KR20170124851A - High-speed battery charger for vehicles using distributed power conversion - Google Patents

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KR20170124851A
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Abstract

The present invention relates to a high-speed battery charger for a vehicle. Specifically, the present invention relates to a high-speed battery charger for a vehicle using distributed power conversion which comprises a plurality of modules by modularizing an AC/DC converter, a DC/DC converter, and a digital controller into one, and installs a main controller for controlling the plurality of modules, thereby stopping a module in the main controller when an abnormality occurs in the module, preventing the overall system from being shut down, and immediately replacing and repairing the module by notifying the abnormality of the module to the outside.

Description

분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기{HIGH-SPEED BATTERY CHARGER FOR VEHICLES USING DISTRIBUTED POWER CONVERSION}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery charger for a vehicle,

본 발명은 차량용 배터리 급속충전기에 관한 것으로서, 상세하게는 AC/DC 컨버터와, DC/DC 컨버터 및 디지털 제어기를 하나의 모듈화시켜 복수의 모듈을 구비하고, 복수의 모듈을 제어하는 주제어기를 설치하여 하나의 모듈의 이상 발생시 주제어기에서 해당 모듈의 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시켜 시스템 전체가 셧다운되는 것을 방지하고, 모듈 이상을 외부로 알려 즉각적으로 해당 모듈을 교체 및 수리할 수 있도록 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charger for a vehicle, and more particularly, to a battery charger for a vehicle, which comprises a main controller for controlling a plurality of modules by forming an AC / DC converter, a DC / DC converter and a digital controller into one module, In which the module is stopped in the main controller and the remaining modules are operated to prevent the entire system from being shut down and the module can be replaced and repaired promptly by informing the module abnormality to the outside, To a battery charger for a vehicle.

한편, 최근 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)는 세계적인 녹색성장정책(Green Growth Policy)의 기조와 함께 국제기구뿐만 아니라 각국의 정부 및 기업들의 관심이 고조되고 있는 미래형 융합기술이다.In recent years, electric vehicles (EVs) are future fusion convergence technology, which is drawing attention not only from international organizations but also from governments and corporations, along with the global green growth policy.

이러한 전기 자동차는 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 배터리에 충전한 후 배터리에 충전된 전압으로 기계적 에너지인 동력을 얻는다. 차량 충전기는 저전압과 고전압을 충전하기 위해 전기 자동차에 필요한 전압을 제공하는 장치로, 단일 출력회로를 사용하여 교류 입력 전원으로부터 넓은 전압 범위의 직류 전원을 출력으로 공급할 수 있는 AC/DC 컨버터와 DC/DC 컨버터를 요구한다.Such an electric vehicle receives electric energy from the outside, charges it into the battery, and obtains a mechanical energy as a voltage charged in the battery. A vehicle charger is a device that provides the voltage required for an electric vehicle to charge low and high voltages. It uses a single output circuit It requires an AC / DC converter and a DC / DC converter that can supply a wide range of DC power from the input power to the output.

한편, 이러한 차량용 충전기는 충전시키고자하는 배터리의 용량에 맞게 설정되어 용량이 다른 배터리를 충전하기 위해 사용이 불가능하다.On the other hand, such a car charger is set to a capacity of a battery to be charged, and thus is not usable for charging a battery having a different capacity.

따라서 그 자체로도 하나의 독립된 충전기로 완전한 기능을 수행할 수 있는 충전모듈 다수개를 병렬 연결하여 배터리의 용량에 제한 없이(즉, 대용량 충전기로) 사용 가능한 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기가 개발되었다.Accordingly, a battery charger for vehicles using a parallel operation, which can be used without restriction on the capacity of the battery (that is, as a large capacity charger) by parallelly connecting a plurality of charging modules capable of performing a full function with a single independent charger, has been developed.

병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기는 전기 또는 하이브리드 차량에 탑재된 고전압배터리를 충전하기 위해 사용되며, 상용전원의 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 장치이다.The battery charger for vehicle use in parallel operation is used to charge a high voltage battery mounted on an electric or hybrid vehicle, and converts the AC voltage of a commercial power source into a DC voltage.

