling the connection between the first battery 132 and the second charging electrode of the charger 120, the first battery 132 and the charger ( 120) includes a fifth switch (S5) for controlling the connection between the first charging electrodes.

구체적으로, 제1배터리(132)의 제1전극(양극)은 제1스위치(S1)의 제1전극, 제5스위치(S5)의 제2전극에 연결되고, 제1배터리(132)의 제2전극(음극)은 제2스위치(S2)의 제2전극, 제3스위치(S3)의 제1전극, 제4스위치(S4)의 제1전극에 연결된다.Specifically, the first electrode (positive electrode) of the first battery 132 is connected to the first electrode of the first switch S1 and the second electrode of the fifth switch S5, and the second electrode of the first battery 132 The second electrode (cathode) is connected to the second electrode of the second switch S2, the first electrode of the third switch S3, and the first electrode of the fourth switch S4.

제2배터리(136)의 제1전극(양극)은 제1스위치(S1)의 제2전극, 제2스위치(S2)의 제1전극에 연결되고, 제2배터리(136)의 제2전극(음극)은 충전기(120)의 제2충전전극(보조인덕터(La)의 제2전극), 제4스위치(S4)의 제2전극에 연결된다.The first electrode (positive electrode) of the second battery 136 is connected to the second electrode of the first switch S1 and the first electrode of the second switch S2, and the second electrode of the second battery 136 ( cathode) is connected to the second charging electrode (the second electrode of the auxiliary inductor La) of the charger 120 and the second electrode of the fourth switch S4.

제1스위치(S1)의 제1전극은 제1배터리(132)의 제1전극, 제5스위치(S5)의 제2전극에 연결되고, 제1스위치(S1)의 제2전극은 제2배터리(136)의 제1전극, 제2스위치(S2)의 제1전극에 연결된다.The first electrode of the first switch S1 is connected to the first electrode of the first battery 132 and the second electrode of the fifth switch S5, and the second electrode of the first switch S1 is connected to the second battery. It is connected to the first electrode of (136) and the first electrode of the second switch (S2).

제2스위치(S2)의 제1전극은 제2배터리(136)의 제1전극, 제1스위치(S1)의 제2전극에 연결되고, 제2스위치(S2)의 제2전극은 제1배터리(132)의 제2전극, 제3스위치(S3)의 제1전극, 제4스위치(S4)의 제1전극에 연결된다.The first electrode of the second switch S2 is connected to the first electrode of the second battery 136 and the second electrode of the first switch S1, and the second electrode of the second switch S2 is connected to the first battery 136. It is connected to the second electrode of 132, the first electrode of the third switch S3, and the first electrode of the fourth switch S4.

제3스위치(S3)의 제1전극은 제1배터리(132)의 제2전극, 제2스위치(S2)의 제2전극, 제4스위치(S4)의 제1전극에 연결되고, 제3스위치(S3)의 제2전극은 출력인덕터(Lo)의 제1전극, 보조인덕터(La)의 제1전극에 연결된다.The first electrode of the third switch S3 is connected to the second electrode of the first battery 132, the second electrode of the second switch S2, and the first electrode of the fourth switch S4, and the third switch The second electrode of (S3) is connected to the first electrode of the output inductor Lo and the first electrode of the auxiliary inductor La.

제4스위치(S4)의 제1전극은 제1배터리(132)의 제2전극, 제2스위치(S2)의 제2전극, 제3스위치(S3)의 제1전극에 연결되고, 제4스위치(S4)의 제2전극은 제2배터리(136)의 제2전극, 충전기(120)의 제2충전전극에 연결된다.The first electrode of the fourth switch S4 is connected to the second electrode of the first battery 132, the second electrode of the second switch S2, and the first electrode of the third switch S3, and the fourth switch The second electrode of (S4) is connected to the second electrode of the second battery 136 and the second charging electrode of the charger 120.

제5스위치(S5)의 제1전극은 충전기(120)의 제1전극에 연결되고, 제5스위치(S5)의 제2전극은 제1배터리(132)의 제1전극, 제1스위치(S1)의 제1전극에 연결된다.The first electrode of the fifth switch S5 is connected to the first electrode of the charger 120, and the second electrode of the fifth switch S5 is the first electrode of the first battery 132 and the first switch S1. ) is connected to the first electrode of

고전압 직류컨버터(140)는 제1배터리(132)의 제1전압(V1)을 고전위전압으로 승압하여 인버터(142)에 공급하고, 인버터(142)는 직류 고전위전압을 교류 고전위전압으로 변환하여 모터(미도시)에 공급한다.The high voltage DC converter 140 boosts the first voltage V1 of the first battery 132 to a high potential voltage and supplies it to the inverter 142, and the inverter 142 converts the DC high potential voltage to an AC high potential voltage. converted and supplied to a motor (not shown).

