KR20180074300A - battery integrated bidirectional DC-DC converter for 48V mild hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 통합 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마일드 하이브리드 차량에 장착되는 48V에너지 저장부와 DC/DC 컨버터부를 일체형으로 구성하고, 48V 에너지 저장부의 제어부와 DC/DC 컨버터부의 제어부를 통합형으로 설계하도록 한 48V 마일드 하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to an integrated power supply device, and more particularly, to an integrated power supply device in which a 48V energy storage unit and a DC / DC converter unit mounted in a mild hybrid vehicle are integrally formed and a control unit of a 48V energy storage unit and a control unit of a DC / DC-DC converter for a 48V mild hybrid.
이 분야의 종래기술을 살펴보도록 한다.The prior art in this field will be described.
공개번호 10-2016-0087363호(차량 시스템을 위한 양방향 DC-DC 전력 컨버터)에 따르면, "가변 방식으로 차동 전력을 처리하고 전송하는 양방향 DC-DC 전력 컨버터 어셈블리가 개시된다. 컨버터 어셈블리는 에너지 저장 장치 및 DC 링크에 결합되고, 컨버터 어셈블리는 에너지 저장 장치에 결합된 제 1 컨버터 섹션, 및 DC 링크와 에너지 저장 장치에 결합된 제 2 컨버터 섹션을 포함한다. 컨버터 어셈블리는 부하에 전력을 제공할 때, 에너지 저장 장치의 DC 전력 출력의 제 1 부분을 처리하고, 에너지 저장 장치의 DC 전력 출력의 비처리된 제 2 부분을 제 2 컨버터 섹션에 제공하며, 에너지 저장 장치에 회생 전력을 제공할 때, 부하로부터의 회생 전력의 제 1 부분을 처리하고 부하로부터의 회생 전력의 비처리된 제 2 부분을 제 1 컨버터 섹션에 제공한다."라고 개시된 바가 있다.According to Publication No. 10-2016-0087363, a bi-directional DC-DC power converter for a vehicle system, a bi-directional DC-DC power converter assembly is disclosed that processes and transmits differential power in a variable manner. The converter assembly includes a first converter section coupled to the energy storage device and a second converter section coupled to the DC link and the energy storage device. The converter assembly is operable to provide power to the load When processing the first portion of the DC power output of the energy storage device and providing the unprocessed second portion of the DC power output of the energy storage device to the second converter section and providing regenerative power to the energy storage device, Processes the first part of the regenerative power from the load and provides the unprocessed second part of the regenerative power from the load to the first converter section " There.
마일드하이브리드 차량은 기존 12V 전원에 48V 전원이 추가된 형태이므로, 48V 전원 생성부를 비롯하여 에너지 저장부, 기존 12V 전력공급을 위한 DC/DC 컨버터가 새로 구성된다.The mild hybrid vehicle has a 48V power supply added to the existing 12V power supply, so the 48V power generation part, the energy storage part, and the DC / DC converter for the existing 12V power supply are newly constructed.
차량 내에서 전력소비가 급증하는 최근의 자동차 전장 분야의 발전에 발맞추어 안정적으로 전원을 공급하고, 효율적으로 전원을 관리할 수 있도록 48V 에너지 저장부와 DC/DC 컨버터가 통합된 제품을 개발할 필요가 있다.It is necessary to develop a product that integrates a 48V energy storage unit and a DC / DC converter so that power supply can be steadily maintained and efficiently managed in keeping with the recent developments in the field of automotive electric fields where power consumption in a vehicle is rapidly increasing. have.
본 발명은 상술한 필요성을 충족시키기 위한 것으로, 마일드 하이브리드 차량에 장착되는 48V에너지 저장부와 DC/DC 컨버터부를 일체형으로 구성하고, 48V 에너지 저장부의 제어부와 DC/DC 컨버터부의 제어부를 통합형으로 설계하도록 한 48V 마일드 하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to meet the above-mentioned need, the present invention is a system for integrating a 48V energy storage unit and a DC / DC converter unit mounted in a mild hybrid vehicle and integrally designing a control unit of the 48V energy storage unit and a control unit of the DC / The present invention provides a one-way DC-DC converter integrated with a battery for a 48V mild hybrid.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 고전압 소스와 상기 고전압 소스보다 낮은 전압의 저전압 배터리 및 전장 부하와의 사이에 배열되는 직류-직류(DC/DC) 컨버터의 전력부; 고전압 소스와 DC/DC 컨버터 사이에 연결되는 제1 셀 모듈; 및 제1 셀 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템의 제어부 및 DC/DC 컨버터의 제어부를 통합한 전원 팩 제어 모듈을 포함하는 48V-12V 통합 전원 장치의 DC/DC 컨버터에 적용된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power unit for a DC-DC converter arranged between a high-voltage source and a low-voltage battery having a voltage lower than the high-voltage source, A first cell module coupled between the high voltage source and the DC / DC converter; And a DC / DC converter of a 48V-12V integrated power supply including a control unit of a battery management system for managing a first cell module and a power pack control module incorporating a control unit of a DC / DC converter.
