KR20170012794A - 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템 - Google Patents

직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하이브리드 전기 자동차 등에 구비되는 인버터 시스템에 있어서, 인버터 시스템용 직류 링크 커패시터의 효율적인 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템은, 고압의 제1 배터리, 상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 모터의 구동을 제어하는 인버터, 상기 인버터의 전단에 배치되어 전원 안정화 기능을 수행하는 직류 링크 커패시터, 상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 저압의 제2 배터리를 충전하도록 동작하는 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/DC 컨버터에 제어 신호를 인가하기 위한 제어부;를 포함하되, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 제어부로부터 인가되는 MOSFET 구동 신호에 대해 상호 반대 동작하는 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET을 구비하며, 상기 제어부는, 시스템의 구동 개시와 함께 상기 DC/DC 컨버터에 대해 비활성화 된 상기 MOSFET 구동 신호를 인가하고, 상기 비활성화 된 MOSFET 구동 신호에 대응되어 활성화 되는 상기 제2 MOSFET을 반복적으로 온(ON)/오프(OFF) 제어하도록 구성될 수 있다.

Description

직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING CONVERTER FOR PRE-CHARGING DC-LINK CAPACITOR}
본 발명은 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하이브리드 전기 자동차 등에 구비되는 인버터 시스템에 있어서, 인버터 시스템용 직류 링크 커패시터의 효율적인 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 관한 것이다.
자동차의 이산화탄소 배출량 규제나 연비 규제 등으로 인해, 가솔린 등의 화석연료를 이용하는 내연기관 차량을 대신하여 전기 자동차, 수소 자동차 또는 연료전지 자동차 등과 같은 다양한 대안 자동차 기술들이 개발되고 있으며, 일부는 상용화 되고 있다. 그리고 이들의 중간 형태인 하이브리드 자동차가 있다.
하이브리드 자동차란, 연비의 향상 등을 위해 2가지 이상의 동력원을 사용할 수 있도록 만들어진 자동차로써, 일반적으로는 가솔린이나 디젤 엔진이 탑재된 자동차에 전기 모터가 추가된 형태의 자동차(Hybrid Electronic Vehicle: HEV)를 의미한다.
이와 같은 하이브리드 자동차는, 다시 형태와 기능 등의 다양한 분류 기준에 의해 여러 가지로 분류 가능한데, 가령, 모터와 바퀴의 구동 방식에 따라 직렬 하이브리드 및 병렬 하이브리드, 전기 주행 모드의 가능 여부에 따라 소프트 타입 하이브리드 및 하드 타입 하이브리드 등으로 분류될 수 있다. 그 밖에, 엔진의 힘만으로도 주행이 가능하고 전기의 힘만으로도 주행이 가능한 풀 하이브리드(Full Hybrid), 일반 전기를 이용한 외부 충전 가능 배터리가 탑재된 플러그인 하이브리드(PHEV), 그리고 정차 시 엔진 정지 및 감속 상태에서 충전 수행 기능 등을 통해 연비 향상 효과를 제공하는 마이크로(Micro) 하이브리드나 마일드(Mild) 하이브리드까지 수많은 종류의 하이브리드 차량이 존재한다.
이 가운데 마이크로 하이브리드나 마일드 하이브리드의 경우, 48V 배터리 및 12V 배터리의 2중 배터리 채용 구조를 갖는 것이 일반적이다.
48V 배터리는 엔진의 구동 시 모터 보조 기능 외에 주행 중 엔진의 정지나 시동 등과 관련한 기능을 담당하고, 12V 배터리는 엔진의 정지 시 전원 공급을 통한 재시동 기능을 담당하며 감속 시 발전(發電)을 통해 충전되도록 구성된다.
이와 같은 2중 배터리 채용 구조 시스템은 초기 구동을 위해 인버터에 연결되는 직류 링크 커패시터(DC-Link Capacitor)에 대한 초기 충전(pre-charge)을 반드시 필요로 하는데, 통상 이러한 초기 충전 기능은 48V 배터리 및 이와 연결되어 동작하는 릴레이 모듈에 의해 이루어진다. 보다 상세하게는, 릴레이 모듈 내에 구비되는 EV 릴레이 및 초기 충전 회로(Pre-charging circuit)가 48V 배터리로부터 전원을 공급받아 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 담당하게 된다.