종래 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기는, 전 부하 영역에서 충전기가 개별적으로 동작하여, 배터리의 요구전력이 포함된 충전기의 개수만큼 나누어져 배터리로 전달된다. 이에 의해 종래 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기는 각 충전기의 구동에 따른 전력소모와 구동효율을 고려하지 않은 충전기의 운전에 따른 전력 손실을 가지는 문제가 있다.Conventionally, in a vehicle battery charger using parallel operation, chargers operate individually in a full load region, and are divided into the number of chargers including the required power of the battery and transmitted to the battery. Accordingly, there is a problem that the battery charger for a vehicle using the conventional parallel operation has a power loss due to the operation of the charger, which considers power consumption and drive efficiency of each charger.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 공개특허공보 제10-2013-0013109호인 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기가 공개되어 있다.In order to solve such a problem, a battery charger for a vehicle using parallel operation which is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0013109 is disclosed.

도 1에 도시된 바와 같이, 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기(1)는 마스터충전기(10)와 서브충전기(20)로 이루어지는 데, 외부로부터 입력된 전원신호를 변환하여 BMS(Battery Management System)의 지시에 따라 배터리를 충전하며, 서브충전기(20)는 제1 서브충전기(22), 제2 서브충전기(24)로 이루어질 수 있다.1, a vehicle battery charger 1 using a parallel operation includes a master charger 10 and a sub-charger 20. The battery charger 10 converts a power source signal inputted from the outside, And the sub-charger 20 may include a first sub-charger 22 and a second sub-charger 24.

마스터충전기(10)는, BMS와 CAN통신을 통해 연동하며, 배터리의 충전을 위한 요구 충전량을 수신하고, 수신된 요구 충전량과 마스터충전기(10)와, 제1 및 제2 서브충전기(24) 각각의 충전용량을 고려하여 마스터충전기(10) 자신의 동작과 서브충전기(20)의 동작을 제어하여 배터리를 충전한다.The master charger 10 interlocks with the BMS via the CAN communication and receives the required charging amount for charging the battery and supplies the required charging amount to the master charger 10 and the first and second sub- The operation of the master charger 10 itself and the operation of the sub charger 20 are controlled to charge the battery.

그러나, 이러한 종래의 차량용 배터리 충전기는 마스터충전기와 서브충전기는 독립적으로 마스터 동작을 위해 각각 모듈을 설치해야하기 때문에 제조 및 비용이 증대되고, 마스터충전기의 노후화를 방지하기 위해 운용시간이 사전에 정해진 시간에 도달한 경우, 다른 서브충전기를 마스터충전기로 선정하여 기존 마스터충전기를 서브충전기로 변경하는 데, 마스터충전기의 이상 발생시 전체적으로 시스템이 셧다운되는 문제점이 있다.However, in such a conventional battery charger for a vehicle, since the master charger and the sub charger have to independently install the respective modules for the master operation, the manufacturing and the cost are increased. In order to prevent the aging of the master charger, The master charger is selected as the master charger and the existing master charger is changed to the sub charger. In such a case, when the master charger malfunctions, the system is shut down as a whole.

또한, 급속충전기는 빠른 응답특성을 가져야만 하는 데, 이러한 종래의 차량용 배터리 충전기는 충전용량에 따라 서브 충전기의 동작 여부를 결정하여 동작시키기 때문에 상대적으로 응답특성이 늦은 문제점이 있다.In addition, the rapid charger must have a quick response characteristic. In such a conventional battery charger for a vehicle, since the operation of the sub charger is determined according to the charging capacity and operated, the response characteristic is relatively slow.

국내 공개특허 10-2013-0013109Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0013109

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, AC/DC 컨버터와, DC/DC 컨버터 및 디지털 제어기를 하나의 모듈화시켜 복수의 모듈을 구비하고, 복수의 모듈을 제어하는 주제어기를 설치하여 하나의 모듈의 이상 발생시 주제어기에서 해당 모듈의 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시켜 시스템 전체가 셧다운되는 것을 방지하고, 모듈 이상을 외부로 알려 즉각적으로 해당 모듈을 교체 및 수리할 수 있도록 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an AC / DC converter, a DC / DC converter, and a digital controller by modularizing a plurality of modules, Distributed power conversion that prevents the module from stopping in the main controller when the module error occurs and shutting down the entire system by operating the remaining modules and allows the module to be replaced and repaired promptly to the outside. The present invention provides a battery charger for a vehicle.

