KR20120091910A - Apparatus for charging battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 상세하게는 차량에서 사용되는 배터리를 충전장치에 연결한 상태에서 충전을 수행하고자 할 때 배터리의 역전압 발생 또는 저전압이 검출되는 경우 충전을 미연에 중단하여 차량 배터리 및 충전 장치의 파손을 방지할 수 있는 배터리 충전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging device, and more particularly, when a reverse voltage or a low voltage of the battery is detected when the battery is to be charged while the battery used in the vehicle is connected to the charging device, the vehicle is stopped in advance. The present invention relates to a battery charging device capable of preventing damage to a battery and a charging device.
최근 환경 파괴로 인한 지구 온난화와 고유가 등의 문제로 자동차 업계에서는 전기 자동차의 개발을 급속히 진행하고 있다. 현재 전세계 메이저급 자동차 제작사들은 주요 개발 차량으로 전기 자동차를 만들기 위해 연구개발 중이다.Recently, due to problems such as global warming and high oil prices caused by environmental destruction, the automobile industry is rapidly developing electric vehicles. Currently, major automobile manufacturers around the world are researching and developing to make electric vehicles as a major development vehicle.
전기 자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다. 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 공해문제가 최근 심각해지면서 다시 개발되고 있다. 하지만, 재충전 가능한 배터리의 사용횟수 제한으로 인하여 배터리 자체 만으로는 장거리 주행이 확보되지 않는 문제점이 있다.Electric vehicles have no emissions and have very little noise. Electric cars were manufactured earlier than gasoline cars in 1873, but they were not put to practical use due to the heavy weight of batteries and the time required for charging. However, due to the limited number of times of use of the rechargeable battery, there is a problem that long distance driving is not secured by the battery itself.
따라서, 현재 시장에서는 화석연료와 배터리 같이 두 가지 동력원을 사용하는 하이브리드(Hybrid) 자동차가 북미지역을 중심으로 활발히 판매 사용되고 있다. 일본 도요타 자동차의 프리우스는 대표적인 하이브리드 자동차의 일종이다. 프리우스는 휘발유를 사용하는 엔진과 차량의 브레이킹 시에 회수되는 운동에너지를 전기에너지로 사용할 수 있는 알터네이터(Alternator) 및 모터(Motor)를 갖는다.Therefore, in the current market, hybrid cars, which use two power sources such as fossil fuels and batteries, are being actively sold around North America. The Japanese Toyota Prius is a representative hybrid car. Prius has an alternator and a motor which can use the kinetic energy recovered at the time of braking the vehicle using gasoline as electrical energy.
한편, 전기 자동차의 경우 재충전 가능한 배터리(즉, 2차 전지의 성능 개선)와 기존의 전지특성과는 다른 특성을 가진 연료전지 등을 사용하는 방안이 마련되고 있다. 이에, 전기 자동차 내부의 배터리 충전과 잦은 교체주기에 따른 기존의 문제점이 점차 해결되어 가고 있다. Meanwhile, in the case of an electric vehicle, a method of using a rechargeable battery (that is, improving the performance of a secondary battery) and a fuel cell having characteristics different from those of existing batteries are being prepared. Accordingly, the existing problems caused by battery charging and frequent replacement cycles in electric vehicles are gradually being solved.
일반 도로 주행용 전기 자동차가 아닌 일부 소형 전기 자동차의 경우에는 이미 상용화되어 활발히 사용되고 있다. 예를 들어, 골프장의 골프 카트, 경기장의 선수 및 장비 이동용 차량, 실내 운전 차량, 실내 청소 차량 등에서 활발히 사용되고 있으며, 곧 일반 상용 및 승용차에서도 전기자동차의 보급이 급속히 이루어질 것이라는 사실이 예견된다.Some small electric vehicles other than general road electric vehicles have already been commercialized and actively used. For example, it is actively used in golf carts in golf courses, vehicles for moving players and equipment in stadiums, indoor driving vehicles, indoor cleaning vehicles, etc., and it is expected that electric vehicles will spread rapidly in general commercial and passenger vehicles.
