KR20150110328A - Dc-ac 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제1 양극 및 제1 음극을 구비한 제1 배터리를 포함하고, 제2 배터리는 제2 양극과 제2 음극을 구비한다. 상기 시스템은 상기 제1 양극과 전기 노드 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된 컨택터를 더 포함한다. 상기 시스템은 마이크로프로세서를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 DC-DC 전압 컨버터가 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 생성한다. 상기 마이크로프로세서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 임계 전압 레벨보다 클 경우, 제1 전압 레벨이 상기 DC-AC 인버터에 인가되도록 하기 위해, 상기 컨택터가 접점을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이시키도록 유도하는 제2 제어 신호를 더 생성한다.

Description

DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템{PRE-CHARGING AND VOLTAGE SUPPLY SYSTEM FOR A DC-AC INVERTER}
본 발명은, 프리-차지 및 전압 공급에 관한 기술로서, 보다 상세하게는, 프리-차지 컨택터와 프리-차지 저항이 제거된 프리-차지 및 전압 공급 시스템과, DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 이차 전지는 단일의 이차 전지로 사용되는 경우도 있지만, 고전압 및/또는 대용량의 전력 저장 장치를 제공하기 위해 복수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 상태로 사용되는 경우가 많으며, 내부의 이차 전지의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치가 포함된 배터리 팩의 형태로 사용되고 있다.
이러한 배터리 팩에 사용되는 배터리 팩 관리 장치는, 온도 센서, 전류 센서, 전압 센서 등을 이용하여 배터리의 상태를 모니터링하고, 이러한 모니터링 결과를 이용하여 SOC, SOH를 추정하거나 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하거나 고전압, 과전류, 저온, 고온 등으로부터 배터리를 보호하는 기능을 수행한다.
특히, 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩 내부에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 보호 회로를 구비할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩의 충방전 선로 상에 퓨즈를 구비하고, 과전류가 발생할 경우 퓨즈를 융단시킴으로써 배터리 팩의 충방전 선로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 팩 관리 장치는, 배터리의 구동 초기에 발생할 수 있는 과전류인 인러쉬 커런트를 방지하기 위한 보호 회로를 구비할 수도 있다. 여기서, 인러쉬 커런트는 배터리 구동 초기에 순간적으로 발생할 수 있는 과전류로서, 이러한 인러쉬 커런트로부터 배터리 팩을 보호하기 위해 프리-차지 저항이 주로 사용되고 있다.
그런데, 이와 같은 종래기술에 따른 프리-차지 회로는, 구성요소로서 프리-차지 저항 및 프리-차지 컨택터를 포함하고 있다. 상기 프리-차리 컨택터는 시스템의 동작 초기에만 사용되는 부품인데, 상당한 부피를 차지할 뿐만 아니라 가격 또한 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 프리-차지 동작 동안, 프리-차지 저항에 전류가 흐르게 될 경우 필연적으로 프리-차지 저항으로부터 열이 발생하게 된다. 따라서, 프리-차지 저항 및 그와 인접한 구성요소들은 과열되어 열화될 우려가 있다.
본 발명자는 프리-차지 컨택터와 프리-차지 저항을 제거할 수 있는, 개선된 프리-차지 및 전압 공급 시스템과, DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법에 대한 필요성을 인식하였다.
