KR20130026765A - 차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법 - Google Patents

차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압배터리에 연결된 차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법에 관한 것으로, 상기 차량용 저전압직류변환기의 전력제어방법은 차량의 ECU와 연동하여 차량정보를 수집하는 정보수집단계; 상기 수집된 차량정보 중 상기 고전압배터리의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 상기 고전압배터리로부터 입력된 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부하로 공급하는 제1 제어단계; 및 상기 SOC값이 상기 SOC기준값 미만인 경우 차량에 장착된 저전압배터리로부터 입력된 저전압을 고전압으로 변환하여 상기 고전압배터리를 충전하는 제2 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명은 고전압에서 저전압으로의 전력제어뿐만 아니라 저전압에서 고전압으로의 전력제어를 수행함으로써, 고전압배터리의 방전 또는 SOC의 부족시 저전압공급원인 저전압배터리로부터 고전압배터리를 충전할 수 있다.

Description

차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법{Low voltage DC-DC converter for vehicle and electric power control method thereof}
본 발명은 차량용 저전압직류변환기에 관한 것으로, 구체적으로 고전압배터리와 연결되어 고전압 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하여 차량의 전장부하로 공급하는 차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법에 관한 것이다.
종래 차량용 저전압직류변환기(LDC, Low Voltage DC-DC converter)는, 고전압에서 저전압으로 단방향 전력제어를 통해 전장부하로 전원을 공급한다. 따라서 종래 차량용 저전압직류변환기(LDC)는 저전압에서 고전압 방향으로 전력제어가 제한되어 있다.
이와 같은 제한으로, 종래 차량용 저전압직류변환기는 고전압배터리의 방전 또는 배터리 SOC의 부족시 차량시동을 위해 저전압배터리와 같은 다른 저전압공급원을 이용할 수 없기 때문에 차량시동이 불가능한 한계를 가진다.
KR 10-10-2006-0068427 A, 2006. 06. 21, 도면 1
본 발명의 목적은 고전압에서 저전압으로의 전력제어뿐만 아니라 저전압에서 고전압으로의 전력제어를 수행함으로써, 고전압배터리의 방전 또는 SOC의 부족시 저전압공급원인 저전압배터리로부터 고전압배터리를 충전할 수 있는 차량용 저전압직류변환기 및 이의 전력제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고전압배터리에 연결된 차량용 저전압직류변환기에 관한 것으로, 본 차량용 저전압직류변환기는 외부의 제어에 의해 상기 고전압배터리로부터 입력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력단으로 출력하는 제1 DA동작을 수행하거나, 출력단으로 입력된 교류전압을 정류하여 입력단으로 출력하는 제1 정류동작을 수행하는 1차측 모스펫부; 외부의 제어에 의해 입력단으로 입력된 교류전압을 정류하는 제2 정류동작을 수행하거나, 차량의 저전압공급원으로부터 출력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 입력단으로 출력하는 제2 DA동작을 수행하는 2차측 모스펫부; 1차측이 상기 1차측 모스펫부의 출력단에 연결되고 2차측이 상기 2차측 모스펫부의 입력단에 연결된 변압기; 및 차량의 전반적인 제어를 담당하는 ECU와 연동하여 차량정보를 수집하고, 상기 수집된 차량정보 중 상기 고전압배터리의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 상기 1차측 모스펫부가 사기 제1 DA동작을 수행하고 상기 2차측 모스펫부가 상기 제2 정류동작을 수행하도록 제어하는 제1 제어모듈과, 상기 SOC값이 상기 SOC기준값 미만인 경우 상기 2차측 모스펫부가 상기 제2 DA동작을 수행하고 상기 1차측 모스펫부가 상기 제1 정류동작을 수행하도록 제어하는 제2 제어모듈을 구비하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고전압배터리에 연결된 차량용 저전압직류변환기의 전력제어방법에 관한 것으로, 본 차량용 저전압직류변환기의 전력제어방법은, 차량의 ECU와 연동하여 차량정보를 수집하는 정보수집단계; 상기 수집된 차량정보 중 상기 고전압배터리의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 상기 고전압배터리로부터 입력된 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부하로 공급하는 제1 제어단계; 및 상기 SOC값이 상기 SOC기준값 미만인 경우 차량에 장착된 저전압배터리로부터 입력된 저전압을 고전압으로 변환하여 상기 고전압배터리를 충전하는 제2 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 본 발명은 고전압에서 저전압으로의 전력제어뿐만 아니라 저전압에서 고전압으로의 전력제어를 수행함으로써, 고전압배터리의 방전 또는 SOC의 부족시 저전압공급원인 저전압배터리로부터 고전압배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기의 제어절차도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기에 대하여 설명한다.
