KR20040094923A

KR20040094923A - 전기 자동차의 충전장치 및 그것의 충전방법

Info

Publication number: KR20040094923A
Application number: KR1020030028478A
Authority: KR
Inventors: 이영대
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-12
Also published as: KR100494923B1

Abstract

전지 자동차에 탑재되는 충전장치에 있어서 접속되는 외부의 교류 전압을 자동을 인식하여 프리 볼트 충전이 수행될 수 있도록 하는 것으로,

구동 배터리의 충전을 위한 외부 교류 전원의 입력 여부를 검출하는 입력 전압 감지부와, 상기 입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭 되는 제1,제2 스위치와, 입력되는 교류전원을 설정된 소정의 레벨로 강하시키는 트랜스와, 트랜스를 통해 공급되는 교류 전원을 유도하는 인턱터와, '+' 및 '-'의 상 전위를 평활하는 평활용 커패시터 및 상기 레벨 강하되어 인가되는 교류 전원을 정류하는 단상 풀 브리지 다이오드를 포함하는 전기 자동차의 충전장치에 있어서, 상기 입력 전압 감지부는 인가되는 외부 교류 전원의 전압 및 상을 검출하는 기능이 더 포함되며, 입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 스위칭 되는 선택 스위치 및; 상기 단상 풀 브리지 다이오드의 출력단에 접속되어 정류된 DC 전압을 충전하는 제1,제2 정류용 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 충전장치에 구동 배터리 충전을 위한 외부 교류 전원의 입력이 검출되면 입력되는 전압 레벨과 상을 검출하여, 입력되는 전압이 220V/60의 전압이면 선택 스위치의 접점을 오프로 형성시켜 제1,제2정류용 커패시터에 220 * 1.414의 DC 전압을 충전하고, 입력되는 전압이 110V/50Hz의 전압이면 선택 스위치의 접점을 온으로 전환시켜 제1,제2정류용 커패시터에 110 * 1.414의 DC 전압을 충전하며, 충전되는 구동 배터리의 SOC가 설정된 만충전 레벨로 충전되는지를 판단하여 만충전레벨이면 충전 동작을 종료하고, 만충전 레벨에 도달하지 않은 상태이면 충전을 지속한다.

Description

전기 자동차의 충전장치 및 그것의 충전방법{CHARGE APPARATUS OF ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 전지 자동차에 탑재되는 충전장치에 있어서 접속되는 외부의 교류 전압을 자동을 인식하여 프리 볼트(Free Voltage) 충전이 수행될 수 있도록 하는 전기 자동차의 충전장치 및 그것의 충전방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차는 첨부된 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 주 동력원으로 고전압을 충전하고 있는 구동 배터리(10)와, IGBT 스위칭 소자로 이루어지며, 상기 구동 배터리(10)의 DC 전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭하여 3상 전압으로 변환시키는 구동용 인버터(20)와, 상기 구동용 인버터(20)에서 드라이브되는 3상 전압에 의해 구동되는 구동용 모터(30)와, 상기 구동 배터리(10)의 전압을 DC/DC 변환하는 DC/DC 컨버터(40)와, 전장 부하(60)에 공급되는 전압을 담당하는 보조 배터리(50)와, 대용량 부하 전압을 사용하는 에어콘 시스템(70) 및 구동 배터리(10)의 충전을 위한 외부 교류 전원이 연결되는 경우 입력되는 교류 전원을 정류하여 구동 배터리(10)에 충전 전압을 공급하는 차량 탑재용 충전기(80)로 구성된다.

상기한 구성에서 차량에 탑재되는 충전기(80)는 첨부된 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 구동 배터리(10)의 충전을 위해 연결되는 교류 전원의 전압 및 상을 검출하는 입력 전압 감지부(81)가 더 포함되며, 입력 전압 감지부(81)에 외부의 교류 전원이 연결됨이 검출되는 경우 충전 전압의 정류 기능을 실행시키는 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)와, 입력되는 교류전원을 설정된 소정의 레벨로 강하시키는 트랜스(T)와, 트랜스(T)를 통해 공급되는 전원을 상 전위에 따라 유도하는 인턱터(L1)(L2)와 커패시터(C1)(C2), '+' 및 '-'의 상 전위를 평활하는 평활용 커패시터(C3)와 단상 풀 브리지 다이오드(D1-D4)로 구성되는 정류부 및, 정류부를 통해 공급되는 DC 전압을 충전하는 정류용 커패시터(C4)로 구성된다.