그런데, 풀 하이브리드나 플러그인 하이브리드 등과 같이 300V 이상의 고압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량의 경우 절연 등의 문제로 인해 EV 릴레이가 필수적으로 요구되지만, 엄격한 절연이 필요하지 않은 48V 배터리를 사용하는 마이크로 하이브리드나 마일드 하이브리드의 경우에는 굳이 EV 릴레이를 구비하지 않더라도 크게 문제가 되지 않을 수 있으며, 오히려 제조 비용 절감이나 공간 효율성 향상 등의 측면에서 다양한 장점을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 48V 배터리가 적용되는 하이브리드 자동차에 있어서 초기 충전 회로나 EV 릴레이 등을 통하지 않고 직류 링크 커패시터를 충전시킬 수 있도록 하기 위한 새로운 방안을 제안하고자 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하이브리드 전기 자동차 등에 구비되는 인버터 시스템에 있어서, 인버터 시스템용 직류 링크 커패시터의 효율적인 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고압의 제1 배터리, 상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 모터의 구동을 제어하는 인버터, 상기 인버터의 전단에 배치되어 전원 안정화 기능을 수행하는 직류 링크 커패시터, 상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 저압의 제2 배터리를 충전하도록 동작하는 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/DC 컨버터에 제어 신호를 인가하기 위한 제어부;를 포함하되, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 제어부로부터 인가되는 MOSFET 구동 신호에 대해 상호 반대 동작하는 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET을 구비하며, 상기 제어부는, 시스템의 구동 개시와 함께 상기 DC/DC 컨버터에 대해 비활성화 된 상기 MOSFET 구동 신호를 인가하고, 상기 비활성화 된 MOSFET 구동 신호에 대응되어 활성화 되는 상기 제2 MOSFET을 반복적으로 온(ON)/오프(OFF) 제어하도록 구성되는 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 제어부에 의해 이루어지는 상기 제2 MOSFET의 반복적인 온/오프 제어는, IC 구동 신호의 반복적 활성화/비활성화를 통해 이루어지도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 제2 MOSFET의 반복적 온/오프 동작에 의해 충전이 이루어지는 상기 직류 링크 커패시터의 충전률이 일정 수준에 도달하는 경우, 상기 컨버터를 벅 모드(Buck Mode) 단방향 동작하도록 제어하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제어부의 상기 컨버터에 대한 벅 모드 단방향 동작 제어는, 상기 IC 구동 신호를 활성화 시킨 상태에서 상기 MOSFET 구동 신호의 활성화/비활성화를 통해 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET의 동작을 제어함으로써 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 가령 48V 배터리 탑재 전기 자동차의 인버터 직류 링크 커패시터 초기 충전을 위하여, 컨버터의 구동 방식 변경을 통해 12V 배터리를 이용할 수 있도록 함으로써, 전기 자동차용 인버터 시스템이 EV 릴레이 및 초기 충전 회로 등의 구성요소로부터 자유로울 수 있도록 한다는 등의 효과를 제공할 수 있다.
이에 따라, EV 릴레이와 초기 충전 회로 등의 탑재에 필요한 비용의 절감 및 공간의 절약 등이 가능할 수 있게 되어, 결과적으로, 제조 비용 절감, 공간 효율성 향상 및 연비 효율 증가 등의 다양한 장점을 갖는 전기 자동차의 제공이 가능할 수 있다는 등의 부가적인 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 통상의 전기 자동차용 인버터 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 2는 도 1에 구비되는 릴레이 모듈의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템이 적용된 전기 자동차용 인버터 시스템의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 4는 도 3에 구비되는 컨버터의 구성을 설명하기 위한 간략 구성도이다.
도 5는 도 4에 구비되는 MOSFET 구동 IC의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 6은 도 5의 IC의 일반적인 동작 파형을 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 적용되는 MOSFET 구동 IC의 동작 파형을 나타낸 설명도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 통상의 전기 자동차용 인버터 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도로써, 마이크로 하이브리드 자동차나 마일드 하이브리드 자동차와 같이 48V 배터리를 포함하는 2중 배터리 채용 구조 인버터 시스템의 구성을 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 통상의 전기 자동차용 인버터 시스템은 48V 배터리(110), 릴레이 모듈(120), 직류 링크 커패시터(130), 인버터(140), DC/DC 컨버터(150), 12V 배터리(160) 및 모터(170) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다.
48V 배터리(110)는 인버터(140)에 전력을 공급함으로써 인버터(140)가 모터(170)를 구동시킬 수 있도록 기능하며, 감속 등의 상황에서 12V 배터리(160)를 충전하는 기능 등을 갖는다.
