KR20120104034A - 온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전 제어 방법 및 장치 - Google Patents

온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차 구동중 자기유도방식으로 전력을 공급받는 온라인 전기자동차에 있어서, 집전된 전력으로부터 전기자동차의 구동과 배터리 충전 및 방전 등의 동력구조를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 자기유도방식으로 집전장치에서 집전된 전력을 전기자동차의 구동, 배터리 충전을 위해 적절하게 제어하여 사용함으로써 잦은 배터리 충방전에 의해 배터리의 수명을 단축시키는 것을 방지하면서도 전기자동차의 안정된 주행을 보장하게 된다. 또한 배터리의 방전을 제어함으로써 배터리의 SOC가 급격히 떨어지지 않고 안정되게 유지하도록 한다.

Description

온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전 제어 방법 및 장치{BATTERY CHARGING AND DISCHARGING CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLES WITH WIRELESS POWER SUPPLY}
본 발명은 온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차 구동중 자기유도방식으로 전력을 공급받는 온라인 전기자동차에 있어서, 집전된 전력으로부터 전기자동차의 구동과 배터리 충전 및 방전 등의 동력구조를 제어하는 방법에 관한 것이다.
종래 개시된 온라인 전기자동차에서는, 도로에 매설된 급전장치로부터 전기자동차에 설치된 집전장치가 자기유도방식으로 전력을 집전하고, 집전된 전력은 배터리로 충전되며, 비급전구간에서 자동차의 구동 및 부가장치의 작동은 배터리의 전력으로 이루어지는 체계였다. 이에 따라 배터리는 잦은 충방전의 반복으로 그 수명이 짧아질 수 있게 될 뿐 아니라, 에어컨 등과 같이 많은 전력소비가 이루어지는 부가장치가 가동될 경우는 그 전력충전상태(SOC)가 급격히 떨어져 안정되게 전기장치를 가동하지 못하게 될 문제점이 존재하였다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 자기유도방식으로 집전장치에서 집전된 전력을 전기자동차의 구동, 배터리 충전을 위해 적절하게 제어하여 사용함으로써 잦은 배터리 충방전에 의해 배터리의 수명을 단축시키는 것을 방지하면서도 전기자동차의 안정된 주행을 보장하는데 그 목적이 있다. 또한 배터리의 방전을 제어함으로써 배터리의 SOC가 급격히 떨어지지 않고 안정되게 유지하도록 하는데 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 온라인 전기자동차의 충전제어장치가 배터리 충전을 제어하는 방법은, (a) 전기자동차 주행 중 배터리 충전제한설정 여부를 체크하는 단계; (b) 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하여 배터리로의 충전전력 공급을 차단하는 단계; (c) 전기자동차가 급전장치가 설치되어 있는 도로구간(이하 '급전도로구간'이라 한다) 위를 주행중인 경우 집전장치를 구동시키고, 집전되는 전력을 전기자동차 구동에 사용하도록 제어하는 단계; 및 (d) 배터리 충전제한설정 여부를 체크하여 배터리 충전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치를 연결하는 단계를 포함한다.
상기 단계(a) 및 단계(d)의 충전제한설정 여부의 체크는, 주기적으로 이루어질 수 있다.
상기 단계(b)에서, 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우, 회생제동 구동을 중지하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(b)에서, 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우, 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하기 전에, 배터리로 충전되는 전류가 존재하는 경우 충전제한을 위하여 집전장치의 구동을 멈추도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(c)에서, 배터리 방전상태에 있는 경우, 집전장치에서 집전되는 전력 및 배터리 전력을 동시에 전기자동차 구동에 사용하도록 제어할 수 있다.
상기 충전제한설정은, 배터리의 과온도, 저온도, 과충전, 과전압 등에 의한 충전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우에 이루어질 수 있다.
상기 충전제한설정은, 전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 충전없이 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용할 경우에 이루어질 수 있다.
