KR102625324B1 - Dc-dc converter for vehicle applying and control method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량용 직류변환장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 직류변환장치는 고전압 배터리, 인버터, 태양전지 모듈 및 저전압 배터리와 연결되는 것으로서, 상기 직류변환장치는, 입력되는 전압을 승압 혹은 강압하여 출력하는 변환부; 및 제어에 따라 스위칭되어, 상기 고전압 배터리, 상기 태양전지 모듈, 상기 저전압 배터리 및 상기 인버터를 선택적으로 연결하는 다수의 스위칭부로 구성된다.The present invention relates to a direct current converter for a vehicle. The direct current converter for a vehicle according to an embodiment of the present invention is connected to a high-voltage battery, an inverter, a solar cell module, and a low-voltage battery. The direct current converter boosts the input voltage. Or a conversion unit that outputs by force; and a plurality of switching units that switch according to control and selectively connect the high-voltage battery, the solar cell module, the low-voltage battery, and the inverter.
Description
본 발명은 차량용 직류변환장치에 관한 것으로, 상세하게는 모드에 따라 전기적 경로를 변경하여 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 구현된 차량용 직류변환장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current converter for a vehicle, and more specifically, to a direct current converter for a vehicle implemented to perform different functions by changing the electrical path depending on the mode, and a control method thereof.
태양전지는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 광전변환소자이다. 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로, 시간이 갈수록 그 중요성이 높아지고 있고 그 활용 분야도 넓어지고 있는 추세이다. 자동차 업계도 이와 같은 추세에 편승하여 태양전지 및 이로부터 출력된 전기에너지의 활용 시스템을 탑재한 자동차를 개발 및 출시하고 있다.A solar cell is a photoelectric conversion device that converts sunlight into electrical energy. Unlike other energy sources, solar cells are infinite and environmentally friendly, so their importance is increasing over time and their field of use is also expanding. The automobile industry is also taking advantage of this trend, developing and releasing cars equipped with solar cells and systems that utilize the electrical energy output from them.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0086923호는 자동차용 태양에너지 활용 시스템을 개시하고 있다. 상기 자동차용 태양에너지 활용 시스템에 따르면, 태양에너지가 자동차의 엔진이 구동중일 경우에는 상기 자동차에 탑재된 배터리에 축적되고, 엔진이 정지중이고 외기 온도가 낮으면 예열이 필요한 자동차 부품이 태양에너지에 의해 예열될 수 있고, 엔진이 정지중이고 외기 온도가 적절하면 차실의 환기가 태양에너지에 의해 이루어질 수 있으며, 엔진이 정지중이고 외기 온도가 높으면 태양에너지가 배터리에 축적될 수 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0086923 discloses a solar energy utilization system for automobiles. According to the solar energy utilization system for cars, when the car's engine is running, solar energy is accumulated in the battery mounted on the car, and when the engine is stopped and the outside temperature is low, car parts that require preheating are used by solar energy. It can be preheated, and if the engine is stopped and the outside temperature is appropriate, ventilation of the cabin can be achieved by solar energy. If the engine is stopped and the outside temperature is high, solar energy can be accumulated in the battery.
이러한 자동차용 태양에너지 활용 시스템은 태양에너지를 배터리 충전, 자동차 부품 예열, 차실의 환기 등에 국한되어 활용하는 것으로, 하이브리드 차량의 구동 시스템과의 연계를 통한 활용에 대한 연구는 많이 부족한 실정이다.This solar energy utilization system for automobiles is limited to utilizing solar energy for battery charging, preheating automobile parts, and ventilation of the vehicle compartment, and there is a lack of research on utilization through linkage with the driving system of hybrid vehicles.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 모드에 따라 전기적 경로를 변경하여 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 구현된 차량용 직류변환장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention was proposed to solve the problems of the prior art as described above, and the purpose of the present invention is to provide a direct current converter for a vehicle implemented to perform different functions by changing the electrical path depending on the mode, and the same. It provides a control method.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 사항에 제한되지 않으며, 이하의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 의도하는 기타의 과제들 또한 명료하게 이해할 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the matters mentioned above, and from the following description, anyone skilled in the art to which the present invention pertains will be able to clearly understand other problems intended by the present invention. will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 직류변환장치는 고전압 배터리, 인버터, 태양전지 모듈 및 저전압 배터리와 연결되는 것으로서, 상기 직류변환장치는, 입력되는 전압을 승압 혹은 강압하여 출력하는 변환부; 및 제어에 따라 스위칭되어, 상기 고전압 배터리, 상기 태양전지 모듈, 상기 저전압 배터리 및 상기 인버터를 선택적으로 연결하는 다수의 스위칭부로 구성된다.The direct current converter for a vehicle according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is connected to a high-voltage battery, an inverter, a solar cell module, and a low-voltage battery. The direct current converter boosts or steps down the input voltage. A conversion unit that outputs; and a plurality of switching units that switch according to control and selectively connect the high-voltage battery, the solar cell module, the low-voltage battery, and the inverter.
