KR102523290B1 - 충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 정전류원과; 일단이 상기 정전류원에 병렬로 연결되는 다수의 스위치 쌍과; 상기 다수의 스위치 쌍의 타단에 연결되는 방전저항을 포함하고, 상기 다수의 스위치 쌍 각각의 연결노드에는 다수의 배터리가 연결되고, 상기 다수의 배터리는 상기 정전류원에 의하여 배터리전압으로 충전되는 충전부를 제공한다.

Description

충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템 {Charging Part And Power System Including The Same}
본 발명은 충전부에 관한 것으로, 특히 병렬 연결되는 다수의 배터리를 충전하는 충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 전기 자동차의 보급이 빠르게 증가하고 있으며, 많은 자동차 회사들이 전기 자동차 연구에 적극 투자하고 있다. 그리고, 전기 자동차의 보급 확대로 전기 자동차용 배터리 충전 시스템에 대한 관심도 증가하고 있다.
일반적으로 전기 자동차의 배터리는 사용자가 탈착 불가능한 구조로 제작되고 있지만, 제작 방식에 따라 탈착이 가능한 구조를 가질 수도 있다. 배터리 탈착식 구조의 전기 자동차에서는 탈착된 배터리를 사용자가 직접 충전부에 꽂아 배터리를 충전한다.
배터리 탈착식 전기 자동차에서 배터리의 용량은 차량의 주행거리와 상관관계가 있으며, 더 긴 주행거리를 필요로 하는 차량의 경우 다수의 배터리가 병렬로 연결되는 구조로 제작될 수 있다.
도 1은 종래의 충전부를 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 충전부(20)는, 입력전원(15)을 이용하여 배터리부(30)를 충전하는데, 충전부(20)는 제1 내지 제3충전기(22, 24, 26)를 포함하고, 배터리부(30)는 제1 내지 제3배터리(32, 34, 36)를 포함한다.
입력전원(15)은 제1 내지 제3충전기(22, 24, 26) 각각에 연결되고, 제1 내지 제3충전기(22, 24, 26)는 각각 제1 내지 제3배터리(32, 34, 36)를 충전한다.
즉, 제1 내지 제3충전기(22, 24, 26)가 각각 제1 내지 제3배터리(32, 34, 36)를 동시에 충전함으로써, 충전시간을 단축시킬 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 충전부에서는, 충전기(22, 24, 26)와 배터리(32, 34, 36)가 일대일로 연결되므로, 배터리 개수와 동일한 개수의 충전기를 필요로 하며, 이에 따라 충전부 구축에 필요한 비용이 증가하는 문제가 있다.
그리고, 충전부의 설치면적이 증가되고 충전부를 전기 자동차에 장착하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 다수의 스위치를 이용하여 병렬 연결되는 다수의 배터리를 충전함으로써, 제조비용이 절감되는 충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 다수의 스위치를 이용하여 하나의 정전류원으로 다수의 배터리를 충전함으로써, 설치면적이 감소되고 전기 자동차에 장착될 수 있는 충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 정전류원과; 일단이 상기 정전류원에 병렬로 연결되는 다수의 스위치 쌍과; 상기 다수의 스위치 쌍의 타단에 연결되는 방전저항을 포함하고, 상기 다수의 스위치 쌍 각각의 연결노드에는 다수의 배터리가 연결되고, 상기 다수의 배터리는 상기 정전류원에 의하여 배터리전압으로 충전되는 충전부를 제공한다.
그리고, 상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4스위치와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6스위치를 포함하고, 상기 다수의 배터리는, 상기 제1 및 제2스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제1배터리와, 상기 제3 및 제4스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제2배터리와, 상기 제5 및 제6스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제3배터리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리의 충전상태에 따라 스위칭 되어 상기 제1 내지 제3배터리를 충전하는데 이용되고, 상기 제2, 제4 및 제6스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리의 충전상태에 따라 스위칭 되어 상기 제1 내지 제3배터리를 방전하는데 이용될 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제3배터리가 상이한 충전상태를 가질 경우, 상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 가장 낮은 충전상태를 갖는 상기 제1 내지 제3배터리 중 하나가 충전되도록 스위칭 되고, 상기 제1 내지 제3배터리가 동일한 충전상태를 가질 경우, 상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리가 상기 배터리전압이 될 때까지 동시에 충전되도록 스위칭 될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3배터리 중 적어도 하나가 상기 배터리전압보다 큰 전압의 충전상태를 가질 경우, 상기 제2, 제4 및 제6스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리가 상기 배터리전압이 될 때까지 방전되도록 스위칭 될 수 있다.