상기 충전제한설정은, 회생제동 에너지를 저장할 수 없는 상태이거나, 저장하지 않도록 결정된 경우에 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 온라인 전기자동차의 충전제어장치가 배터리 방전을 제어하는 방법은, (a) 전기자동차 주행 중 배터리 방전제한설정 여부를 체크하는 단계; (b) 배터리 방전제한으로 설정되어 있는 경우 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하여 배터리로부터의 방전전력 제공을 차단하는 단계; (c) 전기자동차가 급전장치가 설치되어 있는 도로구간(이하 '급전도로구간'이라 한다) 위를 주행중인 경우 집전장치를 구동시키고, 집전되는 전력만으로 전기자동차를 구동하도록 제어하는 단계; 및 (d) 배터리 방전제한설정 여부를 체크하여 배터리 방전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 출력측 스위치를 연결하는 단계를 포함한다.
상기 단계(a) 및 단계(d)의 방전제한설정 여부의 체크는, 주기적으로 이루어질 수 있다.
상기 단계(b)에서, 배터리 방전제한으로 설정되어 있는 경우, 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하기 전에, 전기자동차의 배터리 방전이 일어나고 있는 경우, 전기자동차의 각 부하장치들의 작동을 멈추도록 제어하는 단계를 더 포함하고, 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단한 후, 상기 각 부하장치들을 재작동 시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(c)에서, 배터리 충전제한상태가 아닌 경우, 집전장치에서 집전되는 전력은 전기자동차 구동 및 배터리 충전에 사용하도록 제어할 수 있다.
상기 방전제한설정은, 배터리의 과온도, 저온도, 과방전, 저전압 등에 의한 방전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우에 이루어질 수 있다.
상기 방전제한설정은, 전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 방전없이 집전장치의 집전전력만으로 전기자동차를 구동하는 경우에 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전을 제어하는 장치는, 배터리로의 충전전력 공급 또는 차단 기능을 수행하는 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치; 배터리로부터의 방전전력 제공 또는 차단 기능을 수행하는 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치; 및 배터리 충전제한설정 여부를 체크하여 충전제한으로 설정되어 있는 경우 상기 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하고, 충전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 상기 입력측 충전용 스위치를 연결하며, 방전제한으로 설정되어 있는 경우 상기 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하고, 방전제한 설정이 해제된 경우 상기 출력측 방전용 스위치를 연결하는 충방전 제어부를 포함한다.
상기 온라인 전기자동차의 충방전 제어장치는, 집전장치의 구동을 제어하는 집전장치 구동제어부; 및 상기 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용하거나 사용하지 않도록 제어하는 집전전력 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비접촉식으로 집전장치로부터 집전된 전력을 전기자동차의 구동, 배터리 충전을 위해 적절하게 제어하여 사용함으로써 잦은 배터리 충방전에 의해 배터리의 수명을 단축시키는 것을 방지하면서도 전기자동차의 안정된 주행을 보장하는 효과가 있다. 또한 배터리의 방전을 제어함으로써 배터리의 SOC가 급격히 떨어지지 않고 안정되게 유지하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 온라인 전기자동차가 비접촉식으로 전력을 공급받는 원리를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 충전제어 방법을 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 방전제어 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 배터리 충전 및 방전 제어를 위한 전기자동차의 주전력 케이블(main power cable) 연결용 전력포트 구조를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 온라인 전기자동차가 비접촉식으로 전력을 공급받는 원리를 나타내는 개략도이다.
전기자동차의 배터리 충전방식은 크게 접촉식(plug-in)과 비접촉식(contactless, wireless, 혹은 inductive)으로 분류할 수 있다. 접촉식 충전은 전기자동차와 충전설비를 통해 전기자동차에 플러그인 코드를 연결하여 배터리를 충전하는 방식이고, 비접촉식 충전은 전기자동차와 충전설비 사이에 플러그인 코드 없이 유도전류를 생성하여 배터리에 전기를 충전하는 방식이다.
접촉식으로 충전하는 PEV (plug-in electric vehicle)의 경우, 차량이 정차한 상태에서 충전 설비를 이용하여 전기를 충전해야 하므로 정차식 충전만 적용가능한 반면, 비접촉식 충전 방식의 전기자동차는 정차할 필요없이 급전장치가 설치된 도로 위를 주행하면서도 충전이 가능하여 정차식 뿐만 아니라 비정차식 전력공급이 가능하다.
따라서 비접촉식 전기자동차는 기존 배터리 충전형 전기자동차의 배터리 충전 부담을 해결하고 차량 운행중에도 전기를 공급하는 급전인프라와 차량 집전기를 사용함으로써 차량 주행거리, 배터리 크기와 무게 문제를 해결할 수 있다.
