KR102532323B1 - 차량용 전력변환 시스템 - Google Patents

차량용 전력변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102532323B1
KR102532323B1 KR1020180041264A KR20180041264A KR102532323B1 KR 102532323 B1 KR102532323 B1 KR 102532323B1 KR 1020180041264 A KR1020180041264 A KR 1020180041264A KR 20180041264 A KR20180041264 A KR 20180041264A KR 102532323 B1 KR102532323 B1 KR 102532323B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
terminal
charging
link
energy storage
Prior art date
Application number
KR1020180041264A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190118085A (ko
Inventor
양진명
이우영
최민성
양시훈
김영진
차재은
이대우
여인용
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 KR1020180041264A priority Critical patent/KR102532323B1/ko
Publication of KR20190118085A publication Critical patent/KR20190118085A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102532323B1 publication Critical patent/KR102532323B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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
    • H02M3/335—Conversion 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

차량의 전력 변환 효율을 개선할 수 있는 차량용 전력 변환 시스템이 개시된다. 상기 차량용 전력 변화 시스템은, 제1 에너지 저장 장치; 교류 전력을 정류하여 직류 링크 전압을 생성하고 상기 직류 링크 전압의 크기를 변환하여 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 전압을 생성하는 충전 장치; 상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭부; 상기 스위칭부에 의해 선택적으로 제공되는 상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 하향 변환하는 저전압 직류 컨버터; 및 상기 충전 장치에 의한 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 진행 여부에 기반하여 상기 스위칭부의 연결상태를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

차량용 전력변환 시스템{POWER CONVERTING SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 전력변환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 내 고전압 배터리의 충전 여부 및 차량 주행 여부에 기반하여 저전압 전장부하에 전원을 공급하는 저전압 직류 컨버터의 입력 전압원을 변경함으로써 에너지 효율을 개선하고 고전압 배터리의 충전 시간도 감소시킬 수 있는 차량용 전력변환 시스템에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.
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. 이러한 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 전력으로 변환하는 차량 탑재형 충전기를 구비한다.
차량 탑재형 충전기(On Board Charger: OBC)가 교류의 계통 전력을 변환하여 출력한 직류 전력은 차량 내 고전압 배터리로 인가되어 고전압 배터리가 충전될 수 있다. 한편, 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. 저전압 직류 컨버터는 고전압 배터리의 전압을 하향 변환하여 저전압(예를 들어, 약 12 V)으로 동작하는 전장부하에 전원 전압을 생성하거나 저전압 배터리의 충전을 위한 전압을 생성한다.
일반적으로 저전압 직류 컨버터는 저부하 구간에서 효율이 급격하게 떨어지는 특징을 갖는다. 또한, 저전압 직류 변환 장치는 입력 전압, 즉 고전압 배터리의 전압이 높으면 그 내부에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 손실이 증가하는 특징을 갖는다.
차량 탑재형 충전기에 의해 고전압 배터리의 충전이 진행되고 있을 때, 차량은 차량 충전에 요구되는 최소한의 부하만 작동하게 되므로 저전압 직류 변환 장치는 저부하 구간에서 동작하게 되므로 저전압 직류 변환 장치의 효율이 급격하게 저하된다. 또한, 차량 탑재형 충전기에 의해 고전압 배터리의 충전을 위한 변환이 이루어진 전력을 다시 전압 변환하게 되므로 에너지 손실이 증가할 뿐만 아니라 고전압 배터리의 충전 시간을 증가 시키게 된다.