그리고, 상기 방전저항의 양단은 상기 배터리전압으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2다이오드와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4다이오드와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6다이오드를 포함하고, 상기 다수의 배터리는, 상기 제1 및 제2다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제1배터리와, 상기 제3 및 제4다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제2배터리와, 상기 제5 및 제6다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제3배터리를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 정전류원과, 일단이 상기 정전류원에 병렬로 연결되는 다수의 스위치 쌍과, 상기 다수의 스위치 쌍의 타단에 연결되는 방전저항을 포함하는 충전부와; 상기 다수의 스위치 쌍 각각의 연결노드에 연결되고, 상기 정전류원에 의하여 배터리전압으로 충전되는 다수의 배터리를 포함하는 배터리부와; 상기 배터리전압을 고전위전압으로 변환하여 모터에 공급하는 고전압 직류컨버터와; 상기 배터리전압을 저전위전압으로 변환하여 전장부하에 공급하는 저전압 직류컨버터를 포함하는 전력 시스템을 제공한다.
본 발명은, 다수의 스위치를 이용하여 병렬 연결되는 다수의 배터리를 충전함으로써, 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 다수의 스위치를 이용하여 하나의 정전류원으로 다수의 배터리를 충전함으로써, 설치면적이 감소되고 전기 자동차에 장착될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 충전부를 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부를 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부의 동작상태를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 충전부의 동작상태를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부를 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부를 도시한 회로도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부(120)는, 입력전원(115)를 이용하여 배터리부(130)를 충전한다.
충전부(120)는 정전류원(Id), 제1 내지 제6스위치(SW1 내지 SW6), 방전저항(Rd)을 포함하고, 배터리부(130)는 제1 내지 제3스위치(132, 134, 136)를 포함한다.
충전부(120)에 공급되는 입력전원(115)은 정전류원(Id)으로 등가적으로 표시되는데, 입력전원(115)은 교류이고 정전류원(Id)은 직류이고 충전부(120)는 교류를 직류로 변환하는 정류기(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2스위치(SW1, SW2)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결되고, 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결되고, 제5 및 제6스위치(SW5, SW6)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결된다.
제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 스위치 쌍과 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)의 스위치 쌍과 제5 및 제6스위치(SW5, SW6)의 스위치 쌍은 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 병렬로 연결된다.
제1배터리(132)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2) 사이의 연결노드에 연결되고, 제2배터리(134)는 제3 및 제4스위치(SW3, SW4) 사이의 연결노드에 연결되고, 제3배터리(136)는 제5 및 제6스위치(SW5, SW6) 사이의 연결노드에 연결된다.
구체적으로, 정전류원(Id)의 제1전극은 제1, 제3 및 제5스위치(SW1, SW3, SW5)의 제1전극에 연결되고, 정전류원(Id)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제1스위치(SW1)의 제1전극은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제1스위치(SW1)의 제2전극은 제1배터리(132)의 제1전극과 제2스위치(SW2)의 제1전극에 연결된다.
제2스위치(SW2)의 제1전극은 제1스위치(SW1)의 제2전극과 제1배터리(132)의 제1전극에 연결된다.
제3스위치(SW3)의 제1전극은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제3스위치(SW3)의 제2전극은 제2배터리(134)의 제1전극과 제4스위치(SW4)의 제1전극에 연결된다.
제4스위치(SW4)의 제1전극은 제3스위치(SW3)의 제2전극과 제2배터리(134)의 제1전극에 연결된다.
