KR20170014666A - 차량 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 장치는 차량 내의 배터리로부터 직류 전원을 수신하고, 수신된 직류 전원을 기초로 차량 충전 장치를 구동시키는 전압 유지부, 외부로부터 수신된 교류 전원을 차량으로 전송하는 커플러 케이블, 커플러 케이블에 구비되며, 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 릴레이부, 커플러 케이블의 상태 정보를 측정하는 측정부, 측정된 상태 정보에 기초하여 릴레이부를 제어하여 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 중앙 제어부를 포함한다.

Description

차량 충전 장치{RECHARGING DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량 충전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과도 교류 전류로부터 전기 자동차를 보호할 수 있는 차량 충전 장치에 대한 것이다.
전기 자동차란, 전기를 사용하여 운행되는 자동차를 의미하는 것으로, 크게 순수 전기 자동차(Battery Powered Electric Vehicle)와 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)로 구분될 수 있다.
여기서 순수 전기 자동차는, 화석 연료를 이용함 없이 전기만을 사용하여 주행하는 자동차로서, 일반적으로 전기 자동차라 명칭된다.
한편, 하이브리드 전기 자동차는 전기 및 화석 연료를 사용하여 주행하는 것을 의미한다. 그리고 이와 같은 전기 자동차에는, 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리가 구비된다. 특히, 순수 전기 자동차 및 플러그인(Plug-in) 타입의 하이브리드 전기 자동차는, 외부의 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리를 충전하며, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 전기 모터를 구동한다.
가정 등에 구비된 소켓이 제공하는 60Hz의 상용 전력을 이용하여 전기 자동차를 충전할 때, 차량 충전 장치가 사용된다.
이 차량 충전 장치는 외부로부터 교류 전력을 제공받아 이를 변환하여 전기 자동차를 충전할 수 있다.
다만, 종래의 경우, 차량 충전 장치를 구동시킴에 있어서, 외부로부터 전기 자동차를 충전하기 위해 제공받은 교류 전력을 이용하여 차량 충전 장치 자체를 구동시키고 있다.
이때, 종래의 경우, 외부로부터 제공받는 교류 전력은 매우 고압 이며, 예상치 못한 높은 전압이 차량 충전 장치로 유입 시 차량 충전 장치의 입력부가 소손될 수 있으며, 노이즈 또한 유입되어 차량 충전 장치의 오동작 가능성이 높을 수 있다.
또한, 종래의 경우, 비정상적인 교류 전원 조건에서는 차량 충전 장치 내의 전력 도통을 제어하는 릴레이(relay) 회로의 수명이 단축될 수 있으며(융착 발생 가능), 외부의 교류 전원 사용에 따른 필요 부품의 증가로 인하여 차량 충전 장치 자체의 부피가 증가하고 가격이 상승하는 문제가 발생하고 있는 것이 실정이다.
본 발명은 차단기를 구비한 차량 충전 장치를 제안함으로써, 부품 수를 줄이고 안정된 직류 전원을 이용하여 구동되는 차량 충전 장치를 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 장치는 상기 차량 내의 배터리로부터 직류 전원을 수신하고, 상기 수신된 직류 전원을 기초로 상기 차량 충전 장치를 구동시키는 전압 유지부; 외부로부터 수신된 교류 전원을 상기 차량으로 전송하는 커플러 케이블; 상기 커플러 케이블에 구비되며, 상기 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 릴레이부; 상기 커플러 케이블의 상태 정보를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 상태 정보에 기초하여 상기 릴레이부를 제어하여 상기 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 중앙 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 교류 전원이 아닌 직류 전원을 이용하여 차량 충전 장치를 구동시킬 수 있으므로, 오동작을 줄이고, 교류 전원의 고전압에 대비할 수 있으며, 안정된 상황에서 전기 자동차를 충전시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 차량 충전 장치에 필요한 부품 수를 최소화하여 차량 충전 장치의 제작에 필요한 비용을 최소화하고 차량 충전 장치의 부피를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 장치가 사용되는 환경을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 및 차량 충전 장치를 나타낸 블록도 이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 유지부를 이용한 차량 충전 장치 보호 방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 및 전류 측정부를 이용하여 차량 충전 장치 보호 방법을 나타낸 흐름도 이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
즉, 이하의 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 장치, 차량 및 외부 전원이 사용되는 환경에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 시스템(30)이 사용되는 환경을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량 충전 시스템(30)을 이용한 일반적인 환경이 도시되어 있다.