릴레이 모듈(120)은 48V 배터리(110)와 인버터(140)의 안정적인 연결을 지원하는데, 이를 위해 직류 링크 커패시터(130)에 대한 초기 충전(Pre-charging) 기능 등을 수행하게 된다. 즉, 직류 링크 커패시터(130)는 인버터(140)의 앞단에서 전원을 안정화 시키는 역할을 담당하는데, 인버터(140)의 안정적인 초기 구동 등을 위해 직류 링크 커패시터(130)에 대한 초기 충전이 필요하며, 이에 따라, 48V 배터리(110)로부터 공급된 전원을 릴레이 모듈(120)이 전달받아 직류 링크 커패시터(130)에 대한 초기 충전을 수행하게 된다.
컨버터(150)는 48V 배터리(110)로부터 공급되는 전원을 이용해 12V 배터리(170)를 충전시킨다.
도 2는 도 1에 구비되는 릴레이 모듈의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2를 참조하면, 릴레이 모듈(120)은 EV 릴레이부(122) 및 초기 충전 회로(124) 등을 구비함을 알 수 있다.
다시 말해, 48V 배터리(110)로부터 공급된 전원이 안정적으로 인버터(140)로 전달되도록 하는 기능을 릴레이 모듈(120)이 수행하게 되는데, 이를 위해 시스템이 턴 온(turn on) 되면 릴레이 모듈(120)의 초기 충전 회로(124)의 기능을 통해 직류 링크 커패시터(130)에 대한 충전이 이루어지게 되고, 이러한 충전률이 대략 95% 이상 이루어지는 경우 EV 릴레이가 동작하여 48V 배터리(110)의 전원을 인버터(140)에 안정적으로 공급할 수 있게 된다.
즉, 기능 구현 릴레이 및 저항 등으로 구성되는 초기 충전 회로(124)가 시스템의 가동 초기에 48V 배터리(110)의 전원을 직류 링크 커패시터(130)로 전달함으로써 충전을 수행하고, 이를 통해 직류 링크 커패시터(130)의 충전이 일정 수준 이상 도달하게 되면 충전 전류가 EV 릴레이(122)를 활성화시킴으로써 48V 배터리(110)의 전원이 인버터(140) 측으로 직접 전달 가능하게 되는 것이다.
하지만, 앞서 지적했던 바와 같이, 48V 배터리(110)가 채용되는 전기 자동차의 인버터 시스템에 있어서는, 절연 등의 기능을 담당하기 위한 EV 릴레이(122)가 불필요할 수 있으며, 이에 따라, 직류 링크 커패시터(130)의 초기 충전 문제만 해결될 수 있다면, 릴레이 모듈(120)로부터 EV 릴레이(122) 및 초기 충전 회로(124)의 제거가 가능할 수 있게 된다.
그리고, 이와 같이 릴레이 모듈(120)로부터 EV 릴레이(122) 및 초기 충전 회로(124) 등의 제거가 이루어진다면, 인버터 시스템의 제조 비용 절감은 물론 내부 구성 단순화로 인한 시스템 공간의 절약 등이 가능해지며, 나아가 부품 감소에 따른 경량화로 인해 연비 효율이 증가된다는 등의 효과를 제공할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에서는 새로운 방식에 의해 직류 링크 커패시터(130)를 충전시킬 수 있도록 함으로써, 릴레이 모듈(120)로부터 EV 릴레이(122) 및 초기 충전 회로(124)가 제거된, 효율적인 인버터 시스템을 제안하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템이 적용된 전기 자동차용 인버터 시스템의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터 초기 충전을 위한 컨버터 제어 방식이 적용된 인버터 시스템은, 고압의 제1 배터리(310), 릴레이 모듈(320), 직류 링크 커패시터(330), 인버터(340), 컨버터(350), 저압의 제2 배터리(360), 모터(370) 및 제어부(380) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다.
참고로, 별도로 표기된 제어부(380)의 경우 도 1과 비교해 추가로 구비되는 것이 아니라 설명의 편의를 위해 외부에 위치되는 것으로 도시한 것뿐이며, 이와 같은 제어부(380)가 인버터(340) 또는 컨버터(350) 등의 내부에 탑재되는 형태로 구성 가능할 수 있음은 통상의 기술자에 있어 자명할 것이다. 아울러, 도면 상에는 고압의 제1 배터리(310)가 48V 배터리(310)로, 저압의 제2 배터리(360)가 12V 배터리(360)로 표시되어 있으나, 이는 실제 상용화 된 시스템의 경우를 예로 들어 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 배터리 용량이 반드시 이에 한정됨을 의미하는 것은 아니다.
