KR20140083532A - 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 충전기의 출력 전압을 입력받고, 상기 출력 전압에 따라 기준 전류를 출력하는 기준 전류 출력부; 배터리에 인가되는 최대 허용 전류를 출력하는 최대 허용 전류 출력부; 상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 입력받고, 상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 비교하여 충전 전류를 출력하는 비교부; 및 상기 충전 전류와 충전기의 출력 전류를 입력받고, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 전류 제어부를 포함하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템을 제공한다.

Description

전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법{Charging system and method for protecting overcharge of electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 충전기의 출력전압과 출력전류에 따라 전류제어만으로 충전기의 충전을 제어함으로써, 충전 제어의 안전성을 향상시킬 수 있는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈 및 환경오염의 문제로 인하여, 배터리에 충전된 전기를 동력원으로 사용하는 전기 자동차에 대한 관심이 커지고 있다.
이때, 전기 자동차의 운행을 위해서는 전기 자동차의 동력원인 배터리를 충전해 줄 수 있는 충전기가 필요하며, 충전기는 충전시간에 따라 완속 충전기 및 급속 충전기로 크게 나눌 수 있다.
완속 충전기는 가정용 전원을 이용하여 차량의 배터리를 충전하기 때문에 용량에 제한이 있고, 작은 크기를 갖는다. 반면, 급속 충전기는 차량의 배터리를 빠른 속도로 충전하기 위해 큰 용량으로 제작되고 주유소와 같은 충전소에 설치된다.
한편, 전기 자동차의 충전을 위해 충전기를 차량의 배터리에 연결하면 충전기와 배터리의 용량에 맞는 전류로 배터리를 충전하게 된다. 이때, 배터리를 완전 충전하는 경우 배터리의 전하 상태(SOC: State of charge)가 최대가 되는 전압에서 충전을 멈추어 배터리의 과충전을 방지해 주어야 한다.
전기 자동차의 과충전을 방지하기 위한 방법으로 주로 사용되는 방법은 전류제어를 통해 배터리를 충전하여 배터리의 전압이 최대전압에 가까워졌을 때 전압제어로 변경하여 배터리의 최대전압까지 배터리를 충전하는 방법이다.
이와 같은 충전 제어방식을 사용하는 경우, 임의로 전류제어에서 전압제어로 바꾸어 주어야 하며, 제어의 불연속적인 특성에 의해 배터리의 전압이나 전류가 순간적으로 배터리나 충전기의 허용치보다 커지게 되는 문제가 발생할 수 있다.
너무 낮은 전압에서 전류제어에서 전압제어로 변경하는 경우에는 배터리의 충전전류가 순간적으로 충전기나 배터리의 허용전류보다 커지게 되는 문제가 있으며, 반대로, 배터리 최대 전압에 너무 가까운 전압에서 전류제어에서 전압제어로 변경하는 경우에는 과충전으로 인해 배터리의 전압이 최대전압을 넘을 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 전류제어에서 전압제어로 변경되는 전압의 크기를 적절히 설정해야 하는데, 설정 값은 배터리의 특성에 따라 차이가 나므로 실험을 통해 결정하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 차량의 배터리 상태에 따라 설정 값이 바뀌게 되므로 이에 대한 고려가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 충전기의 출력전압과 출력전류에 따라 전류제어만으로 충전기의 충전을 제어함으로써, 충전 제어의 안전성을 향상시킬 수 있는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 충전기의 출력 전압을 입력받고, 상기 출력 전압에 따라 기준 전류를 출력하는 기준 전류 출력부; 배터리에 인가되는 최대 허용 전류를 출력하는 최대 허용 전류 출력부; 상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 입력받고, 상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 비교하여 충전 전류를 출력하는 비교부; 및 상기 충전 전류와 충전기의 출력 전류를 입력받고, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 전류 제어부를 포함하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템을 제공한다.
이때, 상기 비교부는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 이상이면, 상기 최대 허용 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비교부는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 미만이면, 상기 기준 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전류 제어부는 충전기의 출력 전류가 충전 전류가 되도록 듀티값을 계산하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 충전기의 출력 전압에 따라 배터리의 최대 허용 전압을 유지할 수 있는 기준 전류를 산출하여 출력하는 기준 전류 출력단계; 기 설정된 최대 허용 전류와 상기 기준 전류를 비교하여 충전 전류를 출력하는 충전 전류 출력단계; 충전기의 출력 전류와 상기 충전 전류에 따라, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 듀티값 계산단계; 및 상기 듀티값에 따라 충전기가 충전을 제어하는 충전 제어단계를 포함하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법을 제공한다.