본 발명은 상기와 같은 필요성의 인식으로부터 창안된 것으로서, 프리-차지 컨택터와 프리-차지 저항 없이도, 프리-차지 및 전압 공급을 수행할 수 있는 프리-차지 및 전압 공급 시스템 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템이 제공된다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 제1 양극과 제1 음극을 구비한 제1 배터리를 포함한다. 상기 제1 배터리는 상기 제1 양극과 상기 제1 음극 사이의 제1 전압 레벨을 생성하도록 구성된다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 상기 제1 양극과 전기 노드 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된 컨택터를 더 포함한다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된 제1 전압 센서를 더 포함한다. 상기 제1 전압 센서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 나타내는 제1 전압 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된 DC-DC 전압 컨버터를 더 포함한다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 제2 양극과 제2 음극을 구비한 제2 배터리를 더 포함한다. 상기 제2 양극은 상기 DC-DC 전압 컨버터에 전기적으로 커플링된다. 상기 제2 배터리는 상기 제2 양극과 상기 제2 음극 사이의 제2 전압 레벨을 생성하도록 구성된다. 상기 제2 전압 레벨은 상기 제1 전압 레벨보다 낮다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은 상기 제1 전압 센서과 상기 DC-DC 전압 컨버터에 작동가능하게 커플링된 마이크로프로세서를 더 포함한다. 상기 마이크로프로세서는 상기 DC-DC 전압 컨버터가 상기 제2 배터리의 전압을 이용하여 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 생성하도록 프로그램된다. 상기 마이크로프로세서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 임계 전압 레벨보다 클 경우, 상기 제1 배터리의 상기 제1 전압 레벨이 상기 DC-AC 인버터에 인가되도록 하기 위해, 상기 컨택터가 접점을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이시키도록 유도하는 제2 제어 신호를 생성하도록 더 프로그램된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 배터리, 컨택터, 제1 전압 센서, DC-DC 전압 컨버터, 제2 배터리 및 마이크로프로세서를 포함하는 프리-차지 및 전압 공급 시스템을 준비하는 단계를 포함한다. 상기 제1 배터리는 제1 양극과 제1 음극을 구비한다. 상기 컨택터는 상기 제1 양극과 전기 노드 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된다. 상기 제1 전압 센서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된다. 상기 DC-DC 전압 컨버터는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된다. 상기 제2 배터리는 제2 양극과 제2 음극을 구비한다. 상기 제2 양극은 상기 DC-DC 전압 컨버터에 전기적으로 커플링된다. 상기 DC-AC 인버터는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된다. 상기 마이크로프로세서는 상기 제1 전압 센서와 상기 DC-DC 전압 컨버터에 동작가능하게 커플링된다. 상기 방법은 상기 제1 배터리의 상기 제1 양극과 상기 제1 음극 사이의 제1 전압 레벨을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제2 배터리의 상기 제2 양극과 상기 제2 음극 사이의 제2 전압 레벨을 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 제2 전압 레벨은 상기 제1 전압 레벨보다 낮다. 상기 방법은 상기 DC-DC 전압 컨버터가 상기 제2 전압 레벨을 이용하여 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 마이크로프로세서가 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 전압 센서를 이용하여, 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 나타내는 제1 전압 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 여기서, 상기 제1 전압 신호는 마이크로프로세서에 의해 수신된다. 상기 방법은 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 상기 임계 전압 레벨보다 클 경우, 상기 제1 배터리의 상기 제1 전압 레벨이 상기 DC-AC 인버터에 인가되도록 하기 위해, 상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 컨택터가 접점을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이시키도록 유도하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 프리-차지 및 전압 공급 시스템과 방법은 다른 시스템과 방법과 다른 실질적인 이점을 제공한다.
상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템과 방법은 DC-DC 전압 컨버터와 배터리를 이용하여 DC-AC 인버터 내의 커패시터를 프리-차지하고, 메인 컨택터가 폐쇄 동작 상태일 때 DC-AC 인버터로 유입되는 전기적인 인러쉬 커런트의 양을 감소시키는 기술적인 효과를 제공한다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리-차지 및 전압 공급 시스템을 포함하는 전기 차량, DC-AC 인버터 및 차량 모터 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30)을 포함하는 전기 차량(10), DC-AC 인버터(40) 차량 모터 시스템(50) 및 차량 컨트롤러(52)가 도시되어 있다. 상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30)의 이점은, 상기 시스템(30)이, 추가적인 프리-차지 컨택터와 추가적인 프리-차지 저항을 사용하는 대신에, DC-DC 전압 컨버터(120)와 제2 배터리(130)를 사용하여 DC-AC 인버터(40) 내의 커패시터를 예비 충전(프리-차지)한다는 점이다.