또한, 본 발명은 충전기가 동작되면 빠른 응답 특성을 가지도록 충전 전류의 용량에 따라 각 모듈을 동작시키되, 미 동작되는 나머지 모듈의 AC/DC 컨버터 부분만 동작시켜 초기 자동차에서 요구되는 충전전류 용량이 공급 될 수 있도록 동작에 걸리는 시간을 단축시키는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, according to the present invention, when the charger is operated, each module is operated according to the charging current capacity so as to have a quick response characteristic, and only the AC / DC converter portion of the remaining module to be operated is operated, Another object of the present invention is to provide a battery charger for a vehicle using distributed power conversion that shortens the time taken for operation to be supplied.

또, 본 발명은 충전시 주제어기에서 실시간으로 출력 전류를 감시하여 N개의 모듈이 최고 효율을 낼 수 있는 출력 전류가 흐르면 다음 모듈을 동작시켜 최대 효율을 유지할 수 있도록 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention monitors the output current in real time in the main controller during charging, so that when the output current that enables the highest efficiency of the N modules flows, the next module can be operated to maintain the maximum efficiency. Another purpose is to provide a battery-fast charger.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,According to an aspect of the present invention,

차량용 배터리 급속충전기에 있어서, 상용전원을 입력받아 DC 전원을 출력하도록 각각 모듈화되고, N개가 병렬 연결되는 복수의 전력변환 모듈; 및 BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 상기 전력변환 모듈의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키고, 각각의 상기 전력변환 모듈중 어느 하나의 모듈에서 이상이 발생하면 해당 모듈의 동작을 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시키며, 모듈 이상을 외부로 알리는 주제어기를 포함한다.1. A battery charger for a vehicle, comprising: a plurality of power conversion modules, each of which is modularized to receive a commercial power source and output a DC power source, and N pieces of the power conversion modules are connected in parallel; And the BMS (Battery Management System), it checks the number of modules required for charging in comparison with the capacity of each of the power conversion modules, operates the corresponding modules, and determines which one of the power conversion modules And a main controller for stopping the operation of the corresponding module when the abnormality occurs in one module, operating the remaining modules, and informing the module abnormality to the outside.

여기에서, 각각의 상기 전력변환 모듈은 AC 3상 교류전압을 1차 DC 전압으로 변환시키는 AC/DC 컨버터와; 1차 DC 전압을 다시 출력에서 원하는 2차 DC 전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와; 입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도를 실시간으로 감지하는 계측 회로와; 입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도 이상시 동작을 정지시키는 보호 회로와; 무효전력을 최소화하기 위한 역률 보상 회로와; 상기 배터리 충전시 최적의 충전요건을 만들도록 전압 및 전류를 제어하는 충전 제어 회로와; 상기 주제어기와 통신을 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 제공하고, 상기 주제어기로부터 모듈 출력 온/오프 신호를 전송받는 통신 회로; 및 상기 주제어기로부터 모듈 출력 온/오프 신호에 따라 각 구성부를 동작시키고, 상기 통신 회로를 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 상기 주제어기로 제공하는 디지털 신호 처리기로 이루어진다.Here, each of the power conversion modules includes an AC / DC converter for converting an AC three-phase AC voltage into a primary DC voltage; A DC / DC converter for converting the primary DC voltage back to a desired secondary DC voltage; A measurement circuit for sensing in real time the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature; A protection circuit for stopping the operation when the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature are abnormal; A power factor correction circuit for minimizing reactive power; A charge control circuit for controlling a voltage and a current so as to produce an optimal charging requirement when charging the battery; A communication circuit for providing an output voltage, an output current information, a fault abnormality signal through communication with the main controller, and receiving a module output on / off signal from the main controller; And a digital signal processor for operating each component in accordance with a module output on / off signal from the main controller and for providing an output voltage, output current information, and fault abnormality signal to the main controller through the communication circuit.

여기에서 또한, 상기 주제어기는 시스템 동작시 상기 디지털 신호 처리기로부터 실시간으로 출력전압과 출력전류를 감시하여 현재 동작중인 모듈이 최고 효율을 낼 수 있는 출력 전류가 흐르면, 다음 모듈을 동작시키되, 최고 효율이 발생되는 시점에서 동작시킨다.Here, the main controller monitors the output voltage and the output current in real time from the digital signal processor during the system operation, and operates the next module when an output current capable of achieving the highest efficiency of the currently operating module flows, It is operated at the point of occurrence.

