KR20160095536A - 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터와 완속충전기(OBC)에 각각 사용되는 커패시터를 공통으로 사용하되, 완속충전기(OBC)에서의 출력단을 메인 릴레이와 고전압 배터리 사이에 연결하고, 인버터 내에 구비된 커패시터를 인버터와 완속충전기(OBC)가 공통으로 사용함으로써, 완속충전기(OBC)의 충전 효율을 높이고, 커패시터의 과다 사용을 감소시켜 부품 원가를 절감할 수 있는 친환경차량의 충전장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템은 고전압배터리와 메인 릴레이 사이에 연결되는 완속충전기의 출력 릴레이, 상기 메인 릴레이와 상기 인버터의 사이에 연결되는 DC/DC 변환기 및 상기 인버터와 상기 완속충전기의 PFC 모듈과 연결되되, 상기 인버터의 커패시터를 상기 완속충전기와 상기 인버터가 공통으로 이용한다.

Description

하이브리드 차량의 완속 충전 시스템 및 방법{On Board Charging System and Method of Hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압용 커패시터를 공통으로 사용하는 기술에 관한 것이다.
자동차에 대한 강화된 배기가스의 규제를 만족시키고, 연비 향상을 제공하기 위하여 하이브리드 자동차가 개발되어 운행되고 있다.
하이브리드 자동차는 감속 시에 모터를 역회전하는 회생제동을 통해 전기를 전기를 생성하여 배터리를 충전하며, 정차 시에는 엔진을 시동 오프하고 출발 시 모터로 엔진을 재시동시키는 아이들 스톱 앤 고(Idle Stop and Go) 제어를 통해 연비 향상 및 배기가스의 안정화를 제공한다.
또한, 하이브리드 자동차는 외부의 상용전원을 이용하여 배터리를 충전하는 플러그 인(Plug In) 충전방식이 적용된다.
플러그 인 충전을 제공하기 위하여 상용전원을 정류하여 완속 충전을 제공하는 충전기가 온 보드(On Board) 형태로 탑재된다.
하이브리드 차량에 탑재되는 충전기는 고가 및 고중량의 제품으로 하이브리드 자동차의 재료비 상승이 초래되고, 무게의 증가에 따라 연비저하가 초래되며, 부품이 차지하는 부피의 증가로 인하여 패키지 상품성의 저하가 초래된다.
충전기의 가격이 출력 기준으로 대략 10배 용량의 구동 인버터 가격과 비슷하여 하이브리드 자동차 제작에 따른 재료비를 과다하게 상승시키므로 가격 경쟁력을 크게 약화시키는 문제점이 초래된다.
특히, 충전기에서 정류된 전압을 필터링하여 직류로 변환하거나 저장할 수 있는 고전압용 커패시터는 고가이며, 상당한 부피를 차지하고 있어서 패키지 상품성의 저하를 초래하고, 가격 경쟁력을 약화시키는 주 원인이 되고 있다.
본 발명은 인버터와 완속충전기(OBC)에 각각 사용되는 커패시터를 공통으로 사용하되, 완속충전기(OBC)에서의 출력단을 메인 릴레이와 고전압 배터리 사이에 연결하고, 인버터 내에 구비된 커패시터를 인버터와 완속충전기(OBC)가 공통으로 사용함으로써, 완속충전기(OBC)의 충전 효율을 높이고, 커패시터의 과다 사용을 감소시켜 부품 원가를 절감할 수 있는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템은 고전압배터리와 메인 릴레이 사이에 연결되는 완속충전기의 출력 릴레이, 상기 메인 릴레이와 상기 인버터의 사이에 연결되는 DC/DC 변환기 및 상기 인버터와 상기 완속충전기의 PFC 모듈과 연결되되, 상기 인버터의 커패시터를 상기 완속충전기와 상기 인버터가 공통으로 이용한다.
또한, 상기 완속충전기는 외부로부터 제공된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부, 정류된 상기 직류 전압의 역률을 보상하는 상기 PFC 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터는 상기 고전압배터리로부터 수신된 배터리 전압을 평활하는 커패시터 및 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 스위치 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터 내 커패시터를 기준으로 일측에 상기 인버터와 상기 완속충전기의 PFC 모듈이 연결되고, 타측에 상기 인버터와 상기 DC/DC 변환기가 연결될 수 있다.
또한, 상기 PFC 모듈과 상기 DC/DC 변환기가 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 방법은 차량의 HCU에서 상기 차량의 시동 온 또는 오프 여부를 판단하는 단계, 상기 차량의 시동이 오프되면, 상기 차량의 메인 릴레이가 오프되는 단계 및 상기 차량의 완속충전기의 출력 릴레이가 온되어 상기 완속충전기가 충전을 시작하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 차량의 시동이 온되면, 상기 차량의 상기 완속충전기의 출력 릴레이가 오프되는 단계, 상기 차량의 상기 메인 릴레이가 온되는 단계, 상기 차량의 모터 및 인버터가 동작하는 단계 및 상기 차량이 주행을 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 완속충전기가 충전을 시작하는 단계에서, 외부의 전원으로부터 제공된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 단계, 정류된 상기 직류 전압의 역률을 보상하는 단계 및 상기 직류 전압의 크기를 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터가 동작하는 단계에서, 상기 고전압배터리로부터 수신된 배터리 전압을 평활하는 단계 및 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 시동 온 또는 오프 여부를 판단하는 단계와 상기 차량의 메인 릴레이가 오프되는 단계 사이에 완속충전 플러그 연결 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 기술은 완속충전기(OBC)의 충전 효율을 높이고, 커패시터의 과다 사용을 감소시켜 부품 원가를 절감할 수 있다.
