KR20030006270A - Auxiliary Source providing System using Main Battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차에서의 메인 배터리 내 임의의 한 배터리를 보조 배터리로 사용할 수 있는 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an auxiliary power supply system using a main battery, and more particularly, to an auxiliary power supply system using a main battery that can use any one battery in the main battery in an electric vehicle as an auxiliary battery.
일반적으로, 전기에 의한 모터 작동을 통해 엔진이 구동되는 전기 자동차는 전원 공급수단으로서 메인 배터리와 보조 배터리를 사용한다. 이중, 메인 배터리는 3상 AC전원으로 구동되는 전동기로 구동전원을 공급함으로써, 전기자동차 내의 전장품에 전원을 공급하며, 보조 배터리는 시동장치 및 자동차에 구비되어 있는 전기장치로 전원을 공급한다.In general, an electric vehicle in which an engine is driven through electric motor operation uses a main battery and an auxiliary battery as power supply means. Of these, the main battery supplies power to the electrical equipment in the electric vehicle by supplying driving power to an electric motor driven by three-phase AC power, and the auxiliary battery supplies power to the starting device and the electric device provided in the vehicle.
즉, 보조 배터리는 운전자가 임의의 부하(미등, 실내등, 에어콘 및 히터 등)를 장시간(메인 배터리의 완전 방전시간) 동안 구동시켜 놓았더라도, 전기자동차의 시동을 걸 수 있는 최소한의 보조 전원을 보유함으로써, 전체(메인) 배터리를 재충전할 수 있는 기능을 수행한다. 또한, 보조 배터리를 통해 전기 자동차의 시동을 걸어 발전기를 구동하면 메인 배터리가 재충전되고, 이는 보조 배터리와 함께 서로 병렬로 연결되어 같이 충전됨으로써, 하나의 배터리로 동작하게 된다.That is, the auxiliary battery has a minimum auxiliary power source for starting the electric vehicle even if the driver has driven arbitrary loads (such as taillights, indoor lights, air conditioners and heaters) for a long time (full discharge time of the main battery). Thereby performing the function of recharging the entire (main) battery. In addition, when the electric vehicle is started by driving the electric vehicle through the auxiliary battery, the main battery is recharged, which is connected to each other in parallel with the auxiliary battery and charged together, thereby operating as a single battery.
위와 같이, 전기 자동차에서의 전원 공급은 차량에 탑재된 배터리에 의존하고 있으므로, 배터리의 효율적인 사용이 요구된다.As above, the power supply in the electric vehicle is dependent on the battery mounted on the vehicle, so efficient use of the battery is required.
여기서, 위와 같은 특징을 포함하는 메인 배터리에서 보조 배터리로의 종래 기술에 따른 보조전원 공급 방법에 대해 알아보면 다음과 같다.Here, the auxiliary power supply method according to the prior art from the main battery to the auxiliary battery including the above characteristics as follows.
도 1은 종래 기술에 따른 메인 배터리에서 보조 배터리로의 전원 공급 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 1에서 보면, 기존의 전원 공급 시스템은 메인 배터리(110), DC/DC 컨버터(120) 및 보조 배터리(130)를 포함한다.1 is a block diagram schematically illustrating a power supply system from a main battery to a secondary battery according to the prior art. Referring to FIG. 1, the existing power supply system includes a main battery 110, a DC / DC converter 120, and an auxiliary battery 130.
전동기로의 구동전원을 공급하는 메인 배터리(110)가 외부 전원수단을 통해 일정 기준전압이 충전되면, 충전 전압은 메인 배터리(110)에서 출력되는 전압을 차량의 전자 장치가 필요로 하는 일정 전압으로 가변시켜 출력하는 DC/DC 컨버터(120)로 입력된다. 이후, DC/DC 컨버터(120)로 입력된 전압은 일정 전압으로 가변되어 보조 배터리(130)로 공급된다.When the main battery 110 for supplying driving power to the motor is charged with a predetermined reference voltage through an external power supply means, the charging voltage is a voltage output from the main battery 110 to a predetermined voltage required by the electronic device of the vehicle. It is input to the DC / DC converter 120 which is variable and output. Thereafter, the voltage input to the DC / DC converter 120 is changed to a predetermined voltage and supplied to the auxiliary battery 130.