전기 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 차량에 실려 있는 고전압 배터리를 충전하여 동력원으로 사용한다. 자동차에는 구동력 및 전자제어유닛의 동작을 위한 배터리가 탑재되어 있다.Electric and plug-in hybrid vehicles charge and use the high voltage batteries in their vehicles as power sources. The vehicle is equipped with a battery for driving force and operation of the electronic control unit.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 배터리 충전 장치(1)는 AC 전원(11), 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)(12), 배터리(14)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the
배터리(14)를 충전하기 위하여, 차량 탑재형 완속 충전부(12)는 상용 AC 전원(11)을 고전압으로 변환하는 고전압 충전부(121)를 필요로 한다.In order to charge the
종래의 배터리 충전 장치는 차량에서 사용되는 배터리(14)를 차량 탑재형 완속 충전부(OBC)(12)에 연결한 상태에서 충전을 수행하고자 할 때 배터리(14)의 역전압 발생 또는 저전압이 발생되는 경우에도 충전을 실행함으로써 차량 배터리 및 충전 장치를 파손시킬 우려가 있다.In the conventional battery charging apparatus, when a
본 발명이 해결하려는 과제는, 차량에서 사용되는 배터리를 충전장치에 연결한 상태에서 충전을 수행하고자 할 때 배터리의 역전압 발생 또는 저전압이 검출되는 경우 충전을 중단하여 차량 배터리 및 충전 장치를 보호할 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to protect the vehicle battery and the charging device by stopping the charging when a reverse voltage or low voltage of the battery is detected when the battery is used in the vehicle is to be charged while the charging is to be performed It is to provide a battery charging device that can be.
본 발명의 일측면에 따르면, 배터리에 전압을 인가하여 충전을 수행하는 고전압 충전부; 배터리의 양극 단자와 음극 단자 사이에 설치되어, 배터리 전압이 정상 상태인 경우 폐회로로 동작하고 배터리에 의한 역전압이 유기되는 경우 전기적으로 개방회로로 동작하여 배터리의 양극 단자에 걸리는 전압을 검출하기 위한 검출부; 및 검출된 전압이 정상인 경우에는 배터리에 대한 고전압 충전부의 충전 동작을 지시하고, 검출된 전압이 오픈 전압인 경우, 배터리에 대한 고전압 충전부의 충전 동작을 차단시키는 제어부를 포함하는 배터리 충전 장치가 제공된다.According to an aspect of the invention, the high voltage charging unit for performing a charge by applying a voltage to the battery; Installed between the positive and negative terminals of the battery, it operates as a closed circuit when the battery voltage is normal and operates as an open circuit when the reverse voltage caused by the battery is induced to detect the voltage applied to the positive terminal of the battery. Detection unit; And a control unit instructing a charging operation of the high voltage charging unit for the battery when the detected voltage is normal, and blocking a charging operation of the high voltage charging unit for the battery when the detected voltage is an open voltage. .
검출부는 배터리의 양극 단자에 일측 단자가 전기적으로 연결되는 서지 보호 저항; 및 서지 보호 저항의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되고 배터리의 음극 단자에 캐소드 단자가 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.The detection unit includes a surge protection resistor having one terminal electrically connected to the positive terminal of the battery; And a diode in which an anode terminal is connected to the other terminal of the surge protection resistor and a cathode terminal is connected to the negative terminal of the battery.
고전압 충전부 및 검출부는 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)에 탑재될 수 있다.The high voltage charger and the detector may be mounted in an onboard charger (OBC).
제어부는 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)에 탑재될 수 있다. 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)는 제어부의 차단 동작에 의해 고전압 충전부와 배터리와의 전기적 연결을 차단하는 스위치를 더 포함할 수 있다.The controller may be mounted in an on-board charger (OBC). The on-board charger (OBC) may further include a switch to block electrical connection between the high voltage charger and the battery by a blocking operation of the controller.
본 발명의 배터리 충전 장치에 의하면, 차량에서 사용되는 배터리를 충전장치에 연결한 상태에서 충전을 수행하고자 할 때 배터리의 역전압 발생 또는 저전압이 검출되는 경우 충전을 미연에 중단하여 차량 배터리 및 충전 장치의 파손을 막을 수 있는 효과를 제공한다.According to the battery charging device of the present invention, when a battery used in a vehicle is connected to a charging device to perform charging, when the reverse voltage or low voltage of the battery is detected, the vehicle is stopped and the charging device is stopped in advance. Provides the effect of preventing breakage.
도 1은 종래의 배터리 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전 장치의 상세 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전 장치의 충전 안전 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a conventional battery charging device.