특히, 전기 차량 등의 주행거리 증대를 위해 고전압 배터리의 용량 및 출력 전압이 증가되는 산업 분야의 추세를 감안할 때, 향후에는 저전압 직류 변환 장치의 스위칭 손실이 더욱 커지게 되고 그에 따라 저전압 직류 변환 장치의 효율이 더욱 저하되며 나아가 전체 충전 효율까지 더 감소할 것으로 예상된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2016-0013551 A KR 10-2014-0114175 A
이에 본 발명은, 차량의 고전압 배터리의 충전 여부 및 차량 주행 여부에 따라 저전압 직류 컨버터의 입력 전압원을 선택적으로 변경함으로써 에너지 손실을 감소시켜 전력 변환 효율을 향상시키고 고전압 배터리의 충전 시간을 단축시킬 수 있는 차량용 전력변환 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
제1 에너지 저장 장치;
교류 전력을 정류하여 직류 링크 전압을 생성하고 상기 직류 링크 전압의 크기를 변환하여 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 전압을 생성하는 충전 장치;
상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭부;
상기 스위칭부에 의해 선택적으로 제공되는 상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 하향 변환하는 저전압 직류 컨버터; 및
상기 충전 장치에 의한 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 진행 여부에 기반하여 상기 스위칭부의 연결상태를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력 변환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되어 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중인 경우, 상기 직류 링크 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되지 않아 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중이지 않은 경우, 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
제1 에너지 저장 장치;
교류 전력을 정류하는 정류 회로와, 정류된 전압이 인가되는 직류 링크 커패시터로 구성된 직류 링크단 및 상기 직류 링크단의 전압을 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 전압으로 변환하는 직류-직류 변환회로를 포함하는 충전 장치;
상기 직류 링크단에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제1 에너지 저장 장치의 단자에 전기적으로 연결된 제2 단자 및 제어신호에 의해 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 선택적으로 전기적 연결되는 제3 단자를 갖는 스위칭부;
상기 제3 단자에 제공되는 전압을 하향 변환하는 저전압 직류 컨버터; 및
상기 충전 장치에 의한 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 진행 여부에 기반하여 상기 스위칭부의 각 단자 간의 연결상태를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력 변환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되어 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중인 경우, 상기 제1 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 스위칭부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제2 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 스위치부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되지 않아 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중이지 않은 경우, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제2 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 스위치부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충전 장치는, 상기 교류 전원의 역률을 보상하기 위해 상기 정류 회로의 출력 전압을 변환하는 역률 보상 회로를 더 포함하며, 상기 역률 보상 회로의 출력단에 상기 직류 링크 커패시터가 연결될 수 있다.
상기 차량용 전력변환 시스템에 따르면, 차량 고전압 배터리 충전시 저전압 직류 컨버터가 직류 링크단의 전압을 직접 제공받으므로 충전 장치 내의 직류-직류 변환회로의 전압 변환을 거치지 않고 전장부하나 저전압 배터리로 전력을 공급할 수 있어 전압 변환에 따른 손실 발생을 감소시킬 수 있다.
더하여, 상기 차량용 전력변환 시스템에 따르면, 차량 충전 시에 직류 링크단의 전압을 일정하게 유지되므로 고정적이고 안정적인 입력전압을 저전압 직류 컨버터에 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 동작예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 차량 내에 구비되는 차량 탑재형 충전 장치(On Board Charger: OBC)(10)와, 충전 장치(10)에 의해 제공되는 전력으로 충전 가능한 고전압 배터리(30)와, 저전압 전장 부하(50)의 전원을 제공하거나 저전압 배터리(60)를 충전하기 위해 전압의 크기를 변환하는 저전압 직류 컨버터(20)와, 저전압 직류 컨버터(20)의 입력 전압원을 결정하는 스위칭부(40) 및 스위칭부(40)의 전기적 연결 상태를 제어하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
고전압 배터리(20)는 전기 차량 또는 하이브리드 차량 등의 휠에 구동력을 제공하는 구동 모터에 에너지를 제공하기 위한 에너지 저장 장치로서, 메인 배터리라 칭하기도 한다. 고전압 배터리(20)는 외부의 충전 설비(미도시)로부터 제공되는 전력을 제공받아 충전된다.
고전압 배터리(20)를 충전하기 위한 외부 충전 설비는 직류전력 또는 교류전력을 차량으로 제공할 수 있는데, 통상 완속 충전 시에는 상용의 교류 전력이 고전압 배터리(20)의 충전을 위해 차량으로 제공될 수 있다.