전장부하(152)는 제2배터리(136)의 제2전압(V2)을 전원으로 이용하여 동작하는데, 예를 들어, 전장부하(152)는 램프, 히터, 에어컨, 와이퍼, ABS(anti-lock brake system), EPS(electric power steering)를 포함할 수 있다.The electric load 152 operates by using the second voltage V2 of the second battery 136 as a power source. For example, the electric load 152 is a lamp, a heater, an air conditioner, a wiper, an anti-lock (ABS) brake system) and EPS (electric power steering).

이러한 전기 자동차용 전력 시스템(110)은 스위칭회로(134)를 이용하여 다양한 모드로 동작하는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.The electric vehicle power system 110 operates in various modes using the switching circuit 134, which will be described with reference to the drawings.

도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템의 제1 내지 제5모드의 동작상태를 도시한 회로도로서, 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명한다.4A to 4E are circuit diagrams showing operation states of the first to fifth modes of the power system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, respectively, and will be described with reference to FIGS. 2 and 3 together.

도 4a에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2배터리(132, 136)를 동시에 충전하는 동시충전 모드인 제1모드에서, 제2 및 제5스위치(S2, S5)는 온(on) 상태를 갖고, 제1, 제3 및 제4스위치(S1, S3, S4)는 각각 오프(off) 상태를 갖는다.As shown in FIG. 4A, in the first mode, which is a simultaneous charging mode for simultaneously charging the first and second batteries 132 and 136, the second and fifth switches S2 and S5 are turned on. and the first, third and fourth switches S1, S3 and S4 each have an off state.

이에 따라, 제1 및 제2배터리(132, 136)는, 충전기(120)의 제1 및 제2충전전극 사이에 직렬로 연결되고, 충전기(120)의 충전전압에 의하여 각각 제1 및 제2전압(V1, V2)으로 동시에 충전된다. Accordingly, the first and second batteries 132 and 136 are connected in series between the first and second charging electrodes of the charger 120, and the first and second batteries are respectively connected according to the charging voltage of the charger 120. It is simultaneously charged with voltages V1 and V2.

도 4b에 도시한 바와 같이, 제2배터리(136)는 충전하지 않고 제1배터리(132)만 충전하는 제1단독충전 모드인 제2모드에서, 제4 및 제5스위치(S4, S5)는 온 상태를 갖고, 제1, 제2 및 제3스위치(S1, S2, S3)는 각각 오프 상태를 갖는다.As shown in FIG. 4B, in the second mode, which is the first single charging mode in which only the first battery 132 is charged without charging the second battery 136, the fourth and fifth switches S4 and S5 operate It has an on state, and the first, second and third switches S1, S2 and S3 each have an off state.

이에 따라, 제1배터리(132)는, 충전기(120)의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 충전기(120)의 충전전압에 의하여 제1전압(V1)으로 충전되는 반면, 제2배터리(136)는 충전기(120)로부터 전기적으로 분리된다.Accordingly, the first battery 132 is connected between the first and second charging electrodes of the charger 120 and is charged to the first voltage V1 by the charging voltage of the charger 120, while the second Battery 136 is electrically isolated from charger 120 .

도 4c에 도시한 바와 같이, 제1배터리(132)는 충전하지 않고 제2배터리(136)만 충전하는 제2단독충전 모드인 제3모드에서, 제1 및 제5스위치(S1, S5)는 온 상태를 갖고, 제2, 제3 및 제4스위치(S2, S3, S4)는 각각 오프 상태를 갖는다.As shown in FIG. 4C, in the third mode, which is the second single charging mode in which only the second battery 136 is charged without charging the first battery 132, the first and fifth switches S1 and S5 operate It has an on state, and the second, third and fourth switches S2, S3 and S4 each have an off state.

이에 따라, 제2배터리(136)는, 충전기(120)의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 충전기(120)의 충전전압에 의하여 제2전압(V2)으로 충전되는 반면, 제1배터리(132)는 충전기(120)로부터 전기적으로 분리된다.Accordingly, the second battery 136 is connected between the first and second charging electrodes of the charger 120 and is charged to the second voltage V2 by the charging voltage of the charger 120, while the first Battery 132 is electrically isolated from charger 120 .