제5스위치(SW5)의 제1전극은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제5스위치(SW5)의 제2전극은 제3배터리(136)의 제1전극과 제6스위치(SW6)의 제1전극에 연결된다.
제6스위치(SW6)의 제1전극은 제5스위치(SW5)의 제2전극과 제3배터리(136)의 제1전극에 연결된다.
방전저항(Rd)의 제1전극은 제2, 제4 및 제6스위치(SW2, SW4, SW6)의 제2전극에 연결되고, 방전저항(Rd)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
방전저항(Rd)의 제1 및 제2전극 사이는 배터리전압(Vb)으로 유지될 수 있다.
제1배터리(132)의 제1전극은 제1스위치(SW1)의 제2전극과 제2스위치(SW2)의 제1전극에 연결되고, 제1배터리(132)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제2배터리(134)의 제1전극은 제3스위치(SW3)의 제2전극과 제4스위치(SW4)의 제1전극에 연결되고, 제2배터리(134)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제3배터리(136)의 제1전극은 제5스위치(SW5)의 제2전극과 제6스위치(SW6)의 제1전극에 연결되고, 제3배터리(136)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제1실시예에서는 충전부(120)가 6개의 스위치(SW1 내지 SW6)를 포함하고 배터리부(130)가 3개의 배터리(132, 134, 136)를 포함하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 충전부(120)가 2n개(n은 자연수)의 스위치(n개의 스위치 쌍)를 포함하고 배터리부(130)가 n개의 배터리를 포함할 수 있다.
이러한 충전부(120)에서, 제1, 제3 및 제5스위치(SW1, SW3, SW5)는 각각 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)의 충전에 이용되고, 제2, 제4 및 제6스위치(SW2, SW4, SW6)는 각각 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)의 방전에 이용되는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부의 동작상태를 도시한 회로도로서, 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제6스위치(SW1 내지 SW6)는 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)의 충전상태(state of charge: SOC)에 따라 스위칭 되고, 이를 위하여 충전부(120)는 제1 내지 제6스위치(SW1 내지 SW6)의 동작상태를 조절하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
즉, 정전류원(Id)과 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136) 사이에 연결되는 제1, 제3 및 제5스위치(SW1, SW3, SW5)는, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)의 충전상태에 따라 스위칭 되어 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 충전된다.
구체적으로, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 상이한 충전상태를 가질 경우 가장 낮은 전압의 충전상태를 갖는 배터리를 먼저 충전하고, 이후 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 동일한 충전상태를 가질 때부터 배터리전압(Vb)이 될 때까지 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)를 동시에 충전할 수 있다.
예를 들어, 제1배터리(132)가 제2 및 제3배터리(134, 136) 보다 낮은 전압의 충전상태를 가질 경우, 제1스위치(SW1)는 온(on) 상태를 갖고 제3 및 제5스위치(SW3, SW5)는 오프(off) 상태를 갖고, 정전류원(Id)과 제1배터리(132) 사이에만 충전경로(CP)가 생성되어 제1배터리(132)가 충전되고, 제2 및 제3배터리(134, 136)는 충전되지 않는다.
이후, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 동일한 충전상태를 가질 경우, 제1, 제3 및 제5스위치(SW1, SW3, SW5)가 온 상태를 갖고, 정전류원(Id)과 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136) 각각 사이에 충전경로가 생성되어 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 모두 배터리전압(Vb)으로 충전된다.
한편, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)와 방전저항(Rd) 사이에 연결되는 제2, 제4 및 제6스위치(SW2, SW4, SW6)는, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)의 충전상태에 따라 스위칭 되어 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)가 배터리전압(Vb)으로 방전된다.
구체적으로, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136) 중 배터리전압(Vb)보다 큰 전압의 충전상태를 갖는 배터리를 방전할 수 있다.