차량 탑재형 충전 장치(10)는 완속 충전 시 외부 충전 설비로부터 제공되는 교류 전력을 고전압 배터리(20)의 충전에 요구되는 전압값을 갖는 직류 전력으로 변환하기 위해 마련된다.
더욱 구체적으로 충전 장치(10)는 교류 전력을 정류하여 직류 전력을 출력하는 정류 회로(11)와, 정류 회로(11)의 정류에 의해 생성된 직류 전압이 인가되는 직류 링크 커패시터(CLINK)로 구성된 직류 링크단 및 직류 링크단의 직류 링크 전압(VLINK)의 크기를 고전압 배터리(20)의 충전 전압에 대응되는 크기로 변환하는 직류-직류 변환회로(15)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 정류회로(11)는 네 개의 다이오드(D1-D4) 또는 네 개의 스위칭 소자로 구성된 풀브릿지 회로로 구현될 수 있다.
특히, 도 1에 도시된 실시형태는, 정류회로(11)와 직류-직류 변환회로(15) 사이에 역률 보정(Power Factor Correction: PFC) 회로(13)를 구비할 수 있다. 역률 보정 회로(13)는 교류 입력의 역률을 조정하여 출력하기 위해 마련된 것으로, 인덕터(L1)와 스위칭 소자(S1) 및 다이오드(D5) 등으로 구성되는 부스트 컨버터의 토폴로지를 적용하여 구성될 수 있다. 역률 보정 회로(13)는 여러 조건들을 감안하여 선택적으로 적용될 수 있다.
도 1의 실시형태는 역률 보정 회로(13)를 포함하는 구성으로 직류 링크 전압(VLINK)이 역률 보정 회로(13)의 출력에 형성되는 것으로 도시된다. 하지만, 직류 링크 전압(VLINK)은 교류 전력의 직류 변환을 통해 형성되어 직류 입력을 요구하는 요소들이 연결되는 단자, 즉 직류 링크 커패시터(CLINK)가 연결된 직류 링크단의 전압으로 이해되어야 하므로, 역률 보정 회로(13)가 적용되지 않는 예에서는 정류회로(11)의 출력단이 직류 링크단이 될 수도 있다. 이러한 점을 고려할 때, 역률 보정 회로(13)는 정류 회로(11) 내에 포함되는 요소로 이해될 수 있으며, 넓은 의미의 정류회로는 직류 링크 전압(VLINK)을 생성하는 요소로 설명될 수도 있다. 다른 측면으로, 직류 링크 전압(VLINK)은 고전압 배터리(20)의 충전전압을 생성하는 직류-직류 변환회로(15)의 입력전압으로 이해될 수도 있다.
직류-직류 변환회로(15)는 직류 링크 전압(VLINK)의 크기를 변환하여 출력한다. 직류-직류 변환회로(15)에서 출력하는 전압은 고전압 배터리(20)를 충전하기 위한 전압이다. 즉, 직류-직류 변환회로(15)는 직류 링크 전압(VLINK)의 크기를 변환하여 고전압 배터리(20)를 충전할 수 있는 크기를 갖는 충전 전압을 생성한다.
도 1에 도시된 직류-직류 변환회로(15)는 트랜스포머(T)를 적용한 절연형 변환회로이다. 즉, 직류-직류 변환회로(15)는 직류 링크 전압(VLINK)을 풀브릿지 구성을 갖는 스위칭 소자(S11, S12, S21, S22)를 제어하여 교류로 변환하여 트랜스포머(T)의 1차 코일에 인가하고, 트랜스포머(T)의 1차 코일의 전압/전류에 의해 2차 코일에 유도되는 전압/전류를 풀브릿지 구성의 다이오드(D6-D9)를 통해 직류로 변환함으로써 고전압 배터리(30)의 충전 전압을 생성할 수 있다.
이러한, 회로구성을 갖는 직류-직류 변환회로(15)는 트랜스포머(T)에 의해 입력단과 출력단이 서로 전기적인 아이솔레이션 상태가 형성될 수 있다.