도 4d에 도시한 바와 같이, 제1배터리(132)를 이용하여 제2배터리(136)를 충전하는 제1밸런싱(balancing) 모드인 제4모드에서, 제1 및 제3스위치(S1, S3)는 각각 온 상태를 갖고, 제2, 제4 및 제5스위치(S2, S4, S5)는 각각 오프 상태를 갖는다.As shown in FIG. 4D, in the fourth mode, which is the first balancing mode for charging the second battery 136 using the first battery 132, the first and third switches S1 and S3 has an on state, respectively, and the second, fourth and fifth switches S2, S4 and S5 each have an off state.

이에 따라, 제1배터리(132)는 제2배터리(136)의 제1전극과 출력인덕터(Lo)의 제1전극 및 보조인덕터(La)의 제1전극 사이에 연결되고, 제2배터리(136)는 제1배터리(132)의 제1전극과 보조인덕터(La)의 제2전극 사이에 연결된다.Accordingly, the first battery 132 is connected between the first electrode of the second battery 136, the first electrode of the output inductor Lo, and the first electrode of the auxiliary inductor La, and the second battery 136 ) is connected between the first electrode of the first battery 132 and the second electrode of the auxiliary inductor La.

제1배터리(132), 보조인덕터(La), 제2배터리(136)는 폐회로를 구성하고, 제1배터리(132)의 제1전압(V1)에 의하여 제2배터리(136)가 충전(powering) 된다. The first battery 132, the auxiliary inductor La, and the second battery 136 constitute a closed circuit, and the second battery 136 is powered by the first voltage V1 of the first battery 132. ) do.

이때, 보조인덕터(Lo)의 전류가 증가할 수 있다.At this time, the current of the auxiliary inductor Lo may increase.

도 4e에 도시한 바와 같이, 보조인덕터(La)를 이용하여 제2배터리(136)를 충전하는 제2밸런싱 모드인 제5모드에서, 제2 및 제3스위치(S2, S3)는 각각 온 상태를 갖고, 제1, 제4 및 제5스위치(S1, S4, S5)는 각각 오프 상태를 갖는다.As shown in FIG. 4E, in the fifth mode, which is the second balancing mode in which the second battery 136 is charged using the auxiliary inductor La, the second and third switches S2 and S3 are turned on, respectively. , and the first, fourth, and fifth switches S1, S4, and S5 each have an off state.

이에 따라, 제2배터리(136)의 제1 및 제2전극은 각각 보조인덕터(La)의 제1 및 제2전극에 연결된다.Accordingly, the first and second electrodes of the second battery 136 are connected to the first and second electrodes of the auxiliary inductor La, respectively.

제2배터리(136), 보조인덕터(La)는 폐회로를 구성하고, 보조인덕터(La)의 전류 및 전압에 의하여 제2배터리(136)가 충전(freewheeling) 된다.The second battery 136 and the auxiliary inductor La form a closed circuit, and the second battery 136 is freewheeled by the current and voltage of the auxiliary inductor La.

이때, 보조인덕터(La)의 전압이 증가할 수 있다.At this time, the voltage of the auxiliary inductor La may increase.

도 4d 및 도 4e의 제4 및 제5모드는 주기적으로 교대로 반복되어 제1배터리(132)가 충전상태(state of charging: SOC)가 낮아진 제2배터리(136)를 충전하는 하나의 밸런싱 모드를 구성할 수 있다.4D and 4E are one balancing mode in which the first battery 132 charges the second battery 136 whose state of charge (SOC) is lowered by being alternately repeated periodically. can be configured.

그리고, 밸런싱 모드에서는, 제5스위치(S5)를 오프 상태로 유지하여 제1 및 제2배터리(132, 136)를 충전기(120)로부터 전기적으로 분리함으로써, 충전기(120)에 의하여 제1 및 제2배터리(132, 136)의 충전상태가 영향을 받는 것을 방지하고, 밸런싱 모드의 효율을 향상시킬 수 있다.And, in the balancing mode, the first and second batteries 132 and 136 are electrically separated from the charger 120 by maintaining the fifth switch S5 in an off state, so that the first and second batteries 132 and 136 are electrically separated by the charger 120. It is possible to prevent the state of charge of the two batteries 132 and 136 from being affected and to improve the efficiency of the balancing mode.