상기 DC/DC 컨버터에는 고전압소스와 저전압부하 사이에 병렬로 연결되어 있던 환류다이오드 대신, 스위칭소자 MOSFET가 구비되고; 상기 MOSFET은 동기스위칭 정류소자로 기능하는 것을 특징으로 한다.The DC / DC converter is provided with a switching device MOSFET instead of a reflux diode which is connected in parallel between a high voltage source and a low voltage load; And the MOSFET functions as a synchronous switching rectifier.
실시예에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터에서 동기 스위칭을 위해 DIODE 대신 MOSFET 스위치를 부착하면 고전압부에서 BUCK 컨버터 동작과 저전압부에서 BOOST 컨버터 동작을 수행하는 것이다.According to the embodiment, when the MOSFET switch is attached to the DC / DC converter instead of the DIODE for synchronous switching, the BUCK converter operates at the high voltage portion and the BOOST converter operates at the low voltage portion.
실시예에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터는 위상천이방식 스위칭회로가 적용되는데, MOSFET 각 스위칭 소자에 인덕터와 환류 다이오드를 강압 변환기 회로로 구성하는 것이다.According to the embodiment, the DC / DC converter is a phase shift type switching circuit. The inductor and the reflux diode are formed in each switching element of the MOSFET by a step-down converter circuit.
실시예에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터는 동일 자심에 적어도 2 이상의 코일이 감겨진 커플인덕터를 구비하는 것이다.According to the embodiment, the DC / DC converter includes a coupled inductor in which at least two coils are wound around the same core.
실시예에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터는 MOSFET M1에 PWM신호를 인가하여 듀티를 제어하고, MOSFET M7에 동기신호를 인가하여 환류경로를 스위칭하며, M1, M2, M3, M4, M5, M6 순으로 위상을 천이시키면서 제어하는 것이다.According to the embodiment, the DC / DC converter controls the duty by applying a PWM signal to the MOSFET M1, switches the return path by applying a synchronizing signal to the MOSFET M7, And the phase is shifted to the control.
실시예에 따르면, 상기 통합 전원 장치는 통합형 제어부인 통합제어모듈, 셀 릴레이 어레이(cell relay array), 스위치 구동부 및 센서, 셀 모듈(cell modules) 및 전력변환부 모듈(power converter module)을 포함하고, 상기 통합제어모듈은 48V 에너지 저장부의 제어부와 DC/DC 컨버터의 제어부를 통합한 것이고, 상기 통합제어모듈은 배터리 셀 및 DC/DC 컨버터 컨트롤러(battery cell & DC/DC converter controller)로 지칭될 수 있고, 48V와 12V 전력을 감시 및 제어하며 셀 릴레이 어레이와 스위치 구동부 및 센서를 사용하여 DC/DC 컨버터 전력변환부와 BMS 제어부의 기능을 수행하며, 상기 셀 릴레이 어레이는 셀 모듈 내 복수의 셀들에 각각 연결되는 복수의 릴레이들을 포함하고, 복수의 릴레이들 각각의 온오프 동작에 따라 각 셀을 활성화하거나 비활성하거나 리던던시 셀을 연결하며, 상기 스위치 구동부 및 센서는 게이트 드라이브 및 센서(gate drive & sensor)를 포함하고, 스위치 구동부 및 센서는 센서에서 감지되는 DC/DC 컨버터의 출력 전압 또는 출력 전류에 따라 DC/DC 컨버터의 스위치들의 동작을 제어하며, 상기 셀 모듈은 48V 배터리를 포함한 고전압 배터리와 12V 배터리를 포함한 저전압 배터리를 포함하고, 저전압 배터리는 리튬이온배터리를 포함하며, 상기 전력변환부 모듈은 48V 배터리의 전력을 48V-12V 전력을 변환하여 차량 전장 부분에 공급하고, 상기 전력변환부 모듈은 통합제어모듈의 제어에 응하여 12V 배터리의 전력을 승압하여 차량 BSG의 PWM 인버터에 공급하는 것이다.According to an embodiment, the integrated power supply includes an integrated control module, an integrated control module, a cell relay array, a switch driver and a sensor, cell modules, and a power converter module , The integrated control module integrates the control unit of the 48V energy storage unit and the control unit of the DC / DC converter, and the integrated control module may be referred to as a battery cell and a DC / DC converter controller And monitors and controls the 48V and 12V power, performs functions of a DC / DC converter power converter and a BMS controller using a cell relay array, a switch driving unit and a sensor, and the cell relay array is connected to a plurality of cells Each of the plurality of relays includes a plurality of relays connected to the plurality of relays, each of the plurality of relays activating, deactivating, or connecting the redundant cells according to on / The switch driving section and the sensor include a gate drive and sensor. The switch driving section and the sensor detect the operation of the switches of the DC / DC converter according to the output voltage or the output current of the DC / DC converter sensed by the sensor Wherein the cell module includes a high voltage battery including a 48V battery and a low voltage battery including a 12V battery, the low voltage battery includes a lithium ion battery, and the power conversion module transmits the power of the 48V battery to 48V-12V power Converts the power of the 12V battery into electric power and supplies it to the PWM inverter of the vehicle BSG in response to the control of the integrated control module.