물론 충전 장치(10)의 직류-직류 변환회로(15)는 도 1에 도시된 예시 이외의 다른 토폴로지가 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 고전압을 하향 변환하여 저전압 전장부하(50)의 전원 전압을 생성하거나 저전압 배터리(60)를 충전하기 위한 전압을 생성하는 저전압 직류 컨버터(20)의 입력을 다중화하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시형태는 스위칭부(40)를 포함할 수 있다.
스위칭부(40)는 고전압 배터리(20)의 충전 여부에 따라 충전 장치(10)의 직류 링크 커패시터(CLINK)의 양단인 직류 링크단과 저전압 직류 컨버터(20)의 입력을 전기적으로 연결하거나, 고전압 배터리(20)의 단자와 저전압 직류 컨버터(20)의 입력을 전기적으로 연결할 수 있다.
이를 위해, 스위칭부(40)는 2웨이 스위칭 소자(41, 43)을 포함할 수 있다. 스위칭부(40)의 스위칭 소자(41, 43) 각각은 제1 내지 제3 단자를 가질 수 있으며, 제1 단자는 직류 링크단에 전기적으로 연결되고 제2 단자는 고전압 배터리(30)의 단자에 연결될 수 있으며, 제3 단자는 저전압 직류 컨버터(20)의 입력단에 연결될 수 있다. 스위칭 소자(41) 내의 각 단자는 각 요소의 정(+)단자에 연결되고 스위칭 소자(43) 내의 각 단자는 각 요소의 부(-)단자에 연결될 수 있다.
2웨이 스위칭 소자(41, 42)는 고전압 배터리(30)를 충전하기 위한 충전 장치(10)의 구동 여부에 따라 그 내부의 제1 단자와 제3 단자를 서로 전기적으로 연결하거나 제2 단자와 제3 단자를 서로 전기적으로 연결하여 저전압 직류 컨버터(10)의 입력 전압원을 결정할 수 있다.
컨트롤러(100)는 저전압 직류 컨버터(20)의 동작을 제어함과 동시에 스위칭부(40)의 전기적 접속 상태를 제어할 수 있다.
외부의 교류 전원(AC)이 차량에 입력되고 충전 장치(10)가 구동되어 고전압 배터리(30)로 충전 전압이 인가되는 충전 모드인 경우, 컨트롤러(100)는 직류 링크 커패시터(CLINK)의 양단인 직류 링크단과 저전압 직류 컨버터(30)의 입력단이 상호 전기적으로 연결되도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.
즉, 차량의 고전압 배터리(30)를 충전하는 과정이 진행되는 동안에는 충전 장치(10) 내에서 형성되는 직류 랭크 전압(VLINK)이 저전압 직류 컨버터(30)의 입력으로 제공된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 차량 고전압 배터리(20) 충전시 저전압 직류 컨버터(20)가 직류 링크단의 전압을 직접 제공받으므로 직류-직류 변환회로(15)의 전압 변환을 거치지 않고 전장부하(50)나 저전압 배터리(60)로 전력을 공급할 수 있어 전압 변환에 따른 손실 발생을 감소시킬 수 있다. 더하여, 차량 충전 시에 직류 링크단의 전압을 일정하게 유지되므로 고정적이고 안정적인 입력전압을 저전압 직류 컨버터(20)에 제공할 수 있다.
한편, 컨트롤러(100)는 차량이 주행 중이거나 충전 장치(10)가 구동하지 않는 경우에 고전압 배터리(30)의 단자와 저전압 직류 컨버터(30)의 입력단이 상호 전기적으로 연결되도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 동작예를 도시한 흐름도이다.
먼저, 저전압 직류 컨버터(20)의 동작이 개시되거나 요구되는 경우 컨트롤러(100)가 차량의 주행 여부를 판단한다(S11). 차량의 주행 여부의 판단(S11)은 차량 내 구비되는 속도계에서 검출되는 차량의 속도나, 차량 트랜스미션의 단수, 차량 시동 키 입력 여부 등 다양한 차량 운행 정보나 입력 정보를 기반으로 판단할 수 있다.