여기에서 또, 상기 주제어기는 BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 상기 전력변환 모듈의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키되, 초기 전류 상승시에만 자동차의 요구되는 응답속도에 대응하기 위하여 나머지 모듈의 AC/DC 컨버터를 온시켜 어느 하나의 모듈에서 이상 발생시 나머지 모듈중 순번에 해당되는 모듈을 즉시 동작시킨다.Here, when the main controller receives the charging current information requested from the BMS (Battery Management System), it checks the number of modules required for charging by comparing the capacity of each of the power conversion modules to operate the module, The AC / DC converter of the remaining module is turned on to respond to the required response speed of the automobile only at the time of rise, so that the module corresponding to the sequential number of the remaining modules immediately operates when any one of the modules fails.

여기에서 또, 상기 주제어기는 충전시 충전 전류가 낮아짐에 따라 충전 전류와 대응되도록 모듈을 하나씩 턴오프시킨다.Here, the main controller turns off the modules one by one to correspond to the charging current as the charging current decreases during charging.

여기에서 또, 상기 주제어기는 차량 충전시마다 각각의 상기 전력변환 모듈의 충전 순번을 변경한다.Here, the main controller may change the charging order of each of the power conversion modules each time the vehicle is charged.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기에 따르면, AC/DC 컨버터와, DC/DC 컨버터 및 디지털 제어기를 하나의 모듈화시켜 복수의 모듈을 구비하고, 복수의 모듈을 제어하는 주제어기를 설치하여 하나의 모듈의 이상 발생시 주제어기에서 해당 모듈의 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시켜 시스템 전체가 셧다운되는 것을 방지하고, 모듈 이상을 외부로 알려 즉각적으로 해당 모듈을 교체 및 수리할 수 있다.According to the present invention, there is provided a battery charger for a vehicle using distributed power conversion, comprising: a plurality of modules by converting an AC / DC converter, a DC / DC converter and a digital controller into a single module, The module can be stopped and the remaining modules can be operated to prevent the entire system from being shut down. In addition, the module can be replaced and repaired promptly by informing the module abnormality to the outside. have.

또한, 본 발명에 따르면 충전기가 동작되면 빠른 응답 특성을 가지도록 충전 전류의 세기에 따라 각 모듈을 동작시키되, 미동작되는 나머지 모듈의 AC/DC 컨버터를 동작시켜 초기 동작에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.According to the present invention, when the charger is operated, each module is operated according to the intensity of the charging current so as to have a quick response characteristic, and the time required for the initial operation can be shortened by operating the AC / DC converter of the remaining module have.

또, 본 발명에 따르면 충전시 주제어기에서 실시간으로 출력 전류를 감시하여 N개의 모듈이 최고 효율을 낼 수 있는 출력 전류가 흐르면 다음 모듈을 동작시켜 최대 효율을 유지할 수 있다.Also, according to the present invention, the main controller monitors the output current in real time during charging, and when the output current capable of achieving the highest efficiency of the N modules flows, the maximum efficiency can be maintained by operating the next module.

도 1은 종래의 병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기중 전력변환 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기중 전력변환 모듈의 출력전류와 효율 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 초기 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 충전 종료 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 충전 순서를 설명하기 위한 설명도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a battery charger for a vehicle using a conventional parallel operation.
2 is a block diagram showing the configuration of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a power conversion module in a vehicle battery rapid charger using distributed power conversion according to the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating the relationship between the output current and the efficiency of the power conversion module among the battery chargers used in a vehicle using distributed power conversion according to the present invention.
5 is an explanatory diagram for explaining an initial operation of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a charging end operation of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a charging sequence of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기중 전력변환 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a configuration of a power conversion module in a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention Block diagram.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기(100)는 복수의 전력변환 모듈(110)과, 주제어기(120)로 이루어진다.Referring to FIGS. 2 and 3, a vehicle battery rapid charger 100 using distributed power conversion according to the present invention includes a plurality of power conversion modules 110 and a main controller 120.