위와 같이, 종래 기술에 따른 메인 배터리(110)에서 보조 배터리(130)로의 보조전원 공급은 전력 변환 장치인 DC/DC 컨버터(120)를 별도로 이용해야만 한다.As described above, the auxiliary power supply from the main battery 110 to the auxiliary battery 130 according to the prior art must separately use the DC / DC converter 120 which is a power conversion device.
상기 DC/DC 컨버터(120)는 입력전원 전압이 대략 300V, 출력전원 전압이 12V, 용량이 1.2kW로서, 4개의 MOSFET 스위치, 변압기(transformer) 및 별도의 보조 배터리 등을 포함하는데, 이로 인해, 보조 배터리(130)로의 전원 공급 시, 많은 스위칭 소자, 변압기 및 정류 다이오드 등을 구비해야만 한다. 따라서, 이러한 소자들을 연결시키기 위한 별도의 와이어링(wiring) 작업을 해야 하며, 그로 인한 경제적인 손실 및 차량 무게의 증가 등과 같은 여러 문제점들이 유발된다.The DC / DC converter 120 has an input power supply voltage of approximately 300 V, an output power supply voltage of 12 V, and a capacity of 1.2 kW. The DC / DC converter 120 includes four MOSFET switches, a transformer, and a separate auxiliary battery. When supplying power to the auxiliary battery 130, a large number of switching elements, transformers, rectifier diodes, and the like must be provided. Therefore, a separate wiring work is required to connect these devices, resulting in various problems such as economic loss and increase in vehicle weight.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 다수의 배터리로 이루어진 메인 배터리 내의 한 배터리를 보조 배터리로 사용하여, 별도의 보조 배터리 및 상기 보조 배터리로의 전원을 공급하기 위한 수단이 요구되지 않는 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템을 제공하기위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to use a single battery in a main battery consisting of a plurality of batteries as an auxiliary battery, and provide a separate auxiliary battery and a power source to the auxiliary battery. It is to provide an auxiliary power supply system using a main battery that does not require a means for supplying.
도 1은 종래 기술에 따른 전원 공급 시스템의 블록 구성도이며,1 is a block diagram of a power supply system according to the prior art,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템의 블록 구성도이며,2 is a block diagram of an auxiliary power supply system using a main battery according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 따른 보조 전원 공급 시스템내의 전압제어장치의 동작 과정을 설명하기 위한 구성도,3 is a configuration diagram for explaining an operation process of the voltage control device in the auxiliary power supply system according to FIG.
도 4는 도 2에 도시된 전압제어장치내의 제어부의 동작 과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart sequentially illustrating an operation process of a controller in the voltage control device shown in FIG. 2.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of code for main part of drawing ※
110 : 메인 배터리 120 : DC/DC 컨버터110: main battery 120: DC / DC converter
130 : 보조 배터리 230 : 전압제어장치130: auxiliary battery 230: voltage control device
231 : 제어부 232 : 게이트 드라이버231 control unit 232 gate driver
233 : IGBT233: IGBT
상기 목적을 달성하기 위한 발명은 n개의 메인 배터리를 포함하는 보조전원 공급 시스템에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides an auxiliary power supply system including n main batteries.
상기 n개의 메인 배터리 중, 임의의 한 배터리로 이루어진 보조 배터리,An auxiliary battery comprising any one of the n main batteries,
상기 메인 배터리 평균 전압과 상기 보조 배터리 평균 전압의 차 전압에 따라, 상기 차 전압만큼의 보조 전원을 상기 보조 배터리에 공급하여, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리간의 전압 평형을 이루도록 하는 전압제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조전원 공급 시스템이 제공된다.And a voltage control means for supplying auxiliary power equal to the difference voltage to the auxiliary battery according to the difference voltage between the main battery average voltage and the auxiliary battery average voltage to achieve voltage balance between the main battery and the auxiliary battery. An auxiliary power supply system is provided.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 예에 따른 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템을 설명하기로 한다.Hereinafter, an auxiliary power supply system using a main battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메인 배터리를 이용한 보조전원 공급 시스템의 블록 구성도이다. 도 2를 보면, 보조전원 공급 시스템은 다수의 배터리로 이루어진 메인 배터리(210), 메인 배터리(210)내의 한 개의 배터리로 이루어진 보조 배터리(220) 및 전압제어장치(230)를 포함하며, 상기 전압제어장치(230)는 제어부(Controller, 231), 게이트 드라이버(Gate Driver, 232) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister : 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터, 233)를 포함한다.2 is a block diagram of an auxiliary power supply system using a main battery according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the auxiliary power supply system includes a main battery 210 including a plurality of batteries, an auxiliary battery 220 including a single battery in the main battery 210, and a voltage controller 230. The controller 230 may include a controller 231, a gate driver 232, and an insulated gate bipolar transistor IGBT 233.