상기 다수의 스위칭부는, 상기 고전압 배터리 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 1 스위칭부; 상기 변환부 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위칭부; 상기 태양전지 모듈과 상기 변환부 사이에 연결되는 제 3 스위칭부; 및 상기 저전압 배터리와 상기 변환부 사이에 연결되는 제 4 스위칭부를 포함한다.The plurality of switching units may include: a first switching unit connected between the high voltage battery and the inverter; a second switching unit connected between the conversion unit and the inverter; a third switching unit connected between the solar cell module and the conversion unit; and a fourth switching unit connected between the low-voltage battery and the conversion unit.
상기 제 1 스위칭부의 일측은 상기 고전압 배터리와 연결되고, 상기 제 1 스위칭부의 타측은 상기 인버터와 연결된다.One side of the first switching unit is connected to the high voltage battery, and the other side of the first switching unit is connected to the inverter.
상기 제 2 스위칭부의 일측은 상기 변환부와 연결되고, 상기 제 2 스위칭부의 타측은 상기 제 1 스위칭부와 상기 인버터 사이에 연결된다.One side of the second switching unit is connected to the conversion unit, and the other side of the second switching unit is connected between the first switching unit and the inverter.
상기 제 3 스위칭부의 일측은 상기 태양전지 모듈과 연결되고, 상기 제 3 스위칭부의 타측은 상기 변환부와 연결된다.One side of the third switching unit is connected to the solar cell module, and the other side of the third switching unit is connected to the conversion unit.
상기 제 4 스위칭부의 일측은 상기 저전압 배터리와 연결되고, 상기 제 4 스위칭부의 타측은 상기 제 3 스위칭부와 상기 변환부에 연결된다.One side of the fourth switching unit is connected to the low-voltage battery, and the other side of the fourth switching unit is connected to the third switching unit and the conversion unit.
제 1 모드 하에서, 상기 제 1 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 2 내지 제 4 스위칭부는 스위치 오프 상태이다.Under the first mode, the first switching unit is switched on, and the second to fourth switching units are switched off.
제 1 모드 하에서, 상기 고전압 배터리로부터 출력되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the first mode, the inverter drives the motor based on the voltage output from the high-voltage battery, or the inverter charges the high-voltage battery based on the voltage generated by driving the motor.
제 2 모드 하에서, 상기 제 1 내지 상기 제 3 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 4 스위칭부는 스위치 오프 상태이다.Under the second mode, the first to third switching units are switched on, and the fourth switching units are switched off.
제 2 모드 하에서, 상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the second mode, the converter boosts the voltage output from the solar cell module to charge the high-voltage battery.
제 3 모드 하에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 3 스위칭부는 스위치 오프 상태이다.Under the third mode, the first, second and fourth switching units are switched on, and the third switching unit is switched off.
제 3 모드 하에서, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the third mode, the converter boosts the voltage output from the low-voltage battery to charge the high-voltage battery.
제 4 모드 하에서, 상기 제 1 및 제 3 스위칭부는 스위치 오프 상태이고, 상기 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 상태이다.Under the fourth mode, the first and third switching units are switched off, and the second and fourth switching units are switched on.