컨트롤러(100)가 차량이 주행 중인 것으로 판단한 경우에 스위칭부(40)를 제어하여 고전압 배터리(30)의 단자와 저전압 직류 컨버터(20)의 입력단을 서로 전기적으로 접속되게 할 수 있다(S12).
한편, 컨트롤러(100)가 차량이 주행 중이지 않은 것으로 판단한 경우에는, 컨트롤러(100)는 차량 충전 과정이 진행 중인지, 즉 충전 장치(10)가 구동 중인지 확인할 수 있다(S13).
차량 충전이 진행 중인 경우에, 컨트롤러(100)는 스위칭부(40)를 제어하여 충전 장치(10) 내의 직류 링크 커패시터(CLINK)의 양단 전압이 저전압 직류 컨버터(20)의 입력으로 제공될 수 있도록 충전 장치(10) 내의 직류 링크단과 저전압 직류 컨버터(20)의 입력단을 서로 전기적으로 접속되게 할 수 있다(S14).
차량 충전이 진행 중이지 않은 경우에는, 컨트롤러(100)가 스위칭부(40)를 제어하여 고전압 배터리(30)의 단자와 저전압 직류 컨버터(20)의 입력단을 서로 전기적으로 접속되게 할 수 있다(S12).
어어, 컨트롤러(S15)는 저전압 직류 컨버터(20) 내에 구비된 스위칭 소자를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)의 방식으로 제어하는 등의 저전압 직류 컨버터(20)의 제어를 수행하여, 저전압 직류 컨버터(20)로 입력된 전압의 크기를 전장부하(50)의 전원 또는 저전압 배터리(60) 충전 전압에 대응되는 크기로 변환할 수 있다(S15).
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 충전 장치 11: 정류회로
13: 역률 보정 회로 15: 직류-직류 변환 회로
20: 저전압 직류 컨버터
30: 고전압 배터리(제1 에너지 저장 장치)
40: 스위칭 부 50: 전장 부하
60: 저전압 배터리

Claims (9)

  1. 제1 에너지 저장 장치;
    교류 전력을 정류하는 정류 회로, 상기 교류 전력의 역률을 보정하기 위해 상기 정류 회로의 출력 전압을 변환하는 역률 보정 회로 및 상기 역률이 보정된 전압이 인가되는 직류 링크 커패시터로 구성되어 직류 링크 전압이 출력되는 직류 링크단을 포함하되, 상기 직류 링크 전압의 크기를 변환하여 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 전압을 생성하는 충전 장치;
    상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭부;
    상기 스위칭부에 의해 선택적으로 제공되는 상기 직류 링크 전압 또는 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 하향 변환하는 저전압 직류 컨버터; 및
    상기 충전 장치에 의한 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 진행 여부에 기반하여 상기 스위칭부의 연결상태를 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 역률 보정 회로의 출력단에 상기 직류 링크 커패시터가 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되어 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중인 경우, 상기 직류 링크 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되지 않아 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중이지 않은 경우, 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압이 상기 저전압 직류 컨버터에 제공되도록 상기 스위칭부의 연결상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  5. 제1 에너지 저장 장치;
    교류 전력을 정류하는 정류 회로와, 정류된 전압의 역률이 보정된 전압이 인가되는 직류 링크 커패시터로 구성된 직류 링크단 및 상기 직류 링크단의 전압을 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 전압으로 변환하는 직류-직류 변환회로를 포함하는 충전 장치;
    상기 직류 링크단에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제1 에너지 저장 장치의 단자에 전기적으로 연결된 제2 단자 및 제어신호에 의해 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 선택적으로 전기적 연결되는 제3 단자를 갖는 스위칭부;
    상기 제3 단자에 제공되는 전압을 하향 변환하는 저전압 직류 컨버터; 및
    상기 충전 장치에 의한 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전 진행 여부에 기반하여 상기 스위칭부의 각 단자 간의 연결상태를 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하되,
    상기 충전 장치는, 상기 교류 전력의 역률을 보정하기 위해 상기 정류 회로의 출력 전압을 변환하는 역률 보정 회로를 더 포함하며, 상기 역률 보정 회로의 출력단에 상기 직류 링크 커패시터가 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되어 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중인 경우, 상기 제1 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제2 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 충전 장치가 구동되지 않아 상기 제1 에너지 저장 장치의 충전이 진행 중이지 않은 경우, 상기 차량의 주행 중인 경우 상기 제2 단자와 상기 제3 단자가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  9. 삭제
