KR20170013671A - A control apparatus for precharging of high voltage battery for electric vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a pre-charging control apparatus for a high-voltage battery for an electric vehicle. The pre-charging control apparatus for a high-voltage battery for an electric vehicle comprises: a charging unit which stores DC power in a high-voltage battery; a voltage divider unit which divides an input voltage of the high-voltage battery; a main relay unit which connects and disconnects a connection between the high-voltage battery and the charging unit; a pre-charging switching unit which is connected between the voltage divider unit and the charging unit, and which is switched on and off based on a switching control signal so that a part of a charging voltage divided by the voltage divider unit is introduced into the charging unit or blocked; a resonance inductor unit which is connected to the pre-charging switching unit in series, and which causes a part of a charging voltage divided by the voltage divider unit to resonate and to be supplied to the charging unit; and a control unit which, in the state in which the main relay unit is turned off, outputs the switching control signal so that the pre-charging switching unit is turned on upon pre-charging of the charging unit and then outputs the switching control signal so that the main relay unit is turned on and the pre-charging switching unit is turned off at the same time after a preset pre-charging time. Accordingly, provided are effects in which a surge current generated at a high-voltage terminal input capacitor, i.e., the charging unit, due to a sudden change in a voltage during initial establishment of a connection to the high-voltage battery can be effectively suppressed, and in which energy efficiency can be further improved.

Description

전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치{A CONTROL APPARATUS FOR PRECHARGING OF HIGH VOLTAGE BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an initial charge control apparatus for a high voltage battery for an electric vehicle,

본 발명은 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 보조 커패시터와 공진 에너지를 이용하여 고전압 배터리와의 초기 연결 시에 급격한 전압 변화로 인하여 고전압단 입력 커패시터에 발생하는 서지 전류를 효과적으로 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율을 더욱 증가시킬 수 있도록 한 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an initial charge of a high voltage battery for an electric vehicle, and more particularly, to a charge / discharge circuit for a high voltage battery using a plurality of auxiliary capacitors and a resonant energy, The present invention relates to an initial charge control device for a high voltage battery for an electric vehicle, which can effectively suppress current and increase energy efficiency.

최근 환경문제 특히 지구온난화와 기후변화에 대한 관심이 높아지고 다수의 국가가 이산화탄소 배출량 감축에 대한 기후변화협약을 이행하기 위한 논의를 진행하였으며, 이러한 논의에서 지구온난화의 원인은 이산화탄소 발생의 증가이며 이산화탄소의 증가는 자동차에서 내뿜는 탄소가 주범으로 지적된 바가 있다.Recently, there has been a growing interest in environmental issues, especially global warming and climate change. Many countries have been discussing the implementation of the Convention on Climate Change to reduce CO2 emissions. In this discussion, the cause of global warming is the increase of carbon dioxide generation, The increase is attributed to carbon emissions from automobiles.

탄소배출 규제 정책에 따라 자동차 업계에 석유를 기반으로 한 자동차는 연료 효율을 높이고 탄소 배출 감소를 요구하게 되었으며, 이에 전기에 의해 자동차를 거동시키고, 배기가스를 발생시키지 않는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차가 다양한 형태로 개발되고 있으며, 수요 또한 급속히 증가하고 있는 실정이다.According to the carbon emission control policy, automobiles based on petroleum have been required to increase fuel efficiency and reduce carbon emissions. There are various types of electric cars or hybrid cars that do not generate exhaust gas And the demand is also rapidly increasing.

상기 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서는 고전압의 전원을 메인 배터리로 사용하여 모터를 구동시켜 차량에 주행 동력을 제공한다. 상기 하이브리드 자동차를 비롯하여 전기 자동차나 연료전지 자동차에서 사용하는 에너지 저장장치인 고전압 배터리는 다수의 단위전지(모듈)를 직렬로 연결하여 고전압을 만들고 이를 이용하여 높은 전력을 발생시킨다.The electric vehicle or the hybrid vehicle uses a high voltage power source as a main battery to drive the motor to provide driving power to the vehicle. A high voltage battery, which is an energy storage device used in an electric vehicle or a fuel cell vehicle including the hybrid vehicle, generates a high voltage by connecting a plurality of unit cells (modules) in series and generates high electric power using the high voltage battery.

이러한 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력부는 고전압 배터리, 인버터(Inverter), 엔진(Engine), 모터(Motor), 미션(Mission) 등으로 구성되는데, 상기 고전압 배터리에 저장된 에너지를 상기 인버터를 이용하여 상기 모터에 전달하여 차량 시동, 가속, 엔진 고효율점 운행 등에 사용하고, 상기 엔진에서 잉여 에너지가 발생하면 상기 모터를 발전기로 이용하여 그 잉여 에너지를 상기 고전압 배터리에 저장한다.The power unit of the electric vehicle or the hybrid vehicle is composed of a high voltage battery, an inverter, an engine, a motor, and a mission. The energy stored in the high voltage battery is supplied to the motor Accelerating, high-efficiency point operation of the engine, etc. When surplus energy is generated in the engine, the motor is used as a generator and the surplus energy is stored in the high-voltage battery.

상기 고전압 배터리와 상기 인버터 사이의 온/오프(ON/OFF) 제어를 위하여 고전압 릴레이가 사용된다. 이 고전압 릴레이는 피크전류에 의해 고장이 발생할 수 있기 때문에, 상기 고전압 릴레이에 흐르는 피크전류를 제한할 필요가 있다. 이러한 피크전류는 초기충전 시 발생될 수 있기 때문에, 상기 고전압 배터리의 초기 충전회로 설계 시 상기 고전압 릴레이의 피크전류가 제한되도록 설계해야 한다.A high voltage relay is used for ON / OFF control between the high voltage battery and the inverter. Since this high-voltage relay may fail due to the peak current, it is necessary to limit the peak current flowing in the high-voltage relay. Since such a peak current can be generated at the time of initial charging, the peak current of the high-voltage relay must be designed to be limited in designing the initial charging circuit of the high-voltage battery.

이러한 서지(Surge) 현상을 방지하여 위하여 상기 고전압 릴레이에 병렬로 초기충전 릴레이(Precharge Relay) 및 초기충전 저항(Precharge Resistor)을 연결한다.In order to prevent the surge phenomenon, an initial charge relay (precharge relay) and an initial charge resistance (precharge resistor) are connected to the high voltage relay in parallel.