2 is a block diagram illustrating a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed circuit diagram of a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a charging safety control method of a battery charging apparatus according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전 장치의 상세 회로도이다.2 is a block diagram illustrating a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a detailed circuit diagram of a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 장치(2)는 전기 자동차(EV ; Electric Vehicle)나 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등에 설치되어, AC 전원(21)을 고전압으로 변환하여 배터리(24)에 충전시킬 수 있다. 이와 같이 충전된 배터리(24)는 전기 자동차나 플러그인 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되며, 차량에 설치된 각종 전자제어유닛, 예를 들면 제동 장치의 전자제어유닛, 현가 장치의 전자제어유닛, 조향 장치의 전자 제어 유닛 등의 구동을 위해 사용될 수 있다.2 and 3, the
배터리 충전 장치(2)는 AC 전원(21)을 이용하여 배터리(24)를 충전하기 위하여 고전압 충전부(221), 검출부(222), 제어부(223), 노이즈 제거부(224)를 포함할 수 있다. 여기에서는, 고전압 충전부(221), 검출부(222), 제어부(223), 노이즈 제거부(224)가 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)(22)에 포함되는 것으로 구성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 검출부(222), 제어부(223), 노이즈 제거부(224)는 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)(22)의 외부에 별도로 구성될 수 도 있다.The
배터리 충전 장치(2)의 구성들이 일체로 이루어질 수 있다. 따라서 배터리 충전 장치(2)는 전기 에너지로 구동되는 전기 자동차나 플러그인 하이브리드 자동차에 장착이 용이하다.The configurations of the
고전압 충전부(221)는 차량 내에 설치된 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)으로부터 수신된 충전 지령에 따라 AC 전원(21)을 고전압으로 변환하고, 변환된 고전압을 이용하여 배터리(24)를 충전시키도록 한다.The high
검출부(222)는 배터리의 양극 단자에 걸리는 전압을 검출하기 위하여 배터리(24)의 양극 단자와 음극 단자 사이에 설치된다. 검출부(222)는 배터리(24) 전압이 정상 상태인 경우 폐회로로 동작하고 배터리에 의한 역전압이 유기되는 경우 전기적으로 개방회로로 동작한다.The
검출부(222)는 도 3에 도시된 바와 같이 검출부(222)는 서지 보호 저항(222a)와 다이오드(222b)를 이용하여 구현될 수 있다. 서지 보호 저항(222a)은 배터리(24)의 양극 단자에 일측 단자가 전기적으로 연결되어 서지 전압에 의한 손상을 방지한다. 다이오드(222b)는 서지 보호 저항(222a)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되고 배터리의 음극 단자에 캐소드 단자가 연결된다. As illustrated in FIG. 3, the
다이오드(222b)는 배터리(24)의 양극 단자 및 음극 단자 사이에 역전압이 유기되면 개방 회로로 동작한다. 이에 따라, 배터리(24)의 양극 단자에 걸리는 검출 전압(Vout Mon)은 개방 전압이 된다. 따라서, 검출부(222)에 의해 검출되는 검출 전압(Vout Mon)은 배터리의 정상 전압이 검출될 수 도 있고, 기준 전압보다 낮은 전압 또는 개방 전압이 검출될 수 있다.The
제어부(223)는 검출부(222)를 통해 검출되는 배터리(24)의 전압(Vout Mon)을 측정하고, 측정된 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여 배터리(24)의 전기적인 상태가 충전가능한 상태인지 여부를 판단한다.The
또한 제어부(223)는 차량 탑재형 완속 충전부(22)에 설치된 전압 검출부(224)에 의해 감지된 배터리(24)의 전압을 미리 설정된 배터리 전압과 비교하여 배터리의 충전 여부를 결정할 수 있다. 예를 들면, 배터리(24)의 검출 전압이 기준 전압 이상이면 충전 동작을 수행하고, 기준 전압보다 낮으면 충전 동작을 중지시킬 수 있다. 이에 따라, 차량 탑재형 완속 충전부(22)에 연결되는 배터리(24)의 접속 상태가 역전압이 걸림에도 불구하고 차량 탑재형 완속 충전부(22)에서의 배터리 충전 작업이 진행되어 차량 탑재형 완속 충전부(22)의 파손, 나아가 배터리 충전 장치(2)의 파손을 막을 수 있다.In addition, the
노이즈 제거부(224)는 노이즈 제거를 위하여 차량 탑재형 완속 충전부(22)와 배터리(24)를 연결하는 전압 공급선 사이에 콘덴서(C1, C2, C3)를 이용하여 병렬로 설치될 수 있다.The
이와 같은 구성을 갖는 배터리 충전 장치(2)의 충전 안전 제어 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The charging safety control method of the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전 장치의 충전 안전 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.4 is an operation flowchart illustrating a charging safety control method of a battery charging device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 검출부(222)는 배터리(24)의 양극 단자에 걸리는 전압을 검출한다(S101). 배터리(24)의 양극 단자에 걸리는 검출 전압(Vout Mon)은 배터리의 정상 전압이 검출될 수 도 있고, 기준 전압보다 낮은 전압 또는 개방 전압이 검출될 수 있다. 만약, 배터리(24)의 양극 단자 및 음극 단자 사이에 역전압이 유기되면 검출부(222)를 구성하고 있는 다이오드(222b)가 개방 회로로 동작함에 따라 검출부(222)를 통해 검출되는 전압은 개방 전압이 된다.Referring to FIG. 4, the