제 4 모드 하에서, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시키고, 승압된 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생하는 전압을 상기 변환부가 강압시켜 상기 저전압 배터리를 충전시킨다.Under the fourth mode, the converter boosts the voltage output from the low-voltage battery, and the inverter drives the motor based on the boosted voltage, or the converter steps down the voltage generated when the motor is driven. Charge the low-voltage battery.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 직류변환장치의 제어 방법은 고전압 배터리, 인버터, 태양전지 모듈 및 저전압 배터리와 연결되는 직류변환장치의 제어 방법으로서, 모드에 따라, 상기 고전압 배터리 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 상기 변환부 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 상기 태양전지 모듈과 상기 변환부 사이에 연결되는 제 3 스위칭, 및 상기 저전압 배터리와 상기 변환부 사이에 연결되는 제 4 스위칭부를 제어하여, 상기 직류변환장치가 모드별 동작을 수행하도록 제어한다.A method of controlling a direct current converter for a vehicle according to an embodiment of the present invention is a method of controlling a direct current converter connected to a high-voltage battery, an inverter, a solar cell module, and a low-voltage battery. Depending on the mode, a connection is made between the high-voltage battery and the inverter. a first switching unit, a second switching unit connected between the conversion unit and the inverter, a third switching unit connected between the solar cell module and the conversion unit, and a first switching unit connected between the low-voltage battery and the conversion unit. 4 Control the switching unit to control the DC converter to perform operation for each mode.
제 1 모드 하에서, 상기 제 1 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 2 내지 제 4 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 고전압 배터리로부터 출력되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the first mode, the first switching unit is switched on, and the second to fourth switching units are switched off, so that the inverter drives the motor based on the voltage output from the high voltage battery, or drives the motor. The inverter charges the high voltage battery based on the voltage generated accordingly.
제 2 모드 하에서, 상기 제 1 내지 상기 제 3 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 4 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the second mode, the first to third switching units are switched on and the fourth switching unit is switched off, and the conversion unit boosts the voltage output from the solar cell module to charge the high voltage battery.
제 3 모드 하에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 3 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시킨다.Under the third mode, the first, second, and fourth switching units are switched on, and the third switching unit is switched off, and the conversion unit boosts the voltage output from the low-voltage battery to charge the high-voltage battery.
제 4 모드 하에서, 상기 제 1 및 제 3 스위칭부는 스위치 오프 시키고, 상기 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 시켜, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시키고, 승압된 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생하는 전압을 상기 변환부가 강압시켜 상기 저전압 배터리를 충전시킨다.Under the fourth mode, the first and third switching units are switched off and the second and fourth switching units are switched on, so that the converter boosts the voltage output from the low-voltage battery, and based on the boosted voltage, the converter An inverter drives a motor, or the converter steps down the voltage generated by driving the motor to charge the low-voltage battery.
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 직류변환장치를 이용하면, 태양 전지의 발전 전력을 이용하여 차량 48V 구동용 배터리를 충전시켜, 48V 구동 시스템의 효율을 높일 수 있다.By using the direct current converter for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention, the efficiency of the 48V drive system can be increased by charging the vehicle's 48V driving battery using the generated power of the solar cell.
또한, 48V 구동용 배터리가 방전되었을 시, 직류변환장치에 대한 제어를 통해 48V 구동용 배터리를 충전시킬 수 있기 때문에 차량 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, when the 48V driving battery is discharged, vehicle driving stability can be improved because the 48V driving battery can be charged through control of the direct current converter.
또한, 48V 구동용 배터리가 고장 난 경우, 직류변환장치에 대한 제어를 통해 12V 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동시킬 수 있기 때문에 차량 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, if the 48V driving battery fails, the motor can be driven using the power of the 12V battery through control of the direct current converter, thereby improving vehicle driving stability.
또한, 한 개의 직류변환장를 이용하여 배터리 충전 및 긴급(비상) 운전 관련 다기능을 수행하여 차량 내 제어기 부품을 줄여 차량 조립 공정을 단순화시키고 차량을 경량화 시킬 수 있으며, 차량 원가를 절감할 수 있다.In addition, by using a single DC converter, it is possible to perform multiple functions related to battery charging and emergency (emergency) driving, simplifying the vehicle assembly process by reducing the number of controller parts in the vehicle, making the vehicle lighter, and reducing vehicle costs.