다시 말해, 도 3의 인버터 시스템은 외형적으로 도 1의 인버터 시스템과 거의 유사한 구성요소들로 이루어짐을 알 수 있다. 하지만, 도 3의 인버터 시스템의 경우, 직류 링크 커패시터(330)에 대한 초기 충전이 컨버터(350)를 통해 이루어지도록 구성되었으며, 이에 따라, 직류 링크 커패시터(330) 초기 충전 기능으로부터 자유로워진 릴레이 모듈(320)에는 EV 릴레이 및 초기 충전 회로가 제거된 상태일 수 있다.
시스템의 전체적인 구성 및 기능을 간략히 설명하자면, 도 1에서와 마찬가지로, 48V 배터리(310)는 인버터(340)에 전력을 공급함으로써 인버터(340)가 모터(370)를 구동시킬 수 있도록 기능하며, 감속 등의 상황에서 컨버터(350)를 통해 12V 배터리(360)를 충전하는 기능 등을 갖는다.
다만, 컨버터(350)가 도 1에서와 달리, 양방향 동작을 통해 필요에 따라 12V 배터리(360) 충전 및 직류 링크 커패시터(330) 초기 충전 기능을 모두 수행할 수 있도록 구성됨으로써, 릴레이 모듈(320)의 구성 및 기능 개선 등이 가능할 수 있도록 한다는 특징을 제공할 수 있다.
따라서, 이하에서는 벅 모드(Buck Mode)의 단방향 DC/DC 컨버터(350)가 부스트 모드(Boost Mode) 동작도 가능할 수 있도록 하기 위한 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 도 3에 구비되는 컨버터의 구성을 설명하기 위한 간략 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 직류 링크 커패시터의 초기 충전 방법의 적용을 위한 전기 자동차용 인버터 시스템에 구비되는 DC/DC 컨버터(350)는, 제1(High side) MOSFET(352), 제2(Low side) MOSFET(354), 인덕터(356) 및 출력 캐패시터(358) 등을 구비함을 확인할 수 있다.
즉, 컨버터(350)는 48V 배터리(310)로부터 전원을 인가받아 벅 모드의 단방향 동작을 통해 12V 배터리(360)에 대한 충전 기능 등을 수행하게 된다. 이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 48V 배터리(310)가 소스(source)가 되고 12V 배터리(360)가 로드(Load)가 됨으로써, 제1 MOSFET(352)이 먼저 온(ON) 된 다음 오프(OFF)가 된 다음 이어서 제2 MOSFET(354)이 온, 오프 되는 동작을 반복을 하게 되며, 이로써 벅 모드의 단방향 컨버터로 기능을 하게 되는 것이다.
따라서, 이와 반대되도록 12V 배터리(360)를 소스로 인식하고 48V 배터리(310)를 로드로 인식하도록 컨버터(350)를 제어할 수 있다면, 제2 MOSFET(354)이 먼저 구동 후 이어서 제1 MOSFET(356)이 구동되는 부스트 모드 컨버터로 기능하게 될 수 있으며, 이를 이용해 직류 링크 커패시터(330)에 대한 초기 충전을 수행할 수 있다.
하지만, 상기 컨버터(350)는 단방향 벅 모드로만 동작이 제한되어 있어, 12V 배터리(360)에 대한 충전 기능만이 수행 가능하도록 하드웨어적으로 구성되어 있기 때문에, 일반적인 방법으로는 부스트 모드의 실현이 불가능하다. 그 이유를 다음의 도 5 및 도 6을 통해 확인해 보도록 한다.
도 5는 도 4의 컨버터에 구비되는 MOSFET 구동 IC의 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이고, 도 6은 도 5의 IC의 일반적인 동작 파형을 나타낸 설명도이다.
먼저 도 5를 참조하면, IN은 MOSFET을 구동하기 위한 신호이고, 이 신호에 따라, 제1 MOSFET(352) 구동 신호인 HO와 제2 MOSFET(354) 구동 신호인 LO가 출력됨으로써 상기 두 MOSFET(352, 354)을 구동하게 된다. 이때, HO 신호에 따라 동작하는 제1 MOSFET(352)과 LO 신호에 따라 동작하는 제2 MOSFET(354)은 IN 신호에 대해 상반되는 동작을 하게 되는데, 본 명세서에서는 이를 '반대 동작'이라 부르기로 한다.