먼저, 복수의 전력변환 모듈(110)은 상용전원(3상, 380Vac)을 입력받아 DC 전원을 출력하도록 각각 모듈화되고, N개가 병렬 연결된다. 도 1에서는 각 모듈이 10㎾, 20A를 출력하여 50㎾, 100A를 출력하도록 5개를 병렬 연결시킨 구성을 도시하였으나 그 개수는 5개 이상이 설치될 수도 있고, 5개 미만으로 설치될 수도 있다.First, a plurality of power conversion modules 110 are modularized to receive a commercial power (3-phase, 380Vac) and output DC power, and N modules are connected in parallel. In FIG. 1, five modules are connected in parallel so that each module outputs 10 kW and 20 A and outputs 50 kW and 100 A. However, the number of modules may be five or more and five modules or less. .

이때, 각각의 전력변환 모듈(110)은 AC/DC 컨버터(111), DC/DC 컨버터(112), 계측 회로(113), 보호 회로(114), 역률 보상 회로(115), 충전 제어 회로(116), 통신 회로(117) 및 디지털 신호 처리기(118)로 구성된다.At this time, each of the power conversion modules 110 includes an AC / DC converter 111, a DC / DC converter 112, a measuring circuit 113, a protection circuit 114, a power factor correction circuit 115, 116, a communication circuit 117, and a digital signal processor 118.

AC/DC 컨버터(111)는 AC 3상 교류전압을 1차 DC 전압으로 변환시킨다.The AC / DC converter 111 converts the AC three-phase AC voltage into the primary DC voltage.

DC/DC 컨버터(112)는 AC/DC 컨버터(111)에서 변환된 1차 DC 전압을 다시 출력에서 원하는 2차 DC 전압으로 변환시킨다.The DC / DC converter 112 converts the converted primary DC voltage from the AC / DC converter 111 back to the desired secondary DC voltage.

계측 회로(113)는 입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도를 실시간으로 감지한다.The measurement circuit 113 detects the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature in real time.

보호 회로(114)는 계측 회로(113)로부터 전송되는 입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도를 전송받아 이상시 전체 동작을 정지시킨다.The protection circuit 114 receives the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature transmitted from the measurement circuit 113 to stop the entire operation in the abnormal state.

역률 보상 회로(115)는 무효전력을 최소화하기 위해 역률을 보상한다.The power factor correction circuit 115 compensates the power factor to minimize the reactive power.

충전 제어 회로(116)는 배터리 충전시 최적의 충전요건을 만들도록 전압 및 전류를 제어한다.The charge control circuit 116 controls the voltage and current so as to produce an optimum charging requirement at the time of battery charging.

통신 회로(117)는 주제어기(120)와 통신을 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 제공하고, 주제어기(120)로부터 모듈 출력 온/오프 신호를 전송받는다.The communication circuit 117 communicates with the main controller 120 to provide the output voltage, the output current information, and the failure abnormality signal, and receives the module output on / off signal from the main controller 120.

디지털 신호 처리기(118)는 각 구성부를 전반적으로 제어하고, 주제어기(120)로부터 모듈 출력 온/오프 신호에 따라 각 구성부를 동작시키며, 통신 회로(117)를 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 주제어기(120)로 제공한다.The digital signal processor 118 controls each component in its entirety and operates each component according to the module output on / off signal from the main controller 120 and outputs the output voltage, output current information, And provides an abnormal signal to the main controller 120.

그리고, 주제어기(120)는 차량의 BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 전력변환 모듈(110)의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키고, 각각의 전력변환 모듈(110)중 어느 하나의 모듈에서 이상이 발생하면 해당 모듈의 동작을 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시키며, 모듈 이상을 외부로 알린다.When the main controller 120 receives the charging current information requested from the BMS (Battery Management System) of the vehicle, it checks the number of modules required for charging by comparing the capacity of each power conversion module 110, When an abnormality occurs in any one of the power conversion modules 110, the operation of the corresponding module is stopped, the remaining modules are operated, and the module abnormality is informed to the outside.

이때, 주제어기(120)는 시스템 동작시 디지털 신호 처리기(118)로부터 실시간으로 출력전압과 출력전류를 감시하여 현재 동작중인 모듈이 최고 효율을 낼 수 있는 출력 전류가 흐르면, 다음 모듈을 동작시키되, 최고 효율이 발생되는 시점에서 동작시킨다.At this time, the main controller 120 monitors the output voltage and the output current from the digital signal processor 118 in real time during the system operation, and operates the next module when an output current that can provide the highest efficiency of the current operating module flows, And operates at the time when the highest efficiency is generated.