또한, 태양 전지의 발전 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있기 때문에, 차량 운행 시 및 비 운행 시 모든 경우에 배터리 충전 기능을 제공할 수 있다.Additionally, since the battery can be charged using the generated power of the solar cell, the battery charging function can be provided in all cases, both when the vehicle is in operation and when it is not in operation.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류변환장치가 차량 구동 시스템에 적용된 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 직류변환장치에 대한 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 1 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 2 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 3 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 4 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram showing an example of a direct current converter according to a preferred embodiment of the present invention applied to a vehicle drive system,
Figure 2 is a diagram showing the specific configuration of the direct current converter of Figure 1.
3 and 4 are diagrams for explaining the operation of the direct current converter according to the first mode of the vehicle drive system according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the direct current converter according to the second mode of the vehicle drive system according to the preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the operation of the direct current converter according to the third mode of the vehicle drive system according to a preferred embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams for explaining the operation of the direct current converter according to the fourth mode of the vehicle drive system according to the preferred embodiment of the present invention.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.Regarding the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural and functional descriptions are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments of the present invention, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms and are not included in the text. It should not be construed as limited to the described embodiments.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “바로 ~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “neighboring” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of a disclosed feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.Meanwhile, if an embodiment can be implemented differently, functions or operations specified within a specific block may occur differently from the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed substantially simultaneously, or the blocks may be performed in reverse depending on the functions or operations involved.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 직류변환장치 및 이의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a direct current converter for a vehicle and a control method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류변환장치가 차량 구동 시스템에 적용된 일례를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 직류변환장치에 대한 구체적인 구성을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an example of a direct current converter according to a preferred embodiment of the present invention applied to a vehicle drive system, and Figure 2 is a diagram showing a specific configuration of the direct current converter of Figure 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류변환장치(10)는 하이브리드 차량(ex, 마일드 타입의 하이브리드 차량)에 적용될 수 있으나, 직류변환장치(10)의 적용 분야가 이에 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 1, the direct
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 직류변환장치(10)는 소정의 제 1 전압을 출력하는 고전압 배터리(ex, 48V 배터리)(20), 태양전지 모듈(30), 소정의 제 2 전압을 출력하는 저전압 배터리(ex, 12V 배터리)(40), 및 전기 부하(ex, 48V 모터)(50)를 제어하는 인버터(ex, 48V 인버터)(60)와 연결된다.As shown in FIG. 1, the direct
이하에서는 직류변환장치(10), 고전압 배터리(20), 태양전지 모듈(30), 저전압 배터리(40), 전기 부하(50) 및 인버터(60)를 포함하여 ‘차량 구동 시스템(1)’이라 한다.Hereinafter, it is referred to as the 'vehicle driving system 1' including the direct
도 1에는 본 발명에 대한 이해 증진 및 설명의 편의 위해 필요한 구성만이 도시되어 있으나, 도 1에 도시되지 않은 다양한 구성들이 부가될 수 있음은 물론이다.In FIG. 1, only the necessary configurations are shown to enhance understanding and convenience of explanation of the present invention. However, of course, various configurations not shown in FIG. 1 can be added.
일례로, 도 1의 차량 구동 시스템(1)은 차량 구동 시스템(1) 내 구성에 대한 제어를 수행하는 제어 모듈(미도시)이 더 포함될 수 있으며, 이하에서 설명되는 제어는 제어 모듈에 의해 이루어지는 것으로 한다.For example, the
도 1에 있어서의 고전압 배터리(20), 태양전지 모듈(30), 저전압 배터리(40), 전기 부하(50) 및 인버터(60)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 이용되는 구성들로서, 상세 구성 및 동작에 대해서는 생략하며, 필요에 따라 간략하게 기술한다.The high-
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 직류변환장치(10)는 변환부(11) 및 다수의 스위칭부(12~15)를 포함하여 구성되나, 설계 목적, 요구 스펙 등에 따라 이외의 구성을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the direct
상기 변환부(11)는 설계된 바에 따라 동작하여, 입력되는 전압을 승압 혹은 강압하여 출력한다.The
예를 들어, 상기 변환부(110)로는 부스트-벅 DC-DC 컨버터가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 변환부(110)의 내부 구성 역시 다양하게 구현될 수 있다.For example, a boost-buck DC-DC converter may be used as the converter 110, but it is not limited thereto, and the internal configuration of the converter 110 may also be implemented in various ways.