도 1을 참고하면, 차량용 저전압직류변환기(1)은 1차측 모스펫부(10), 2차측 모스펫부(20), 변압기(30), 제어기(40)로 이루어 진다.
1차측 모스펫부(10)는, 제어기(40)의 제어에 의해 2가지 모드 중 하나를 선택적으로 수행한다. 즉 1차측 모스펫부(10)는 외부의 제어에 의해 상기 고전압배터리로부터 입력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력단으로 출력하는 제1 DA동작을 수행하거나, 출력단으로 입력된 교류전압을 정류하여 입력단으로 출력하는 제1 정류동작을 수행할 수 있다.
2차측 모스펫부(20)는 외부의 제어에 의해 입력단으로 입력된 교류전압을 정류하는 제2 정류동작을 수행하거나, 차량의 저전압공급원으로부터 출력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 입력단으로 출력하는 제2 DA동작을 수행할 수 있다.
변압기(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 1차측이 1차측 모스펫부(10)의 출력단에 연결되고 2차측이 2차측 모스펫부(20)의 입력단에 연결된다.
제어기(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 정보수집모듈(42)과, 제1 제어모듈(44)과, 제2 제어모듈(46)을 구비할 수 있다.
정보수집모듈(42)은 차량의 전반적인 제어를 담당하는 ECU(Electronic Control Unit)와 연동하여 고전압배터리의 SOC값과 같은 차량정보를 수집한다.
제1 제어모듈(44)은, 본 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기(1)의 동작을 감압모드로 제어한다. 제1 제어모듈(44)은 고전압배터리(HB)로부터 입력된 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하도록 수집된 차량정보 중 고전압배터리(HB)의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 1차측 모스펫부(10)가 제1 DA동작을 수행하고 2차측 모스펫부(20)가 제2 정류동작을 수행하도록 제어한다. 여기서 SCO기준값은 20%로 설정될 수 있다.
제2 제어모듈(46)은, 본 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기(1)의 동작을 부스트(boost)모드로 제어한다. 제2 제어모듈(46)은 차량의 저전압공급원으로부터 입력된 저전압 직류전압을 고전압 직류전압으로 변환하여 고전압배터리(HB)를 충전하도록, SOC값이 SOC기준값 미만인 경우 2차측 모스펫부(20)가 제2 DA동작을 수행하고 1차측 모스펫부(10)가 제1 정류동작을 수행하도록 제어한다.
제2 제어모듈(46)은 ECU로부터 고전압충전명령신호가 수신되는 경우 활성화된다. 제2 제어모듈(46)은 고전압충전명령신호 후 자신의 동작을 활성화하기 전에, 자신의 동작의 수행을 알리는 부스트(boost)알림신호를 ECU에 송신하고 ECU에 의해 수신이 완료되는지 확인할 수 있다.
또한, 제2 제어모듈(46)은 충전용 카운터를 구비하여 고전압배터리(HB)의 충전시간을 제한할 수 있다.
2차측 모스펫부(20)의 출력단에 연결되는 저전압공급원은 보통 차량에 장착된 저전압배터리(LB)로 마련될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기(1)의 동작을 설명한다. 본 실시예에 따른 동작은 제어기(40)를 중심으로 설명한다.
먼저, 제어기(40)는 시동을 위한 구동전원 정상인지 판단한다(S204). 예를 들면, 구동전원이 8V ~ 16.5V 범위내인지 판단한다. 구동전원이 정상인 경우 제어기(40)는 수집된 차량정보 중 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인지 판단한다(S206). 여기서 SOC기준값은 20%로 설정될 수 있다.
다음, 제어기(40)는 1차측 모스펫부(10)의 입력단에 배치된 퓨즈가 정상인 경우(S210). 고전압배터리(HB)로부터 입력된 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부하로 공급하는 감압모드를 수행한다(S214).
한편, S206단계의 판단결과 수집된 차량정보 중 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 미만인 경우, 제어기(40)는 차량의 ECU로부터 고전압충전명령신호가 수신되는 지 판단한다(S220). 판단결과 고전압충전명령신호가 ECU로부터 수신되는 것으로 판단한 경우, 제어기(40)는 부스트모드를 수행하기 전 상위 제어기인 ECU로 송신한 부스트(boost)알림신호가 ECU에 의해 수신되는 지 확인한다(S222).
S222의 판단결과, 부스트(boost)알림신호가 ECU에 의해 수신되는 것을 확인한 경우, 제어기(40)는 차량에 장착된 저전압배터리(LB)로부터 입력된 저전압을 고전압으로 변환하여 고전압배터리(HB)를 충전한다(S224)
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기(1)는 고전압에서 저전압으로의 전력제어뿐만 아니라 저전압에서 고전압으로의 전력제어를 수행함으로써, 고전압배터리의 방전 또는 SOC의 부족시 저전압공급원인 저전압배터리로부터 고전압배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 차량용 저전압직류변환기(1)는 일반 차량뿐만 아니라, 하이브리드 차, 전기차에도 적용될 수 있다.
1: 차량용 저전압직류변환기 10: 1차측 모스펫부
20: 2차측 모스펫부 30: 변압기
40: 제어기 42: 정보수집모듈
44: 제1 제어모듈 46: 제2 제어모듈

