KR20170143166A - 좌우 편차에 따른 무선 충전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선충전장치의 제어 방법에 관한 것으로 급집전 장치의 좌우 편차에 따라 2차측에 가변되는 입력전원의 최대 전력을 추종한다. 또한 각 다수의 집전장치의 제어시의 입력전원을 검출하여 입력부의 전원차에 따른 제어전류를 가변하여 출력을 향상시킨다. 차량의 배터리에 전력을 전달하는 위하여 다수의 집전장치로 구성되어 있는 입력부, 전압을 변환할수 있는 전력 변화부인 컨버터부, 차량과의 충전설정 및 상태를 확인할수 있는 통신부, 입출력 센서의 신호를 받아 컨버터로 전력제어 신호를 인가할 수 있는 제어부를 포함한다. 본 발명을 통하여 최대 전력을 전달하고 집전장치의 전력손실과 발열을 줄일 수 있다.

Description

좌우 편차에 따른 무선 충전 제어 방법 {Wireless charging control method according to the left and right of the deviation}

본 발명의 기술은 무선전력전송 급집전 시스템에서 유도 작용에 의한 기술로 인버터를 통하여 공급되는 1차측 급전선로로부터 공급되는 전원은 2차 집전장치에 전압이 유기된다. 이러한 유기된 전압을 배터리에 충전하기 위하여 전력을 변환장치인 컨버터를 통하여 배터리에 충전하는 방법에 관한 것이다.

차량의 무선전력 전송을 위하여서는 도로 및 충전소의 표면에는 전력을 공급할수 있는 급전선로가 설치되며 차량 하부에는 급전선로로부터 전력은 수신할수 있는 집전장치가 장착되어 무선으로 전력을 수신할수 있게 된다. 먼 전송거리에서도 에너지의 손실을 최소화 하고 높은 전력을 전달 할 수 있어야 하며 급전선로와 차량 집전장치와의 효율적인 전력전송시스템이어야 한다. 무선전력전송기술은 상호 유도작용 원리를 이용하여 전력을 전송한다. 이러한 무선전력전송에서 원거리 전송과 전력손실을 최소하 하기 위하여 내부의 인덕턴스에 의한 임피던스를 최소화 시킬 수 있는 자기 공진 방식을 이용하며 외부에 보상 캐패시터를 추가하여 내부 임피던스를 최소화 한다. 2차에 인가된 전압은 컨버터를 통하여 배터리에 충전을 수행한다.

충전을 위한 차량의 진입시에 좌우 편차가 발생할 경우 유기되는 전압이 낮아 지게 된다. 낮은 전압은 차량의 충전을 위하여 차량이 충전시설 진입시에 정확한 진입이 요구된다. 무선자동차의 무선충전시에 정확한 급전과 집전장치 간의 위치가 주어저야 최적의 충전 조건을 만족할 수가 있는 것이다. 이러한 낮은 전압은 배터리 충전기에서 충전을 하지 않거나 충전에 따라 전압이 더욱 낮아져 오실레이션 형상을 일으키는 충전시에 많은 제약 조건을 가지게 된다. 배터리에 충전을 요하는 컨버터의 경우 좌우편차에 따라 낮은 전압이 유입될 경우 출력제어를 위한 많은 펄스폭을 인가하여 충전을 하게 되는데 이러한 많은 펄스폭은 오히려 배터리 충전전력을 떨어뜨리는 역효과를 가져오게 되며 충전을 위하여 낮은 전압대비 높은 전류로 인한 내부 집전장치의 자속에 의한 코어 발열과 공진보상 캐패시터의 등에 열손실을 일으키게 되어 집전장치의 손실을 키우는 결과를 초래하게 된다. 또한 다중의 집전장치는 다른 집전장와의 상호 인덕턴스를 갖는다. 이때 작용하는 인덕턴스로 인하여 각 픽업장치는 공진에 있어서 매우 어려운 실정이며 각각에 공진보상된 집전장치는 각 채널별 정전류 충전시에 서로 다른 전압의 특성을 갖는다. 이러한 특성에 따라 낮은 집전장치는 성능에 제한이 주어진다.