상기 다수의 스위칭부(12~15)는 제어에 따라 스위칭되어, 고전압 배터리(20), 태양전지 모듈(30), 저전압 배터리(40) 및 인버터(60) 사이의 전기적 연결을 구현한다.The plurality of switching
제 1 스위칭부(12)는 고전압 배터리(20)와 인버터(60) 사이에 위치하며, 제어에 따라 스위칭 되어 고전압 배터리(20)와 인버터(60) 사이의 전기적 연결을 수행한다.The
즉, 제 1 스위칭부(12)의 일측은 고전압 배터리(20)와 연결되고, 제 1 스위칭부(12)의 타측은 인버터(60)와 연결된다.That is, one side of the
제 2 스위칭부(13)는 변환부(11)와 인버터(60) 사이에 위치하며, 제어에 따라 스위칭 되어 변환부(11)와 인버터(60) 사이의 전기적 연결을 수행한다.The
즉, 제 2 스위칭부(13)의 일측은 변환부(11)와 연결되고, 제 2 스위칭부(13)의 타측은 제 1 스위칭부(12)와 인버터(60) 사이에 연결된다.That is, one side of the
제 3 스위칭부(14)는 태양전지 모듈(30)과 변환부(11) 사이에 위치하며, 제어에 따라 스위칭 되어 태양전지 모듈(30)과 변환부(11) 사이의 전기적 연결을 수행한다.The
즉, 제 3 스위칭부(14)의 일측은 태양전지 모듈(30)과 연결되고, 제 3 스위칭부(14)의 타측은 변환부(11)와 연결된다.That is, one side of the
제 4 스위칭부(15)는 저전압 배터리(40)와 변환부(11) 사이에 위치하며, 제어에 따라 스위칭 되어 저전압 배터리(40)와 변환부(11) 사이의 전기적 연결을 수행한다.The
즉, 제 4 스위칭부(15)의 일측은 저전압 배터리(40)와 연결되고, 제 4 스위칭부(15)의 타측은 제3 스위칭부(14)와 변환부(11) 사이에 연결된다.That is, one side of the
이와 같이 차량 구동 시스템(1)은 다수의 스위칭부(12~15)를 포함하며, 다수의 스위칭부(12~15)의 상태에 따라 구성들 간의 전기적 연결 관계가 결정된다.In this way, the
본 발명은 차량 구동 시스템(1) 내 다수의 스위칭부(12~15)에 대한 제어를 통해 모드에 따른 차량 구동 시스템(1)의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by controlling the operation of the
예를 들어, 제 1 및 제 4 스위칭부(12, 15)가 스위치 오프 상태이고, 제 2 및 제 3 스위칭부(13, 14)가 스위칭 온 상태이면, 태양전지 모듈(30)이 인버터(60)와 전기적으로 연결된다.For example, when the first and
다른 예로, 제 1 스위칭부(12)가 스위치 온 상태이고, 제 2 내지 제 4 스위칭부(13~15)가 스위칭 오프 상태이면, 고전압 배터리(20)가 인버터(60)와 전기적으로 연결된다.As another example, when the
이하에서는, 제 1 내지 제 4 스위칭부(12~15)에 대한 제어에 따른 직류변환장치(10)의 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the direct
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 1 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining the operation of the direct current converter according to the first mode of the vehicle drive system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3 및 4에 도시된 차량 구동 시스템(1)은 제 1 모드(혹은 ‘기본 모드’)로 동작하는 경우로서, 제 1 스위칭부(12)는 스위치 온 상태이고, 제 2 내지 제 4 스위칭부(13~15)는 스위치 오프 상태이다.The
차량 구동 시스템(1)이 제 1 모드로 동작하는 경우에는 MTPT(Maximum Torque Point Tracking)에 따른 제어가 이루어진다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 1 모드로 동작하는 경우에는 직류변환장치(10)의 변환부(11)는 동작하지 않으며, 고전압 배터리(20)로부터 출력되는 전압에 기초하여 인버터(60)가 모터(50)를 구동시키거나(도 3, 차량 구동 보조 기능), 모터(50)의 구동에 따라 발생되는 전압에 기초하여 인버터(60)가 고전압 배터리(20)를 충전시킨다(도 4, 배터리 충전 기능).When the
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 2 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the direct current converter according to the second mode of the vehicle drive system according to the preferred embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 차량 구동 시스템(1)은 제 2 모드(혹은 ‘태양광-배터리 충전 모드’)로 동작하는 경우로서, 제 1 내지 제 3 스위칭부(12~14)는 스위치 온 상태이고, 제 4 스위칭부(15)는 스위치 오프 상태이다.The
차량 구동 시스템(1)이 제 2 모드로 동작하는 경우에는 직류변환장치(10)는 부스트 동작하며, MPPT(Maximum Power Point Tracking)에 따른 제어가 이루어진다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 2 모드로 동작하는 경우, 태양전지 모듈(30)로부터 출력되는 전압을 변환부(11)가 승압시켜 고전압 배터리(20)를 충전시킨다.When the