즉, 상기 고전압 배터리와 상기 인버터 연결 시 먼저, 상기 초기충전 릴레이를 연결하여 상기 인버터에 전원 전압 상승을 지연시키고 급격한 전류 흐름을 막아 릴레이 고착 현상 및 차량측 시스템의 손상을 방지한다.
That is, when the high voltage battery and the inverter are connected, the initial charge relay is connected to delay the rise of the power supply voltage to the inverter to prevent a rapid current flow to prevent relay sticking and damage to the vehicle system.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수의 보조 커패시터와 공진 에너지를 이용하여 고전압 배터리와의 초기 연결 시에 급격한 전압 변화로 인하여 고전압단 입력 커패시터에 발생하는 서지 전류를 효과적으로 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율을 더욱 증가시킬 수 있도록 한 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surge arising in a high-voltage short-circuit input capacitor due to a sudden change in voltage at the time of initial connection with a high-voltage battery using a plurality of auxiliary capacitors and a resonant energy, The present invention provides an initial charge control device for a high voltage battery for an electric vehicle, which can effectively suppress current and increase energy efficiency.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 전기 자동차용 고전압 배터리의 직류 전원을 저장하는 충전부; 상기 고전압 배터리의 입력 전압을 분압하는 전압 분압부; 상기 고전압 배터리와 상기 충전부의 연결을 단속하는 메인 릴레이부; 상기 전압 분압부와 상기 충전부 사이에 연결되며, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부 충전 전압이 상기 충전부에 투입 또는 차단되도록 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 초기충전 스위치부; 상기 초기충전 스위치부와 직렬 연결되며, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부 충전 전압을 공진시켜 상기 충전부에 공급하는 공진 인덕터부; 및 상기 메인 릴레이부가 오프(OFF)된 상태에서, 상기 충전부의 초기충전 시 상기 초기충전 스위치부가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 기설정된 초기충전 시간 이후에 상기 메인 릴레이부를 온(ON)시킴과 동시에 상기 초기충전 스위치부가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치를 제공하는 것이다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle comprising: a charging unit for storing a DC power of a high voltage battery for an electric vehicle; A voltage divider for dividing an input voltage of the high voltage battery; A main relay unit for interrupting connection between the high voltage battery and the charging unit; An initial charging switch unit connected between the voltage division unit and the charging unit and switching on / off according to a switching control signal so that a part of the charging voltage divided from the voltage division unit is input or blocked to the charging unit; A resonance inductor unit connected in series with the initial charge switch unit and resonating a part of the charge voltage divided from the voltage divider unit to supply the resonance inductor to the charger unit; And the main relay unit is turned off to output a switching control signal so that the initial charge switch unit is turned on at the time of initial charging of the charger unit and then the main relay unit is turned on after a predetermined initial charge time And outputting a switching control signal so that the initial charging switch unit is turned off at the same time when the initial charging switch unit is turned on.

여기서, 상기 전압 분압부는, 상기 고전압 배터리의 양극 및 음극 출력단에 병렬로 연결되되, 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 보조 커패시터로 이루어지며, 상기 초기충전 스위치부의 일단이 상기 제1 및 제2 보조 커패시터의 사이에 연결됨이 바람직하다.Here, the voltage division unit may include first and second auxiliary capacitors connected in parallel to the positive and negative output terminals of the high voltage battery, and the first and second auxiliary capacitors connected in series, It is preferable to be connected between the capacitors.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 보조 커패시터는, 상기 고전압 배터리의 입력 전압의 1/2로 각각 인가되도록 동일한 용량으로 이루어질 수 있다.The first and second auxiliary capacitors may have the same capacity so as to be respectively applied to half of the input voltage of the high voltage battery.

바람직하게, 상기 공진 인덕터부와 상기 충전부의 LC 시정수에 의해 공진 시간이 결정될 수 있다.Preferably, the resonance time can be determined by the LC time constant of the resonance inductor unit and the charging unit.

바람직하게, 상기 공진 인덕터부와 상기 충전부의 임피던스에 의해 공진 전류가 결정될 수 있다.Preferably, the resonance current can be determined by the impedance of the resonance inductor unit and the charging unit.

바람직하게, 상기 공진 인덕터부의 공진 인덕터 값을 조절하여 초기충전의 시간 및 전류 제한 값이 설정될 수 있다.Preferably, the initial charge time and current limit may be set by adjusting the resonant inductor value of the resonant inductor.

바람직하게, 상기 초기충전 시간은 전체 공진 주기의 1/2로 설정될 수 있다.Preferably, the initial charge time may be set to 1/2 of the entire resonance period.

바람직하게, 상기 충전부의 출력 전압을 검출하는 전압검출부가 더 구비되되, 상기 제어부는, 상기 충전부의 초기충전 시 상기 초기충전 스위치부가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 상기 전압검출부로부터 검출된 출력 전압값이 기설정된 기준 전압값보다 클 경우, 상기 메인 릴레이부를 온(ON)시킴과 동시에 상기 초기충전 스위치부가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.The controller may further include a voltage detector for detecting an output voltage of the charging unit, wherein the controller outputs a switching control signal to turn on the initial charging switch unit at the initial charging of the charging unit, When the detected output voltage value is greater than a preset reference voltage value, the main relay unit may be turned on and a switching control signal may be output so that the initial charge switch unit is turned off.

바람직하게, 상기 기준 전압값은, 상기 충전부의 충전 전압과 상기 고전압 배터리의 전압 레벨이 동일하게 되는 전압값으로 설정될 수 있다.
Preferably, the reference voltage value may be set to a voltage value at which the charging voltage of the charging unit and the voltage level of the high-voltage battery become equal to each other.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치에 따르면, 복수의 보조 커패시터와 공진 에너지를 이용하여 고전압 배터리와의 초기 연결 시에 급격한 전압 변화로 인하여 고전압단 입력 커패시터에 발생하는 서지 전류를 효과적으로 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
According to the apparatus for controlling the initial charge of a high voltage battery for an electric vehicle of the present invention as described above, when a plurality of auxiliary capacitors and a resonant energy are used to cause an abrupt voltage change during an initial connection with a high voltage battery, The surge current can be effectively suppressed and the energy efficiency can be further increased.

도 1은 종래의 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 회로를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 종래의 메인 릴레이와 초기충전 릴레이의 동작에 따른 전압과 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 메인 릴레이부와 초기충전 스위치부의 동작에 따른 전압과 전류 파형을 나타낸 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an initial charging circuit of a conventional high voltage battery for an electric vehicle; FIG.
2 is a graph showing the waveforms of voltage and current according to the operation of the conventional main relay and the initial charge relay.
3 is an overall block diagram illustrating an initial charge control apparatus for a high voltage battery for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing voltage and current waveforms according to operations of a main relay unit and an initial charge switch unit applied to an embodiment of the present invention.