KR1020180041264A 2018-04-09 2018-04-09 차량용 전력변환 시스템 KR102532323B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180041264A KR102532323B1 (ko) 2018-04-09 2018-04-09 차량용 전력변환 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180041264A KR102532323B1 (ko) 2018-04-09 2018-04-09 차량용 전력변환 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190118085A KR20190118085A (ko) 2019-10-17
KR102532323B1 true KR102532323B1 (ko) 2023-05-16

Family

ID=68424170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180041264A KR102532323B1 (ko) 2018-04-09 2018-04-09 차량용 전력변환 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102532323B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102430074B1 (ko) * 2020-08-21 2022-08-05 현대오토에버 주식회사 Obc 통합형 배터리 냉각 시스템 및 그것의 냉각팬 구동 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013258140A (ja) * 2012-05-17 2013-12-26 Toyota Industries Corp 負荷駆動装置
KR101755732B1 (ko) * 2012-12-10 2017-07-10 현대자동차주식회사 차량의 배터리 충전시스템 및 충전방법
KR101786128B1 (ko) 2012-12-24 2017-10-17 현대자동차주식회사 듀얼모드를 구비하는 저전압직류변환장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101927154B1 (ko) * 2012-08-09 2018-12-10 현대자동차 주식회사 전기자동차의 전장부하 전원공급장치 및 방법
KR20140114175A (ko) 2013-03-18 2014-09-26 엘에스산전 주식회사 충전기의 동작 방법
KR101592742B1 (ko) 2014-07-28 2016-02-18 현대자동차주식회사 친환경 자동차의 완속 충전 제어 방법
KR101902297B1 (ko) * 2015-06-18 2018-09-28 주식회사 유라코퍼레이션 전기 차량용 배터리 충전 장치 및 그 방법
KR101903121B1 (ko) * 2016-05-23 2018-11-13 주식회사 이진스 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013258140A (ja) * 2012-05-17 2013-12-26 Toyota Industries Corp 負荷駆動装置
KR101755732B1 (ko) * 2012-12-10 2017-07-10 현대자동차주식회사 차량의 배터리 충전시스템 및 충전방법
KR101786128B1 (ko) 2012-12-24 2017-10-17 현대자동차주식회사 듀얼모드를 구비하는 저전압직류변환장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190118085A (ko) 2019-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10358041B2 (en) Electric vehicle
US8901883B2 (en) Charger for electric vehicle
US11349386B2 (en) Apparatus and method for charging battery of vehicle
CN113711457A (zh) 转换装置、转换系统、切换装置、包括这些装置的车辆及控制方法
KR102530939B1 (ko) 차량용 전력변환 시스템
KR102008751B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
EP3782841B1 (en) System of increasing temperature of battery for vehicle
KR102532323B1 (ko) 차량용 전력변환 시스템
KR102063921B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR20140132567A (ko) 하이브리드전기자동차 고전압 배터리 충전장치
US11724612B2 (en) Bidirectional charging system for vehicle
JP4329454B2 (ja) 電気自動車システム
KR102008753B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR102008750B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR20190092994A (ko) 차량용 배터리 충전 장치
CN212649169U (zh) 车载逆变器及电力救援车
KR102008746B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
CN217882887U (zh) 电动车辆及其电源电路
KR102008752B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR102008749B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR102008747B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
CN111186317A (zh) 选择能量供应路径的方法、系统及燃料电池车辆

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