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 3 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the operation of the direct current converter according to the third mode of the vehicle drive system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 차량 구동 시스템(1)은 제 3 모드(혹은 ‘배터리-배터리 충전 모드’)로 동작하는 경우로서, 예를 들어 고전압 배터리(20)가 방전되었을 때, 저전압 배터리(40)를 이용하여 고전압 배터리(20)를 충전하는 경우가 이에 해당될 수 있다.The
차량 구동 시스템(1)이 제 3 모드로 동작하는 경우 제 1, 2 및 4 스위칭부(12, 13, 15)는 스위치 온 상태이고, 제 3 스위칭부(14)는 스위치 오프 상태이다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 3 모드로 동작하는 경우, 직류변환장치(10)는 부스트 동작하며, MPPT에 따른 제어가 이루어진다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 3 모드로 동작하는 경우, 저전압 배터리(40)로부터 출력되는 전압을 변환부(11)가 승압시켜 고전압 배터리(20)를 충전시킨다.When the
도 7 및 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 구동 시스템의 제 4 모드에 따른 직류변환장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 and 8 are diagrams for explaining the operation of the direct current converter according to the fourth mode of the vehicle drive system according to the preferred embodiment of the present invention.
도 7 및 8에 도시된 차량 구동 시스템(1)은 제 4 모드(혹은 ‘긴급 구동 모드’)로 동작하는 경우로서, 예를 들어 고전압 배터리(20)가 고장 났을 때, 저전압 배터리(40)를 이용하여 모터(50)를 구동하는 경우가 이에 해당될 수 있다.The
차량 구동 시스템(1)이 제 4 모드로 동작하는 경우, 제 1 및 제 3 스위칭부(12, 14)는 스위치 오프 상태이고, 제 2 및 제 4 스위칭부(13, 15)는 스위치 온 상태이다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 4 모드로 동작하는 경우, 직류변환장치(10)는 부스트/벅 동작하며, MTPT에 따른 제어가 이루어진다.When the
차량 구동 시스템(1)이 제 4 모드로 동작하는 경우, 저전압 배터리(40)로부터 출력되는 전압을 변환부(11)가 승압시키고(부스트 모드로 동작), 승압된 전압에 기초하여 인버터(60)가 모터(50)를 구동시키거나(도 7, 차량 구동 보조 기능), 모터(50)의 구동에 따라 발생하는 전압을 변환부(11)가 강압시켜(벅 모드로 동작) 저전압 배터리(40)를 충전시킨다(도 8, 배터리 충전 기능).When the
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 기능 혹은 모든 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.Even though all the components constituting the embodiments of the present invention described above are described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as independent hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or more pieces of hardware. It may also be implemented as a computer program with . Additionally, such a computer program can be stored in computer readable media such as USB memory, CD disk, flash memory, etc. and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. Recording media for computer programs may include magnetic recording media, optical recording media, and carrier wave media.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 차량용 직류변환장치 및 이의 제어 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.As above, the direct current converter for a vehicle and its control method according to the present invention have been described according to embodiments, but the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments, and those skilled in the art Various alternatives, modifications, and changes may be made within the scope of what is self-evident to the user.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments described in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.