제어부(223)은 검출부(222)를 통해 검출된 전압이 정상 전압인지 여부를 판단한다(S103). 판단 결과, 검출된 전압이 정상 전압이 아니고 기준 전압보다 낮은 전압이거나 개방 전압인 경우, 제어부(223)는 차단 제어신호를 생성하여 고전압 충전부(221)에 의한 충전 동작을 차단시킨다(S105). 이때, 차량 탑재형 완속 충전부(OBC)(22)내에 제어부(223)의 차단 제어 신호에 의해 고전압 충전부(221)와 배터리(24)와의 전기적 연결을 차단하는 스위치(미도시됨)가 포함될 수 있다.The
한편, 판단 결과, 검출된 전압이 정상 전압인 경우, 제어부(223)는 충전 제어신호를 생성하여 고전압 충전부(221)가 배터리(24)에 충전 동작을 수행할 수 있게 한다(S107).Meanwhile, as a result of determination, when the detected voltage is a normal voltage, the
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The invention being thus described, it will be obvious that the same way may be varied in many ways. Such modifications are intended to be within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
2 : 배터리 충전 장치 21 : AC 전원
22 : 차량 탑재형 완속 충전부 221 : 고전압 충전부
222 : 검출부 223 : 제어부
224 : 노이즈 제거부 24 : 배터리2: battery charger 21: AC power
22: Vehicle mounted type fast charging part 221: High voltage charging part
222
224: noise removing unit 24: battery
Claims (5)
상기 배터리의 양극 단자와 음극 단자 사이에 설치되어, 배터리 전압이 정상 상태인 경우 폐회로로 동작하고 상기 배터리에 의한 역전압이 유기되는 경우 전기적으로 개방회로로 동작하여 상기 배터리의 양극 단자에 걸리는 전압을 검출하기 위한 검출부;
상기 검출된 전압이 정상인 경우에는 상기 배터리에 대한 상기 고전압 충전부의 충전 동작을 지시하고, 검출된 전압이 오픈 전압인 경우, 상기 배터리에 대한 상기 고전압 충전부의 충전 동작을 차단시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.A high voltage charger configured to perform charging by applying a voltage to the battery;
It is installed between the positive terminal and the negative terminal of the battery, and operates in a closed circuit when the battery voltage is in a normal state, and operates in an open circuit when the reverse voltage caused by the battery is induced, thereby reducing the voltage applied to the positive terminal of the battery. A detection unit for detecting;
And a control unit instructing a charging operation of the high voltage charging unit to the battery when the detected voltage is normal, and blocking a charging operation of the high voltage charging unit to the battery when the detected voltage is an open voltage. Battery charging device.
상기 배터리의 양극 단자에 일측 단자가 전기적으로 연결되는 서지 보호 저항; 및
상기 서지 보호 저항의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되고 상기 배터리의 음극 단자에 캐소드 단자가 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 1, The detection unit,
A surge protection resistor having one terminal electrically connected to the positive terminal of the battery; And
And a diode having an anode terminal connected to the other terminal of the surge protection resistor and a cathode terminal connected to the negative terminal of the battery.
상기 고전압 충전부 및 상기 검출부는 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)에 탑재되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 1,
And the high voltage charger and the detector are mounted in an onboard charger (OBC).
상기 제어부는 상기 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)에 탑재되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 3,
The control unit is a battery charging device, characterized in that mounted on the on-board slow charging unit (OBC).
상기 차량 탑재형 완속 충전부(OBC: On Board Charger)는 상기 제어부의 차단 동작에 의해 상기 고전압 충전부와 상기 배터리와의 전기적 연결을 차단하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 3,
The on-board slow charging unit (OBC) further includes a switch for disconnecting the electrical connection between the high voltage charging unit and the battery by a blocking operation of the control unit.
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