실시예에 있어서, 상기 통합전원장치의 DC/DC 컨버터와 배터리 사이에는 송풍팬이 구비되고, 상기 송풍팬은 상기 통합전원장치의 일측에서 흡입된 외부 공기를 상기 통합전원장치의 타측으로 배출함으로써 상기 DC/DC 컨버터를 비롯한 상기 통합전원장치의 냉각을 수행하는 것이다.In an embodiment, a blowing fan is provided between the DC / DC converter of the integrated power unit and the battery, and the blowing fan discharges the outside air sucked from one side of the integrated power source device to the other side of the integrated power source device, And to perform cooling of the integrated power supply including the DC / DC converter.
본 발명에 의하면, 48V 배터리와 12V 배터리, 양방향 DC/DC 컨버터가 일체화 되어 구성된 모듈을 사용함으로써 배터리 및 컨버터 냉각 구조를 일체화하고 배터리들을 통합 관리할 수 있고, 그에 의해 전원 패키지를 소형화 및 경량화할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by using a module in which a 48V battery, a 12V battery, and a bidirectional DC / DC converter are integrated, it is possible to unify the battery and converter cooling structure and integrally manage the batteries, thereby miniaturizing and lighter the power package There is an advantage.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 커플인덕터를 사용함으로써 양방향 DC/DC 컨버터의 출력 인덕터의 개수를 줄여 시스템 부피를 줄이고 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the number of output inductors of the bidirectional DC / DC converter can be reduced by using a coupled inductor, thereby reducing the system volume and cost.
도 1은 본 발명에 따른 통합 전원 장치를 채용할 수 있는 기존 12V/48V 듀얼 전원체계의 일반적인 E/E(electrical/electronic) 아키텍처에 대한 예시도이다.
도 2는 비교예의 WRSM BSG의 구동부와 에너지 저장부에 대한 전력 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 48V-12V 통합 전원 장치(이하, 간단히 통합 전원 장치라 함)의 개념도이다.
도 4는 도 3의 통합 전원 장치에 대한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 전원 장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합 전원 장치에 채용할 수 있는 DC/DC 컨버터에 대한 블록도이다.
도 7은 도 6에 구비할 수 있는 커플인덕터를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리일체형 양방향 DC/DC 컨버터의 냉각을 고려한 배치구조를 예시한 블록도.1 is an illustration of a typical electrical / electronic (E / E) architecture of a conventional 12V / 48V dual power system capable of employing an integrated power supply according to the present invention.
2 is a power system diagram of a driving unit and an energy storage unit of the WRSM BSG of the comparative example.
3 is a conceptual diagram of a 48V-12V integrated power supply (hereinafter simply referred to as an integrated power supply) according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of the integrated power supply of FIG.
5 is a conceptual diagram of an integrated power supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a DC / DC converter that may be employed in an integrated power supply according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a couple inductor that may be included in FIG.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a cooling structure of a battery-integrated bidirectional DC / DC converter according to an embodiment of the present invention; FIG.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 해당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미할 수 있다. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to explain the present invention more fully to those skilled in the art. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings may be exaggerated in order to emphasize a clearer description, and elements denoted by the same reference numerals in the drawings may denote the same elements.
도 1은 본 발명에 따른 통합 전원 장치를 채용할 수 있는 기존 12V/48V 듀얼 전원체계의 일반적인 E/E(electrical/electronic) 아키텍처에 대한 예시도이다.1 is an illustration of a typical electrical / electronic (E / E) architecture of a conventional 12V / 48V dual power system capable of employing an integrated power supply according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 통합 전원 장치를 채용할 수 있는 차량(2)의 12V/48V 듀얼 전원체계는 12V 배터리(battery), DC/DC 컨버터, 48V 배터리, 인버터(inverter) 및 모터/발전기(M/G)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a 12V / 48V dual power system of a
기존 12V 시스템의 알터네이터는 발전용인데 비해 48V 시스템은 증대된 발전 모터(M/G)를 활용하여 마일드 하이브리드 시스템의 구현이 가능하며, 이를 통해 차량 제동시의 회생 발전, 차량 출발 및 급가속시의 엔진 구동력 보조, 차량 정차시 ISG(idle stop & go) 기능을 수행할 수 있다.While the alternator of the existing 12V system is for power generation, the 48V system can realize the mild hybrid system by using the increased power generation motor (M / G) Engine driving force assist, and idle stop & go (ISG) function when the vehicle stops.
48V Mild-HEV(hybrid electric vehicle) 시스템을 적용하면서 엔진발전출력 및 토크보조, ISG 성능을 높이기 위해, 고출력 발전모터를 영구자석 동기기(Permanent Magnetic Synchronous Machine)로 적용할 수 있고, 계자권선형 동기기(Wounded Rotor Synchronous Machine)로 구성할 수 있다.In order to improve engine power output, torque assist and ISG performance while applying 48V Mild-HEV (hybrid electric vehicle) system, high power generation motor can be applied as Permanent Magnetic Synchronous Machine, Wounded Rotor Synchronous Machine).