/SD는 비활성화 신호인 로우(low) 신호(0V)일 경우 IC가 동작을 멈추고, 활성화 신호인 하이(High) 신호일 경우 IC가 동작하도록 기능한다.
이상의 설명 내용을 참조하여, 도 6을 살펴보면, /SD에 활성화 신호인 하이(High) 신호가 인가됨으로써 IC가 동작을 시작하게 되고, 이에 따라, IN에 활성화 신호인 하이(High) 신호가 인가 되면 HO가 활성화 됨으로써 제1 MOSFET(352)이 동작을 한다.
계속해서, IN에 비활성화 신호인 로우(Low) 신호가 인가되면 제1 MOSFET(352)이 동작을 멈추고 대신 LO가 활성화 됨으로써 제2 MOSFET(354)이 동작을 시작하게 되며, 이 과정이 계속 반복됨을 확인할 수 있다. 즉, 제1 MOSFET(352)과 제2 MOSFET(354)의 온/오프는 HO 신호와 LO 신호의 활성화/비활성화에 대응되어 이루어지는데, 이들은 MOSFET 구동 신호인 IN 신호에 대해 상호 반대 동작하도록 이루어진다.
다시 말해, 기본적인 벅 컨버터의 구동을 위한 MOSFET 구동 IC(도 5)를 사용하게 되면, 초기에 제1 MOSFET(352)이 항상 먼저 온 되기 때문에, 제2 MOSFET(354)이 먼저 온 되어야 하는 부스트 모드 동작을 구현할 수가 없다. 따라서, 이와 같은 컨버터를 이용하여 부스트 모드 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 부스팅(Boosting)용 구동 회로를 추가하거나, 아니면 벅 모드 및 부스트 모드를 동시에 구동할 수 있는 IC를 구비하여야 한다. 하지만 이는 전체적인 시스템 제조 비용의 증가를 초래한다는 등의 문제점을 갖기 때문에, 본 발명에서는 IC의 신호 제어와 같은 간단한 조작을 통해 컨버터의 부스트 모드 동작이 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제공한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템에 적용되는 MOSFET 구동 IC의 동작 파형을 나타낸 설명도로써, 통상의 인버터 시스템에 있어 하드웨어적인 구성 변경 없이 IC의 출력 파형 제어만으로 벅 모드 단방향 컨버터의 부스트 모드 동작이 가능하도록 하기 위한 방법을 나타내고 있다.
도 7을 참조하면, 먼저 시스템이 동작 개시되면 MOSFET 구동 신호인 IN 신호는 항상 비활성화 신호인 로우(LOW) 신호로 시작되도록 설정되어, 시스템의 동작 개시와 함께 HO가 비활성화 되어 제1 MOSFET이 오프 상태를 유지하도록 한다.
하지만 이 경우, HO와 반대 동작하는 LO는 계속 활성화 신호를 출력하게 되므로, LO가 활성화/비활성화 신호를 반복적으로 출력함으로써 상기 컨버터(350)가 부스트 컨버터로 동작 가능할 수 있도록, IC 활성화 신호인 /SD 하이(High) 신호의 활성화/비활성화를 통해 LO의 활성화/비활성화를 제어하며, 이를 통해 제2 MOSFET이 온/오프 동작할 수 있도록 한다.
정리하자면, 시스템의 동작 개시와 함께 IN 신호를 항상 로우(LOW)로 설정해 제1 MOSFET이 온 되지 않도록 한 상태에서, /SD 신호의 활성화/비활성화 제어를 통해 부스팅 동작이 가능하도록 할 수 있다.
이에 따라, 12V 배터리의 전원에 의해 직류 링크 커패시터의 충전이 이루어질 수 있게 되고, 직류 링크 커패시터의 충전율이 규정된 수준 이상(예를 들어 95%) 도달하게 되면, MOSFET 구동 IC의 모드 전환을 통해 컨버터가 통상의 벅 모드 컨버터로 기능하도록 함으로써 정상적인 인버터 시스템의 동작이 이루어지도록 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 마이크로 하이브리드 자동차나 마일드 하이브리드 자동차와 같이 48V 배터리와 12V 배터리의 2중 배터리 채용 구조를 갖는 인버터 시스템에 있어서, 벅 모드 단방향 컨버터를 오직 소프트웨어적으로 부스팅 동작이 가능할 수 있도록 제어함으로써, 시스템 구동 초기에 부스팅 동작의 수행을 통해 12V 배터리에 의한 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 수행할 수 있게 되었다.