전압제어장치(230)는 n개의 전체 메인 배터리(210) 중, n-1개의 메인 배터리(210') 평균 모듈 전압(Vα)과 임의의 한 배터리(220) 모듈 전압(Vn_avg)간을The voltage controller 230 is configured to separate between the n-1 main batteries 210 'average module voltage V α and any one battery 220 module voltage V n_avg among the n total main batteries 210.
상호 조정함으로써, 각 배터리 모듈 전압간의 전압 평형을 유지할 수 있는 전압 제어 기능을 수행한다. 이를 통해, n 개의 메인 배터리(210) 중, 임의의 한 배터리를 보조 배터리(220)로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 임의의 한 보조 배터리(200)에 n-1개의 메인 배터리 평균 모듈 전압인 보조 전원을 공급함으로써, 메인 배터리(210)의 임의의 한 배터리를 보조 배터리로 사용할 수 있게 된다.By mutual adjustment, a voltage control function is performed to maintain voltage balance between the voltages of the battery modules. Through this, not only one of the n main batteries 210 may be used as the auxiliary battery 220, but also an auxiliary power source that is the average module voltage of n−1 main batteries in any one of the auxiliary batteries 200. By supplying N, any one battery of the main battery 210 can be used as the auxiliary battery.
위와 같은 기능을 수행하는 전압제어장치(230)를 포함한 보조전원 공급 시스템의 동작 과정을 첨부된 도 4와 함께 알아본다.The operation process of the auxiliary power supply system including the voltage control device 230 performing the above function will be described with reference to FIG. 4.
즉, 센싱(sensing)된 n개의 메인 배터리 모듈 전압이 전압제어장치(230)내 제어부(231)에 인가되면, 제어부(231)는 n-1개의 메인 배터리 모듈 전압의 평균 전압과 임의의 한 보조 배터리 모듈 전압(일정 기준 전압, 일반적인 DC/DC 컨버터의 출력전압인 12V 정도)을 각각 구한 후, 이를 비교한다(S410, S420).That is, when the sensed n main battery module voltages are applied to the control unit 231 in the voltage control device 230, the control unit 231 controls the average voltage of the n-1 main battery module voltages and any one auxiliary voltage. The battery module voltages (constant reference voltages, about 12V, which are output voltages of general DC / DC converters) are obtained, and then compared (S410 and S420).
상기 제어부(231)의 비교 결과, 전체 주기 동안의 임의의 한 보조 배터리 평균 전압(Vn_avg)이 상기 n-1개의 메인 배터리 평균 전압(Vα)에 비해 낮으면, 제어부(231)는 게이트 드라이버(232)를 통해 IGBT(233)를 턴 온시킴으로써, 임의의 한 보조 배터리(220)에 부족되는 만큼(Vα-Vn_avg)의 일정 보조 전원을 공급한다.As a result of the comparison of the controller 231, if any one auxiliary battery average voltage V n_avg is lower than the n−1 main battery average voltages V α during the entire period, the controller 231 may perform a gate driver. By turning on the IGBT 233 via 232, a constant auxiliary power supply as much as (V α -V n_avg ) that is insufficient for any one auxiliary battery 220 is supplied.