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.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar elements.

도 1은 종래의 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 회로를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 종래의 메인 릴레이와 초기충전 릴레이의 동작에 따른 전압과 전류의 파형을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an initial charging circuit of a conventional high-voltage battery for an electric vehicle, and FIG. 2 is a graph showing voltage and current waveforms according to the operation of a conventional main relay and an initial charging relay.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 회로는, 크게 차량의 동력원이 되는 고전압 배터리부(High Voltage Battery, HVB)와, 배터리 라인을 연결하는 릴레이 등으로 구성되는 고전압 릴레이부(High Voltage Relay, HVR) 등을 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, an initial charging circuit of a conventional high-voltage battery for an electric vehicle includes a high voltage battery (HVB), which is a power source of a vehicle, and a relay for connecting a battery line A high voltage relay (HVR), and the like.

여기서, 상기 고전압 배터리부(HVB)는 고전압의 충/방전이 가능한 이차 배터리(축전지)로, 차량의 모터 등 전기부하(예컨대, 인버터, LDC 등)에서 필요로 하는 전력을 공급하고, 회생제동 시의 모터 발전 전력 및 차량 외부 충전기의 전력을 공급받아 충전된다.The high voltage battery unit HVB is a secondary battery capable of charging and discharging at a high voltage and supplies power required by an electric load such as a motor of a vehicle such as an inverter or an LDC, And the electric power of the external charger of the vehicle is supplied.

이러한 고전압 배터리부(HVB)는 요구되는 고전압 출력을 위해 다수의 셀(cell)들이 직렬로 연결된 구성을 가지며, 과전류에 대한 물리적인 안전장치로 과전류가 흐를 경우 셀 간의 직렬 연결을 해제하는 퓨즈(Fuse)를 구비할 수 있다.The high voltage battery unit HVB has a structure in which a plurality of cells are connected in series for a required high voltage output and is a physical safety device for an overcurrent. When an overcurrent flows, a fuse ).

그리고, 상기 고전압 릴레이부(HVR)를 사용하는 목적은 에너지 저장 매체와 그 외의 시스템 간에 전기적인 완전한 절연을 확보하기 위함이며, 차량 운행 시에는 릴레이가 단락되어 전원을 공급하지만, 키 오프(Key OFF)나 정비(Maintenance), 위기(Emergency) 상황에서는 릴레이가 개방되어 전기적인 안정성을 확보한다.The purpose of using the high voltage relay unit (HVR) is to ensure complete electrical insulation between the energy storage medium and other systems. When the vehicle is in operation, the relays are short-circuited to supply power, but the key off In maintenance, emergency, and emergency situations, the relay is opened to ensure electrical stability.

또한, 1차 사고 발생 시 고전압에 의한 전기적인 감전, 화재 등 중대한 2차 사고의 발생을 방지하며, 배터리의 암전류를 차단하는 기능도 수행한다. 첨부한 도 1은 하이브리드 또는 전기 자동차에서 고전압 배터리와 릴레이 등을 나타낸 도면으로서, 하이브리드 또는 전기 자동차에서 배터리 시스템의 기본 구성인 고전압 배터리(10), 메인 릴레이(Main Relay)(20), 초기충전 릴레이(Precharge Relay)(31), 초기충전 저항(Precharge Resistor)(32), 고전압단 입력 커패시터(40) 및 전기부하(예컨대, 인버터, LDC 등)(50) 등이 도시되어 있다.Also, in case of a primary accident, it prevents the occurrence of a serious secondary accident such as electric shock or fire due to high voltage, and also functions to shut off the dark current of the battery. 1 is a diagram showing a high voltage battery and a relay in a hybrid or electric vehicle. The hybrid battery or the electric vehicle includes a high voltage battery 10, a main relay 20, A precharge resistor 32, a high voltage stage input capacitor 40 and an electrical load (e.g., inverter, LDC, etc.) 50 are shown.

도 1에 도시된 바와 같이, 초기충전 릴레이(31)와 초기충전 저항(32)이 직렬로 연결되어 초기충전부(30)를 구성하고, 이 초기충전부(30)가 고전압 배터리(10)와 커패시터 직류(DC) 링크단 사이에서 메인 릴레이(20)와 병렬로 연결되어 있다.The initial charging relay 31 and the initial charging resistor 32 are connected in series to constitute an initial charging unit 30 and the initial charging unit 30 is connected to the high voltage battery 10 and the capacitor DC (DC) link ends in parallel with the main relay 20. [

이때, 고전압단 입력 커패시터(40)는 전기부하(50)의 급격한 전력 변동 시 대응을 위해 고전압 배터리(10)와 전기부하(50) 사이에서 적절히 충/방전되면서 완충 역할을 하는 구성요소이다.At this time, the high-voltage short-circuit input capacitor 40 is a component that functions as a buffer by properly charging / discharging between the high-voltage battery 10 and the electric load 50 to cope with sudden power fluctuation of the electric load 50.

상기 하이브리드 또는 전기 자동차에서는 서지(Surge) 전류로 인한 인버터의 손상을 막기 위해 상기와 같은 초기충전부(30)를 이용하여 직류(DC)-링크 전압을 모터로 도통하고 있으며, 특히 초기충전부(30)가 메인 릴레이(20)의 온(ON) 시에 발생하는 서지 전류를 차단하여 부품 손상, 서지 전류에 의해 발생할 수 있는 릴레이 융착 등을 방지하게 된다.In the hybrid or electric vehicle, a direct current (DC) -link voltage is conducted to the motor by using the initial charging unit 30 as described above in order to prevent damage to the inverter due to a surge current. The surge current generated when the main relay 20 is turned on is cut off, thereby preventing component damage and relay fusion caused by the surge current.

상기한 구성에서 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 초기충전 릴레이(31)가 온(ON)되면 저항에 의한 피크 전류가 제한되면서 고전압단 입력 커패시터(40)가 충전되고, 이후 메인 릴레이(20)가 온(ON)되고 초기충전 릴레이(31)가 오프(OFF)되어 충/방전을 시작하게 된다.2, when the initial charge relay 31 is first turned on, the peak voltage due to the resistance is limited so that the high-voltage short-circuit capacitor 40 is charged and then the main relay 20 is charged. And the initial charge relay 31 is turned off to start charging / discharging.

