KR20160072982A - 전기차의 충전 모드 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 충전 시스템 - Google Patents

전기차의 충전 모드 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차와 충전기 간의 충전 모드 선택을 위한 펄스폭 변조 신호 측정을 효율적으로 수행하는 방법 및 이를 수행할 수 있는 전기차의 충전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차에서 충전 모드를 결정하는 방법은, 충전 커넥터의 통신 라인에 인가되는 제어 신호의 듀티 비율을 완속 충전을 제어하는 제 1 제어기 및 급속 충전을 제어하는 제 2 제어기 각각에서 측정하는 단계; 상기 각 제어기에서 측정된 측정 결과가 배터리를 관리하는 제 3 제어기로 전달되는 단계; 상기 제 3 제어기에서 상기 각 측정 결과를 이용하여 최종 듀티 비율을 결정하는 단계; 상기 결정된 최종 듀티 비율이 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기로 전달되는 단계; 및 상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전기차의 충전 모드 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 충전 시스템{METHOD FOR SELECTING RECHARGING MODE AND RECHARGING SYSTEM FOR CARRYING OUT THE SAME}
본 발명은 전기차와 충전기 간의 충전 모드 선택을 위한 펄스폭 변조 신호 측정을 효율적으로 수행하는 방법 및 이를 수행할 수 있는 전기차의 충전 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차는 과거 디젤, 가솔린 엔진 자동차보다 먼저 개발, 보급되었으나 석유 연료의 대량 보급으로 자동차 시장에서 자취를 감추었다. 하지만 환경오염문제가 대두됨에 따라 각종 배기가스 규제 및 시장의 고유가 문제로 다시금 전기 자동차 시장이 확대되고 있다. 전기 자동차 시장의 보급에는 충전 인프라 확보가 뒷받침되어야 하는데 다양한 장소에 설치되어야 하는 충전기 특성 상 균일한 수준의 전력 공급망을 갖추기가 쉽지 않다.
그렇기 때문에 국제 표준에서 정의하는 전기 자동차/충전기 간의 기본적인 신호 처리 기술의 중요성 또한 대두되고 있다. 전기차의 충전 방식으로 다양한 표준이 정의되고 있는데, 그 중 대표적인 방식으로 콤보 방식을 들 수 있다.
콤보(DC Combo, TYPE 1) 방식이란 완속 충전에 쓰이는 교류 커넥터와 급속 충전용 직류 커넥터가 하나의 파워 인렛 소켓(power inlet socket)에 통합되는 방식으로, 완속과 급속 충전 모두가 하나의 인렛으로 가능해지기 때문에 공간 효율성이 높은 것이 장점이다.
이러한 콤보 방식에서는 완속 충전 모드와 급속 충전 모드 중 어느 하나의 모드가 충전기에서 선택되면, 충전기에서 차량으로 선택된 모드에 대응되는 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 신호를 보내게 된다. 예를 들어, 완속 충전 모드인 경우 PWM 신호의 듀티 비율(즉, 펄스 폭의 H 신호와 L 신호의 비율)이 5%를 초과하고, 급속 충전 모드인 경우 PWM 신호의 듀티 비율이 5% 가량이 된다.
그런데, 이러한 듀티 비율을 측정함에 있어 노이즈의 영향으로 차량 입장에서는 정확한 모드 선택이 이루어지지 못하여 충전이 실패하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 전기차에서 PWM 신호의 듀티비를 측정하여 충전 모드를 판단함에 있어 인식의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법 및 그를 수행하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차에서 충전 모드를 결정하는 방법은, 충전 커넥터의 통신 라인에 인가되는 제어 신호의 듀티 비율을 완속 충전을 제어하는 제 1 제어기 및 급속 충전을 제어하는 제 2 제어기 각각에서 측정하는 단계; 상기 각 제어기에서 측정된 측정 결과가 배터리를 관리하는 제 3 제어기로 전달되는 단계; 상기 제 3 제어기에서 상기 각 측정 결과를 이용하여 최종 듀티 비율을 결정하는 단계; 상기 결정된 최종 듀티 비율이 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기로 전달되는 단계; 및 상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 충전 시스템은, 충전 커넥터와 연결되는 인렛; 완속 충전을 제어하되, 상기 인렛에서 제 1 분기되는 통신 라인의 제어 신호의 듀티 비율을 제 1 측정하는 제 1 제어기; 급속 충전을 제어하되, 상기 인렛에서 제 2 분기되는 통신 라인의 제어 신호의 듀티 비율을 제 2 측정하는 제 2 제어기; 및 배터리 관리를 수행하되, 상기 제 1 측정의 결과 및 상기 제 2 측정의 결과를 획득하고, 상기 각 측정의 결과를 이용하여 최종 듀티 비율을 결정하여 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기로 전달하는 제 3 제어기를 포함하되, 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기는, 급속 충전 모드 및 완속 충전 모드 중 상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
각 충전 모드를 관장하는 제어기에서 듀티 비율이 함께 측정되고 배터리 관리 시스템으로 그 측정 결과가 전달되므로, 배터리 관리 시스템에서 보다 신뢰성있는 모드 선택이 가능하다.