상기한 구성을 갖는 종래의 차량 탑재용 충전기의 동작은 다음과 같이 수행된다.

운행 도중 혹은 운행 후 운전자가 구동 배터리(10)의 전압 충전을 위하여 충전기(80)에 외부 교류전원을 연결하게 되면 입력 전압 감지부(81)에 외부의 교류전원 연결이 검출된다.

따라서, 입력 전압 감지부(81)는 구동 배터리(10)의 충전 기능을 수행하기 위하여 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)의 접점을 온으로 절환하게 되며, 이에 따라 입력되는 교류 전원은 트랜스(T)의 권선비에 따라 설정된 소정의 레벨로 강하되어 인턱터(L1)(L2)를 통해 단상 풀 브리지 다이오드(D1-D4)에 공급된다.

단상 풀 브리지 다이오드(D1-D4)는 인가되는 교류 전원을 정류하여 DC 전압으로 형성시켜 정류용 커패시터(C4)에 충전하는데, 입력되는 교류 전원이 +상을 갖는 경우 다이오드(D1)(D2)에 의해 정류되고, -상을 갖는 경우 다이오드(D3)(D4)에 의해 정류되어 정류용 커패시터(C4)에 충전된다.

전술한 바와 같은 기능으로 동작되는 종래의 충전장치에 있어서 국내의 경우 충전을 위한 외부의 교류 입력전원이 단상 220V/60Hz를 사용하고 있는 관계로 풀 브리지 다이오드의 후단에 연결되는 정류용 커패시터(C4)의 용량이 220 * 1.414 만큼의 DC 전압을 충전할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 미국이나 일본, 동남아 등의 주요 국가에서는 교류 입력 전원이 단상 110V/50Hz를 적용하고 있어, 220V/60Hz로 장착되는 충전장치의 구조로는 충전이 수행될 수 없는 문제점이 발생하므로, 충전장치를 전체 교체하거나 해당 국가의 교류 전원에 맞추어 별도의 제작 및 장착을 하여야하는 번거로운 문제점이 발생한다.

또한, 전기 자동차를 이용한 국가 간의 여행시 각 국가에서 사용하는 교류 전원이 상이한 경우에는 구동 배터리의 충전을 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.

예를 들어, 220V/60Hz의 충전장치를 장착한 차량인 경우 구동 배터리의 충전을 위해 110V/50Hz의 교류 전원을 연결하는 경우 입력 전압 감지부에서는 교류 전원의 연결을 감지하지 못하여 배터리의 충전을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 110V/50Hz의 충전장치를 장착한 차량에 220V/50Hz의 교류 전원을 연결하는 경우 충전장치의 회로를 파손시키거나 정류용 커패시터에 과전압이 충전되어 폭발하거나 화재를 발생시키는 치명적인 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 구동 배터리의 충전을 위해 입력되는 외부의 교류 전압을 자동을 인식하여 인식되는 전압 및 상에 맞추어 프리 볼트 충전이 수행될 수 있도록 하는 전기 자동차의 충전장치 및 그것의 충전방법을 제공하도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 전기 자동차의 시스템 구성 블록도.

도 2는 종래의 전기 자동차 탑재용 충전장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차 탑재용 충전장치의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 전기 자동차 탑재용 충전장치의 충전 수행에 대한 흐름도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 구동 배터리의 충전을 위한 외부 교류 전원의 입력 여부를 검출하는 입력 전압 감지부와, 상기 입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭 되는 제1,제2 스위치와, 입력되는 교류전원을 설정된 소정의 레벨로 강하시키는 트랜스와, 트랜스를 통해 공급되는 교류 전원을 유도하는 인턱터와, '+' 및 '-'의 상 전위를 평활하는 평활용 커패시터 및 상기 레벨 강하되어 인가되는 교류 전원을 정류하는 단상 풀 브리지 다이오드를 포함하는 전기 자동차의 충전장치에 있어서,