또한, 주제어기(120)는 BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 전력변환 모듈의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키되, 나머지 전력변환 모듈(110)의 AC/DC 컨버터(111)를 온시켜 어느 하나의 모듈에서 이상 발생시 나머지 모듈중 순번에 해당되는 모듈을 즉시 동작시킨다. 이때, AC/DC 컨버터(111)를 온시키는 이유는 AC/DC 컨버터(111)가 동작하면 초기 완만한 동작 곡선으로 동작되기 때문에 미리 턴온시켜 초기 동작 구간을 없애고, 즉시 동작시키기 위함이고, DC/DC 컨버터(112)의 경우에는 곧바로 동작이 가능하기 때문에 턴온시킬 필요가 없다.Also, when the main controller 120 receives the charging current information requested from the BMS (Battery Management System), it checks the number of modules required for charging by comparing with the capacity of each power conversion module to operate the corresponding module, The AC / DC converter 111 of the conversion module 110 is turned on to immediately operate the modules corresponding to the order of the remaining modules in the event of an error in one of the modules. At this time, the reason for turning on the AC / DC converter 111 is that the AC / DC converter 111 is operated with an initial gentle operation curve so that the AC / DC converter 111 is turned on in advance to eliminate the initial operation period, DC converter 112 does not need to be turned on since it can operate immediately.

또, 주제어기(120)는 충전시 충전 전류가 낮아짐에 따라 충전 전류와 대응되도록 순번이 높은 전력변환 모듈을 하나씩 턴오프시켜 열관리를 통해 수명을 향상시키고, 차량 충전시마다 수명을 향상시키도록 각각의 전력변환 모듈(110)의 충전 순번을 변경한다.The main controller 120 turns off the power conversion modules having high sequence numbers one by one so as to correspond to the charging current as the charging current decreases during charging, thereby improving the service life through heat management, The charging order of the power conversion module 110 is changed.

이하, 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기중 전력변환 모듈의 출력전류와 효율 관계를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 초기 동작을 설명하기 위한 설명도이며, 도 6은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 충전 종료 동작을 설명하기 위한 설명도이고, 도 7은 본 발명에 따른 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기의 충전 순서를 설명하기 위한 설명도이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output current and the efficiency of the power conversion module among the battery chargers used in a vehicle using distributed power conversion according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory view for explaining a charging end operation of a battery charger for a vehicle using distributed power conversion according to the present invention, and FIG. 7 is an explanatory view for explaining an initial operation of the distributed power conversion FIG. 2 is an explanatory view for explaining a charging sequence of a battery charger for a vehicle using a battery charger.

먼저, 시스템이 동작되어 주제어기(120)는 차량의 BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 전력변환 모듈(110)의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인한다.First, when the system is operated and the main controller 120 receives the charging current information requested from the BMS (Battery Management System) of the vehicle, it compares the capacity of each power conversion module 110 and checks the number of modules required for charging do.

예를 들어, 전력변환 모듈(110)이 도 4에 도시된 바와 같이 20A의 출력전류를 출력하고, 최고 효율(94% 이상)이 8A 이후부터인 경우 충전 전류가 12A인 경우에는 필요 모듈 개수를 1개로 설정하여 첫 번째로 설정된 전력변환 모듈(110) 1개만을 동작시킨다.For example, if the power conversion module 110 outputs an output current of 20 A as shown in FIG. 4, and the maximum efficiency (94% or more) is from 8 A or later, if the charging current is 12 A, And only one power conversion module 110 set as the first one is operated.