예를 들어, 제2배터리(134)가 배터리전압(Vb)보다 큰 전압의 충전상태를 갖고, 제1 및 제3배터리(132, 136)가 배터리전압(Vb)의 충전상태를 가질 경우, 제4스위치(SW4)는 온 상태를 갖고 제2 및 제6스위치(SW2, SW6)는 오프 상태를 갖고, 제2배터리(134)와 방전저항(Rd) 사이에만 방전경로(DP)가 생성되어 제2배터리(134)가 배터리전압(Vb)까지 방전되고, 제1 및 제3배터리(132, 136)는 방전되지 않는다.
이에 따라, 제1 내지 제3배터리(132, 134, 136)는 모두 배터리전압(Vb)의 충전상태로 유지된다.
이상과 같이, 전기 자동차로부터 배터리부(130)의 다수의 배터리(132, 134, 136)를 탈착하고, 탈착된 배터리부(130)의 다수의 배터리(132, 134, 136)를 본 발명의 제1실시예에 따른 충전부(120)에 연결하여 충전할 수 있다.
이때, 다수의 스위치(SW1 내지 SW6)를 포함하는 하나의 충전부(120)를 이용하여 배터리부(130)의 다수의 배터리(132, 134, 136)를 충전함으로써, 충전부(120)의 제조비용을 절감할 수 있다.
그리고, 다수의 스위치(SW1 내지 SW6)를 이용하여 하나의 정전류원(Id)으로 배터리부(130)의 다수의 배터리(132, 134, 136)를 충전함으로써, 충전부(120)의 설치면적을 최소화 할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 제1 내지 제6스위치(SW1 내지 SW6)는 제1 내지 제6다이오드로 대체할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 충전부의 동작상태를 도시한 회로도로서, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 충전부(220)는, 입력전원를 이용하여 배터리부(230)를 충전한다.
충전부(220)는 정전류원(Id), 제1 내지 제6다이오드(D1 내지 D6), 방전저항(Rd)을 포함하고, 배터리부(230)는 제1 내지 제3스위치(232, 234, 236)를 포함한다.
충전부(220)에 공급되는 입력전원은 정전류원(Id)으로 등가적으로 표시되는데, 입력전원은 교류이고 정전류원(Id)은 직류이고 충전부(220)는 교류를 직류로 변환하는 정류기(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2다이오드(D1, D2)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결되고, 제3 및 제4다이오드(D3, D4)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결되고, 제5 및 제6다이오드(D5, D6)는 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 직렬로 연결된다.
제1 및 제2다이오드(D1, D2)의 다이오드 쌍과 제3 및 제4다이오드(D3, D4)의 다이오드 쌍과 제5 및 제6다이오드(D5, D6)의 다이오드 쌍은 정전류원(Id) 및 방전저항(Rd) 사이에 병렬로 연결된다.
제1배터리(232)는 제1 및 제2다이오드(D1, D2) 사이의 연결노드에 연결되고, 제2배터리(234)는 제3 및 제4다이오드(D3, D4) 사이의 연결노드에 연결되고, 제3배터리(236)는 제5 및 제6다이오드(D5, D6) 사이의 연결노드에 연결된다.
구체적으로, 정전류원(Id)의 제1전극은 제1, 제3 및 제5다이오드(D1, D3, D5)의 제1전극(양극)에 연결되고, 정전류원(Id)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제1다이오드(D1)의 제1전극(양극)은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제1다이오드(D1)의 제2전극(음극)은 제1배터리(232)의 제1전극과 제2다이오드(D2)의 제1전극(양극)에 연결된다.
제2다이오드(D2)의 제1전극(양극)은 제1다이오드(D1)의 제2전극(음극)과 제1배터리(232)의 제1전극에 연결된다.
제3다이오드(D3)의 제1전극(양극)은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제3다이오드(D3)의 제2전극(음극)은 제2배터리(234)의 제1전극과 제4다이오드(D4)의 제1전극(양극)에 연결된다.
제4다이오드(D4)의 제1전극(양극)은 제3다이오드(D3)의 제2전극(음극)과 제2배터리(234)의 제1전극에 연결된다.
제5다이오드(D5)의 제1전극(양극)은 정전류원(Id)의 제1전극에 연결되고, 제5다이오드(D5)의 제2전극(음극)은 제3배터리(236)의 제1전극과 제6다이오드(D6)의 제1전극(양극)에 연결된다.