즉, 초기충전 동작 시 초기충전 릴레이(31)가 우선 도통되어, 고전압단 입력 커패시터(40)는 콘덴서 용량과 초기충전 저항(32)에 의해 형성되는 시간 및 전류값에 의해 충전된다.That is, the initial charging relay 31 is first turned on in the initial charging operation, and the high-voltage short-circuit input capacitor 40 is charged by the capacitor capacity and the time and current value formed by the initial charging resistor 32.

고전압단 입력 커패시터(40)가 고전압 배터리(10)의 전압 레벨과 같이 충전된 이후 메인 릴레이(20)를 도통하고, 초기충전 릴레이(31)를 개방하여 주 운전 시의 전류 도통 경로를 형성해 준다. 이 때의 고전압단 입력 커패시터(40)의 전압과 전류 형상은 도 2와 같다.The main relay 20 is made conductive after the high voltage short input capacitor 40 is charged with the voltage level of the high voltage battery 10 and the initial charge relay 31 is opened to form a current conduction path in the main operation. The voltage and current shape of the high-voltage short-circuit input capacitor 40 at this time is shown in FIG.

즉, 이와 같이 구성된 종래의 하이브리드 또는 전기 자동차에서는 시동 시 고전압단 입력 커패시터(40)가 충전이 안된 상태에서 메인 릴레이(20)가 접속하게 되면 초기 돌입전류가 상당히 흐르게 되므로 각 소자에 치명적인 영향을 미치게 된다.That is, in the conventional hybrid or electric vehicle constructed as described above, when the main relay 20 is connected in a state where the high-voltage short-circuit input capacitor 40 is not charged at the time of starting, the initial rush current flows considerably, do.

이러한 초기 돌입 전류를 제한하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압단 입력 커패시터(40) 앞단에 메인 릴레이(20)와 병렬로 초기충전 릴레이(31) 및 초기충전 저항(32)을 연결하여 초기 돌입 전류를 제한하도록 하였다.1, the initial charging relay 31 and the initial charging resistor 32 are connected in parallel with the main relay 20 at the front end of the high voltage terminal input capacitor 40 to control the initial inrush current, The inrush current was limited.

초기 돌입 전류를 제한하는 동작과정은 다음과 같다. 우선, 초기충전 릴레이(31)를 '온(ON)'시켜 초기충전 저항(32)을 통해 소정의 전류값 이하로 고전압단 입력 커패시터(40)를 충전하여 일정 전압 이상이 되었을 때 메인 릴레이(20)가 '온(ON)'되게 한다. 그러면, 초기 돌입 전류를 제한하면서 입력 전압과 고전압단 입력 커패시터(40)의 전압이 일치하여 동작한다.The process of limiting the initial inrush current is as follows. First, when the initial charging relay 31 is turned on to charge the high-voltage short-circuit input capacitor 40 below a predetermined current value through the initial charging resistor 32 and reaches a predetermined voltage or higher, the main relay 20 ) To 'ON'. Then, while the initial inrush current is limited, the input voltage and the voltage of the high-voltage short-circuit input capacitor 40 coincide with each other.

한편, 종래에는 하이브리드 또는 전기 자동차의 초기충전부(30)를 구성하기 위해 기계식 릴레이인 초기충전 릴레이(31)와 초기충전 저항(32) 즉, 와트 저항을 사용하므로 동작 시 소음이 심하게 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 릴레이가 기계식이므로 수명이 길지 못하고, 대용량의 와트 저항이 사용되어 전체 부피가 매우 커지는 단점이 있었다.In the prior art, since the initial charging relay 31, which is a mechanical relay, and the initial charging resistor 32, that is, the wattage resistance, are used to constitute the initial charging section 30 of the hybrid or electric vehicle, there was. In addition, since the relays are mechanical, they do not have a long life and have a disadvantage that a large amount of watt resistance is used and the total volume becomes very large.

또한, 종래 기술의 경우, 초기충전 시 초기충전 저항(32)을 이용하여 충전하기 때문에, 저항 손실로 인한 에너지 효율 저하가 발생하게 된다. 특히, DC/DC 컨버터와 같이 차량 기동 시마다 기동하는 충전기의 경우에는 매 회수마다 저항 손실이 발생하게 된다.In addition, in the case of the prior art, since the charging is performed using the initial charging resistor 32 at the time of initial charging, the energy efficiency is lowered due to the resistance loss. In particular, in the case of a charger that starts up each time the vehicle is started, such as a DC / DC converter, a resistance loss occurs every time the vehicle is started.

이에 종래 하이브리드 또는 전기 자동차의 초기충전부(30)에서 기계식 릴레이의 소음 및 수명 문제, 와트 저항의 부피 문제, 에너지 효율 저항 등을 해결할 수 있는 방안이 절실한 실정이다.Accordingly, there is a need for a solution to the problem of noise and lifetime of the mechanical relay, the volume problem of the Watt resistor, the energy efficiency resistance, and the like in the initial charging section 30 of the hybrid or electric vehicle.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 보조 커패시터와 공진 에너지를 이용하여 고전압 배터리와의 초기 연결 시에 급격한 전압 변화로 인하여 고전압단 입력 커패시터에 발생하는 서지 전류를 효과적으로 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율을 더욱 증가시킬 수 있도록 한 특징적인 기술이다.In order to solve such a problem, the present invention can effectively suppress a surge current generated in a high-voltage short-circuit input capacitor due to a sudden change in voltage at the time of initial connection with a high-voltage battery using resonance energy with a plurality of auxiliary capacitors It is a characteristic technology that can further increase energy efficiency.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 메인 릴레이와 초기충전 스위치부의 동작에 따른 전압과 전류 파형을 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating an initial charge control apparatus for a high-voltage battery for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram illustrating an operation of a main relay and an initial charge switch unit according to an embodiment of the present invention. And FIG.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치는, 크게 전기 자동차용 고전압 배터리(High Voltage Battery, HVB)(100), 충전부(150), 전압 분압부(200), 메인 릴레이부(250), 초기충전 스위치부(300), 공진 인덕터부(350) 및 제어부(400) 등을 포함하여 이루어진다.3 and 4, an initial charge control apparatus for a high voltage battery for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a high voltage battery (HVB) 100 for an electric vehicle, a charger 150, A voltage divider 200, a main relay unit 250, an initial charge switch unit 300, a resonant inductor unit 350, a controller 400, and the like.