상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30)은, DC-AC 인버터(40) 내의 적어도 하나의 커패시터를 프리-차지하고, 컨택터(80)가 폐쇄 동작 상태일 때 제1 배터리(60)로부터 DC-AC 인버터(40)로 향하는 전기적인 인러쉬 커런트를 제한하도록 구성된다. 프리-차지 동작 이후, 상기 시스템(30)은, 제1 배터리(60)로부터 DC-AC 인버터(40)로 향하는 동작 전압 레벨을 제공하고, DC-AC 인버터(40)가 소망하는 토크량(desired torque amount)에 대응하는 AC 전압을 출력하도록 유도하기 위해 DC-AC 인버터(40)로 제어 신호를 전송한다.
상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30)은 제1 배터리(60), 전압 센서(70), 컨택터(80), 컨택터 드라이버(90), 전기 노드(100), 전압 센서(110), DC-DC 전압 컨버터(120) 및 제2 배터리(130)를 포함한다.
상기 제1 배터리(60)는 양극(140)과 음극(142)을 구비한다. 상기 제1 배터리(60)는 상기 양극(140)과 상기 음극(142) 사이에서 제1 전압 레벨을 생성하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 배터리(60)는, 복수의 배터리 셀들이 내부에서 서로 전기적으로 연결된 리튬-이온 배터리 팩(lithium-ion battery pack)을 포함한다. 다른 실시예에 따른 제1 배터리(60)는, 예를 들어, 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 니켈-수소 전지(nickel-metal-hydride battery) 또는 납축 전지(lead acid battery)와 같은, 다른 타입의 배터리를 포함할 수도 있음은 물론이다.
또한, 일 실시예에 따르면, 제1 배터리(60)는 실질적으로(substantially) 48볼트의 직류 전압(VDC)을 출력한다. 다른 실시예에 따르면, 제1 배터리(60)는 다른 전압 레벨을 출력할 수도 있음은 물론이다. 예를 들어, 제1 배터리(60)는 300-400 VDC 범위 이내, 또는 400 VDC 를 초과하는 범위의 전압을 출력할 수도 있다.
상기 전압 센서(70)는, 제1 배터리(60)에 병렬로 전기적으로 커플링되고, 또한 제1 배터리(60)의 양극(140)과 음극(142)에 전기적으로 커플링된다. 상기 전압 센서(70)는, 제1 배터리(60)에 대한 전압 레벨 출력을 나타내는 전압 신호(VP)를 생성하도록 구성된다. 상기 마이크로프로세서(135)는 상기 전압 센서(70)로부터 상기 전압 신호(VP)를 수신하고, 상기 전압 신호(VP)에 기초하여 제1 배터리(60)에 대한 전압 레벨 출력을 결정한다.
상기 컨택터(80)는 제1 배터리(60)의 양극(140)과 전기 노드(100) 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된다. 상기 컨택터(80)는 컨택터 코일(82) 및 접점(83)을 포함한다. 마이크로프로세서(135)는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호는 컨택터 드라이버(90)에 의해 수신되며, 상기 컨택터 드라이버(90)는 컨택터 코일(82)을 여기(energize)시키고, 상기 컨택터 코일(82)은 접점(83)을 폐쇄 동작 상태로 변경한다. 이와 달리, 마이크로프로세서(135)가 제어 신호를 생성하는 것을 중단하면, 상기 컨택터 드라이버(90)는, 컨택터 코일(82)을 비여기(de-energize)시키고, 컨택터 코일(82)은 접점(83)을 개방 동작 상태로 변경한다.
상기 전압 센서(110)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링된다. 상기 전압 센서(110)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨을 나타내는 전압 신호(VL)를 생성하도록 구성된다. 상기 마이크로프로세서(135)는 상기 전압 신호(VL)를 상기 전압 센서(110)로부터 수신하고, 상기 전압 신호(VL)에 기초하여 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨을 결정한다.
상기 DC-DC 전압 컨버터(120)는 상기 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링된다. 상기 DC-DC 전압 컨버터(120)는 또한, 상기 배터리(130)의 양극(240)에 전기적으로 커플링된다. 상기 DC-DC 전압 컨버터(120)는, DC-AC 인버터(40) 내에 있는 적어도 하나의 커패시터를 프리-차지하기 위해 배터리(130)의 전압 출력 레벨을 이용하여 상기 배터리(130)에 의한 전압 레벨 출력보다 큰, 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨을 출력하도록 구성된다. 동작 동안, 상기 마이크로프로세서(135)는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호는 DC-DC 전압 컨버터(120)에 의해 수신되며, 이에 대응하여 상기 DC-DC 전압 컨버터(120)는 상기 제어 신호에 기초하여 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 소정 전압 레벨을 출력한다.