이때, 상기 충전 전류 출력단계는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 이상이면, 상기 최대 허용 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전 전류 출력단계는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 미만이면, 상기 기준 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 듀티값 계산단계는 충전기의 출력 전류가 충전 전류가 되도록 듀티값을 계산하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 충전기의 출력전압과 출력전류에 따라 충전기의 충전을 제어함으로써, 전류에 의한 충전 제어가 가능하게 된다.
따라서, 종래와 같이 전류 제어에서 전압 제어로 바뀌는 불연속적인 제어가 이루어지지 않으므로, 전압이나 전류가 순간적으로 배터리나 충전기의 허용치보다 커지는 문제를 방지할 수 있어, 안전성이 향상된 과충전 방지 충전 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기 과충전 방지 방법을 이용하여 충전하는 경우에 있어서 시간에 따른 전류와 전압의 상태를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전기 과충전 방지 방법을 이용하여 충전하는 경우에 있어서 시간에 따른 전류와 전압의 상태를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템은 기준 전류 출력부(110), 제한 전류 출력부(120), 비교부(130) 및 전류 제어부(140)를 포함한다.
상기 기준 전류 출력부(110)는 충전기(150)의 출력 전압(Vout)을 입력받고, 입력되는 출력 전압(Vout)에 따라 기준 전류(Iref)를 출력한다.
이때, 충전기(150)의 출력 전압(Vout)은 배터리를 충전시키기 위해 충전기(150)로부터 출력되는 전압이다.
한편, 상기 기준 전류 출력부(110)는 출력 전압(Vout)에 따라 배터리의 최대 허용 전압을 유지할 수 있는 기준 전류(Iref)를 산출하여 출력한다.
즉, 상기 기준 전류 출력부(110)로부터 출력되는 되는 기준 전류(Iref)는 충전기(150)의 출력 전압(Vout)에 따라 변동되는 것으로, 출력 전압(Vout)이 높으면, 기준 전류(Iref)는 낮아지고, 반대로, 출력 전압(Vout)이 낮으면, 기준 전류(Iref)는 높아진다.
상기 최대 허용 전류 출력부(120)는 배터리에 인가되는 최대 허용 전류(Imax)를 출력하며, 상기 최대 허용 전류(Imax)는 충전되는 배터리에 따라 기 설정된다.
이때, 상기 최대 허용 전류(Imax)는 상기 기준 전류 출력부(110)로부터 출력되는 기준 전류(Iref)를 제한하기 위한 것으로, 충전기(150)가 배터리의 허용 전류 이상의 전류를 인가하는 것을 방지한다.
상기 비교부(130)는 상기 기준 전류 출력부(110)로부터 출력되는 기준 전류(Iref)와 상기 최대 허용 전류 출력부(120)로부터 출력되는 최대 허용 전류(Imax)를 입력받고, 상기 기준 전류(Iref)와 상기 최대 허용 전류(Imax)를 비교하여 충전 전류(Ibat)를 출력한다.
이때, 상기 비교부(130)는 상기 기준 전류(Iref)가 상기 최대 허용 전류(Imax) 이상이면, 상기 최대 허용 전류(Imax)를 충전 전류(Ibat)로 출력한다.
반대로, 상기 비교부(130)는 상기 기준 전류(Iref)가 상기 최대 허용 전류(Imax) 미만이면, 상기 기준 전류(Iref)를 충전 전류(Ibat)로 출력한다.
따라서, 상기 기준 전류(Iref)가 상기 최대 허용 전류(Imax)보다 크더라도, 상기 최대 허용 전류(Imax)에 의해 제한되어, 상기 비교부(130)에 의해 출력되는 충전 전류(Ibat)는 상기 최대 허용 전류(Imax)를 초과하지 않게 된다.
이때, 상기 충전 전류(Ibat)는 충전기가 배터리를 충전하기 위해 출력하는 전류가 된다.
상기 전류 제어부(140)는 충전기(150)의 출력 전류(Iout)와 상기 비교부(130)로부터 출력되는 충전 전류(Ibat)를 입력받고, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하며, 상기 듀티값은 충전기(150)로 전송되며, 충전기(150)는 듀티값에 따라 충전을 제어하여, 과충전을 방지한다.
이때, 상기 전류 제어부(140)는 충전기(150)의 출력 전류(Iout)가 충전 전류(Ibat)가 되도록 듀티값을 계산한다.
따라서, 상기 전류 제어부(140)는 충전 전류(Ibat)에 따라 듀티값을 계산하고, 충전기(150)가 듀티값에 따라 충전을 제어하게 되므로, 충전 전류(Ibat)를 기반으로 충전이 제어된다.