1 : 차량 구동 시스템
10 : 직류변환장치
11 : 변환부
12, 13, 14, 15 : 제 1 내지 제 4 스위칭부
20 : 고전압 배터리
30 : 태양전지 모듈
40 : 저전압 배터리
50 : 전기 부하
60 : 인버터1: Vehicle drive system
10: DC converter
11: conversion unit
12, 13, 14, 15: first to fourth switching units
20: high voltage battery
30: solar cell module
40: low voltage battery
50: electrical load
60: inverter
Claims (12)
상기 직류변환장치는,
입력되는 전압을 승압 혹은 강압하여 출력하는 변환부; 및
제어에 따라 스위칭되어, 상기 고전압 배터리, 상기 태양전지 모듈, 상기 저전압 배터리 및 상기 인버터를 선택적으로 연결하는 다수의 스위칭부로 구성되되,
상기 다수의 스위칭부는,
상기 고전압 배터리 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 1 스위칭부;
상기 변환부 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위칭부;
상기 태양전지 모듈과 상기 변환부 사이에 연결되는 제 3 스위칭부; 및
상기 저전압 배터리와 상기 변환부 사이에 연결되는 제 4 스위칭부를 포함하는
차량용 직류변환장치.
In a direct current converter connected to a high-voltage battery, inverter, solar cell module, and low-voltage battery,
The direct current converter is,
A converter that boosts or steps down the input voltage and outputs it; and
Consisting of a plurality of switching units that are switched according to control and selectively connect the high-voltage battery, the solar cell module, the low-voltage battery, and the inverter,
The plurality of switching units,
A first switching unit connected between the high voltage battery and the inverter;
a second switching unit connected between the conversion unit and the inverter;
a third switching unit connected between the solar cell module and the conversion unit; and
Comprising a fourth switching unit connected between the low-voltage battery and the conversion unit
Direct current converter for vehicles.
상기 제 1 스위칭부의 일측은 상기 고전압 배터리와 연결되고, 상기 제 1 스위칭부의 타측은 상기 인버터와 연결되고,
상기 제 2 스위칭부의 일측은 상기 변환부와 연결되고, 상기 제 2 스위칭부의 타측은 상기 제 1 스위칭부와 상기 인버터 사이에 연결되고,
상기 제 3 스위칭부의 일측은 상기 태양전지 모듈과 연결되고, 상기 제 3 스위칭부의 타측은 상기 변환부와 연결되며,
상기 제 4 스위칭부의 일측은 상기 저전압 배터리와 연결되고, 상기 제 4 스위칭부의 타측은 상기 제 3 스위칭부와 상기 변환부에 연결되는
차량용 직류변환장치.According to claim 1,
One side of the first switching unit is connected to the high voltage battery, and the other side of the first switching unit is connected to the inverter,
One side of the second switching unit is connected to the conversion unit, and the other side of the second switching unit is connected between the first switching unit and the inverter,
One side of the third switching unit is connected to the solar cell module, and the other side of the third switching unit is connected to the conversion unit,
One side of the fourth switching unit is connected to the low-voltage battery, and the other side of the fourth switching unit is connected to the third switching unit and the conversion unit.
Direct current converter for vehicles.
제 1 모드 하에서, 상기 제 1 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 2 내지 제 4 스위칭부는 스위치 오프 상태로서,
상기 고전압 배터리로부터 출력되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치.According to claim 1,
Under the first mode, the first switching unit is switched on, and the second to fourth switching units are switched off,
The inverter drives a motor based on the voltage output from the high-voltage battery, or allows the inverter to charge the high-voltage battery based on the voltage generated by driving the motor.
Direct current converter for vehicles.
제 2 모드 하에서, 상기 제 1 내지 상기 제 3 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 4 스위칭부는 스위치 오프 상태로서,
상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치.According to claim 1,
Under the second mode, the first to third switching units are switched on, and the fourth switching unit is switched off,
The converter boosts the voltage output from the solar cell module to charge the high-voltage battery.