Claims (7)

  1. 고전압배터리에 연결된 차량용 저전압직류변환기에 있어서,
    외부의 제어에 의해 상기 고전압배터리로부터 입력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력단으로 출력하는 제1 DA동작을 수행하거나, 출력단으로 입력된 교류전압을 정류하여 입력단으로 출력하는 제1 정류동작을 수행하는 1차측 모스펫부;
    외부의 제어에 의해 입력단으로 입력된 교류전압을 정류하는 제2 정류동작을 수행하거나, 차량의 저전압공급원으로부터 출력단에 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 입력단으로 출력하는 제2 DA동작을 수행하는 2차측 모스펫부;
    1차측이 상기 1차측 모스펫부의 출력단에 연결되고 2차측이 상기 2차측 모스펫부의 입력단에 연결된 변압기; 및
    차량의 전반적인 제어를 담당하는 ECU와 연동하여 차량정보를 수집하고, 상기 수집된 차량정보 중 상기 고전압배터리의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 상기 1차측 모스펫부가 사기 제1 DA동작을 수행하고 상기 2차측 모스펫부가 상기 제2 정류동작을 수행하도록 제어하는 제1 제어모듈과, 상기 SOC값이 상기 SOC기준값 미만인 경우 상기 2차측 모스펫부가 상기 제2 DA동작을 수행하고 상기 1차측 모스펫부가 상기 제1 정류동작을 수행하도록 제어하는 제2 제어모듈을 구비하는 제어기;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어모듈은 상기 연동된 ECU로부터 고전압충전명령신호가 수신되는 경우 활성화되는 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 제2 제어모듈은 상기 고전압충전명령신호 후 자신의 동작을 활성화하기 전에, 자신의 동작의 수행을 알리는 부스트(boost)알림신호를 상기 ECU에 송신하고 상기 ECU에 의해 수신이 완료되는지 확인하는 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어모듈은 상기 고전압배터리를 충전하는 시간을 제한하기 위한 충전용 카운터를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저전압공급원은 차량에 장착된 저전압배터리인 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SOC기준값은 20%인 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기.
  7. 고전압배터리에 연결된 차량용 저전압직류변환기의 전력제어방법에 있어서,
    차량의 ECU와 연동하여 차량정보를 수집하는 정보수집단계;
    상기 수집된 차량정보 중 상기 고전압배터리의 SOC값이 사전에 정해진 SOC기준값 이상인 경우 상기 고전압배터리로부터 입력된 고전압을 저전압으로 변환하여 차량의 전장부하로 공급하는 제1 제어단계; 및
    상기 SOC값이 상기 SOC기준값 미만인 경우 차량에 장착된 저전압배터리로부터 입력된 저전압을 고전압으로 변환하여 상기 고전압배터리를 충전하는 제2 제어단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 저전압직류변환기의 전력제어방법.
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