여기서 듀티값(duty value)이란, 일정한 주파수 동안에 전원이 온(ON)되는 시간의 비율로, 주파수 1사이클(cycle)을 가지고 있는 파형을 0(V) 부분과 전압이 감지되는 부분을 100％ 기준으로 나누는 듀티 제어를 통해 충전기의 충전을 제어한다.
도 2를 참조하여, 이와 같은 구성을 가지는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법을 설명한다.
먼저, 충전기에 의한 배터리 충전이 시작되면, 기준 전류 출력부(110)가 충전기의 출력 전압을 입력받아, 배터리의 최대 허용 전압을 유지할 수 있는 기준 전류(Iref)를 산출하여 출력하는 기준 전류 출력단계(S10)가 이루어진다.
이후, 비교부(130)가 상기 기준 전류(Iref)와 기 설정된 최대 허용 전류(Imax)를 입력받아, 상기 기준 전류(Iref)와 상기 최대 허용 전류(Imax)를 비교하여 충전 전류(Ibat)를 출력하는 충전 전류 출력단계(S20)가 이루어진다.
이때, 상기 비교부(130)는 상기 기준 전류(Iref)가 상기 최대 허용 전류(Imax) 이상이면, 상기 최대 허용 전류(Imax)를 충전 전류(Ibat)로 출력하고(S30), 상기 기준 전류(Iref)가 상기 최대 허용 전류(Imax) 미만이면, 상기 기준 전류(Iref)를 충전 전류(Ibat)로 출력한다(S40).
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 전류(Ibat)는 초기에는 최대 허용 전류(Imax)를 따라 설정되다가, 일정 시간 경과 후, 충전 전압이 완전 충전 전압에 가까워지면, 기준 전류(Iref)를 따라 설정되어, 과충전을 방지하게 된다.
이후, 전류 제어부(140)가 충전기(150)의 출력 전류(Iout)와 상기 비교부(130)로부터 출력되는 충전 전류(Ibat)를 입력받고, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 듀티값 계산단계가 진행되고(S50), 계산된 듀티값에 따라 충전기(150)가 충전을 제어하는 충전 제어단계(S60)가 이루어진다.
이때, 상기 전류 제어부(140)는 충전기(150)의 출력 전류(Iout)가 충전 전류(Ibat)가 되도록 듀티값을 계산한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 충전기의 출력전압과 출력전류에 따라 충전기의 충전 전류(Ibat)를 제어함으로써, 전류에 의한 충전 제어가 가능하게 된다.
따라서, 종래와 같이 전류 제어에서 전압 제어로 바뀌는 불연속적인 제어가 이루어지지 않으므로, 전압이나 전류가 순간적으로 배터리나 충전기의 허용치보다 커지는 문제를 방지할 수 있어, 안전성이 향상된 과충전 방지 충전 제어가 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템 및 방법을 한정된 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 기준 전류 출력부 120 : 최대 허용 전류 출력부
130 : 비교부 140 : 전류 제어부
150 : 충전기

Claims (8)

  1. 충전기의 출력 전압을 입력받고, 상기 출력 전압에 따라 기준 전류를 출력하는 기준 전류 출력부;
    배터리에 인가되는 최대 허용 전류를 출력하는 최대 허용 전류 출력부;
    상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 입력받고, 상기 기준 전류와 상기 최대 허용 전류를 비교하여 충전 전류를 출력하는 비교부; 및
    상기 충전 전류와 충전기의 출력 전류를 입력받고, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 전류 제어부를 포함하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 이상이면, 상기 최대 허용 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 미만이면, 상기 기준 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 충전기의 출력 전류가 충전 전류가 되도록 듀티값을 계산하여 출력하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 충전 시스템.
  5. 충전기의 출력 전압에 따라 배터리의 최대 허용 전압을 유지할 수 있는 기준 전류를 산출하여 출력하는 기준 전류 출력단계;
    기 설정된 최대 허용 전류와 상기 기준 전류를 비교하여 충전 전류를 출력하는 충전 전류 출력단계;
    충전기의 출력 전류와 상기 충전 전류에 따라, 일정 전류를 유지할 수 있는 듀티값을 계산 및 출력하는 듀티값 계산단계; 및
    상기 듀티값에 따라 충전기가 충전을 제어하는 충전 제어단계를 포함하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 충전 전류 출력단계는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 이상이면, 상기 최대 허용 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 충전 전류 출력단계는 상기 기준 전류가 상기 최대 허용 전류 미만이면, 상기 기준 전류를 상기 충전 전류로 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 듀티값 계산단계는 충전기의 출력 전류가 충전 전류가 되도록 듀티값을 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 충전기의 과충전 방지 방법.
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