본 발명에서는 좌우편차에 따른 최대 전력을 전송하기 위하여 도3의 무선충전 제어시스템의 제어 흐름도에 따라 입력부의 센서로부터 최대전력의 추정하는 방식이다. 통신부에서는 배터리의 상태정보를 받는 출력을 설정하고 센서부에서는 정류기 입력부의 전압과 전류를 추출하여 전압이 낮은 등의 배터리 요구 사양에 맞는 전력을 인가하지 못할 시에는 현재의 조건에 따라 최대의 전력을 전달할수 있도록 전력의 변화량을 감지하여 출력을 제어하며 각 픽업시의 전압을 감지하여 각 집전장치의 충전전류지령은 설정한다. 또한, 차량의 배터리에 전력을 전달하는 위하여 다수의 집전장치로 구성되어 있는 입력부, 전압을 변환할수 있는 전력 변화부인 컨버터부, 차량과의 충전설정 및 상태를 확인할수 있는 통신부, 입출력 센서의 신호를 받아 컨버터로 전력제어 신호를 인가할 수 있는 제어부를 포함하며, 각 상기 다수의 집전장치의 제어시의 입력전원을 검출하여 상기 입력부의 전원차에 따른 제어전류를 가변하여, 각각의 전압이 높은쪽은 다소 높은 전류의 지령치를 보상하고 그리고 낮은쪽은 낮은 전류의 지령치를 보상한다.

본 발명을 통하여 집전장치에서는 좌우편차에서도 효율적으로 차량의 배터리에 충전을 할 수가 있어 충전시간을 단축과 손실을 줄일 수 있으며 각 집전장치간의 전류보상을 통하여 충전성능을 향상시킬 수가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도1은 본 발명의 제어를 위한 급/집전 시스템 구성도이다.
도2는 정류기(130)으로부터 정류기의 출력으로전류에 대한 전압과 전력의 관계도이다.
도3은 무선충전 제어시스템의 제어 흐름도이다.
도4는 도1의 집전코일의 상호 인덕턴스에 따른 유기되는 전압이다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선충전 급집전 시스템의 구성도이다. 도1에 표시된 바와 같이 무전전력전송 시스템은 급전선로(100)으로부터 AC의 전류를 인가하게 되면 2차코일(120)에서는 1차측의 전압이 유기되게 된다. 1차측에서는 전류의 변화량이 자속의 변화량으로 나오며 2차측에서는 자속의 변화량이 전압으로 유기되는 전자기유도 원리를 이용하는 것이다.

2차측에 유기되는 전압은 정류기(130)을 거친다.

입력된 전원은 컨버터(140)을 통하여 요구되는 배터리(150)전력으로 충전하게 된다.

급전선로(100)에 진입하는 무선충전 차량은 급전선로(100)에 좌우편차를 두고 진입할 경우 2차그(110)에서 받는 자속의 양이 적게되어 정류기(150)에 인가되는 전원이 낮아지게 된다.