또한, 48V Mild-HEV 시스템은 엔진과 벨트로 직결되어 있고, 계자가 영구자석이라 상시발전이 되는 특성으로 인해 PWM(pulse width modulation) 인버터에서 모든 운전에 대해서 제어를 수행해야 하는 점과 특히 엔진에서 고속운전시 약계자 제어, 저효율점 운전 및 높은 역기전력 제한 등의 어려운 문제가 있으므로, 이를 해소하기 위해 계자권선으로 자속제어가 가능한 계자권선 동기모터(WRSM: wounded rotor synchronous motor)을 적용한 BSG(belt driven Starter & Generator) 머신을 적용할 수 있다. WRSM BSG 적용 시에는 별도의 인버터와 계자전류 구동로직 및 회로가 필요하다.In addition, the 48V Mild-HEV system is directly connected to the engine and belt, and because the field is a permanent magnet, the PWM (pulse width modulation) In order to solve this problem, there are difficult problems such as weak field control at high speed operation, low efficiency point operation and high back electromotive force limitation. In order to solve this problem, a belt driven (BSG) method using a wounded rotor synchronous motor (WRSM) Starter & Generator machines. When WRSM BSG is applied, separate inverter and field current drive logic and circuit are required.
또한, 48V Mild-HEV 시스템에서는 계자가 영구자석인 경우엔 엔진 회전만으로 발전되어 48V를 생성할 수 있지만, WRSM 발전시스템에서는 계자전원을 공급하지 못하면 엔진 회전만으로 발전이 불가능하여 48V 전원을 생성할 수 없으므로 만약 48V 배터리가 방전되거나 고장나면 12V 시스템도 전원을 공급할 수 없게 되어 차량이 아예 구동할 수 없게 될 수 있다. In the case of the 48V Mild-HEV system, if the field magnet is permanent magnet, it can generate 48V only by rotating the engine. However, if the field power is not supplied in the WRSM power generation system, If the 48V battery is discharged or malfunctioned, the 12V system will not be able to supply power and the vehicle will not be able to operate at all.
따라서 12V 배터리를 통해 DC/DC 컨버터를 승압시킬 경우, 이 전력으로 WRSM 계자에 전류를 공급하면 방전된 48V를 다시 충전할 수 있다.Therefore, when the DC / DC converter is boosted through a 12V battery, this power can be used to recharge the discharged 48V by supplying current to the WRSM field.
이와 같이, 본 실시예의 통합 전원 장치를 채용할 수 있는 차량에서는 12V-48V 전원 시스템을 구성하기 위해서 BSG 머신과 이를 구동하기 위한 PWM 인버터, 48V 저장장치, 48V/12V 양방향 DC/DC 컨버터, 12V 저장장치를 주요 전력 부품으로 포함해야 한다.As described above, in the vehicle capable of employing the integrated power supply device of the present embodiment, the BSG machine and the PWM inverter for driving it, the 48V storage device, the 48V / 12V bidirectional DC / DC converter, the 12V storage The device should be included as a major power component.
도 2는 비교예의 WRSM BSG의 구동부와 에너지 저장부에 대한 전력 계통도이다.2 is a power system diagram of a driving unit and an energy storage unit of the WRSM BSG of the comparative example.
도 2를 참조하면, 비교예의 WRSM BSG의 구동부는 BSG와 PWM 인버터를 포함하고 고전압 배터리(50p)와 양방향 DC/DC 컨버터(10p)에 전력을 공급한다. 양방향 DC/DC 컨버터(10p)는 PWM 인버터의 전력을 변환하여 저전압 배터리(60p)와 전장 시스템 부하에 전력을 공급한다. 또한, 저전압 배터리의 전력은 필요에 따라 양방향 DC/DC 컨버터(10p)를 통해 승압되어 PWM 인버터에 공급되기도 한다.Referring to FIG. 2, the driving unit of the WRSM BSG of the comparative example includes a BSG and a PWM inverter, and supplies power to the
고전압 배터리(50p)는 통상 48V 배터리를 지칭하며, 배터리 관리 시스템 컨트롤러(BMS controller), 셀 릴레이 어레이(cell relay array) 및 셀 모듈(cell modules)을 구비하고, 차량의 48V 전원 네트워크(power NET)에 전력을 공급한다.The
저전압 배터리(60p)는 통상 12V 배터리를 지칭하며, DC/DC 컨트롤러, 스위치 구동부 및 센서(gate dirve & sensor) 및 전력 변환기 모듈(power converter module)을 구비하고, 차량의 12V 전원 네트워크에 전력을 공급한다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 48V-12V 통합 전원 장치(이하, 간단히 통합 전원 장치라 함)의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a 48V-12V integrated power supply (hereinafter simply referred to as an integrated power supply) according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 통합 전원 장치(100)는 양방향 DC/DC 컨버터(10)와 고전압 배터리(50)의 통합한 구조를 구비한다. 양방향 DC/DC 컨버터(10)와 고전압 배터리(50)는 아래의 도 4 및 도 5에서 상세히 설명될 것이다.Referring to FIG. 3, the integrated