제6다이오드(D6)의 제1전극(양극)은 제5다이오드(D5)의 제2전극(음극)과 제3배터리(236)의 제1전극에 연결된다.
방전저항(Rd)의 제1전극은 제2, 제4 및 제6다이오드(D2, D4, D6)의 제2전극(음극)에 연결되고, 방전저항(Rd)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
방전저항(Rd)의 제1 및 제2전극 사이는 배터리전압(Vb)으로 유지될 수 있다.
제1배터리(232)의 제1전극은 제1다이오드(D1)의 제2전극(음극)과 제2다이오드(D2)의 제1전극(양극)에 연결되고, 제1배터리(232)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제2배터리(234)의 제1전극은 제3다이오드(D3)의 제2전극(음극)과 제4다이오드(D4)의 제1전극(양극)에 연결되고, 제2배터리(234)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제3배터리(236)의 제1전극은 제5다이오드(D5)의 제2전극(음극)과 제6다이오드(D6)의 제1전극(양극)에 연결되고, 제3배터리(236)의 제2전극은 접지전극에 연결된다.
제1실시예에서는 충전부(220)가 6개의 다이오드(D1 내지 D6)를 포함하고 배터리부(230)가 3개의 배터리(232, 234, 236)를 포함하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 충전부(220)가 2n개(n은 자연수)의 다이오드(n개의 다이오드 쌍)를 포함하고 배터리부(230)가 n개의 배터리를 포함할 수 있다.
이러한 충전부(220)에서, 제1, 제3 및 제5다이오드(D1, D3, D5)는 각각 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)의 충전에 이용되고, 제2, 제4 및 제6다이오드(D2, D4, D6)는 각각 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)의 방전에 이용된다.
제1 내지 제6다이오드(D1 내지 D6)는 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)의 충전상태(state of charge: SOC)에 따라 스위칭 된다.
즉, 정전류원(Id)과 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236) 사이에 연결되는 제1, 제3 및 제5다이오드(D1, D3, D5)는, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)의 충전상태에 따라 스위칭 되어 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 충전된다.
구체적으로, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 상이한 충전상태를 가질 경우 가장 낮은 전압의 충전상태를 갖는 배터리를 먼저 충전하고, 이후 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 동일한 충전상태를 가질 때부터 배터리전압(Vb)이 될 때까지 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)를 동시에 충전할 수 있다.
예를 들어, 제1배터리(232)가 제2 및 제3배터리(234, 236) 보다 낮은 전압의 충전상태를 가질 경우, 상대적으로 큰 전압차이를 갖는 제1다이오드(D1)는 온(on) 상태를 갖고 상대적으로 작은 전압차이를 갖는 제3 및 제5다이오드(D3, D5)는 오프(off) 상태를 갖고, 정전류원(Id)과 제1배터리(232) 사이에만 충전경로(CP)가 생성되어 제1배터리(232)가 충전되고, 제2 및 제3배터리(234, 236)는 충전되지 않는다.
이후, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 동일한 충전상태를 가질 경우, 제1, 제3 및 제5다이오드(D1, D3, D5)가 온 상태를 갖고, 정전류원(Id)과 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236) 각각 사이에 충전경로가 생성되어 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 모두 배터리전압(Vb)으로 충전된다.
한편, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)와 방전저항(Rd) 사이에 연결되는 제2, 제4 및 제6다이오드(D2, D4, D6)는, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)의 충전상태에 따라 스위칭 되어 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)가 방전된다.
구체적으로, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236) 중 배터리전압(Vb)보다 큰 전압의 충전상태를 갖는 배터리를 방전할 수 있다.
예를 들어, 제2배터리(234)가 배터리전압(Vb)보다 큰 전압의 충전상태를 갖고, 제1 및 제3배터리(232, 236)가 배터리전압(Vb)의 충전상태를 가질 경우, 순방향 전압차이를 갖는 제4다이오드(D4)는 온 상태를 갖고 전압차이를 갖지 않는 제2 및 제6다이오드(D2, D6)는 오프 상태를 갖고, 제2배터리(234)와 방전저항(Rd) 사이에만 방전경로(DP)가 생성되어 제2배터리(234)가 방전되고, 제1 및 제3배터리(232, 236)는 방전되지 않는다.