또한, 제1배터리(132)에 의하여 충전기(120)의 보조인덕터(La)에 축적된 에너지를 제2배터리(136)의 충전에 활용함으로써, 충전효율을 향상시킬 수 있는데, 출력인덕터(Lo)를 포함하는 기존의 충전기에 보조인덕터(La)를 추가 연결할 수 있으므로, 도통 손실을 감소시키고 기존의 충전기를 활용하여 제조비용을 절감할 수 있습니다.In addition, charging efficiency can be improved by utilizing the energy accumulated in the auxiliary inductor La of the charger 120 by the first battery 132 to charge the second battery 136, and the output inductor Lo Since an auxiliary inductor (La) can be additionally connected to an existing charger that includes, conduction loss can be reduced and manufacturing costs can be reduced by utilizing an existing charger.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템(110)에서는, 배터리부(130)를 제1 및 제2배터리(132, 136)와 스위칭회로(134)로 구성하고, 제2배터리(136)의 제2전압(V2)을 전장부하(152)에 직접 공급함으로써, 저전압 직류컨버터가 생략되어 제조비용이 절감된다. As described above, in the power system 110 for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, the battery unit 130 is composed of first and second batteries 132 and 136 and a switching circuit 134, and the second By directly supplying the second voltage V2 of the battery 136 to the electrical load 152, the low voltage DC converter is omitted, thereby reducing manufacturing cost.

그리고, 배터리부(130)의 스위칭회로(134)를 이용하여, 제1모드(동시충전 모드)에서 충전기(120)에 의하여 제1 및 제2배터리(132, 136)를 동시에 충전하거나, 제2 및 제3모드(단독충전 모드)에서 충전기(120)에 의하여 제1 및 제2배터리(132, 136) 중 하나만 충전하거나, 제4 및 제5모드(밸런싱 모드)에서 제1배터리(1332)에 의하여 제2배터리(136)를 충전함으로써, 다양한 모드로 동작하여 기능성이 향상된다.In addition, the first and second batteries 132 and 136 are simultaneously charged by the charger 120 in the first mode (simultaneous charging mode) using the switching circuit 134 of the battery unit 130, or the second and charging only one of the first and second batteries 132 and 136 by the charger 120 in the third mode (single charging mode), or charging the first battery 1332 in the fourth and fifth modes (balancing mode). By charging the second battery 136, the functionality is improved by operating in various modes.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the technical spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

110: 전력 시스템 120: 충전기
130: 배터리부 132, 136: 제1 및 제2배터리
134: 스위칭회로 140: 고전압 직류컨버터
142: 인버터 152: 전장부하110: power system 120: charger
130: battery unit 132, 136: first and second batteries
134: switching circuit 140: high voltage DC converter
142: inverter 152: electrical load

Claims (8)