여기서, 전기 자동차용 고전압 배터리(100)는 전동기(500)의 구동 전원을 공급하는 에너지 저장 수단으로서, 전력 변환기(미도시)로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 기능을 수행한다.Here, the high-voltage battery 100 for an electric vehicle is an energy storing means for supplying driving power to the motor 500. The high-voltage battery 100 is charged according to a charging power outputted from a power converter (not shown) do.

상기 전력 변환기는 외부의 전력 공급부(미도시)로부터 공급되는 전력을 변환 및 변압하여 고전압 배터리(100)를 충전하는 기능을 수행하는 바, 외부로부터 입력되는 교류/직류(AC/DC) 전원을 고전압 배터리(100)에 충전되도록 직류(DC) 전원으로 변환하여 출력한다.The power converter performs a function of converting and transforming power supplied from an external power supply unit (not shown) to charge the high-voltage battery 100. The AC / DC (AC / DC) (DC) power so as to be charged in the battery 100 and outputs the converted power.

이때, 상기 전력 공급부는, 일반적으로 전기를 생산 및 공급하는 전력공사와 같은 계통(Grid)과, 상기 계통 이외에 전기를 생산 및/또는 공급할 수 있는 수단을 포함하여 상기 전력 변환기로 전기를 공급할 수 있는 모든 전력 공급원을 포함하는 의미로 사용된다.In this case, the power supply unit may include a grid such as a power construction that generally produces and supplies electricity, and means capable of supplying electricity to the power converter, including means capable of producing and / or supplying electricity, It is used to include all power sources.

예를 들어, 상기 전력 변환기는 계통, 상기 계통으로부터 생산된 전기를 공급받아 철도 또는 도시철도에 전기를 공급하는 사업자들 및 소수력(Small Hydropower), 태양광(PhotoVoltaic; PV), 태양열(Solar Thermal), 풍열(Wind Power), 폐기물 에너지(Waste Energy), 바이오 에너지(Bio Energy), 지열(Geo Thermal), 해양 에너지(Ocean Energy) 등과 같은 신재생 에너지로부터 발생되는 전기를 공급하는 신재생 에너지 처리시스템 중 적어도 하나 이상이 포함된 전력 공급부로부터 전기를 공급받을 수 있다.For example, the power converter may include a system, a company that supplies electricity to the railway or an urban railway by receiving electricity generated from the system, a small hydropower, a photovoltaic (PV), a solar thermal, Renewable energy processing system that supplies electricity from renewable energy such as wind power, waste energy, bio energy, geothermal, and ocean energy. And a power supply unit including at least one of the power supply units.

이러한 상기 전력 변환기는 예컨대, AC/DC 컨버터(Converter) 또는 DC/DC 컨버터 등으로 이루어짐이 바람직하다. 상기 AC/DC 컨버터는 입력된 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환하는 바, 입력 교류 전압을 정류하는 정류부와, 적어도 하나의 인덕터(Inductor), 스위치, 다이오드(Diode) 및 커패시터(Capacitor) 등으로 구성된 LC 필터 등을 포함할 수 있다.The power converter may be, for example, an AC / DC converter or a DC / DC converter. The AC / DC converter converts an input AC voltage into a DC voltage. The AC / DC converter includes a rectifier for rectifying an input AC voltage, at least one inductor, a switch, a diode, and a capacitor Capacitors, and the like.

상기 DC/DC 컨버터는 다수의 스위치의 위상을 조절하여, 전기 자동차의 메인 배터리인 고전압 배터리(100) 또는 보조 배터리인 저전압 배터리(Low Voltage Battery, LVB)를 충전하기 위한 충전 전압을 생성한다. 상기 DC/DC 컨버터에 의해 생성된 충전 전압은 고전압 배터리(100) 또는 저전압 배터리(LVB)로 전달된다.The DC / DC converter adjusts the phases of the plurality of switches to generate a charging voltage for charging the high voltage battery 100, which is the main battery of the electric vehicle, or the low voltage battery (LVB), which is the auxiliary battery. The charge voltage generated by the DC / DC converter is transferred to the high voltage battery 100 or the low voltage battery LVB.

한편, 상기 DC/DC 컨버터는, 고전압 배터리(100)에 입/출력되는 전압을 변환하는 양방향 고전압 DC/DC 컨버터(Bi-directional High Voltage DC/DC Converter, BHDC) 또는 저전압 배터리(LVB)에 충전함과 아울러 차량의 각종 전장 부하들(예컨대, 헤드 램프, 와이퍼 및 블로워 등)에 전력을 전달하는 저전압 DC/DC 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter) 등으로 이루어질 수 있다.The DC / DC converter is charged to a bi-directional high voltage DC / DC converter (BHDC) or a low voltage battery (LVB) for converting a voltage input to / output from the high voltage battery 100 And a low voltage DC / DC converter for transmitting electric power to various electric loads (e.g., a head lamp, a wiper, a blower, etc.) of the vehicle.

그리고, 전동기(500)는 전기 자동차의 동력을 제공하는 모터(Motor)로서, 인버터부(450)를 통해 출력되는 교류(AC) 전원에 의해 구동된다. 이러한 전동기(500)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각 상(U상, V상, W상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각 상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 한편, 전동기(500)는 예컨대, BLDC 전동기, synRM 전동기 등 3상 전동기로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 다양한 형태가 가능하다.The electric motor 500 is a motor that provides power to the electric vehicle and is driven by an alternating current (AC) power source output through the inverter unit 450. This electric motor 500 includes a stator and a rotor, and the phase alternating current power of a predetermined frequency is applied to the coils of the stator of each phase (U phase, V phase, W phase) so that the rotor rotates. Meanwhile, the electric motor 500 is preferably implemented as a three-phase electric motor such as a BLDC electric motor and a synRM electric motor, but the present invention is not limited thereto, and various forms are possible.

한편, 인버터부(450)는 충전부(150)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환기로서, 고전압 배터리(100)로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 기능을 수행한다.The inverter unit 450 is a power converter that converts the DC power stored in the charger 150 into the AC power. The inverter 450 converts the DC power supplied from the high voltage battery 100 to AC power and outputs the AC power.

이러한 인버터부(450)는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환시켜 전동기(500)로 구동 전류를 공급하는 기능을 수행하는 바, 제어부(400) 또는 별도의 인버터 제어부(미도시)로부터 제공되는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호에 따라 전동기(500)를 펄스폭 변조(PWM) 제어한다.The inverter unit 450 converts the direct-current power to a three-phase alternating-current power and supplies the drive current to the motor 500. The inverter 450 converts the pulse supplied from the controller 400 or a separate inverter controller (not shown) Pulse width modulation (PWM) control of the motor 500 according to a pulse width modulation (PWM) signal.