도 1의 KAIST가 개발한 온라인 전기자동차(30)는 도로 밑 바닥에 매설된 급전코어(210) 및 급전선(220)을 포함하는 급전장치(200)에서 발생하는 자기장을 차량 하부에 장착된 집전장치(100)에서 모아 전기에너지로 변환시켜 운행하는 전기자동차로서 기존의 배터리 충전형 전기자동차와는 다른 개념으로 무선자기장 방식을 이용한 비접촉식 전기자동차다. 급전선(220)에는 인버터(300)에서 공급받는 전류가 흐르게 되며, 집전선(110)에는 급전장치의 자기장으로부터 유도된 집전전류가 흐르게 된다.
위 도면(10)은 그러한 모습을 나타내는 측면도이고, 아래 도면(20)은 집전장치(100) 및 급전장치(200)를 전기자동차 정면에서 바라본 단면도이다.
종래 전기자동차의 형태인 배터리충전형 차량은 충전소에 정차하여 배터리 충전을 하기 전까지 차량 구동은 배터리로 이루어지며 감속에 의한 회생제동 에너지는 배터리로 저장되는 비교적 간단한 동력 전달 구조를 가지며 차량 운행 중 배터리에 이상이 발견되었을 때 차량 구동을 멈추어야 한다.
반면 유도전류 충전 방식의 전기자동차는 배터리에 의한 구동뿐만 아니라 집전장치의 집전을 통하여 배터리를 거치지 않고 부하장치에 바로 전력을 공급하는 직접 구동, 배터리 충전, 배터리와 집전기 집전을 통한 동시 부하전력 공급과 같은 다양한 형태의 동력구조를 가진다. 이와 같은 구동전력의 다원화로 배터리에 방전오류와 같은 이상 상태가 발생하더라도 급전구간 상에서는 배터리 없이도 차량 운행이 가능하다는 특징이 있다.
또한 배터리가 과방전 상태인 경우, 급전구간에서 충전되면 배터리의 과방전 오류가 해결됨으로써 비접촉식에 의한 충전방식은 기존 차량 시스템과는 달리 차량을 멈출 필요 없이 운행이 가능한 경우가 존재한다. 제안하는 기술은 자동차에만 국한되지 않고 배터리를 이용하는 전기철도의 주행중 급전 시스템에 모두 적용될 수 있다.
이와 같은 동력구조는 배터리의 상태에 따라 제어될 필요가 있으며 이에 따라 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여, 차량 구동중 배터리 충방전이 이루어질 수 있는 온라인 전기자동차 시스템에 있어서 배터리의 충전과 방전을 제어함으로써 배터리를 보호함과 동시에 차량 운행을 지속할 수 있고 무선 급전시스템의 동력구조를 다양하게 제어할 수 있는 기술을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치(500)의 구조를 나타내는 도면이다.
온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치(500)는 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 후술할 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어를 수행하는 장치이다.
제어부(510)는 이하 각 구성요소를 제어하여 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어에 관련된 일련의 처리를 수행한다.
충방전 제어부(520)는 배터리 충전제한설정 여부를 체크하여 충전제한으로 설정되어 있는 경우 입력측 충전용 스위치(530) 연결을 차단하고, 충전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치(530)를 연결하며, 방전제한으로 설정되어 있는 경우 출력측 방전용 스위치(540) 연결을 차단하고, 방전제한 설정이 해제된 경우 상기 출력측 방전용 스위치(540)를 연결하는 역할을 담당한다.
배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치(530)는 배터리로의 충전전력 공급 또는 차단 기능을 수행하는 스위치이며, 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치(540)는 배터리로부터의 방전전력 제공 또는 차단 기능을 수행하는 스위치이다.
입력측 충전용 스위치(530) 및 출력측 방전용 스위치(540)의 실제 구성예가 도 5에 도시되어 있다. 이러한 입력측 충전용 스위치(530) 및 출력측 방전용 스위치(540)는, 구동모터나 보조모터가 가지는 스위치와 별도로 배터리 측이 가지는　스위치이다. 종래의 전기자동차의 경우에는, 배터리 전력포트에 따로 스위치를 두지 않고 배터리 전력선이 메인 파워 케이블에 커넥터로 바로 연결이 되고 배터리를 사용하는 구동모터나 보조모터 등이 스위치를 가지는 구조로 되어 있다. 그러나 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 충방전제어를 수행하기 위하여는 도 2 및 도 5와 같이 배터리 입출력측 릴레이와 다이오드를 별도로 하여, 커넥터(700)를 통하여 배터리(600)에 연결되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.