상기 입력 전압 감지부는 인가되는 외부 교류 전원의 전압 및 상을 검출하는 기능이 더 포함되며, 입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 스위칭 되는 선택스위치 및; 상기 단상 풀 브리지 다이오드의 출력단에 접속되어 정류된 DC 전압을 충전하는 제1,제2 정류용 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 충전장치에 구동 배터리 충전을 위한 외부 교류 전압의 입력이 검출되면 입력되는 전압 레벨과 상을 검출하는 과정과; 상기에서 입력되는 전압이 220V/60의 전압이면 선택 스위치의 접점을 오프로 형성시켜 제1,제2정류용 커패시터에 220 * 1.414의 DC 전압을 충전하는 과정과; 상기에서 입력되는 전압이 110V/50Hz의 전압이면 선택 스위치의 접점을 온으로 전환시켜 제1,제2정류용 커패시터에 110 * 1.414의 DC 전압을 충전하는 과정과; 충전되는 구동 배터리의 SOC가 설정된 만충전 레벨로 충전되는지를 판단하여 만충전 레벨이면 충전 동작을 종료하고, 만충전 레벨에 도달하지 않은 상태이면 충전을 지속하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 충전장치는 도 2를 통해 전술한 종래의 충전장치의 구조에 선택 스위치(SW13) 및 정류용 커패시터(C15)가 더 추가되며, 입력전압 감지부(100)에서는 단순한 충전을 위한 외부 교류 전압의 입력여부를 검출하는 기능만을 수행하는 것이 아니라, 입력되는 외부 교류 전압의 전압 및 상을 검출하여 상기 선택 스위치(SW13)의 접점 선택을 제어하는 기능이 더 포함된다.

상기의 선택 스위치(SW13)는 트랜스(T10)의 -상 출력단과 제1정류용 커패시터(C14)와 제2정류용 커패시터(C15) 사이에 연결되어, 단상 풀 브리지 다이오드 (D11-D14)를 통해 정류된 DC 전압을 상기 제1,제2 정류용 커패시터(C14)(C15)에 충전하여 준다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에서 충전을 위해 입력되는 교류 전원의 전압 및 상을 검출하여 충전 동작을 수행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

전기 자동차의 운행 도중 혹은 운행후 운전자가 도 1에 도시되어 있는 구동 배터리(10)의 전압 충전을 위하여 충전기(80)에 외부 교류전원을 연결하게 되면 도 3에 도시되어 있는 본 발명에 따른 입력 전압 감지부(100)는 충전을 위한 외부 교류 전원의 입력을 검출함과 동시에 입력되는 교류 전원의 전압 및 상을 검출하여(S101), 입력 교류 전원의 전압 및 상이 220V/60Hz의 전압인지를 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 입력되는 전압이 220V/60Hz의 전압으로 판단되면 입력 전압 감지부(100)는 제1,제2 스위치(SW11)(SW12)의 접점을 온으로 절환함과 동시에 선택 스위치(S13)의 접점을 오프한다.

따라서, 입력되는 교류 전원은 트랜스(T10)의 권선비에 따라 설정된 소정의 레벨로 강하되어 인턱터(L11)(L12)를 통해 단상 풀 브리지 다이오드(D11-D14)에 공급되므로, 단상 풀 브리지 다이오드(D11-D14)는 인가되는 교류 전원을 정류하여 DC 전압으로 형성시켜 제1,제2 정류용 커패시터(C14)(C15)에 충전하는데, 입력되는 교류 전원이 +상을 갖는 경우 다이오드(D11)(D12)에 의해 정류되고, -상을 갖는 경우다이오드(D13)(D14)에 의해 정류되어 제1,제2 정류용 커패시터(C14)(C15)에 충전된다(S104).

따라서, 상기 제1,제2 정류용 커패시터(C14)(C15)에는 220 * 1.414의 DC 전압이 충전되어 진다.

그러나, 상기 S102의 판단에서 전압이 110V/50Hz의 전압으로 판단되면 입력 전압 감지부(100)는 제1,제2 스위치(SW11)(SW12)의 접점을 온으로 절환함과 동시에 선택 스위치(S13)의 접점을 온으로 전환한다.

따라서, 입력되는 교류 전원은 트랜스(T10)의 권선비에 따라 설정된 소정의 레벨로 강하되어 인턱터(L11)(L12)를 통해 단상 풀 브리지 다이오드(D11-D14)에 공급되므로, 단상 풀 브리지 다이오드(D11-D14)는 인가되는 교류 전원을 정류하여 DC 전압으로 형성시켜 제1,제2 정류용 커패시터(C14)(C15)에 충전하는데, 입력되는 교류 전원이 +상을 갖는 경우 다이오드(D11)와 제1정류용 커패시터(C14) 및 선택 스위치(SW13)로 형성되는 폐루프에 의해 제1정류용 커패시터(C14)에는 110 * 1.414의 DC 전압이 충전되고, 입력되는 교류 전원이 -상을 갖는 경우 선택 스위치(SW13)와 제2정류용 커패시터(C15) 및 다이오드(D12)로 형성되는 폐루프에 의해 제2정류용 커패시터(C15)에 110 * 1.414의 DC 전압이 충전된다(S104).