즉, 인버터부(450)는 제어부(400) 또는 상기 인버터 제어부로부터 수신되는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라, 인버터부(450)에 구비되는 다수의 반도체 스위칭 소자를 스위칭하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 전동기(500)에 교류 전류를 공급하여 전동기(500)의 구동을 펄스폭 변조(PWM) 제어한다.That is, the inverter unit 450 switches a plurality of semiconductor switching devices provided in the inverter unit 450 according to a pulse width modulation (PWM) signal received from the control unit 400 or the inverter control unit, And supplies an alternating current to the electric motor 500 to control the driving of the electric motor 500 by pulse width modulation (PWM).

이러한 제어부(400) 또는 상기 인버터 제어부로부터의 스위칭 제어 신호 즉, 펄스폭 변조(PWM) 신호가 각 반도체 스위칭 소자의 게이트(gate) 단자에 입력되면, 각 반도체 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 3상 교류 전원이 출력되게 된다. 이렇게 인버터부(450)에서 출력되는 3상 교류 전원은 전동기(500)의 각 상(U상, V상, W상)에 인가된다.When the switching control signal from the control unit 400 or the inverter control unit, that is, a pulse width modulation (PWM) signal, is input to the gate terminal of each semiconductor switching element, each semiconductor switching element performs a switching operation. As a result, three-phase AC power having a predetermined frequency is output. The three-phase alternating current power output from the inverter unit 450 is applied to each phase (U phase, V phase, W phase) of the electric motor 500.

여기서, 상기 펄스폭 변조(PWM) 제어라 함은, 인버터부(450)가 상기 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 전동기(500)에 공급하는 전동기 전류를 제어하는 것을 나타내며, 전동기 전류는 전동기(500)에 흐르는 전류를 나타낸다.Here, the pulse width modulation (PWM) control means that the inverter unit 450 controls the motor current supplied to the motor 500 in accordance with the pulse width modulation (PWM) signal, and the motor current is supplied to the motor 500). ≪ / RTI >

그리고, 상기 반도체 스위칭 소자는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.The semiconductor switching element may be a semiconductor switch that is turned on or off by a gate control. For example, the metal oxide semiconductor field effect transistor Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), Silicon Coupled Rectifier (SCR), and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

이러한 인버터부(450)는 6개의 반도체 스위칭 소자를 3상 풀 브릿지(Full Bridge) 접속하여 직류 모선 전압을 3상 교류로 변환하고 이 3상 교류를 전동기(900)에 공급하는 것으로, 통상의 스위칭 회로이다.The inverter unit 450 converts the direct current bus voltage into a three-phase alternating current by connecting the six semiconductor switching elements to a three-phase full bridge, and supplies the three-phase alternating current to the electric motor 900, Circuit.

즉, 인버터부(450)는 복수개의 인버터용 반도체 스위칭 소자를 구비하고, 반도체 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF) 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여 출력한다.That is, the inverter unit 450 includes a plurality of inverter semiconductor switching elements. The inverter unit 450 converts the smoothed DC power into a three-phase AC power having a predetermined frequency by an ON / OFF operation of the semiconductor switching element, do.

이를 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 반도체 스위칭 소자 및 하암 반도체 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상암 및 하암 반도체 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 반도체 스위칭 소자에는 다이오드(diode)가 역병렬로 연결된다.Specifically, a pair of Sangam semiconductor switching elements and a Sangam semiconductor switching element, which are connected in series to each other, are paired, and three pairs of Sangam and Haam semiconductor switching elements are connected in parallel to each other. Diodes are connected in anti-parallel to each semiconductor switching element.

즉, U상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있고, V상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있으며, W상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있다. 상기 NPN 트랜지스터의 각각의 콜렉터(collector)들과 이미터(emitter)들 사이에는, 이미터로부터 콜렉터로 전류를 흐르게 하기 위한 다이오드가 각각 연결되어 있다.That is, the U phase arm is composed of series connected NPN transistors, the V phase arm is composed of series connected NPN transistors, and the W phase arm is composed of series connected NPN transistors. Between each of the collectors and emitters of the NPN transistor are connected diodes for flowing current from the emitter to the collector.

그리고, 충전부(150)는 고전압 배터리(100)로부터 출력된 직류 전원의 에너지를 저장하는 기능을 수행하는 바, 고전압 배터리(100)의 직류 전원을 평활하게 즉, 직류 전원의 전압을 보다 더 직류에 가깝게 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 충전부(150)는 입력되는 직류 전원을 평활하는 적어도 하나 이상의 커패시터(Capacitor)를 포함하여 구성될 수 있다.The charging unit 150 performs a function of storing the energy of the direct current power outputted from the high voltage battery 100. The direct current power of the high voltage battery 100 is smoothed, It is possible to perform a function of keeping it close. At this time, the charging unit 150 may include at least one capacitor for smoothing the input DC power.

이러한 충전부(150)는, 그 일단이 고전압 배터리(100)의 양극 출력단에 연결되고, 그 타단이 고전압 배터리(100)의 음극 출력단에 연결된 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)로 이루어질 수 있다.The charging unit 150 may include a DC link capacitor having one end connected to the positive output terminal of the high voltage battery 100 and the other end connected to the negative output terminal of the high voltage battery 100.

상기 직류 링크 커패시터는 고전압 배터리(100)에 접속되어 에너지를 축적하기 위한 전해 콘덴서로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 다른 종류의 콘덴서나 축전지 등으로 구현될 수도 있다.The DC link capacitor is preferably an electrolytic capacitor connected to the high voltage battery 100 for accumulating energy, but the present invention is not limited thereto, and may be realized by other types of capacitors, capacitors, and the like.

전압 분압부(200)는 고전압 배터리(100)의 입력 전압을 분압하는 기능을 수행하는 바, 고전압 배터리(100)의 양극 및 음극 출력단에 병렬로 연결됨과 아울러 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 보조 커패시터(C1 및 C2)로 이루어질 수 있으며, 초기충전 스위치부(300)의 일단이 제1 및 제2 보조 커패시터(C1 및 C2)의 사이에 연결됨이 바람직하다.The voltage divider 200 divides the input voltage of the high voltage battery 100 and is connected in parallel to the positive and negative output terminals of the high voltage battery 100. In addition, Capacitors C1 and C2, and one end of the initial charge switch unit 300 is connected between the first and second auxiliary capacitors C1 and C2.