도 1의 차량 충전 시스템(30)은 차량(10)과 주택의 전원(또는 상용 전원, 도 1의 20) 콘센트 사이에 충전 케이블을 접속시킴으로써, 차량(10)에 탑재된 축전 장치를 차량 외부의 사용 전원(예를 들면, 계통 전원, 도 1의 20)에 의해 충전할 수 있도록 한다. 이하에서는, 차량 외부의 전원을 '전력 공급원', '외부 전원' 또는 '상용 전원'이라 할 수 있으며, 전력 공급원, 외부 전원 또는 상용 전원에 의한 차량(10)의 충전을 '외부 충전'이라 할 수 있다.
본 발명의 실시 예의 차량 충전 시스템(30)은, 차량 충전 장치(120)과, 외부 전원에 연결되는 그리드 플러그(140)와, 상기 그리드 플러그(140)와 차량 충전 장치(120)를 연결하는 그리드 케이블(130)과, 차량(10)에 접속되는 커플러(110)와, 상기 커플러(110)와 차량 충전 장치(120)을 연결하는 커플러 케이블(111)을 포함할 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 커플러 케이블(111) 및 그리드 케이블(130)은 상기 차량 충전 장치(120)로부터 착탈 가능하게 장착될 수 있다.
차량(10)은 상기 커플러(110)가 접속되는 충전구(미도시)를 포함하고, 상기 커플러 케이블(111) 및 커플러(110)를 통하여 공급되는 전력을 충전하기 위한 충전 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
차량(10)은 차량 충전 시스템(30)의 차량 충전 장치(120)과 통신을 하기 위한 통신 장치(미도시)를 포함할 수 있으며, 차량 충전 장치(120) 내의 통신부(미도시)와 통신이 가능하다. 예를 들어, 차량(10)은 차량(10)의 상태를 차량 충전 장치(120)로 전달하거나, 차량 충전 장치(120)의 충전과 관련되는 제어 명령을 수신할 수 있다.
한편, 차량 충전 장치(120)은 외부 전원(20)을 이용한 차량(10)의 충전을 제어하기 위한 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 및 차량 충전 장치를 나타낸 블록도 이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량(10)은 고압 배터리(11), OBC(12), LDC(13) 및 저압 배터리(14)를 포함할 수 있다.
차량(10)은 커플러(110)를 통해 획득되는 교류 전력을 OBC(On Board Charger, 12)를 통해 직류 전력으로 변환하여 수신하고, 수신된 직류 전력을 고압 배터리(11)에 저장한다.
차량(10)은 고압 배터리(11)에 저장된 직류 전력을 이용하여 주행할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 차량(10)은 저압 배터리(14)에 직류 전력을 저장하며, OBC(12)를 통해 획득된 직류 전력을 저장하며, 저압 배터리(14)에 저장된 직류 전력을 통해 차량(10) 내의 전장품(미도시)을 구동시킬 수 있다.
커플러(110)는 차량(10)과 차량 충전 장치(120) 사이의 접속 단말을 의미할 수 있다.
차량 충전 장치(120)는 외부 전원(20)으로부터 교류 전력을 커플러 케이블(111A)을 통해 차량(10)으로 전송할 수 있다.
커플러 케이블(111A)은 3개의 선(E, L, N)으로 구성될 수 있다.
여기서 E선은 어스(Earth)선, L선은 전압선, N선은 중성(Neutral)선을 의미한다.