그리고, 충전 전류가 16A인 경우에는 필요 모듈 개수를 2개로 설정하여 첫 번째, 두 번째로 설정된 전력변환 모듈(110) 2개를 동작시켜, 각각 8A씩 분담하도록 하고, 충전 전류가 24A인 경우에는 필요 모듈 개수를 3개로 설정하여 첫 번째, 두 번째, 세 번째로 설정된 전력변환 모듈(110) 3개를 동작시켜, 각각 8A씩 분담하도록 한다. 이때, 16A 미만인 경우 첫 번째로 설정된 전력변환 모듈(110) 1개만을 동작시키고, 24A 미만인 경우 첫 번째, 두 번째로 설정된 전력변환 모듈(110) 2개만을 동작시킨다.When the charging current is 16 A, the required number of modules is set to 2, and the first and second set power conversion modules 110 are operated to share 8 A each. When the charging current is 24 A The required number of modules is set to 3, and the first, second, and third set power conversion modules 110 are operated to share 8A each. At this time, if the power conversion module 110 is less than 16A, only the first set power conversion module 110 is operated, and if it is less than 24A, only the first and second set power conversion modules 110 are operated.

또한, 주제어기(120)는 충전중 충전 전류가 변경되는 경우에도 전력변환 모듈(110)를 개수를 조정하여 충전이 이루어지도록 한다.Also, the main controller 120 adjusts the number of the power conversion modules 110 to charge the battery even if the charging current during charging is changed.

전력변환 모듈(110)이 동작되면, 주제어기(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 나머지 순번의 전력변환 모듈(110)의 AC/DC 컨버터(111)를 온시켜 어느 하나의 모듈에서 이상 발생시 해당 모듈의 동작을 정지시킴과 동시에 나머지 모듈중 순번에 해당되는 모듈을 즉시 동작시키고, 해당 모듈 이상을 외부로 알린다.When the power conversion module 110 is operated, the main controller 120 turns on the AC / DC converter 111 of the remaining power conversion modules 110 as shown in FIG. 5, The operation of the corresponding module is stopped and at the same time, the module corresponding to the order of the remaining modules is immediately operated, and the abnormality of the corresponding module is notified to the outside.

충전이 완료되어가는 시점에서 충전 전류가 점차로 줄어들면, 주제어기(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 순번이 높은 전력변환 모듈을 하나씩 턴오프시킨다.When the charge current is gradually reduced at the time when the charging is completed, the main controller 120 turns off the power conversion modules having high sequence numbers one by one as shown in FIG.

한편, 차량 1대의 충전이 완료된 후 이후 차량이 충전되면, 각각의 전력변환 모듈(110)의 충전 순번을 변경한다.On the other hand, when the vehicle is charged after one car is charged, the charging order of each power conversion module 110 is changed.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이 첫 번째 차량을 1, 2, 3번의 전력변환 모듈(110)로 충전하였으면 두 번째 차량은 4, 5, 6번의 전력변환 모듈(110)로 충전하고, 세 번째 차량은 5, 1, 2번의 전력변환 모듈(110)로 충전하는 방식으로 순번을 변경한다.7, when the first vehicle is charged with the first, second, and third power conversion modules 110, the second vehicle is charged with the fourth, fifth, and sixth power conversion modules 110, The vehicle changes its order by charging with the power conversion module 110 of 5, 1, and 2 times.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

110 : 전력변환 모듈 111 : AC/DC 컨버터
112 : DC/DC 컨버터 113 : 계측 회로
114 : 보호 회로 115 : 역률 보상 회로
116 : 충전 제어 회로 117 : 통신 회로
118 : 디지털 신호 처리기 120 : 주제어기110: power conversion module 111: AC / DC converter
112: DC / DC converter 113: Measurement circuit
114: Protection circuit 115: Power factor correction circuit
116: charge control circuit 117: communication circuit
118: digital signal processor 120: main controller

Claims (6)