또한, 듀티 비율을 측정하는 제어기 중 어느 하나에 문제가 생기더라도 보상이 가능하며, 설정 변경만으로 노이즈를 보다 민감하게 측정할 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 선택 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
전술된 바와 같이, 콤보 방식의 경우 PWM 신호와 전압 기반의 기본적인 신호처리를 통하여 완속 충전을 위한 제어기나 급속 충전을 위한 제어기 중 어느 하나에서 충전 과정을 주관하게 된다. 이러한 상황에서 PWM 신호의 노이즈로 인한 모드 선택 실패를 방지하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 서로 다른 두 충전 방식을 주관하는 제어기 각각에서 PWM 신호의 듀티 비율을 측정하고, 이를 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)으로 전송하도록 할 것을 제안한다. 그에 따라, BMS에서는 두 측정 값을 이용하여 어느 하나의 충전 모드를 선택하고, 선택 결과를 각 제어기로 전달하여 선택 결과에 따른 모드로 충전이 진행될 수 있다.
여기서 각 충전 방식을 주관하는 제어기들과 BMS는 CAN통신을 통해 신호를 교환할 수 있으며, PWM 신호는 충전 커넥터의 제어 파일럿(Control Pilot) 라인을 통해 충전기에서 차량으로 전달될 수 있다. 제어 파일럿 라인이란 충전기와 차량간의 충전 레벨 조율이나 기타 정보를 교환하기 위한 통신선을 의미한다.
또한, 완속 충전은 PWM 신호와 전압 기반의 신호 처리를 통해 온보드 충전기(OBC: On-Board Charger)에서 주관될 수 있으며, 급속 충전은 PWM 신호와 전력선 통신(PLC: Power Line Communication)을 통해 PLC(또는 전기차 통신 제어기, EVCC: Electric Vehicle Communication Controller)에서 주관될 수 있다.
상술한 방법을 수행하기 위한 장치 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템 구조의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 1a를 참조하면, 플러그인 방식의 전기차(PEV)의 충전 시스템(100)은, 급속 충전을 제어하는 PLC/EVCC 제어기(110), 완속 충전을 제어하는 OBC 제어기(120), BMS(130) 및 배터리(140)를 포함할 수 있다.
EVCC 제어기, OBC 제어기 및 BMS는 CAN 통신을 통해 서로 연결될 수 있다. 충전 시스템(100)은 충전기(EVSE: electric vehicle supply equipment, 200)와 충전 커넥터를 통해 연결될 수 있으며, PWM 신호는 제어 파일럿(C/P) 라인을 통해 전송된다.
여기서, C/P 라인은 커넥터 인렛에서 분기되어 EVCC 제어기(110)와 OBC 제어기(120) 각각으로 분기되어 연결되며, PLC/EVCC 제어기(110)는 1지점에서 PWM 신호의 듀티 비율을 측정하고, OBC 제어기(120)는 2지점에서 PWM 신호의 듀티 비율을 측정할 수 있다.
도 1a와 같은 충전 시스템을 회로도로 재구성한 일례가 도 1b에 도시되며, PWM 신호를 측정하는 지점은 동일한 도면부호인 1 및 2를 통해 참조될 수 있다.
다음으로, 도 1과 같은 구성의 충전 시스템에서 충전 모드 선택 과정을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 선택 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
충전기(EVSS)와 차량이 정상 연결되는 경우 C/P 라인의 전압이 12볼트에서 9볼트로 낮아지는데, 충전을 시작하고자 할 때 충전기 측에서 C/P 라인에 PWM 신호를 인가한다(S210).
이때, 급속 충전일 경우 PWM 신호가 5% 듀티비로 전달된다. PWM 신호를 수신한 OBC와 PLC는 듀티비율을 각각 측정할 수 있다(S220).
측정 결과, 그 비율이 5%라고 판단하면 CAN 통신을 활용하여 BMS에 PWM 듀티비율이 5%라는 신호를 각각 전달한다. PWM 튜티 비율이 5%라는 CAN 신호를 OBC와 PLC로 부터 각각 전달 받은 BMS는 기 설정된 조건에 따라 PWM 듀티가 5%라는 최종 결정을 내린다(S230).
BMS가 듀티 비율을 결정하는 조건의 일례가 아래 표 1에 예시된다.
OBC PLC BMS
PWM 5%
판단 여부		 O X O
X O O
O O O
X X X
표 1을 참조하면, BMS는 OBC와 PLC 중 어느 하나라도 5%임을 나타내는 경우 최종 듀티 비율을 5%라 결정할 수 있으며, 둘 모드 5%를 초과하는 것으로 나타난 경우 최종 듀티 비율 5%가 아니라 결정할 수 있다.