차량 충전 장치(120)는 누설 전류 측정부(121), 전류 측정부(122A), 전압 측정부(122B), 온도 측정부(123), 릴레이 제어부(124A), 비접점 릴레이부(124B), 릴레이 감시부(124C), 중앙 제어부(125), 파일럿(126A), 파일럿 감시부(126B) 및 전압 유지부(127)를 포함할 수 있다.
누설 전류 측정부(121)는 커플러 케이블의 3개의 선(E, L, N)으로부터 누설 전류가 발생하는 지의 여부 및 누설된 전류의 양을 측정하며, 측정된 누설 전류 양을 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다.
전류 측정부(122A)는 3개의 커플러 케이블 선(E, L, N)에 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류에 대한 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다.
전압 측정부(122B)는 3개의 커플러 케이블 선(E, L, N) 사이의 전압을 측정하고, 측정된 전압에 대한 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다.
온도 측정부(123)는 차량 충전 장치(120) 내부의 온도를 측정하고, 측정된 온도 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다.
릴레이 제어부(124A)는 차량 충전 장치(120)의 중앙 제어부(125)의 제어 명령에 따라 3개의 선(L, E, N)의 릴레이를 제어한다.
비접점 릴레이부(124B)는 비 접점 릴레이 또는 MOSFET으로 구성될 수 있으며, 릴레이 제어부(124A)의 제어 명령에 따라 2개의 케이블 선(L, N)으로 도통되는 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
릴레이 감시부(124C)는 비접점 릴레이부(124B)의 릴레이 상태 정보(예를 들면, 비접점 릴레이부(124B) 양단에 도통되는 전류의 양 및 전압의 양)를 측정하고, 측정된 릴레이 상태 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다.
중앙 제어부(125)는 전송된 비접점 릴레이부(124B)의 상태 정보, 온도 정보, 커플러 케이블(E, L, N)의 전압 및 전류 정보에 기초하여 비접점 릴레이부(124A)의 차단 또는 접속 여부를 결정할 수 있다.
파일럿(126A)은 차량 충전 장치(120)와 차량(10) 사이의 통신을 수행할 수 있으며, 파일럿 감시부(126B)는 파일럿(126A)의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
전압 유지부(127)는 차량(10) 내의 저압 배터리(14)로부터 직류 전원을 수신받고, 수신된 직류 전원에 따라 차량 충전 장치(120)를 구동시킬 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 설명한다.
전압 유지부(127)는 차량 충전 장치(120)가 차량(10)과 연결된 후 저압 배터리(14)로부터 직류 전원을 수신하여 차량 충전 장치(120) 내의 각 부로 전원을 공급한다. 전원이 각 부로 공급되면, 차량 충전 장치(120)는 커플러 케이블(E, L, N)의 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 각 상태 정보를 파일럿(126A)을 통해 차량(10)의 OBC(12)로 전송할 수 있다.
전송한 이후, 차량(10) 및 차량 충전 장치(120)에 이상이 없음을 확인한 경우, 차량(10)은 차량 충전 장치(120)를 통한 충전을 시작한다.
충전이 시작된 이후 3개의 커플러 케이블 선(L, E, N)을 통해 과전압(또는 과전류)의 교류 전력이 유입되는 경우, 전압 측정부(122B)에 의해 측정된 전압 값이 중앙 제어부(125)로 전송되고, 중앙 제어부(125)는 측정된 전압 값이 기 설정된 릴레이 차단 레벨의 전압 값 이상이면 릴레이 제어부(124A)를 통해 비접점 릴레이부(124B)를 차단시킬 수 있다. 이에 따라, 차량 충전 장치(12)는 기 설정된 릴레이 차단 레벨의 전압 값 이상인 과전압의 교류 전력이 차량(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있어서, 차량(10) 내의 OBC(12)를 과전압으로부터 보호할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 유지부를 이용한 차량 충전 장치 보호 방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 3을 참조하면, 전압 유지부(127)는 전기 자동차(또는 차량)(10)의 저압 배터리(14)로부터 직류 전력을 수신한다(S301).