제2 배터리(130)는 양극(240)과 음극(242)을 구비한다. 상기 양극(240)은 DC-DC 전압 컨버터(120)에 전기적으로 커플링된다. 일 실시예에 따르면, 음극(242)은 음극(142)에 전기적으로 커플링되고, 음극(242)과 음극(142)이 공통 전기 그라운드(common electric ground)를 갖는다. 다른 실시예에 따르면, 음극(242)은 음극(142)에 전기적으로 커플링되지 않고, 음극(242)과 음극(142)이 공통 전기 그라운드를 갖지 않는다. 제2 배터리(130)는, 배터리(60)에 의한 전압 레벨 출력 보다 낮은, 양극(240)과 음극(242) 사이의 전압 레벨을 생성하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 제2 배터리(130)는 납축 전지(lead acid battery)이다. 다른 실시예에 따른 제2 배터리(130)는, 예를 들어, 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium), 니켈-수소 전지(nickel-metal-hydride battery) 또는 리튬-이온 전지(lithium-ion battery)와 같은 다른 타입의 배터리를 포함할 수도 있음은 물론이다. 또한, 일 실시예에 따르면, 제2 배터리(130)는 실질적으로(substantially) 12 VDC를 출력한다. 다른 실시예에 따르면, 제2 배터리(130)는 다른 전압 레벨을 출력할 수도 있음은 물론이다.
DC-AC 인버터(40)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링된다. 또한, 상기 DC-AC 인버터(40)는 전력 라인(270, 272, 274)을 통해 차량 모터 시스템(50)에 전기적으로 커플링된다. 또한, DC-AC 인버터(40)는 마이크로프로세서(135)와 동작가능하게 통신한다. 접점(83)이 폐쇄 동작 상태로 전이될 때 DC-AC 인버터로 유입되는 전기적인 인러쉬 커런트를 감소시키기 위해, 프리-차지 동작 동안, 접점(83)이 개방 동작 상태에서, DC-AC 인버터(40)는 DC-DC 전압 컨버터(120)로부터 전압 레벨을 수신하도록 구성되고, DC-DC 전압 컨버터(120)는 DC-AC 인버터(40) 내에 있는 적어도 하나의 커패시터를 프리-차지(예비 충전)한다. 그 후, 접점(83)이 폐쇄 동작 상태에서, DC-AC 인버터(40)는 제1 배터리(60)로부터 전압 레벨을 수신한다. 또한, 마이크로프로세서(135)는, 차량 모터 시스템(50)이 소망하는 토크량을 출력하도록 유도하도록 하기 위해 DC-AC 인버터(40)가 전력 라인(270, 272, 274) 상에 AC 전압을 출력하도록 유도하는 제어 신호를 생성한다.
마이크로프로세서(135)는 전압 센서(70), 전압 센서(110), DC-DC 전압 컨버터(120) 및 DC-AC 인버터(40)에 동작가능하게 커플링된다. 마이크로프로세서(135)는 메모리 디바이스(136)와 동작가능하게 통신하며, 데이터(data) 및 동작 명령어(operational instructions)를 메모리 디바이스(136)에 저장한다. 마이크로프로세서(135)는 아래에서 보다 상세히 설명될 동작 단계를 수행하도록 프로그램된다.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법의 흐름도가 설명될 것이다.
단계 400에서, 사용자는 제1 배터리(60), 컨택터(80), 전압 센서(110), DC-DC 전압 컨버터(120), 제2 배터리(130), 전압 센서(70) 및 마이크로프로세서(135)를 포함하는 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30)을 준비한다. 제1 배터리(60)는 양극(140) 및 음극(142)을 구비한다. 컨택터(80)는 양극(140)과 전기 노드(100) 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된다. 전압 센서(110)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링된다. DC-DC 전압 컨버터(120)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링된다. 제2 배터리(130)는 양극(240)과 음극(242)을 구비한다. 양극(240)은 DC-DC 전압 컨버터(120)에 전기적으로 커플링된다. 음극(242)은 음극(142)에 전기적으로 커플링된다. 전압 센서(70)는 제1배터리(60)에 병렬로 전기적으로 커플링된다. 마이크로프로세서(135)는 전압 센서(70, 110) 및 DC-DC 전압 컨버터(120)에 동작가능하게 커플링된다. 단계 400 이후에, 상기 방법은 단계 402로 이행한다.