양방향 DC/DC 컨버터(10)는 기본적으로 도 2의 양방향 DC/DC 컨버터(10p)와 다른 구조(도 7 참조)를 가지나, 구현에 따라서 도 2의 양방향 DC/DC 컨버터와 유사한 구조를 가질 수 있다.The bidirectional DC /
전력반도체 기술의 발전에 힘입어 BSG용 머신과 PWM 인버터는 일체형으로 구성될 수 있고, 48V 에너지저장장치(또는 배터리)와 단방향 DC/DC 컨버터가 일체화하며 BMS(Battery Management System) 기능을 갖는 통합 패키지로 구성될 수 있다.Thanks to the development of power semiconductor technology, the BSG machine and PWM inverter can be integrated, integrated with 48V energy storage device (or battery) and unidirectional DC / DC converter, integrated with BMS (Battery Management System) ≪ / RTI >
한편, 48V-12V DC/DC 컨버터와 48V 에너지저장장치를 일체화하더라도 기존 12V 전원체계의 전원안정성 확보를 위한 12V 배터리는 여전히 사용되어야 하며, 이를 기존의 연축전지를 이용하여 구성할 수 있다. 그러나 12V 단전원 체계가 주된 역할을 담당하던 기존 내연기관 자동차와는 달리, 48V Mild-HEV 자동차는 48V 전원체계가 동력부하를 담당하고 DC/DC 컨버터를 통해 12V 전력을 공급시켜주게 된다.On the other hand, even if the 48V-12V DC / DC converter and the 48V energy storage device are integrated, the 12V battery for securing the power stability of the existing 12V power supply system still needs to be used and it can be constituted using the existing lead-acid battery. However, unlike conventional internal combustion engines, where the 12V power system plays a major role, the 48V Mild-HEV car is powered by a 48V power system and provides 12V power through a DC / DC converter.
따라서 본 실시예에서는, 12V 전장부하의 전력사용량이 제한적이고 고출력 부하도 없으므로 12V급 배터리의 용량을 최소화하고 보다 효율적으로 소형 및 경량화가 가능한 리튬계열 배터리를 적용하여 12V급 에너지저장장치를 구현한다.Therefore, in this embodiment, since the power consumption of the 12V electric field load is limited and there is no high output load, the 12V class energy storage device is realized by minimizing the capacity of the 12V class battery and applying the lithium class battery which is more compact and lightweight.
또한, 12V급 에너지저장장치를 48V 에너지저장장치 및 양방향 DC/DC 컨버터와 일체화하여 구성함으로써 차량 패키지 향상 및 효율적 운용이 가능한 통합제어모듈을 제공한다.In addition, a 12V class energy storage device is integrated with a 48V energy storage device and a bidirectional DC / DC converter to provide an integrated control module capable of improving vehicle package and efficiently operating.
본 실시예의 통합 전원 장치(100)를 채용하는 마일드 하이브리드 전기자동차(mild hybrid electric vehicle, MHEV)의 작동 과정을 설명하면, 마일드 하이브리드 전기자동차용 통합 전원 장치는 양방향 DC/DC 컨버터(10)와 고전압 배터리의 통합 구조를 구비하고, DC/DC 컨버터(10)를 통해 PWM(pulse width modulation) 인버터와 저전압 배터리 및 전장 시스템 부하 간에 강압형 동작과 승압형 동작을 수행한다.The operation of the mild hybrid electric vehicle (MHEV) employing the integrated
강압형 동작에서, DC/DC 컨버터(10)는 엔진과 벨트로 연결된 BSG(belt driven starter generator) 모터에서 발생되는 교류(AC) 전력을 PWM 인버터를 통해 직류(DC) 전력으로 변성한다. 또한, 그것은 고전압 배터리(50)를 충전할 수 있고, DC/DC 컨버터(10)에 입력된 고전압을 저전압으로 변성하여 저전압 배터리를 충전할 수 있으며, 전장 시스템 부하에 전력을 공급할 수 있다.In the step-down type operation, the DC /
승압형 동작에서, DC/DC 컨버터(10)는 저전압 배터리(12V)에서 입력된 저전압을 승압하여 PWM 인버터에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 DC/DC 컨버터(10)는 모터를 구동할 수 있다.In the boost operation, the DC /
참고로, 상기 DC/DC 컨버터(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the DC /
수학식 1과 같이, 강압형 DC/DC 컨버터인 BUCK 컨버터는 듀티비에 의해서 출력전압이 결정된다.As shown in
(D: 듀티비, VL:저전압, VH: 고전압)(D: duty ratio, V L : low voltage, V H : high voltage)
출력전압(Vo)은 일반적으로 13.9V로 설정되어 있으므로 입력전압의 변화에 따라 듀티비가 변화한다. 예를 들어 입력전압이 36V인 경우 D = 0. 3861이 되며, 60V인 경우 D = 0.2574이 된다. 입력전압이 높아질 수록 듀티비 D는 낮아지게 되지만, 회로 구성이 간단하여 많이 이용된다.Since the output voltage Vo is generally set to 13.9 V, the duty ratio changes according to the change of the input voltage. For example, when the input voltage is 36V, D = 0.3861 and when 60V is D = 0.2574. The higher the input voltage is, the lower the duty ratio D becomes, but the circuit configuration is simple and widely used.