그러므로, 두 개의 정류용 커패시터(C14)(C15)의 양단간 전압은 220 * 1.414의 DC 전압이 충전된다.

상기와 같이 입력되는 전압 및 상에 따라 충전이 시작된 이후에 구동 배터리(10)의 SOC(State Of Charge)가 만충전 레벨에 도달하였는지를 판단하여(S106), 만충전에 도달하지 않은 것으로 판단되면 전술한 바와 같은 동작으로 연속적인 충전을 수행하고, 만충전 레벨에 도달한 것으로 판단되면 충전 동작을 종료하여 과충전으로 인한 배터리의 파손을 방지하여 준다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기 자동차에 탑재된 충전장치에서 정류단 회로의 변경을 통해 입력되는 전압 및 상에 관계없이 구동 배터리의 안정된 충전을 제공함으로써, 운행되는 지역의 구분없이 구동 배터리의 충전이 수행되고, 전압의 잘못된 연결로 인한 충전장치의 파손을 방지하여 운행에 신뢰성 및 안정성이 제공된다.

Claims

구동 배터리의 충전을 위한 외부 교류 전원의 입력 여부를 검출하는 입력 전압 감지부와, 상기 입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭 되는 제1,제2 스위치와, 입력되는 교류전원을 설정된 소정의 레벨로 강하시키는 트랜스와, 트랜스를 통해 공급되는 교류 전원을 유도하는 인턱터와, '+' 및 '-'의 상 전위를 평활하는 평활용 커패시터 및 상기 레벨 강하되어 인가되는 교류 전원을 정류하는 단상 풀 브리지 다이오드를 포함하는 전기 자동차의 충전장치에 있어서,

상기 입력 전압 감지부는 인가되는 외부 교류 전원의 전압 및 상을 검출하는 기능이 더 포함되며,

입력 전압 감지부에서 인가되는 제어신호에 스위칭 되는 선택 스위치 및;

상기 단상 풀 브리지 다이오드의 출력단에 접속되어 정류된 DC 전압을 충전하는 제1,제2 정류용 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 선택 스위치는 트랜스의 -상 출력단과 상기 제1,제2 정류용 커패시터 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 입력전압 감지부는 입력되는 외부 교류 전압이 220V/60Hz로 검출되면 상기 선택 스위치의 접점을 오프로 제어하고, 110V/50Hz로 검출되면 상기 선택 스위치의 접점을 온으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 제1,제2 정류용 커패시터는 입력되는 전압이 220V/60Hz인 경우 선택 스위치의 오프로 형성되는 폐루프에 따라 정류된 DC 전압이 동시에 충전되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 제1정류용 커패시터는 입력되는 전압이 110V/50Hz인 경우 선택 스위치의 온으로 형성되는 폐루프에 따라 +상의 정류된 전압을 충전하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 제2정류용 커패시터는 입력되는 전압이 110V/50Hz인 경우 선택 스위치의 온으로 형성되는 폐루프에 따라 -상의 정류된 전압을 충전하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 제1, 제2정류용 커패시터는 입력되는 전압이 220V/60Hz인 경우 220 * 1.414의 DC 전압이 충전되고, 입력되는 전압이 110V/50Hz인 경우 110 * 1.414의 DC 전압이 충전되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 제1,제2정류용 커패시터의 양단간 전압은 입력되는 전압에 관계없이 220 * 1.414의 DC 전압으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전장치.
충전장치에 구동 배터리 충전을 위한 외부 교류 전압의 입력이 검출되면 입력되는 전압 레벨과 상을 검출하는 과정과;

상기에서 입력되는 전압이 220V/60의 전압이면 선택 스위치의 접점을 오프로 형성시켜 제1,제2정류용 커패시터에 220 * 1.414의 DC 전압을 충전하는 과정과;

상기에서 입력되는 전압이 110V/50Hz의 전압이면 선택 스위치의 접점을 온으로 전환시켜 제1,제2정류용 커패시터에 110 * 1.414의 DC 전압을 충전하는 과정과;

충전되는 구동 배터리의 SOC가 설정된 만충전 레벨로 충전되는지를 판단하여 만충전 레벨이면 충전 동작을 종료하고, 만충전 레벨에 도달하지 않은 상태이면 충전을 지속하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전방법.