또한, 제1 및 제2 보조 커패시터(C1 및 C2)는 고전압 배터리(100)의 입력 전압의 1/2로 각각 인가되도록 동일한 용량으로 이루어짐이 바람직하다.It is preferable that the first and second auxiliary capacitors C1 and C2 have the same capacity so as to be applied to each half of the input voltage of the high voltage battery 100, respectively.

메인 릴레이부(250)는 고전압 배터리(100)와 충전부(150)의 연결을 단속하는 스위치로서, 고전압 배터리(100)와 충전부(150) 사이 또는 고전압 배터리(100)와 인버터부(450) 사이에 배치되어 있으며, 고전압 배터리(100)로부터 인버터부(450)로 공급되는 직류 전원을 단속하는 기능을 수행한다.The main relay unit 250 is a switch for interrupting the connection between the high voltage battery 100 and the charging unit 150 and is provided between the high voltage battery 100 and the charging unit 150 or between the high voltage battery 100 and the inverter unit 450 And performs a function of interrupting the DC power supplied from the high voltage battery 100 to the inverter unit 450.

즉, 메인 릴레이부(250)는 제어부(400)의 제어 신호에 따라 고전압 배터리(100)로부터 출력되는 구동 전원이 충전부(150)에 투입 또는 차단되도록 온/오프(ON/OFF) 스위칭(Switching)하는 기능을 수행한다.That is, the main relay unit 250 is turned on / off so that the driving power output from the high-voltage battery 100 is input to or blocked from the charging unit 150 according to the control signal of the controller 400. [ .

초기충전 스위치부(300)는 전압 분압부(200)와 충전부(150) 사이에 연결되어 있으며, 전압 분압부(200)로부터 분압된 일부 충전 전압이 충전부(150)에 투입 또는 차단되도록 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 기능을 수행한다.The initial charging switch unit 300 is connected between the voltage divider 200 and the charging unit 150. The initial charging switch unit 300 switches the switching control signal to the charging unit 150 so that some charging voltage divided from the voltage divider 200 is input / And performs ON / OFF switching according to the ON / OFF state.

이러한 초기충전 스위치부(300)는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.The initial charge switch unit 300 may include a semiconductor switch that is turned on or turned off by a gate control. For example, the initial charge switch unit 300 may include a metal oxide semiconductor field effect A metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a silicon coupled rectifier (SCR), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

한편, 초기충전 스위치부(300)는 전술한 반도체 스위치이외에 릴레이(Relay)를 이용하여 FET와 IGBT를 이용한 스위치 구성 대체가 가능하다.Meanwhile, the initial charge switch unit 300 can be replaced with a switch configuration using an FET and an IGBT using a relay in addition to the semiconductor switch described above.

공진 인덕터부(350)는 초기충전 스위치부(300)와 충전부(150) 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 전압 분압부(200)로부터 분압된 일부 충전 전압을 공진시켜 충전부(150)에 공급하는 기능을 수행한다.The resonance inductor unit 350 is connected in series between the initial charge switch unit 300 and the charging unit 150 and has a function of resonating a part of the charge voltage divided from the voltage division unit 200 and supplying the resonance inductor unit 350 with the charging unit 150 .

이때, 공진 인덕터부(350)와 충전부(150)의 LC 시정수에 의해 공진 시간이 결정될 수 있으며, 공진 인덕터부(350)와 충전부(150)의 임피던스에 의해 공진 전류가 결정될 수 있다.At this time, the resonance time can be determined by LC time constants of the resonance inductor unit 350 and the charging unit 150, and the resonance current can be determined by the impedance of the resonance inductor unit 350 and the charging unit 150.

또한, 공진 인덕터부(350)의 공진 인덕터 값을 조절하여 초기충전의 시간 및 전류 제한 값이 설정될 수 있다.Also, the initial charging time and current limit value can be set by adjusting the resonance inductor value of the resonance inductor unit 350.

즉, 본 발명은 공진을 이용하기 때문에 공진에 이용되는 에너지원과 공진 인덕터부(350), 충전부(150)의 충전 용량에 의해 충전 시간이 결정된다. 또한, 충전 전류는 공진 인덕터부(350)와 충전부(150)의 충전 용량간의 임피던스에 의해 결정된다. 따라서, 기존 저항 방식에 비해 공진을 이용하기 때문에 저항 손실값이 저감되는 효과가 있다.That is, since the present invention utilizes resonance, the charging time is determined by the energy source used for the resonance, the charging capacity of the resonating inductor unit 350, and the charging unit 150. The charging current is determined by the impedance between the resonant inductor section 350 and the charging capacity of the charging section 150. Therefore, since the resonance is used as compared with the conventional resistance method, the resistance loss value is reduced.

한편, 공진 에너지가 Vin인 경우, 공진 전압은 0∼2Vin까지 생성되며, 고전압단 입력 커패시터 즉, 충전부(150)의 충전 전압을 고전압 배터리(100)의 전압(Vs)과 같게 만드는 게 목적이기 때문에, 공진 에너지원(Vin)은 1/2Vs가 되어야 한다. 따라서, 제1 및 제2 보조 커패시터(C1 및 C2)를 이용하여 공진 에너지를 고전압 배터리(100)의 1/2가 되도록 한다.On the other hand, when the resonance energy is Vin, the resonance voltage is generated up to 0 to 2 Vin, and the object is to make the charging voltage of the high-voltage short-circuit input capacitor equal to the voltage Vs of the high-voltage battery 100 , The resonance energy source (Vin) should be 1 / 2Vs. Therefore, the resonance energy is made to be 1/2 of the high-voltage battery 100 by using the first and second auxiliary capacitors C1 and C2.

그리고, 제어부(400)는 고전압 배터리(100)의 충전에 관련되어 전체적인 제어를 수행하는 바, 특히 메인 릴레이부(250)가 오프(OFF)된 상태에서, 충전부(150)의 초기충전 시 초기충전 스위치부(300)가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 기설정된 초기충전 시간 이후에 메인 릴레이부(250)를 온(ON)시킴과 동시에 초기충전 스위치부(300)가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 기능을 수행한다.The control unit 400 performs overall control in connection with the charging of the high voltage battery 100. In particular, when the main relay unit 250 is turned off, The main relay unit 250 is turned on after a preset initial charge time and the initial charge switch unit 300 is turned off after the switch unit 300 is turned on OFF ").

이때, 상기 초기충전 시간은 전체 공진 주기의 1/2로 설정됨이 바람직하다.At this time, it is preferable that the initial charging time is set to 1/2 of the entire resonance period.