수학식 2와 같이, 승압형 DC/DC 컨버터인 BOOST Converter는 듀티비에 의해 출력전압이 결정된다.As shown in
(D: 듀티비, VL:저전압, VH: 고전압)(D: duty ratio, V L : low voltage, V H : high voltage)
상기 DC/DC 컨버터에는 48V 고전압단과 12V 저전압단 사이에 병렬로 연결되어 있던 환류다이오드 대신, 스위칭소자 MOSFET가 구비되는데, 기존 다이오드 대신 MOSFET(SW_L)을 적용할 경우 MOSFET의 바디다이오드로 인해 기존 환류다이오드의 역할을 수행할 수 있으나 MOSFET을 게이팅 시킬 경우 순방향 전압강하가 없어 손실이 크게 줄어들어서 실제 MOSFET의 턴-오프시 발생하는 손실보다 환류 다이오드의 손실이 매우 크다. 이때, 상기 MOSFET은 동기스위칭 정류소자로 기능하고, 동기 스위칭을 위해 DIODE 대신 MOSFET 스위치를 부착하면 BUCK-BOOST 컨버터를 동시에 수행할 수 있게 되며, 상기 MOSFET에 PWM 신호를 인가하면 Boost 동작을 수행하게 된다.The DC / DC converter is provided with a switching element MOSFET instead of the reflux diode connected in parallel between the 48V high voltage terminal and the 12V low voltage terminal. When the MOSFET (SW_L) is applied instead of the conventional diode, However, when the MOSFET is gated, there is no forward voltage drop and the loss is greatly reduced. Therefore, the loss of the reflux diode is much larger than the loss occurring when the MOSFET is actually turned off. At this time, the MOSFET functions as a synchronous switching rectifier. When a MOSFET switch is attached instead of DIODE for synchronous switching, a BUCK-BOOST converter can be simultaneously operated. When a PWM signal is applied to the MOSFET, a boost operation is performed.
또한, 본 실시예에서, DC/DC 컨버터(10)는 커플인덕터(도 7의 40 참조)를 이용한 2상 풀 브리지 구조를 구비할 수 있다(도 6 참조). 커플인덕터를 이용하면, 출력인덕터의 개수를 줄여 시스템을 소형화 및 경량화할 수 있고 장치의 원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.Further, in the present embodiment, the DC /
도 4는 도 3의 통합 전원 장치에 대한 블록도이다.4 is a block diagram of the integrated power supply of FIG.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 통합 전원 장치(100)는 통합형 제어부인 통합제어모듈(110), 셀 릴레이 어레이(cell relay array, 120), 스위치 구동부 및 센서(130), 셀 모듈(cell modules, 140) 및 전력변환부 모듈(power converter module, 150)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the
통합제어모듈(110)은 48V 에너지 저장부의 제어부와 DC/DC 컨버터의 제어부를 통합한 것이다. 통합제어모듈(110)은 배터리 셀 및 DC/DC 컨버터 컨트롤러(battery cell & DC/DC converter controller)로 지칭될 수 있고, 48V와 12V 전력을 감시 및 제어하며 셀 릴레이 어레이(120)와 스위치 구동부 및 센서(130)를 사용하여 DC/DC 컨버터 전력변환부와 BMS 제어부의 기능을 수행할 수 있다.The
셀 릴레이 어레이(120)는 셀 모듈(140) 내 복수의 셀들에 각각 연결되는 복수의 릴레이들을 포함하고, 복수의 릴레이들 각각의 온오프 동작에 따라 각 셀을 활성화하거나 비활성하거나 리던던시 셀을 연결할 수 있으며, 구현에 따라서 셀들의 직렬 및/또는 병렬 연결을 선택하도록 구현될 수 있다.The
스위치 구동부 및 센서(130)는 게이트 드라이브 및 센서(gate drive & sensor)를 포함할 수 있다. 스위치 구동부 및 센서(130)는 센서에서 감지되는 DC/DC 컨버터의 출력 전압 또는 출력 전류에 따라 DC/DC 컨버터의 스위치들의 동작을 제어할 수 있다.The switch driver and
셀 모듈(140)은 48V 배터리를 포함한 고전압 배터리와 12V 배터리를 포함한 저전압 배터리를 포함한다. 저전압 배터리는 리튬이온배터리를 포함할 수 있다.The
전력변환부 모듈(150)은 48V 배터리의 전력을 48V-12V 전력을 변환하여 차량 전장 부분에 공급한다. 또한, 전력변환부 모듈(150)은 통합제어모듈(110)의 제어에 응하여 12V 배터리의 전력을 승압하여 차량 BSG의 PWM 인버터에 공급할 수 있다.The
본 실시예에 의하면, 48V 배터리와 12V 배터리, 양방향 DC/DC 컨버터를 일체화한 모듈로 구성함으로써, 배터리 및 컨버터 냉각 구조를 일체화할 수 있고, 적어도 두 종류의 배터리들을 통합 관리할 수 있으며, 장치/패키지를 소형화할 수 있다.According to the present embodiment, the battery and the converter cooling structure can be integrated, the at least two kinds of batteries can be integratedly managed, and the device / The package can be miniaturized.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 전원 장치의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of an integrated power supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 통합 전원 장치는 48V 배터리 시스템과 12V 배터리 시스템 및 양방향 DC/DC 컨버터(10)를 통합하여 일체형 통합 전원 장치를 구현할 수 있다(음영 부분 참조).Referring to FIG. 5, the integrated power supply unit according to the present embodiment can integrate a 48V battery system, a 12V battery system, and a bidirectional DC /
이러한 통합전원장치 또는 통합제어모듈은 차량의 48V 고전력 소비자와 48V 스타터/제너레이터/알터레이터 및 DC/DC 컨버터(10)에 전력을 공급한다. 그리고 통합제어모듈은 고전력 소비자인 이부스터(eBooster), 자동조향장치(EPS/EHPS), 롤 안정화 장치(Roll Stabilization), PTC 히터, 전기펌프, 교류(AC) 콤프레셔에 고전압(차량 내 고전압 48V)을 공급할 수 있다.This integrated power supply or integrated control module powers the vehicle's 48V high power consumer and the 48V starter / generator / alternator and DC / DC converter (10). The integrated control module provides high voltage (
또한, 통합제어모듈은 DC/DC 컨버터의 출력 및/또는 12V 배터리 팩의 출력을 기존 12V 차량 네트워크(classic 12V boardnet)에 공급할 수 있다.In addition, the integrated control module can supply the output of a DC / DC converter and / or the output of a 12V battery pack to a conventional 12V vehicle network (classic 12V boardnet).