Direct current converter for vehicles.
제 3 모드 하에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 상태이고, 상기 제 3 스위칭부는 스위치 오프 상태로서,
상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치.According to claim 1,
Under the third mode, the first, second and fourth switching units are switched on, and the third switching unit is switched off,
The converter boosts the voltage output from the low-voltage battery to charge the high-voltage battery.
Direct current converter for vehicles.
제 4 모드 하에서, 상기 제 1 및 제 3 스위칭부는 스위치 오프 상태이고, 상기 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 상태로서,
상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시키고, 승압된 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생하는 전압을 상기 변환부가 강압시켜 상기 저전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치.According to claim 1,
Under the fourth mode, the first and third switching units are switched off, and the second and fourth switching units are switched on,
The converter boosts the voltage output from the low-voltage battery, and the inverter drives the motor based on the boosted voltage, or the converter steps down the voltage generated by driving the motor to charge the low-voltage battery. to do so
Direct current converter for vehicles.
모드에 따라, 상기 고전압 배터리 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 변환부 및 상기 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 상기 태양전지 모듈과 상기 변환부 사이에 연결되는 제 3 스위칭, 및 상기 저전압 배터리와 상기 변환부 사이에 연결되는 제 4 스위칭부를 제어하여, 상기 직류변환장치가 모드별 동작을 수행하도록 제어하는
차량용 직류변환장치의 제어 방법.In the control method of a direct current converter connected to a high-voltage battery, inverter, solar cell module, and low-voltage battery,
Depending on the mode, a first switching unit connected between the high voltage battery and the inverter, a second switching unit connected between the conversion unit and the inverter, a third switching unit connected between the solar cell module and the conversion unit, and Controlling the fourth switching unit connected between the low-voltage battery and the conversion unit to control the DC converter to perform operation for each mode.
Control method of a vehicle direct current converter.
제 1 모드 하에서, 상기 제 1 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 2 내지 제 4 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 고전압 배터리로부터 출력되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 전압에 기초하여 상기 인버터가 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치의 제어 방법.According to claim 8,
Under the first mode, the first switching unit is switched on, and the second to fourth switching units are switched off, so that the inverter drives the motor based on the voltage output from the high voltage battery, or drives the motor. causing the inverter to charge the high-voltage battery based on the voltage generated accordingly.
Control method of a vehicle direct current converter.
제 2 모드 하에서, 상기 제 1 내지 상기 제 3 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 4 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 전압을 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치의 제어 방법.According to claim 8,
Under the second mode, the first to third switching units are switched on and the fourth switching unit is switched off, so that the conversion unit boosts the voltage output from the solar cell module to charge the high voltage battery.
Control method of a vehicle direct current converter.
제 3 모드 하에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 시키고, 상기 제 3 스위칭부는 스위치 오프 시켜, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 변환부가 승압시켜 상기 고전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치의 제어 방법.According to claim 8,
In the third mode, the first, second, and fourth switching units are switched on, and the third switching unit is switched off, so that the conversion unit boosts the voltage output from the low-voltage battery to charge the high-voltage battery.
Control method of a vehicle direct current converter.
제 4 모드 하에서, 상기 제 1 및 제 3 스위칭부는 스위치 오프 시키고, 상기 제 2 및 제 4 스위칭부는 스위치 온 시켜, 상기 저전압 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 변환부가 승압시키고, 승압된 전압에 기초하여 상기 인버터가 모터를 구동시키거나, 상기 모터의 구동에 따라 발생하는 전압을 상기 변환부가 강압시켜 상기 저전압 배터리를 충전시키도록 하는
차량용 직류변환장치의 제어 방법.
According to claim 8,
Under the fourth mode, the first and third switching units are switched off and the second and fourth switching units are switched on, so that the converter boosts the voltage output from the low-voltage battery, and based on the boosted voltage, the converter An inverter drives a motor, or the converter steps down the voltage generated by driving the motor to charge the low-voltage battery.
Control method of a vehicle direct current converter.
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- 2018-11-07 KR KR1020180135756A patent/KR102625324B1/en active IP Right Grant
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