집전장치 구동제어부(550)는 집전장치의 구동을 제어한다.
집전전력 제어부(560)는 상기 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용하거나 사용하지 않도록 제어하는 역할을 담당한다.
전술한 바와 같이 이러한 각 구성요소들의 작용에 의해 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 후술할 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어를 수행하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 충전제어 방법을 나타내는 순서도이다.
전기자동차가 Key-On되면(S300) 초기상태로 집전장치는 'off' 모드가 되고, 회생제동 기능은 'on' 모드가 되며, 전장품의 전력버스를 구성하는 모든 스위치는 'on' 상태가 되도록 한다. 특히, 배터리의 전력포트를 구성하는 입력측 충전용 스위치와 출력측 방전용 스위치는 모두 'on' 상태가 되도록 초기화 한다(S301). 전기자동차의 주행이 시작되면(S302) 배터리 충전제한설정 여부를 확인한다(S303). 배터리 충전제한으로 설정된 경우 회생제동에 의한 배터리 충전을 제한하기 위하여 회생제동 구동 모드를 off 시키고(S304) 단계S305로 진행하며, 배터리 충전제한이 설정되지 않은 경우 단계S308로 진행한다. 배터리 충전제한으로 설정되어 있고 배터리로 충전되는 전류가 존재하는 경우, 즉, 집전장치가 집전중인 경우(S305)에는 충전을 제한하기 위하여 집전장치를 off 시킨 후(S306), 단계S307로 진행하고, 배터리 충전전류가 없는 경우에는 S307로 바로 진행한다. 배터리로 충전되는 전류가 없음이 확인된 상태에서 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치를 off 시켜 집전장치를 통한 집전중에 배터리 충전이 이루어지지 않도록 동력구조를 변경한다(S307).
전기자동차 운행 중 급전장치가 설치된 도로구간(이하 '급전도로구간'이라 한다) 위에 주행하고 있는 경우(S308), 집전을 위해 집전장치를 on 시킨다(S309). 급전도로구간 위에 있는지의 여부는 집전장치에서 제공하는 상태정보로부터 알 수 있다. 이 경우, 배터리가 충전제한 설정되어 있으므로, 배터리 충전은 이루어지지 않고, 집전장치의 집전 전력은 모두 전기자동차 구동에 사용된다. 이때 배터리가 방전상태에 있다면 전기자동차 구동을 위해 배터리와 집전장치의 전력을 동시에 사용할 수 있게 된다(S310). 배터리가 방전상태가 아니면 집전장치만 전기자동차 구동에 사용된다.
전기자동차가 급전도로구간 밖으로 벗어나는 경우(S311), 집전할 수 없는 상태이므로 필요시에만 집전장치를 사용할 수 있도록 제어하기 위해 일단 집전장치를 off 시킬 수 있다(S312).
배터리 충전제한 설정이 해제되면(S313), 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치를 on시키고(S314). 다음 단계로 진행하여, 배터리 충전 제한이 풀렸으므로 회생제동을 on시킨 후, 앞의 단계를 반복할 수 있다. 충전제한 설정이 해제되지 않으면(S313) 다음 단계(S308)로 진행하며, 설정된 동력구조로 전기자동차 운행을 지속한다.
상기 단계S303 및 단계S313의 충전제한설정 여부의 체크는, 체크모듈에 의해 주기적으로 이루어질 수 있다. 이러한 충전제한설정이 이루어지는 경우는, 배터리의 과온도, 저온도, 과충전, 과전압 등에 의한 충전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우이거나, 전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 충전없이 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용하는 경우 또는, 회생제동 에너지를 저장할 수 없는 상태이거나, 저장하지 않도록 결정된 경우 등이 있을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 방전제어 방법을 나타내는 순서도이다.