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합 전원 장치에 채용할 수 있는 DC/DC 컨버터에 대한 블록도로서, 본 실시예에 따른 통합 전원 장치는 MHEV용 통합 전원 장치를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.6 is a block diagram of a DC / DC converter that may be employed in an integrated power supply according to another embodiment of the present invention. The integrated power supply according to this embodiment may include an integrated power supply for MHEV, But is not limited thereto.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 통합 전원 장치는 고전압 소스(high voltage source)와 저전압 배터리(low voltaeg battery)와의 사이 및/또는 고전압 소스와 부하(load) 사이에 배치되는 DC-DC 컨버터(10)와, DC-DC 컨버터(10)를 제어하는 제어부(20), 및 센서(30)를 포함한다.6, the integrated power supply according to the present embodiment includes a DC-DC converter (not shown) disposed between a high voltage source and a low voltage battery and / or between a high voltage source and a load, A
고전압 소스는 BSG에 연결되는 PWM 인버터 및/또는 정격 전압 48V의 고전압 배터리를 포함할 수 있다. 저전압 배터리는 12V의 정격 전압을 가질 수 있고, 부하는 차량의 전장 시스템을 포함할 수 있다.The high voltage source may include a PWM inverter connected to the BSG and / or a high voltage battery rated at 48V. The low-voltage battery may have a rated voltage of 12V, and the load may include the vehicle's electrical system.
DC-DC 컨버터(10)는 12개의 스위치들(M1~M12)과 3개의 커플인덕터들(L1, L2, L3)을 구비할 수 있다. DC-DC 컨버터(10)와 고전압 소스 사이에는 입력 커패시터(Ci)가 배치되고, DC-DC 컨버터(10)와 저전압 배터리 및 부하 사이에는 출력 커패시터(Co)가 배치될 수 있다.The DC-
DC-DC 컨버터(10)의 제1 스위치(M1), 제2 스위치(M2), 제7 스위치(M7) 및 제8 스위치(M8)는 제1 커플인덕터(L1)를 통해 2상 풀 브릿지를 구성하며 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 연결된다. 여기서, 제1 스위치의 제1 단자와 제2 스위치의 제1 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제1 단자에 연결되고, 제7 스위치의 제2 단자와 제8 스위치의 제2 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제2 단자 및 출력 커패시터(Co)의 제2 단자에 공통 연결된다. 그리고 제1 스위치의 제2 단자와 제7 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제1 커플인덕터(L1)의 제1 코일의 일단에 연결된다.The first switch M 1 , the second switch M 2 , the seventh switch M 7 and the eighth switch M 8 of the DC-
제2 스위치의 제2 단자와 제8 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제1 커플인덕터(L1)의 제2 코일의 일단에 연결된다. 그리고 제1 코일의 타단과 제2 코일의 타단은 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 연결된다.The second terminal of the second switch and the first terminal of the eighth switch are connected to each other, and the connection node is connected to one end of the second coil of the first coupled inductor (L 1 ). And the other end of the first coil and the other end of the second coil are connected to the first terminal of the output capacitor C o .
DC-DC 컨버터(10)의 제3 스위치(M3), 제4 스위치(M4), 제9 스위치(M9) 및 제10 스위치(M10)는 제2 커플인덕터(L2)를 통해 2상 풀 브릿지를 구성하며 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 연결된다. 여기서, 제3 스위치의 제1 단자와 제4 스위치의 제1 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제1 단자에 연결되고, 제9 스위치의 제2 단자와 제10 스위치의 제2 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제2 단자 및 출력 커패시터(Co)의 제2 단자에 공통 연결된다. The third switch M 3 , the fourth switch M 4 , the ninth switch M 9 and the tenth switch M 10 of the DC-DC converter 10 are connected via the second coupled inductor L 2 And constitutes a two-phase full bridge and is connected to the first terminal of the output capacitor (C o ). Here, the second terminal of the second terminal and the tenth switches on the first terminal and the first terminal of the fourth switch input is connected to a first terminal of the capacitor (C i), the ninth switch of the third switch input capacitor (C i ) and the second terminal of the output capacitor (C o ).