이에 따라, 제1 내지 제3배터리(232, 234, 236)는 모두 배터리전압(Vb)의 충전상태로 유지된다.
이상과 같이, 전기 자동차로부터 배터리부(230)의 다수의 배터리(232, 234, 236)를 탈착하고, 탈착된 배터리부(230)의 다수의 배터리(232, 234, 236)를 본 발명의 제2실시예에 따른 충전부(220)에 연결하여 충전할 수 있다.
이때, 다수의 다이오드(D1 내지 D6)를 포함하는 하나의 충전부(220)를 이용하여 배터리부(230)의 다수의 배터리(232, 234, 236)를 충전함으로써, 충전부(220)의 제조비용을 절감할 수 있다.
그리고, 다수의 다이오드(D1 내지 D6)를 이용하여 하나의 정전류원(Id)으로 배터리부(230)의 다수의 배터리(232, 234, 236)를 충전함으로써, 충전부(220)의 설치면적을 최소화 할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 충전부를 전기 자동차에 장착하여 전력 시스템의 일부로 사용할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템을 도시한 블록도로서, 제1 및 제2실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템(310)은, 충전부(320), 배터리부(330), 고전압 직류컨버터(high DC-DC converter: HDC)(340), 인버터(342), 저전압 직류컨버터(low DC-DC converter: LDC)(350), 전장부하(352)를 포함한다.
충전부(320)는, 입력전원(315)을 이용하여 배터리부(330)를 배터리전압(Vb)으로 충전하고, 제1 내지 제6스위치(도 3의 SW1 내지 SW6) 또는 제1 내지 제6다이오드(도 5의 D1 내지 D6)와 방전저항(도 3, 도 5의 Rd)을 포함할 수 있다.
배터리부(330)는, 충전된 배터리전압(Vb)을 고전압 직류컨버터(340) 및 저전압 직류컨버터(350)에 공급하고, 충전부(320)에 병렬 연결되는 제1 내지 제3배터리(332, 334, 336)를 포함한다.
고전압 직류컨버터(340)는 배터리전압(Vb)을 고전위전압으로 승압하여 모터(342)에 공급하는데, 고전압 직류컨버터(340) 및 모터(342) 사이에는 직류 고전위전압을 교류로 변환하는 인버터(미도시)가 배치될 수 있다.
저전압 직류컨버터(350)는 배터리전압(Vb)을 저전위전압으로 강압하여 전장부하(352)에 공급한다.
전장부하(352)는 저전위전압을 전원으로 이용하여 동작하는데, 예를 들어, 전장부하(352)는 램프, 히터, 에어컨, 와이퍼, ABS(anti-lock brake system), EPS(electric power steering)를 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차용 전력 시스템(310)에서는, 다수의 스위치(SW1 내지 SW6) 또는 다수의 다이오드(D1 내지 D6)를 포함하는 하나의 충전부(320)를 이용하여 배터리부(330)의 다수의 배터리(332, 334, 336)를 충전함으로써, 충전부(320)의 제조비용을 절감할 수 있다.
그리고, 다수의 스위치(SW1 내지 SW6) 또는 다수의 다이오드(D1 내지 D6)를 이용하여 하나의 정전류원(Id)으로 배터리부(330)의 다수의 배터리(332, 334, 336)를 충전함으로써, 충전부(320)의 설치면적을 최소화 할 수 있다.
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.