추가적으로, 충전부(150)의 출력 전압을 검출하는 전압검출부(550)가 더 구비될 수 있으며, 이때, 제어부(400)에서는 충전부(150)의 초기충전 시 초기충전 스위치부(300)가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 전압검출부(550)로부터 검출된 출력 전압값이 기설정된 기준 전압값보다 클 경우, 메인 릴레이부(250)를 온(ON)시킴과 동시에 초기충전 스위치부(300)가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.In addition, the controller 400 may further include a voltage detector 550 for detecting the output voltage of the charger 150. In this case, when the initial charge switch unit 300 is turned on The main relay unit 250 is turned on and the initial charge switch unit 250 is turned on when the output voltage value detected by the voltage detection unit 550 is greater than a preset reference voltage value 300 may be turned off.

이때, 상기 기준 전압값은 충전부(150)의 충전 전압과 고전압 배터리(100)의 전압 레벨이 동일하게 되는 전압값으로 설정됨이 바람직하다.
In this case, the reference voltage value is preferably set to a voltage value at which the charging voltage of the charging unit 150 and the voltage level of the high-voltage battery 100 are equal to each other.

전술한 본 발명에 따른 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
Although the preferred embodiment of the initial charge control apparatus for a high voltage battery for an electric vehicle according to the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto. It is possible to carry out the modification by branching, and this also belongs to the present invention.

100 : 고전압 배터리, 150 : 충전부,
200 : 전압 분압부, 250 : 메인 릴레이부,
300 : 초기충전 스위치부, 350 : 공진 인덕터부,
400 : 제어부, 450 : 인버터부,
500 : 전동기, 550 : 전압검출부
100: high voltage battery, 150: charger unit,
200: voltage division unit, 250: main relay unit,
300: initial charge switch unit, 350: resonant inductor unit,
400: control unit, 450: inverter unit,
500: electric motor, 550: voltage detector

Claims (9)

전기 자동차용 고전압 배터리의 직류 전원을 저장하는 충전부;
상기 고전압 배터리의 입력 전압을 분압하는 전압 분압부;
상기 고전압 배터리와 상기 충전부의 연결을 단속하는 메인 릴레이부;
상기 전압 분압부와 상기 충전부 사이에 연결되며, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부 충전 전압이 상기 충전부에 투입 또는 차단되도록 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 초기충전 스위치부;
상기 초기충전 스위치부와 직렬 연결되며, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부 충전 전압을 공진시켜 상기 충전부에 공급하는 공진 인덕터부; 및
상기 메인 릴레이부가 오프(OFF)된 상태에서, 상기 충전부의 초기충전 시 상기 초기충전 스위치부가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 기설정된 초기충전 시간 이후에 상기 메인 릴레이부를 온(ON)시킴과 동시에 상기 초기충전 스위치부가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
A charging unit for storing a DC power of a high voltage battery for an electric vehicle;
A voltage divider for dividing an input voltage of the high voltage battery;
A main relay unit for interrupting connection between the high voltage battery and the charging unit;
An initial charging switch unit connected between the voltage division unit and the charging unit and switching on / off according to a switching control signal so that a part of the charging voltage divided from the voltage division unit is input or blocked to the charging unit;
A resonance inductor unit connected in series with the initial charge switch unit and resonating a part of the charge voltage divided from the voltage divider unit to supply the resonance inductor to the charger unit; And
The control unit outputs a switching control signal so that the initial charging switch unit is turned ON at the time of initial charging of the charger unit in a state where the main relay unit is turned OFF and then the main relay unit is turned ON And outputting a switching control signal such that the initial charge switch unit is turned off at the same time as the initial charge switch unit is turned off.
제1 항에 있어서,
상기 전압 분압부는, 상기 고전압 배터리의 양극 및 음극 출력단에 병렬로 연결되되, 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 보조 커패시터로 이루어지며, 상기 초기충전 스위치부의 일단이 상기 제1 및 제2 보조 커패시터의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage division unit comprises first and second auxiliary capacitors connected in parallel to the positive and negative output terminals of the high voltage battery and connected in series with each other and one end of the initial charging switch unit is connected to the first and second auxiliary capacitors Wherein the battery is connected between the first battery and the second battery.
제2 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 보조 커패시터는, 상기 고전압 배터리의 입력 전압의 1/2로 각각 인가되도록 동일한 용량으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the first and second auxiliary capacitors have the same capacity so as to be respectively applied to 1/2 of the input voltage of the high voltage battery.
제1 항에 있어서,
상기 공진 인덕터부와 상기 충전부의 LC 시정수에 의해 공진 시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the resonance time is determined by the LC time constant of the resonance inductor unit and the charging unit.
제1 항에 있어서,
상기 공진 인덕터부와 상기 충전부의 임피던스에 의해 공진 전류가 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the resonance current is determined by the impedance of the resonance inductor unit and the charging unit.
제1 항에 있어서,
상기 공진 인덕터부의 공진 인덕터 값을 조절하여 초기충전의 시간 및 전류 제한 값이 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein an initial charge time and a current limit value are set by adjusting a resonance inductor value of the resonance inductor unit.
제1 항에 있어서,
상기 초기충전 시간은 전체 공진 주기의 1/2로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the initial charging time is set to 1/2 of the entire resonance period.
제1 항에 있어서,
상기 충전부의 출력 전압을 검출하는 전압검출부가 더 구비되되,
상기 제어부는, 상기 충전부의 초기충전 시 상기 초기충전 스위치부가 온(ON)되도록 스위칭 제어 신호를 출력한 후, 상기 전압검출부로부터 검출된 출력 전압값이 기설정된 기준 전압값보다 클 경우, 상기 메인 릴레이부를 온(ON)시킴과 동시에 상기 초기충전 스위치부가 오프(OFF)되도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
The method according to claim 1,
And a voltage detector for detecting an output voltage of the charging unit,
Wherein when the output voltage value detected by the voltage detection unit is greater than a predetermined reference voltage value after the initial charge switch unit is turned on at the initial charging of the charger unit, And a switching control signal is outputted so that the initial charging switch unit is turned off when the first charging switch unit is turned on.
제8 항에 있어서,
상기 기준 전압값은, 상기 충전부의 충전 전압과 상기 고전압 배터리의 전압 레벨이 동일하게 되는 전압값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 고전압 배터리의 초기충전 제어 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the reference voltage value is set to a voltage value at which the charging voltage of the charging unit and the voltage level of the high-voltage battery become equal to each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3843254A4 (en) * 2018-08-22 2022-07-27 LG Innotek Co., Ltd. Dc-dc converter for solar-linked system

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