단계 402에서, 사용자는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이에 전기적으로 커플링되는 DC-AC 인버터(40)를 준비한다. 또한, 마이크로프로세서(135)는 DC-AC 인버터(40)에 동작 가능하게 커플링된다. 단계 402 이후, 상기 방법은 단계 404로 이행한다.
단계 404에서, 제1 배터리(60)는 양극(140)과 음극(142) 사이의 제1 전압 레벨을 생성한다. 단계 404 이후에, 상기 방법은 단계406으로 이행한다.
단계 406에서, 전압 센서(70)는 제1 전압 레벨을 나타내는 전압 신호를 생성하고, 상기 전압 신호는 상기 마이크로프로세서(135)에 의해 수신된다. 단계 406 이후, 상기 방법은 단계 408로 이행한다.
단계 408에서, 마이크로프로세서(135)는 다음 수학식을 이용하여 컨택터를 닫을 때를 결정하는 임계 전압 레벨을 결정한다.
임계 전압 레벨 = 제1 전압 신호의 진폭 * 0.9
단계 408 이후에, 상기 방법은 단계 410으로 이행한다.
단계 410에서, 제2 배터리(130)는, 양극(240)과 음극(242) 사이의 제2 전압 레벨을 생성하고, 상기 제2 전압 레벨은 DC-DC 전압 컨버터(120)에 의해 수신된다. 제2 전압 레벨은 제1 전압 레벨보다 낮다. 단계 410 이후에, 상기 방법은 단계 420으로 이행한다.
단계 420에서, 마이크로프로세서(135)는, DC-AC 인버터(120) 내의 커패시터를 충전하고 DC-DC 전압 컨버터(120) 내의 커패시터를 충전하기 위해, 제2 배터리(130)의 제2 전압 레벨을 이용하여 DC-DC 전압 컨버터(120)가 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 생성한다. 단계 420 이후에, 상기 방법은 단계 422로 이행한다.
단계 422에서, 전압 센서(110)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨을 나타내는 제1 전압 신호를 생성하고, 상기 제1 전압 신호는 마이크로프로세서(135)에 의해 수신된다. 단계 422 이후에, 상기 방법은 단계 424로 이행한다.
단계 424에서, 마이크로프로세서(135)는 전기 노드(100)와 음극(142) 사이의 전압 레벨이 임계 전압 레벨보다 큰지 여부를 결정한다. 단계 424의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 426으로 이행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 424로 돌아온다.
단계 426에서, 마이크로프로세서(135)는 제1 전압 레벨이 DC-AC 인버터(40)에 인가되도록 하기 위해, 컨택터(80)가 접점(83)을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이하도록 유도하는 제2 제어 신호를 생성한다. 단계 426 이후에, 상기 방법은 단계 428로 이행한다.
단계 428에서, 마이크로프로세서(135)는 차량 컨트롤러(52)로부터 소망하는 토크량을 나타내는 메시지를 수신한다. 단계 428 이후에, 상기 방법은 단계 430으로 이행한다.
단계 430에서, 마이크로프로세서(135)는 소망하는 토크량을 나타내는 제3 제어 신호를 DC-AC 인버터(40)로 전송한다. 단계 430 이후에, 상기 방법은 단계 432로 이행한다.
단계 432에서, DC-AC 인버터(40)는 차량 모터 시스템(50)이 소망하는 토크량을 만들어 내도록 하기 위해, 제3 제어 신호에 기초하여 AC 전압을 차량 모터 시스템(50)으로 출력한다.