직류 전력이 수신되면, 전압 유지부(127)는 수신된 직류 전력에 기초하여 차량 충전 장치(120)를 구동시킨다(S303).
차량 충전 장치(120)가 구동되어 차량(10)을 충전시키는 중 외부로부터 과도 과전류가 유입되더라도(S305), 차량 충전 장치(120)는 전압 유지부(127)에 의해 직류 전력을 이용하여 구동되므로, 과도 과전류의 유입과 상관없이 계속하여 구동된다(S307).
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 및 전류 측정부를 이용하여 차량 충전 장치 보호 방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(122B)는 교류 전력이 수신되는 커플러 케이블의 전압을 측정하고(S401), 전류 측정부(122A)는 교류 전력이 수신되는 케이블의 전류를 측정한다(S402).
전압 측정부(122B)는 측정된 케이블의 전압 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있고(S403), 전류 측정부(122A)는 측정된 케이블의 전류 정보를 중앙 제어부(125)로 전송할 수 있다(S404).
전류 및 전압이 측정되어 중앙 제어부로 전송되는 중 외부로부터 과도 교류 전력이 유입되면(S405), 중앙 제어부(125)는 케이블의 측정된 전압 및 측정된 전류에 기초하여 과도 전력의 유입 여부를 판단한다(S406).
과도 전력이 유입된 것으로 판단되면, 중앙 제어부(125)는 릴레이 제어부(124A)로 릴레이 차단 명령을 전송한다(S407).
릴레이 차단 명령이 전송되면, 릴레이 제어부(124A)는 비접점 릴레이부(124B, 릴레이 또는 MOSFET)를 차단하도록 제어한다(S408).
차단 명령에 따라 외부로부터 유입되는 과도 교류 전력은 차단된다(S409).
한편, 중앙 제어부(125)는 외부로부터 과도 교류 전력이 유입되지 않는 경우에는 차량 충전 장치(120)가 정상적으로 동작하도록 제어할 수 있다. 구제척으로, 중앙 제어부(125)는 차량 충전 장치(120)가 교류 전력을 차량(10)에 공급하도록 동작할 수 있다. 그래서 차량 충전 장치(120)는 교류 전력을 차량(10)에 공급할 수 있다. 차량(10)의 OBC(12)는 교류 전력을 수신하여, 고압 배터리(11)를 충전시킬 수 있다.
111A: 커플러 케이블 124B: 릴레이부
125: 중앙 제어부 127: 전압 유지부

Claims (6)

  1. 차량에 교류 전원을 공급하는 차량 충전 장치에 있어서,
    상기 차량 내의 배터리로부터 직류 전원을 수신하고, 상기 수신된 직류 전원을 기초로 상기 차량 충전 장치를 구동시키는 전압 유지부;
    외부로부터 수신된 교류 전원을 상기 차량으로 전송하는 커플러 케이블;
    상기 커플러 케이블에 구비되며, 상기 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 릴레이부;
    상기 커플러 케이블의 상태 정보를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 상태 정보에 기초하여 상기 릴레이부를 제어하여 상기 전송되는 교류 전원을 차단하거나 도통시키는 중앙 제어부를 포함하는 차량 충전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 커플러 케이블에 흐르는 교류 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하는 차량 충전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중앙 제어부는 상기 측정된 교류 전류가 기 설정된 허용 전류 이상인지 판단하며, 상기 판단 결과에 따라 상기 릴레이부를 제어하는 차량 충전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 커플러 케이블의 교류 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함하는 차량 충전 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 중앙 제어부는 상기 측정된 교류 전압이 기 설정된 허용 전압 이상인지 판단하며, 상기 판단 결과에 따라 상기 릴레이부를 제어하는 차량 충전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 릴레이부는 비접점 릴레이 또는 MOSFET 인 차량 충전 장치.
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