최종 결정한 BMS가 CAN 통신을 이용하여 PWM 튜티 비율이 5%라는 CAN 신호를 최종적으로 OBC와 PLC로 송신하고(S240), 이를 수신한 OBC와 PLC가 이 결정을 따라(즉, 급속 충전 모드로) 충전을 진행할 수 있다(S250).
상술한 과정을 통해 PWM 신호가 하드웨어 적으로 두번 인식하고 이에 대한 최종 판단은 BMS가 조합으로 함에 따라 PWM 신호 인식에 대한 강건성이 확보된다.
물론, 표 1과 같은 결정 기준은 예시적인 것으로, 1) 도 1의 1 부분(즉, PLC/EVSS 제어기)에서는 모니터링을 사용하지 않고, 2 부분(즉, OBC 제어기)의 측정 결과만을 적용할 수도 있고, 2) 두 측정 결과를 모두 적용하되, 어느 한쪽의 측정 결과가 업데이트 될 경우 업데이트된 결과를 적용할 수도 있으며, 3) 두 측정 결과가 일치할 경우에만 해당 결과를 적용하도록 할 수도 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (14)

  1. 전기차에서 충전 모드를 결정하는 방법에 있어서,
    충전 커넥터의 통신 라인에 인가되는 제어 신호의 듀티 비율을 완속 충전을 제어하는 제 1 제어기 및 급속 충전을 제어하는 제 2 제어기 각각에서 측정하는 단계;
    상기 각 제어기에서 측정된 측정 결과가 배터리를 관리하는 제 3 제어기로 전달되는 단계;
    상기 제 3 제어기에서 상기 각 측정 결과를 이용하여 최종 듀티 비율을 결정하는 단계;
    상기 결정된 최종 듀티 비율이 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기로 전달되는 단계; 및
    상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되는 단계를 포함하는, 충전 모드 결정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 펄스폭 변조(PWM) 신호인, 충전 모드 결정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 제어기는 온보드 충전기(OBC) 제어기를 포함하고,
    상기 제 2 제어기는 전기차 통신 제어기(EVCC)를 포함하는, 충전 모드 결정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 제어기는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는, 충전 모드 결정 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 제어기, 상기 제 2 제어기 및 상기 제 3 제어기는 CAN 통신을 통해 서로 연결되는, 충전 모드 결정 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 제어기는,
    상기 각 측정 결과 중 어느 하나가 5%인 경우,
    상기 최종 듀티 비율을 5%로 결정하는, 충전 모드 결정 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되는 단계는,
    상기 최종 듀티 비율이 5%인 경우 급속 충전 모드로 충전이 시작되는 단계; 및
    상기 최종 듀티 비율이 5%를 초과하는 경우 완속 충전 모드로 충전이 시작되는 단계를 포함하는, 충전 모드 결정 방법.
  8. 전기차의 충전 시스템에 있어서,
    충전 커넥터와 연결되는 인렛;
    완속 충전을 제어하되, 상기 인렛에서 제 1 분기되는 통신 라인의 제어 신호의 듀티 비율을 제 1 측정하는 제 1 제어기;
    급속 충전을 제어하되, 상기 인렛에서 제 2 분기되는 통신 라인의 제어 신호의 듀티 비율을 제 2 측정하는 제 2 제어기; 및
    배터리 관리를 수행하되, 상기 제 1 측정의 결과 및 상기 제 2 측정의 결과를 획득하고, 상기 각 측정의 결과를 이용하여 최종 듀티 비율을 결정하여 상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기로 전달하는 제 3 제어기를 포함하되,
    상기 제 1 제어기 및 상기 제 2 제어기는, 급속 충전 모드 및 완속 충전 모드 중 상기 최종 듀티 비율에 대응되는 모드로 충전이 시작되도록 제어하는, 전기차의 충전 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 펄스폭 변조(PWM) 신호인, 전기차의 충전 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 제어기는 온보드 충전기(OBC) 제어기를 포함하고,
    상기 제 2 제어기는 전기차 통신 제어기(EVCC)를 포함하는, 전기차의 충전 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 제어기는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는, 전기차의 충전 시스템.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 제어기, 상기 제 2 제어기 및 상기 제 3 제어기는 CAN 통신을 통해 서로 연결되는, 전기차의 충전 시스템.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 제어기는,
    상기 각 측정 결과 중 어느 하나가 5%인 경우,
    상기 최종 듀티 비율을 5%로 결정하는, 전기차의 충전 시스템.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 최종 듀티 비율이 5%인 경우 급속 충전 모드로 충전이 시작되고, 상기 최종 듀티 비율이 5%를 초과하는 경우 완속 충전 모드로 충전이 시작되는, 전기차의 충전 시스템.
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