전술한 방법은 상기 방법들을 실시하기 위한 컴퓨터로 실행가능한 명령어들을 구비한 하나 또는 그 이상의 메모리 디바이스 또는 컴퓨터로 판독가능한 매체의 형태로 적어도 부분적으로 실시될 수 있다. 상기 메모리 디바이스는 아래의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다: 하드 드라이브, RAM 메모리, 플래시 메모리, 및 통상의 기술자에게 알려진 다른 컴퓨터로 판독가능한 매체; 여기서, 컴퓨터로 실행가능한 명령어들이 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 또는 마이크로프로세서에 로딩되어 실행될 때, 상기 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 또는 마이크로프로세서는 상기 방법과 관련된 단계들을 실시하도록 프로그램된 장치가 된다.
여기서 설명된 프리-차지 및 전압 공급 시스템과 상기 방법은 다른 시스템과 방법과 다른 실질적인 이점을 제공한다. 특히, 프리-차지 및 전압 공급 시스템과 방법은 DC-DC 전압 컨버터와 배터리(예를 들어, 12 VDC 배터리)를 이용하여 DC-AC 인버터 내의 커패시터를 프리-차지하고, 메인 컨택터가 폐쇄 동작 상태일 때 DC-AC 인버터로 유입되는 전기적인 인러쉬 커런트의 양을 감소시키는 기술적인 효과를 제공한다.
본 청구된 발명은 한정된 수의 실시예들과 관련되어 상세히 설명되었으나, 본 발명이 이와 같이 개시된 실시예들로 제한되지 않음은 자명하다. 오히려, 본 청구된 발명은 앞서 설명되지 않았으나, 본 발명의 사상과 범위에 부합하는 다양한 변형, 교체, 대체 또는 균등물을 포함하는 변형이 이루어질 수 있다. 덧붙여, 본 청구된 발명의 다양한 실시예가 설명되었으나, 본 발명의 양상들은 설명된 실시예의 일부만을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 청구된 발명은 전술한 설명에 의해 제한되지 않는다.
10: 전기 차량 30: 프리-차지 및 전압 공급 시스템
40: DC-AC 인버터
50: 차량 모터 시스템
52: 차량 컨트롤러
60: 제1 배터리
70, 110: 전압 센서
80: 컨택터 82: 컨택터 코일 83: 접점
90: 컨택터 드라이버
100: 전기 노드
120: DC-DC 전압 컨버터
130: 제2 배터리
135: 마이크로프로세서 136: 메모리 디바이스
140: 제1 양극 142: 제1 음극
240: 제2 양극 242: 제2 음극
270, 272, 274: 전력 라인

Claims (14)

  1. 제1 양극과 제1 음극을 구비하고, 상기 제1 양극과 상기 제1 음극 사이의 제1 전압 레벨을 생성하도록 구성된 제1 배터리;
    상기 제1 양극과 전기 노드 사이에 직렬로 전기적으로 커플링된 컨택터;
    상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링되고, 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 나타내는 제1 전압 신호를 생성하도록 구성된 제1 전압 센서;
    상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링된 DC-DC 전압 컨버터;
    제2 양극과 제2 음극을 구비하고, 상기 DC-DC 전압 컨버터에 전기적으로 커플링되며, 상기 제1 전압 레벨보다 낮은, 상기 제2 양극과 상기 제2 음극 사이의 제2 전압 레벨을 생성하도록 구성된 제2 배터리; 및
    상기 제1 전압 센서와 상기 DC-DC 전압 컨버터에 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 배터리의 전압을 이용하여 상기 DC-DC 전압 컨버터가 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 생성하도록 프로그램된 마이크로프로세서;를 포함하고,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 임계 전압 레벨보다 클 경우, 상기 제1 배터리의 상기 제1 전압 레벨이 상기 DC-AC 인버터에 인가되도록 하기 위해, 상기 컨택터가 접점을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이시키도록 유도하는 제2 제어 신호를 생성하도록 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 전압 센서로부터 수신한 상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 결정하도록 더 프로그램되고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 상기 임계 전압 레벨보다 큰지 여부를 결정하도록 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템은,
    상기 제1 배터리와 병렬로 전기적으로 커플링되고, 상기 제1 전압 레벨을 나타내는 제2 전압 신호를 생성하도록 구성된 제2 전압 센서를 더 포함하고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 임계 전압 레벨을 결정하도록 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 제1 전압 레벨에 소정값을 곱하여 상기 임계 전압 레벨을 결정하도록 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전압 레벨은 48 VDC와 동일하고, 상기 제2 전압 레벨은 12 VDC와 동일한 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 소망하는 토크량을 나타내는 메시지를 수신하도록 더 프로그램되고,
    상기 마이크로프로세서는 상기 소망하는 토크량을 나타내는 제3 제어 신호를 상기 DC-AC 인버터로 전송하도록 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 상기 제2 음극은 상기 제1 배터리의 상기 제1 음극과 전기적으로 커플링된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터에 대한 프리-차지 및 전압 공급 시스템.