즉, 본 발명은, 48V 배터리와 이로부터 인가받은 전원을 통해 모터의 구동을 제어하는 인버터, 그리고 인버터의 전단에 배치되어 전원 안정화 기능을 수행하는 직류 링크 커패시터 및 48V 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 12V 배터리를 충전하기 위한 DC/DC 컨버터 등을 포함하는 인버터 시스템에 있어서, 시스템의 동작 개시 후 일정 시간 동안, 12V 배터리가 DC/DC 컨버터를 통해 직류 링크 커패시터에 대한 초기 충전 기능을 수행하도록 하는 구성을 제공한다. 이와 같은 동작은 직류 링크 커패시터의 충전률이 95% 수준 등에 도달하는 경우 종료되도록 구성될 수 있으며, 이후에는 DC/DC 컨버터가, 통상의 인버터 시스템에서와 마찬가지로, 48V 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 12V 배터리를 충전하기 위한 벅 모드 단방향 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 통상적인 인버터 시스템의 릴레이 모듈에 구비되는 EV 릴레이 및 초기 충전 회로 등의 구성요소를 제거할 수 있게 됨으로써, 시스템 제조 비용 절감 및 공간 효율성 증가와 나아가 무게 감소로 인한 연비 개선 등과 같은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 지금까지 설명된 본 발명의 실시예에 있어서는, 오직 마이크로 하이브리드 자동차나 마일드 하이브리드 자동차와 같이 48V 배터리와 12V 배터리의 2중 배터리 채용 구조를 갖는 인버터 시스템만을 예로 들어 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 같은 구성과 기능을 갖는 다양한 분야의 다양한 시스템에 적용 가능할 수 있음은 통상의 기술자에 있어 자명할 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110, 310: 48V 배터리 120, 320: 릴레이 모듈
122: EV 릴레이 124: 초기 충전 회로
130, 330: 직류 링크 커패시터 140, 340: 인버터
150, 350: DC/DC 컨버터 160, 360: 12V 배터리
170, 370: 모터 352: 제1 MOSFET
354: 제2 MOSFET 356: 인덕터
358: 출력 커패시터 380: 제어부

Claims (4)

  1. 고압의 제1 배터리;
    상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 모터의 구동을 제어하는 인버터;
    상기 인버터의 전단에 배치되어 전원 안정화 기능을 수행하는 직류 링크 커패시터;
    상기 제1 배터리로부터 인가받은 전원을 통해 저압의 제2 배터리를 충전하도록 동작하는 DC/DC 컨버터; 및
    상기 DC/DC 컨버터에 제어 신호를 인가하기 위한 제어부;를 포함하되,
    상기 DC/DC 컨버터는 상기 제어부로부터 인가되는 MOSFET 구동 신호에 대해 상호 반대 동작하는 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET을 구비하며,
    상기 제어부는, 시스템의 구동 개시와 함께 상기 DC/DC 컨버터에 대해 비활성화 된 상기 MOSFET 구동 신호를 인가하고, 상기 비활성화 된 MOSFET 구동 신호에 대응되어 활성화 되는 상기 제2 MOSFET을 반복적으로 온(ON)/오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 이루어지는 상기 제2 MOSFET의 반복적인 온/오프 제어는, IC 구동 신호의 반복적 활성화/비활성화를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 MOSFET의 반복적 온/오프 동작에 의해 충전이 이루어지는 상기 직류 링크 커패시터의 충전률이 일정 수준에 도달하는 경우, 상기 컨버터를 벅 모드(Buck Mode)로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부의 상기 컨버터에 대한 벅 모드 단방향 동작 제어는, 상기 MOSFET 구동 신호의 활성화/비활성화를 통해 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET의 동작을 제어함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 컨버터 제어 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10793020B2 (en) 2017-11-22 2020-10-06 Hyundai Motor Company Fuel cell vehicle system and method of controlling the same
EP4366121A3 (en) * 2022-11-01 2024-06-05 C.T.I. Traffic Industries Co., Ltd. Method for intermittently discharging inverter in energy storage apparatus and energy storage apparatus using the same

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