출력인덕터 및 보조인덕터를 포함하는 충전기와;
상기 충전기에 연결되고, 제1전압으로 충전되는 제1배터리와;
상기 충전기에 연결되고, 상기 제1전압보다 낮은 제2전압으로 충전되는 제2배터리와;
상기 제1 및 제2배터리 사이에 연결되고, 상기 충전기, 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 사이의 연결을 제어하는 스위칭회로와;
상기 제1전압을 고전위전압으로 변환하여 출력하는 고전압 직류컨버터와;
상기 고전위전압을 직류에서 교류로 변환하는 인버터
를 포함하고,
상기 스위칭회로는,
상기 제1 및 제2배터리 사이의 병렬연결을 제어하는 제1스위치와;
상기 제1 및 제2배터리 사이의 직렬연결을 제어하는 제2스위치와;
상기 제1배터리와 상기 충전기의 제2충전전극 사이의 연결을 제어하는 제3스위치 및 제4스위치와;
상기 제1배터리와 상기 충전기의 제1충전전극 사이의 연결을 제어하는 제5스위치
를 포함하고,
상기 제1배터리의 제1전극, 상기 제1스위치의 제1전극, 상기 제5스위치의 제2전극은 서로 연결되고,
상기 제2배터리의 제1전극, 상기 제1스위치의 제2전극, 상기 제2스위치의 제1전극은 서로 연결되고,
상기 제1배터리의 제2전극, 상기 제2스위치의 제2전극, 상기 제3스위치의 제1전극, 상기 제4스위치의 제1전극은 서로 연결되고,
상기 제3스위치의 제2전극, 상기 출력인덕터의 제2전극, 상기 보조인덕터의 제1전극은 서로 연결되고,
상기 제2배터리의 제2전극, 상기 제4스위치의 제2전극, 상기 보조인덕터의 제2전극은 서로 연결되고,
상기 제5스위치의 제1전극, 상기 충전기의 제1충전전극은 서로 연결되는 전력 시스템.
A charger including an output inductor and an auxiliary inductor;
a first battery connected to the charger and charged with a first voltage;
a second battery connected to the charger and charged with a second voltage lower than the first voltage;
a switching circuit connected between the first and second batteries and controlling a connection between the charger, the first battery, and the second battery;
a high voltage DC converter converting the first voltage into a high potential voltage and outputting the converted voltage;
Inverter converting the high potential voltage from direct current to alternating current
including,
The switching circuit,
a first switch controlling parallel connection between the first and second batteries;
a second switch controlling a serial connection between the first and second batteries;
a third switch and a fourth switch controlling a connection between the first battery and the second charging electrode of the charger;
A fifth switch controlling the connection between the first battery and the first charging electrode of the charger
including,
The first electrode of the first battery, the first electrode of the first switch, and the second electrode of the fifth switch are connected to each other;
The first electrode of the second battery, the second electrode of the first switch, and the first electrode of the second switch are connected to each other;
The second electrode of the first battery, the second electrode of the second switch, the first electrode of the third switch, and the first electrode of the fourth switch are connected to each other;
The second electrode of the third switch, the second electrode of the output inductor, and the first electrode of the auxiliary inductor are connected to each other;
A second electrode of the second battery, a second electrode of the fourth switch, and a second electrode of the auxiliary inductor are connected to each other;
The first electrode of the fifth switch and the first charging electrode of the charger are connected to each other.
 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
제1모드에서,
상기 제2 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제3 및 제4스위치는 각각 오프 상태를 갖고,
상기 제1 및 제2배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 직렬로 연결되고, 상기 충전기에 의하여 각각 상기 제1 및 제2전압으로 동시에 충전되는 전력 시스템.
According to claim 1,
In the first mode,
The second and fifth switches have an on state, and the first, third and fourth switches each have an off state,
The first and second batteries are connected in series between first and second charging electrodes of the charger, and are simultaneously charged to the first and second voltages, respectively, by the charger.
 제 1 항에 있어서,
제2모드에서,
상기 제4 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제2 및 제3스위치는 각각 오프 상태를 갖고,
상기 제1배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 상기 충전기에 의하여 상기 제1전압으로 충전되는 전력 시스템.
According to claim 1,
In the second mode,
The fourth and fifth switches have an on state, and the first, second and third switches each have an off state,
The first battery is connected between first and second charging electrodes of the charger, and is charged to the first voltage by the charger.
 제 1 항에 있어서,
제3모드에서,
상기 제1 및 제5스위치는 온 상태를 갖고, 상기 제2, 제3 및 제4스위치는 각각 오프 상태를 갖고,
상기 제2배터리는, 상기 충전기의 제1 및 제2충전전극 사이에 연결되고, 상기 충전기에 의하여 상기 제2전압으로 충전되는 전력 시스템.
According to claim 1,
In the third mode,
The first and fifth switches have an on state, and the second, third and fourth switches each have an off state,
The second battery is connected between first and second charging electrodes of the charger and is charged to the second voltage by the charger.
 제 1 항에 있어서,
제4모드에서,
상기 제1 및 제3스위치는 각각 온 상태를 갖고, 상기 제2, 제4 및 제5스위치는 각각 오프 상태를 갖고,
상기 제1배터리는 상기 제2배터리의 제1전극과 상기 보조인덕터의 제1전극 사이에 연결되고,
상기 제2배터리는, 상기 제1배터리의 제1전극과 상기 보조인덕터의 제2전극 사이에 연결되고, 제1배터리에 의하여 충전되는 전력 시스템.
According to claim 1,
In the fourth mode,
The first and third switches each have an on state, and the second, fourth and fifth switches each have an off state,
The first battery is connected between a first electrode of the second battery and a first electrode of the auxiliary inductor;
The second battery is connected between a first electrode of the first battery and a second electrode of the auxiliary inductor, and is charged by the first battery.
 제 1 항에 있어서,
제5모드에서,
상기 제2 및 제3스위치는 각각 온 상태를 갖고, 상기 제1, 제4 및 제5스위치는 각각 오프 상태를 갖고,
상기 제2배터리의 제1 및 제2전극은 각각 상기 보조인덕터의 제1 및 제2전극에 연결되고,
상기 제2배터리는 상기 보조인덕터에 의하여 충전되는 전력 시스템.According to claim 1,
In the fifth mode,
The second and third switches each have an on state, and the first, fourth and fifth switches each have an off state,
The first and second electrodes of the second battery are connected to the first and second electrodes of the auxiliary inductor, respectively;
The second battery is charged by the auxiliary inductor.
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