위와 같은 과정을 통해, 보조 배터리 평균전압과 메인 배터리 평균 전압간의 전압 평형을 이루게 된다. 여기서, n-1개의 메인 배터리 평균 모듈 전압(Vα)과 임의의 한 보조 배터리평균 전압(Vn_avg)간에 전압 평형을 이루도록 조정하는 이유는, n 개의 메인 배터리(210) 중, 정해지지 않은 임의의 한 배터리를 보조 배터리로 사용하기 위함이다.Through the above process, the voltage balance between the secondary battery average voltage and the main battery average voltage is achieved. Here, the reason for adjusting the voltage balance between the n-1 main battery average module voltages V α and the optional auxiliary battery average voltage V n_avg is that any of the n main batteries 210 is not determined. This is to use one battery as a spare battery.
상기 제어부(231)의 전압제어과정인 보조 전원 공급 과정에 대해, 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.An auxiliary power supply process, which is a voltage control process of the controller 231, will be described with reference to FIG. 3.
센싱된 n개의 메인 배터리 모듈 전압이 제어부(231)에 인가되면, 제어부 (231)는 n-1개의 메인 배터리 모듈 전압의 평균 전압치인, Vα를 아래의 [수학식 1]을 통해 구한 후,When the sensed n main battery module voltages are applied to the controller 231, the controller 231 obtains V α , which is an average voltage value of the n−1 main battery module voltages, through Equation 1 below.
상기 제어부(231)내의 PI(Proportional Integral) 제어기를 통해, 전압 평균치와 보조 배터리 전압간의 전압차에 따른 IGBT(233)의 스위칭 듀티(switching duty, D = T1/TS)를 구한다(S430). 이후, 상기 스위칭 듀티를 이용한 [수학식 2]를 통해, 전체 n개의 메인 배터리 전압 중, 스위칭 듀티(D) 동안의 임의의 한 보조 배터리 전압, Vn을 구한다.Through the PI (Proportional Integral) controller in the control unit 231, a switching duty (D = T 1 / T S ) of the IGBT 233 according to the voltage difference between the voltage average value and the auxiliary battery voltage is obtained (S430). . Then, any one auxiliary battery voltage, V n , during the switching duty D is calculated from Equation 2 using the switching duty.
이후, 상기 [수학식 2]를 통한 임의의 한 보조 배터리 전압(Vn)을 아래의 [수학식 3]을 통해, 전체 주기(Ts) 동안의 평균 전압인 보조 배터리 평균 전압, Vn_avg을 구한다.Subsequently, any one auxiliary battery voltage V n through Equation 2 is obtained through Equation 3 below, and the auxiliary battery average voltage V n_avg which is the average voltage for the entire period T s is obtained . Obtain
이후, 임의의 한 보조 배터리 평균 전압(Vn_avg)과 n-1개의 메인 배터리 평균 전압(Vα)을 비교하여 임의의 한 보조 배터리 평균 전압이 상기 n-1개의 메인 배터리 평균 전압에 비해 낮으면, 낮은 만큼의 차 전압을 IGBT(233)를 턴 온시켜 공급해줌으로써, 메인 배터리 중 임의의 한 배터리에 보조 전원을 공급하게 된다 (S440).Thereafter, when any one secondary battery average voltage V n_avg is compared with n-1 main battery average voltages V α , if any one secondary battery average voltage is lower than the n-1 main battery average voltages, By supplying the difference voltage as low as the IGBT 233, the auxiliary power is supplied to any one of the main batteries (S440).
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 메인 배터리와 연결된 전압제어장치를 통해, 메인 배터리 중 임의의 한 배터리를 보조 배터리를 사용하며, 상기 보조 배터리에 보조전원을 공급함으로써, 기존의 전기자동차에서 보조전원 공급 시 사용되던 DC/DC 컨버터 및 보조 배터리를 제거할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, by using a voltage control device connected to the main battery, any one of the main battery using the auxiliary battery, by supplying the auxiliary power to the auxiliary battery, the auxiliary power supply in the existing electric vehicle It is effective to remove the DC / DC converter and the auxiliary battery used in the past.
또한, 상기 DC/DC 컨버터 및 보조 배터리의 제거로 인한 와이어링(wiring)작업에 있어서의 편의성 및 전체 차량 무게의 감소 등과 같은 효과가 있다.In addition, there is an effect such as convenience in wiring work and reduction of the total vehicle weight due to the removal of the DC / DC converter and the auxiliary battery.
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