본 기술은 완속충전기를 이용하여 고전압 배터리 충전 시 메인 릴레이를 오프하고, 완속충전기의 출력 릴레이를 온함으로써 고전압 배터리를 충전 시에 메인 릴레이의 동작을 방지하여 완속 충전의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 방법을 설명하는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 플러그인 하이브리드 차량 또는 전기차량과 같은 전력을 동력원으로 사용하는 친환경 차량의 충전방식을 제안하는 바, 여기서 충전의 대상이 되는 차량은 반드시 본 발명에서 설명되는 명칭에 한정되는 것은 아니며, 또한 본 발명의 개념은 플러그인 방식으로 충전이 이루어지는 다양한 장치들에 적용될 수 있는 것임에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 완속 충전 시스템은 완속충전기(100), 인버터(200), 고전압 배터리(300) 및 모터(400)를 포함할 수 있다.
완속충전기(100)는 외부로부터 제공된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부(110), 정류된 상기 직류 전압의 역률을 보상하는 PFC 모듈(120), DC/DC 변환기(130) 및 출력 릴레이(140)를 포함한다.
여기서, 완속충전기(100)의 정류부(110)와 PFC 모듈(120)을 인버터(200) 내 스위치 모듈(210)과 커패시터(220) 사이에 연결하고, 완속충전기(100)의 DC/DC 변환기(130) 및 출력 릴레이(140)를 고전압 배터리(300)와 메인 릴레이(500) 사이에 연결할 수 있다.
이러한 인버터(200)와 완속충전기(100)의 연결 방법을 변경하고, 인버터(200) 내 커패시터(220)를 완속충전기(100)가 함께 이용하기 때문에 완속충전기(100)의 완속 충전 시 충전효율을 증가시킬 수 있다.
인버터(200)는 고전압 배터리의 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터에 구동 전압을 제공하고, 인버터(200)는 스위치 모듈(210, IGBT, 파워모듈) 및 커패시터(220)를 포함한다.
고전압 배터리(300)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 변환된 교류 전압을 모터(400)에 제공한다.
모터(400)는 엔진을 시동시키기 위한 전동기로서 동작하고, 엔진에 의해 구동되는 발전기로서 동작한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 완속 충전 방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 차량의 상위 제어부(HCU)에서는 차량의 주행을 위한 시동 온 여부를 판단한다(S10).
다음에는, 차량이 시동 온이 되면, 완속충전기(OBC)의 출력 릴레이가 오프된다(S20).
다음으로, 완속충전기(OBC)의 출력 릴레이가 오프되면, 메인 릴레이가 온 된다(S30).
다음에는, 고전압 배터리로부터 출력된 전압으로 인해 인버터 및 모터가 동작한다(S40).
다음으로, 차량의 주행이 시작된다(S50).
그러나, 차량이 시동 오프 되면, 차량은 완속 충전을 위한 플러그의 연결 여부를 판단한다(S60).
다음에는, 차량이 완속 충전을 위한 플러그가 연결되면, 메인 릴레이가 오프 된다(S70).
다음으로, 차량의 메인 릴레이가 오프되면, 완속충전기(OBC)의 출력 릴레이가 온 된다(S80).
다음에는, 차량의 완속 충전이 시작된다(S90).
전술한 바와 같이, 본 기술은 완속충전기(OBC)의 충전 효율을 높이고, 커패시터의 과다 사용을 감소시켜 부품 원가를 절감할 수 있으며, 완속충전기를 이용하여 고전압 배터리 충전 시 메인 릴레이를 오프하고, 완속충전기의 출력 릴레이를 온함으로써 고전압 배터리를 충전 시에 메인 릴레이의 동작을 방지하여 완속 충전의 효율을 증가시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 고전압배터리와 메인 릴레이 사이에 연결되는 완속충전기의 출력 릴레이;
    상기 메인 릴레이와 상기 인버터의 사이에 연결되는 DC/DC 변환기; 및
    상기 인버터와 상기 완속충전기의 PFC 모듈과 연결되되, 상기 인버터의 커패시터를 상기 완속충전기와 상기 인버터가 공통으로 이용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 완속충전기는
    외부로부터 제공된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부; 및
    정류된 상기 직류 전압의 역률을 보상하는 상기 PFC 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터는
    상기 고전압배터리로부터 수신된 배터리 전압을 평활하는 커패시터; 및
    직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 스위치 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 내 커패시터를 기준으로 일측에 상기 인버터와 상기 완속충전기의 PFC 모듈이 연결되고, 타측에 상기 인버터와 상기 DC/DC 변환기가 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 PFC 모듈과 상기 DC/DC 변환기가 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 시스템.
  6. 차량의 HCU에서 상기 차량의 시동 온 또는 오프 여부를 판단하는 단계;
    상기 차량의 시동이 오프되면, 상기 차량의 메인 릴레이가 오프되는 단계; 및
    상기 차량의 완속충전기의 출력 릴레이가 온되어 상기 완속충전기가 충전을 시작하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 차량의 시동이 온되면, 상기 차량의 상기 완속충전기의 출력 릴레이가 오프되는 단계;
    상기 차량의 상기 메인 릴레이가 온되는 단계;
    상기 차량의 모터 및 인버터가 동작하는 단계; 및
    상기 차량이 주행을 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 완속충전기가 충전을 시작하는 단계에서,
    외부의 전원으로부터 제공된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 단계;
    정류된 상기 직류 전압의 역률을 보상하는 단계; 및
    상기 직류 전압의 크기를 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 인버터가 동작하는 단계에서,
    고전압배터리로부터 수신된 배터리 전압을 평활하는 단계; 및
    직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 차량의 시동 온 또는 오프 여부를 판단하는 단계와 상기 차량의 메인 릴레이가 오프되는 단계 사이에 완속충전 플러그 연결 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 완속 충전 방법.
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