  8. 제1 배터리, 컨택터, 제1 전압 센서, DC-DC 전압 컨버터, 제2 배터리 및 마이크로프로세서를 포함하는 프리-차지 및 전압 공급 시스템으로서, 상기 제1 배터리는 제1 양극과 제1 음극으로 구비하고, 상기 컨택터는 상기 제1 양극과 상기 전기 노드 사이에 직렬로 전기적으로 커플링되며, 상기 제1 전압 센서는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링되고, 상기 DC-DC 전압 컨버터는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링되며, 상기 제2 배터리는, 제2 양극과 제2 음극을 구비하고, 상기 제2 양극은 상기 DC-DC 전압 컨버터에 전기적으로 커플링되며, 상기 DC-AC 인버터는 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이에 전기적으로 커플링되고, 상기 마이크로프로세서는 상기 제1 전압 센서와 상기 DC-DC 전압 컨버터에 작동가능하게 커플링된 프리-차지 및 전압 공급 시스템을 준비하는 단계;
    상기 제1 배터리의 상기 제1 양극과 상기 제1 음극 사이의 제1 전압 레벨을 생성하는 단계;
    상기 제1 전압 레벨 보다 낮은, 상기 제2 배터리의 상기 제2 양극과 상기 제2 음극 사이의 제2 전압 레벨을 생성하는 단계;
    상기 DC-DC 전압 컨버터가 상기 제2 전압 레벨을 이용하여 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 증가시키도록 유도하는 제1 제어 신호를 마이크로프로세서가 생성하는 단계;
    상기 제1 전압 센서를 이용하여, 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 전압 레벨을 나타내는 제1 전압 신호로서, 상기 마이크로프로세서에 의해 수신되는 제1 전압 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 상기 임계 전압 레벨보다 클 경우, 상기 제1 배터리의 상기 제1 전압 레벨이 상기 DC-AC 인버터에 인가되도록 하기 위해, 상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 컨택터가 접점을 개방 동작 상태에서 폐쇄 동작 상태로 전이시키도록 유도하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 DC-AC 인버터를 프리-차지하고, DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법은,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨을 결정하는 단계; 및
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 전기 노드와 상기 제1 음극 사이의 상기 전압 레벨이 상기 임계 전압 레벨보다 큰지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리-차지 및 전압 공급 시스템은, 상기 제1 배터리에 병렬로 전기적으로 커플링된 제2 전압 센서를 더 포함하고,
    상기 DC-AC 인버터를 프리-차지하고, DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법은,
    상기 제2 전압 센서를 이용하여, 상기 제1 전압 레벨을 나타내는 제2 전압 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 임계 전압 레벨을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 DC-AC 인버터를 프리-차지하고, DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법은,
    상기 마이크로프로세서를 이용하여, 상기 제1 전압 레벨에 소정값을 곱하여 상기 임계 전압 레벨을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전압 레벨은 48 VDC와 동일하고, 상기 제2 전압 레벨은 12 VDC와 동일한 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 DC-AC 인버터를 프리-차지하고, DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법은,
    상기 마이크로프로세서에 의해 소망하는 토크량을 나타내는 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 DC-AC 인버터로 상기 소망하는 토크량을 나타내는 제3 제어 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 상기 제2 음극은 상기 제1 배터리의 상기 제1 음극에 전기적으로 커플링된 것을 특징으로 하는 DC-AC 인버터를 프리-차지하고 DC-AC 인버터로 전압을 공급하는 방법.

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