115: 입력전원 120: 충전부
SW1 내지 SW6: 제1 내지 제6스위치
130: 배터리부 132, 134, 136: 제1, 제2 및 제3배터리

Claims (8)

  1. 정전류원과;
    일단이 상기 정전류원에 병렬로 연결되는 다수의 스위치 쌍과;
    상기 다수의 스위치 쌍의 타단에 연결되는 방전저항
    을 포함하고,
    상기 다수의 스위치 쌍 각각의 연결노드에는 다수의 배터리가 연결되고,
    상기 다수의 배터리는 상기 정전류원에 의하여 배터리전압으로 충전되고,
    상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치를 포함하고,
    상기 다수의 배터리는, 상기 제1 및 제2스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제1배터리를 포함하고,
    상기 정전류원의 제1전극은 상기 제1스위치의 제1전극에 연결되고, 상기 정전류원의 제2전극은 접지전극에 연결되고,
    상기 제1배터리의 제1전극은 상기 제1스위치의 제2전극과 상기 제2스위치의 제1전극에 연결되고, 상기 제1배터리의 제2전극은 접지전극에 연결되고,
    상기 방전저항의 제1전극은 상기 제2스위치의 제2전극에 연결되고, 상기 방전저항의 제2전극은 접지전극에 연결되는 충전부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4스위치와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6스위치를 더 포함하고,
    상기 다수의 배터리는, 상기 제3 및 제4스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제2배터리와, 상기 제5 및 제6스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제3배터리를 더 포함하는 충전부.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리의 충전상태에 따라 스위칭 되어 상기 제1 내지 제3배터리를 충전하는데 이용되고,
    상기 제2, 제4 및 제6스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리의 충전상태에 따라 스위칭 되어 상기 제1 내지 제3배터리를 방전하는데 이용되는 충전부.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3배터리가 상이한 충전상태를 가질 경우, 상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 가장 낮은 충전상태를 갖는 상기 제1 내지 제3배터리 중 하나가 충전되도록 스위칭 되고,
    상기 제1 내지 제3배터리가 동일한 충전상태를 가질 경우, 상기 제1, 제3 및 제5스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리가 상기 배터리전압이 될 때까지 동시에 충전되도록 스위칭 되는 충전부.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3배터리 중 적어도 하나가 상기 배터리전압보다 큰 전압의 충전상태를 가질 경우, 상기 제2, 제4 및 제6스위치는, 상기 제1 내지 제3배터리가 상기 배터리전압이 될 때까지 방전되도록 스위칭 되는 충전부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전저항의 양단은 상기 배터리전압으로 유지되는 충전부.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2다이오드와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4다이오드와, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6다이오드를 포함하고,
    상기 다수의 배터리는, 상기 제1 및 제2다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제1배터리와, 상기 제3 및 제4다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제2배터리와, 상기 제5 및 제6다이오드 사이의 연결노드에 연결되는 제3배터리를 포함하는 충전부.
  8. 정전류원과, 일단이 상기 정전류원에 병렬로 연결되는 다수의 스위치 쌍과, 상기 다수의 스위치 쌍의 타단에 연결되는 방전저항을 포함하는 충전부와;
    상기 다수의 스위치 쌍 각각의 연결노드에 연결되고, 상기 정전류원에 의하여 배터리전압으로 충전되는 다수의 배터리를 포함하는 배터리부와;
    상기 배터리전압을 고전위전압으로 변환하여 모터에 공급하는 고전압 직류컨버터와;
    상기 배터리전압을 저전위전압으로 변환하여 전장부하에 공급하는 저전압 직류컨버터
    를 포함하고,
    상기 다수의 스위치 쌍은, 상기 정전류원 및 상기 방전저항 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치를 포함하고,
    상기 다수의 배터리는, 상기 제1 및 제2스위치 사이의 연결노드에 연결되는 제1배터리를 포함하고,
    상기 정전류원의 제1전극은 상기 제1스위치의 제1전극에 연결되고, 상기 정전류원의 제2전극은 접지전극에 연결되고,
    상기 제1배터리의 제1전극은 상기 제1스위치의 제2전극과 상기 제2스위치의 제1전극에 연결되고, 상기 제1배터리의 제2전극은 접지전극에 연결되고,
    상기 방전저항의 제1전극은 상기 제2스위치의 제2전극에 연결되고, 상기 방전저항의 제2전극은 접지전극에 연결되는 전력 시스템.
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