차량용 배터리 급속충전기에 있어서,
상용전원을 입력받아 DC 전원을 출력하도록 각각 모듈화되고, N개가 병렬 연결되는 복수의 전력변환 모듈; 및
BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 상기 전력변환 모듈의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키고, 각각의 상기 전력변환 모듈중 어느 하나의 모듈에서 이상이 발생하면 해당 모듈의 동작을 정지시키고, 나머지 모듈을 동작시키며, 모듈 이상을 외부로 알리는 주제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.In a battery charger for a vehicle,
A plurality of power conversion modules, each of which is modularized to receive a commercial power source and output a DC power source, and in which N pieces are connected in parallel; And
(BMS). When the charging current information requested from the BMS (Battery Management System) is received, the number of modules required for charging is compared with the capacity of each of the power conversion modules to operate the corresponding module. And a main controller for stopping the operation of the corresponding module when the abnormality occurs in the module of the module, operating the remaining modules, and informing the module abnormality to the outside. 제 1 항에 있어서,
각각의 상기 전력변환 모듈은,
AC 3상 교류전압을 1차 DC 전압으로 변환시키는 AC/DC 컨버터와;
1차 DC 전압을 다시 출력에서 원하는 2차 DC 전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와;
입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도를 실시간으로 감지하는 계측 회로와;
입력전압과 입력전류, 출력전압과 출력전류 및 온도 이상시 동작을 정지시키는 보호 회로와;
무효전력을 최소화하기 위한 역률 보상 회로와;
상기 배터리 충전시 최적의 충전요건을 만들도록 전압 및 전류를 제어하는 충전 제어 회로와;
상기 주제어기와 통신을 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 제공하고, 상기 주제어기로부터 모듈 출력 온/오프 신호를 전송받는 통신 회로; 및
상기 주제어기로부터 모듈 출력 온/오프 신호에 따라 각 구성부를 동작시키고, 상기 통신 회로를 통해 출력전압, 출력전류 정보, 장애 이상 신호를 상기 주제어기로 제공하는 디지털 신호 처리기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.The method according to claim 1,
Each said power conversion module comprising:
An AC / DC converter for converting an AC three-phase AC voltage into a primary DC voltage;
A DC / DC converter for converting the primary DC voltage back to a desired secondary DC voltage;
A measurement circuit for sensing in real time the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature;
A protection circuit for stopping the operation when the input voltage, the input current, the output voltage, the output current, and the temperature are abnormal;
A power factor correction circuit for minimizing reactive power;
A charge control circuit for controlling a voltage and a current so as to produce an optimal charging requirement when charging the battery;
A communication circuit for providing an output voltage, an output current information, a fault abnormality signal through communication with the main controller, and receiving a module output on / off signal from the main controller; And
And a digital signal processor for operating each component according to a module output on / off signal from the main controller and for providing an output voltage, output current information, and a fault abnormality signal to the main controller through the communication circuit. Battery charger for car using power conversion. 제 2 항에 있어서,
상기 주제어기는,
시스템 동작시 상기 디지털 신호 처리기로부터 실시간으로 출력전압과 출력전류를 감시하여 현재 동작중인 모듈이 최고 효율을 낼 수 있는 출력 전류가 흐르면, 다음 모듈을 동작시키되, 최고 효율이 발생되는 시점에서 동작시키는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.3. The method of claim 2,
The main controller,
Monitoring the output voltage and the output current in real time from the digital signal processor in the system operation and operating the next module when the output current that can provide the highest efficiency of the current operating module flows, A battery charger for vehicles using distributed power conversion. 제 3 항에 있어서,
상기 주제어기는,
BMS(Battery Management System)로부터 요구되는 충전 전류 정보를 전송받으면, 각각의 상기 전력변환 모듈의 용량과 비교하여 충전에 필요한 모듈 개수를 확인해서 해당 모듈을 동작시키되, 빠른 응답속도를 가지기 위해 나머지 모듈의 AC/DC 컨버터 부분만 온시켜 어느 하나의 모듈에서 이상 발생시 나머지 모듈중 순번에 해당되는 모듈을 즉시 동작시키는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.The method of claim 3,
The main controller,
When the charge current information requested from the BMS (Battery Management System) is received, the number of modules required for charging is compared with the capacity of each of the power conversion modules to operate the corresponding module. In order to have a fast response speed, And the AC / DC converter portion is turned on to immediately operate the module corresponding to the sequential number of the remaining modules when an error occurs in any one of the modules. 제 1 항에 있어서,
상기 주제어기는,
충전시 충전 전류가 낮아짐에 따라 최고의 효율이 될 수 있게 충전 전류와 대응되도록 모듈을 하나씩 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.The method according to claim 1,
The main controller,
Wherein the module is turned off one by one so as to correspond to the charging current so that the charging current is lowered at the time of charging so as to be the highest efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 주제어기는,
차량 충전시마다 각각의 상기 전력변환 모듈의 충전 순번을 변경하는 것을 특징으로 하는 분산형 전력변환을 이용한 차량용 배터리 급속충전기.The method according to claim 1,
The main controller,
Wherein the charging sequence number of each of the power conversion modules is changed each time the vehicle is charged.
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