실제 무선충전 급집전 시스템에서는 도2와 같이 인가되는 전원(300)은 전류(320)가 증가함에 따라 전원이 낮아 지게 된다. 2차측에 유기되는 전압은 일정하나 정류기단에 보이는 전압이 낮아지는 주된 이유는 2차측의 코일에 유기되는 전압원의 내부 임피던스인 저항 인덕턴스 캐패시턴스 성분이 존재하기 때문이다. 내부 인덕턴스 성분은 내부 집전장치(110)에 공진 조건을 고려하여 공진보상 캐패시터를 추가 보상을 이루게 된다. 실제적인 회로에서는 완전 공진을 이룰 수가 없다. 주위 온도나 2차코어의 발열에 의하여 공진주파수 이동하게 되는 현상을 보이게 된다. 이러한 내부 임피던스로 인하여 출력에 전달되는 전력은 도2의 전력그래프와 같이 전류의 어느 지점을 통과하게 되면 이는 전력이 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 이때 내부임피던스와 외부 임피던스 같아지며 최대로 전력을 전송할 조건이 된다. 배터리의 전력을 충전하기 위하여 컨버터에서는 펄스폭을 키우게 되는 현상이 발생하는데 이를 해결하고자 DSP제어기(190)을 통하여 정류기(130)에 인가되는 전압과 전류를 센서부(160)에서 받아 최대 전력조건을 계산하여 컨버터를 동작하도록 하였다. 도3을 통하여 센싱하여 동작이 가능한 전압레벨이 되면 통신부(180)을 통하여 상위 제어장치인 차량제어장치(200)에서 요구되는 전압, 전류, 전력을 확인한다. 이를 통하여 충전전력이 차량제어장치(200)에서 요구되는 충분한 전력으로 충전하는지를 확인하여 충분한 전력으로 충전하는 경우에는 급집전 장치의 좌우편차고 없는 조건이 되는 것이다. 이때 DSP제어기(190)은 정상적인 제어인 배터리 조건을 고려하여 주어지 PID제어(520)에 따라 출력제어를 위한 입력전류지령치인 Iincmd의 값을 산출한다. 수행하며 좌우편차에 의하여 충분한 전력이 공급되지 않은 경우 도2의 전압의 기울기가 급격히 하강하게 되어 전력이 줄어드는 현상이 발생되게 된다. 이러한 현상을 방지 하기 위하여 제어기는 도3의 출력미분기(530)를 통하여 출력의 변화량을 감지 한다. 출력의 변화량이 증가할 경우 입력전류 제어 지령치를 증가 시키고 출력의 변화량이 감소 할 경우 입력전류제어 지령치를 감소시킨다. 이를 통하여 출력의 최대치에서 충전을 시킬수가 있게 된다. 위의 PID제어기(520)과 전력미분기(530)을 통하여 산출된 전류지령치는 입력전압보상기(540)을 통하여 최총 해당 집전장치의 전류 지령치를 산출하게 된다. 입력전압보상기의 경우 도4와 같이 각 집전장치는 상호 인덕턴스에 의해 영향과 각각의 집전장치의 보상캐패시터에 의 한 공진포인트에 따른 영향을 받게 된다. 이러한 영향은 전류에 의하여서도 전압이 변경되게 되어지는데 이를 이용하여 각각의 전압이 높은쪽은 다소 높은 전류의 지령치를 보상하고 그리고 낮은쪽은 낮은 전류의 지령치를 보상한다. 이러한 보상에 따라 높은 출력특성을 얻을 수 있다. 이러한 제어 알고리즘은 공진방식이 적용되는 전력전송에서 널리 사용을 할 수가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
100 : 급전선로 110 : 집전장치
120 : 집전코일 130 : 정류기
140 : 컨버터 150 : 배터리
160 : 아날로그 센서회로 170 : 컨버터 신호발생기
180 : 차량통신모듈 190 : DSP제어기
200 : 차량제어장치 500 : 입력전압비교기
510 : 출력설정비교기 520 : PID제어기
530 : 출력미분기 540 : 입력전압보상기
550 : PID제어기

Claims (1)

1. 차량의 배터리에 전력을 전달하는 위하여 다수의 집전장치로 구성되어 있는 입력부, 전압을 변환할수 있는 전력 변화부인 컨버터부, 차량과의 충전설정 및 상태를 확인할수 있는 통신부, 입출력 센서의 신호를 받아 컨버터로 전력제어 신호를 인가할 수 있는 제어부를 포함하며, 각 상기 다수의 집전장치의 제어시의 입력전원을 검출하여 상기 입력부의 전원차에 따른 제어전류를 가변하여, 각각의 전압이 높은쪽은 다소 높은 전류의 지령치를 보상하고 그리고 낮은쪽은 낮은 전류의 지령치를 보상하는 무선충전 제어방법.

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