전기자동차가 Key-On되면(S400) 초기상태로 집전장치는 off 모드가 되고, 회생제동 기능은 on 모드가 된다. 전장품의 전력버스를 구성하는 모든 스위치는 on 상태가 되도록 제어할 수 있다. 특히, 배터리의 전력포트를 구성하는 입력측 충전용 스위치와 출력측 방전용 스위치는 모두 on 상태가 된다(S401). 전기자동차 운행이 시작되고(S402) 배터리 방전제한설정 여부를 확인한다(S403). 배터리 방전제한이 설정된 경우 배터리가 방전중인지 확인한다(S404). 배터리가 방전중인 경우 부하장치의 작동을 중지시키고(soft-stop)(S405) 배터리의 방전을 막기 위하여 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치를 off 시킨다(S406). 이후 중지시킨 부하장치가 재구동 될 수 있도록 부하장치를 작동시키고(wake-up)(S407) 단계 S409로 진행한다. 한편 배터리가 방전중이 아닌 경우 단계 S408로 바로 진행하여 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치를 off 시킨다(S408). 부하장치란 전기자동차에서 구동모터, 조향모터, 공조기 등 전력을 소모하는 장치를 말한다.
전기자동차 운행 중 전기자동차가 급전도로구간 위에 존재하는 경우(S409) 집전을 위해 집전장치를 on 시킨다(S410). 배터리의 방전은 제한되어 있는 상태이므로 전기자동차 구동에 사용되는 구동전력은 모두 집전장치로부터 공급되며, 집전 중 집전전력은 배터리 충전제한설정이 되어있지 않을 경우 배터리에 충전되거나 부하장치로 공급된다(S411).
전기자동차가 급전도로구간 밖으로 벗어나는 경우(S412), 집전할 수 없는 상태이므로 필요시 집전장치를 사용할 수 있도록 제어하기 위해 집전장치를 off 시킬 수 있다(S413). 급전도로 밖에서 모터 구동전력은 배터리로부터 공급받아야 하나 방전제한 상태에 있는 경우 배터리를 사용할 수 없으므로 통상적으로 차량구동을 멈추게 되지만 방전제한 상태 설정의 원인이 예를 들어, 배터리의 과방전이나 저전압이면 급전구간에서의 배터리 충전으로 과방전이나 저전압 문제가 해결되어 급전구간을 벗어났을 때 배터리를 사용하여 차량 운행을 지속할 수 있다.
배터리 방전제한 설정이 해제되면(S414), 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치를 on시키고(S415), 단계S402로 진행하여 위의 단계를 반복한다. 충전제한 설정이 해제되지 않으면(S414) 단계S409로 진행하여 설정된 동력구조로 전기자동차 운행을 지속한다.
상기 단계S403 및 단계S414의 방전제한설정 여부의 체크는, 체크모듈에 의해 주기적으로 이루어질 수 있다. 이러한 방전제한설정이 이루어지는 경우는, 배터리의 과온도, 저온도, 과방전, 저전압 등에 의한 방전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우이거나, 전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 방전없이 집전장치의 집전전력만으로 전기자동차를 구동하고자 하는 경우 등이 있을 수 있다.
도 5는 배터리 충전 및 방전 제어를 위한 전기자동차의 주전력 케이블(main power cable) 연결용 전력포트 구조를 나타내는 도면이다. 도 5의 입력측 충전용 스위치(530) 및 출력측 방전용 스위치(540)에 대하여는 도 2를 참조하여 전술한 바와 같다. 온라인 전기자동차의 배터리 충방전 제어장치(500)에서, 배터리 충전/방전 제어를 위해 전기자동차에 설치된 전력버스에 배터리(600)를 연결하는 하드웨어 구조는 도 5와 같이 입력측 충전용 스위치(530)와 출력측 방전용 스위치(540)를 별도로 구성하고, 배터리에 입력되는 전류와 배터리에서 출력되는 전류의 방향을 조절할 수 있는 다이오드를 함께 가지는 구조가 바람직하다.
30: 전기자동차 100: 집전장치
110: 집전선 200: 급전장치
210: 급전코어 220: 급전선
300: 인버터 500: 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치
510: 제어부 520: 충방전 제어부
530: 입력측 충전용 스위치
540: 출력측 방전용 스위치
550: 집전장치 구동제어부
560: 집전전력 제어부

Claims (16)

  1. 온라인 전기자동차의 충방전제어장치가 배터리 충전을 제어하는 방법으로서,
    (a) 전기자동차 주행 중 배터리 충전제한설정 여부를 체크하는 단계;
    (b) 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하여 배터리로의 충전전력 공급을 차단하는 단계;
    (c) 전기자동차가 급전장치가 설치되어 있는 도로구간(이하 '급전도로구간'이라 한다) 위를 주행중인 경우 집전장치를 구동시키고, 집전되는 전력을 전기자동차 구동에 사용하도록 제어하는 단계; 및
    (d) 배터리 충전제한설정 여부를 체크하여 배터리 충전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치를 연결하는 단계
    를 포함하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(a) 및 단계(d)의 충전제한설정 여부의 체크는,
    주기적으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우,
    회생제동 구동을 중지하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 배터리 충전제한으로 설정되어 있는 경우,
    배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하기 전에,
    배터리로 충전되는 전류가 존재하는 경우 충전제한을 위하여 집전장치의 구동을 멈추도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 배터리 방전상태에 있는 경우,
    집전장치에서 집전되는 전력 및 배터리 전력을 동시에 전기자동차 구동에 사용하도록 제어하는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제한설정은,
    배터리의 과온도, 저온도, 과충전, 과전압 등에 의한 충전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제한설정은,
    전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 충전없이 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용할 경우에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제한설정은,
    회생제동 에너지를 저장할 수 없는 상태이거나, 저장하지 않도록 결정된 경우에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충전제어 방법.
  9. 온라인 전기자동차의 충방전제어장치가 배터리 방전을 제어하는 방법으로서,
    (a) 전기자동차 주행 중 배터리 방전제한설정 여부를 체크하는 단계;
    (b) 배터리 방전제한으로 설정되어 있는 경우 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하여 배터리로부터의 방전전력 제공을 차단하는 단계;
    (c) 전기자동차가 급전장치가 설치되어 있는 도로구간(이하 '급전도로구간'이라 한다) 위를 주행중인 경우 집전장치를 구동시키고, 집전되는 전력만으로 전기자동차를 구동하도록 제어하는 단계; 및
    (d) 배터리 방전제한설정 여부를 체크하여 배터리 방전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 출력측 스위치를 연결하는 단계
    를 포함하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단계(a) 및 단계(d)의 방전제한설정 여부의 체크는,
    주기적으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 배터리 방전제한으로 설정되어 있는 경우,
    배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하기 전에,
    전기자동차의 배터리 방전이 일어나고 있는 경우, 전기자동차의 각 부하장치들의 작동을 멈추도록 제어하는 단계
    를 더 포함하고,
    배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치 연결을 차단한 후,
    상기 각 부하장치들을 재작동 시키도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 배터리 충전제한상태가 아닌 경우,
    집전장치에서 집전되는 전력은 전기자동차 구동 및 배터리 충전에 사용하도록 제어하는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 방전제한설정은,
    배터리의 과온도, 저온도, 과방전, 저전압 등에 의한 방전불가 상태 중 어느 하나 이상의 조건을 만족하는 경우에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 방전제한설정은,
    전기자동차가 급전도로구간 상을 주행할 때 배터리 방전없이 집전장치의 집전전력만으로 전기자동차를 구동하는 경우에 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 방전제어 방법.
  15. 온라인 전기자동차의 배터리 충전 및 방전을 제어하는 장치로서,
    배터리로의 충전전력 공급 또는 차단 기능을 수행하는 배터리 전력포트의 입력측 충전용 스위치;
    배터리로부터의 방전전력 제공 또는 차단 기능을 수행하는 배터리 전력포트의 출력측 방전용 스위치; 및
    배터리 충전제한설정 여부를 체크하여 충전제한으로 설정되어 있는 경우 상기 입력측 충전용 스위치 연결을 차단하고, 충전제한 설정이 해제된 경우 배터리 전력포트의 상기 입력측 충전용 스위치를 연결하며, 방전제한으로 설정되어 있는 경우 상기 출력측 방전용 스위치 연결을 차단하고, 방전제한 설정이 해제된 경우 상기 출력측 방전용 스위치를 연결하는 충방전 제어부
    를 포함하는 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    집전장치의 구동을 제어하는 집전장치 구동제어부; 및
    상기 집전장치의 집전전력을 전기자동차 구동에 사용하거나 사용하지 않도록 제어하는 집전전력 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 전기자동차의 배터리 충방전제어 장치.
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