제3 스위치의 제2 단자와 제9 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제2 커플인덕터(L2)의 제1 코일의 일단에 연결된다. 또한, 제4 스위치의 제2 단자와 제10 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제2 커플인덕터(L2)의 제2 코일의 일단에 연결된다. 그리고 제2 커플인덕터(L2)에서 제1 코일의 타단과 제2 코일의 타단은 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 공통 연결된다.The second terminal of the third switch and the first terminal of the ninth switch are connected to each other, and the connection node thereof is connected to one end of the first coil of the second coupled inductor (L 2 ). Further, the second terminal of the fourth switch and the first terminal of the tenth switch are connected to each other, and the connection node thereof is connected to one end of the second coil of the second coupled inductor (L 2 ). In the second coupled inductor L 2 , the other end of the first coil and the other end of the second coil are commonly connected to the first terminal of the output capacitor C o .
DC-DC 컨버터(10)의 제5 스위치(M5), 제6 스위치(M6), 제11 스위치(M11) 및 제12 스위치(M12)는 제3 커플인덕터(L3)를 통해 2상 풀 브릿지를 구성하며 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 연결된다. 여기서, 제5 스위치의 제1 단자와 제6 스위치의 제1 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제1 단자에 연결되고, 제11 스위치의 제2 단자와 제12 스위치의 제2 단자는 입력 커패시터(Ci)의 제2 단자 및 출력 커패시터(Co)의 제2 단자에 공통 연결된다. The fifth switch M 5 , the sixth switch M 6 , the eleventh switch M 11 and the twelfth switch M 12 of the DC-
제5 스위치의 제2 단자와 제11 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제3 커플인덕터(L3)의 제1 코일의 일단에 연결된다. 또한, 제6 스위치의 제2 단자와 제12 스위치의 제1 단자가 서로 연결되고, 그 접속 노드는 제3 커플인덕터(L3)의 제2 코일의 일단에 연결된다. 그리고 제3 커플인덕터(L3)의 제1 코일의 타단과 제2 코일의 타단은 출력 커패시터(Co)의 제1 단자에 공통 연결된다.The second terminal of the fifth switch and the first terminal of the eleventh switch are connected to each other, and the connection node thereof is connected to one end of the first coil of the third coupled inductor (L 3 ). Further, the second terminal of the sixth switch and the first terminal of the twelfth switch are connected to each other, and the connection node thereof is connected to one end of the second coil of the third coupled inductor (L 3 ). The other end of the first coil of the third coupled inductor L 3 and the other end of the second coil are commonly connected to the first terminal of the output capacitor C o .
전술한 구성에 의해, DC-DC 컨버터(10)는 입력 전압(Vi)을 변환하여 출력 전압(Vo)을 출력할 수 있으며, 그 역도 가능하다.With the above-described configuration, the DC-
제어부(20)는 2상 풀 브릿지(full bridge) 제어루프를 포함할 수 있다. 2상 풀 브릿지 제어루프는 제1 내지 제3 커플인덕터들(L1, L2, L3)에 각각 연결되는 2상 풀 브릿지의 스위치들을 제어하는 스위치 구동부(switch dirver)로 구현될 수 있다. 이러한 스위치 구동부는 본 명세서의 상세 설명과 첨부의 도면에 기초하여 용이하게 도출가능하므로 여기에서는 그 상세 설명을 생략한다.The
센서(30)는 제1 내지 제3 커플인덕터들(L1, L2, L3)에 결합하여 각 커플인덕터에서의 전류 또는 전압을 검출한다. 센서(30)는 제1 내지 제3 커플인덕터들(L1, L2, L3) 각각에 결합하는 제1 센서, 제2 센서 및 제3 센서를 포함할 수 있다. 제1 센서, 제2 센서 및 제3 센서는 각 커플인덕터의 출력단이나 이 출력단과 출력 커패시터(Co)의 제1 단자와의 사이에 결합할 수 있다. 센서(30)에서 검출된 신호는 제어부(20)에 직접 전달될 수 있다. 전술한 센서(30)는 전압계, 전류계, 전력계 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
본 발명의 DC/DC 컨버터는 위상천이방식 스위칭회로가 적용되는데, MOSFET 각 스위칭 소자에 인덕터와 환류 다이오드를 강압 변환기 회로로 구성한다.In the DC / DC converter of the present invention, a phase shift type switching circuit is applied. The inductor and the reflux diode are constituted by a step-down converter circuit in each switching element of the MOSFET.
예를 들어, MOSFET1(M1)에 직렬로 L1, 병렬로 D1로 연결하고, M2, M3, M4, M5, M6에도 각각 연결한다.For example, L1 is connected in series with MOSFET 1 (M1), D1 is connected in parallel, and M2, M3, M4, M5, and M6 are also connected.
PWM 스위칭을 360/n 위상 간격으로 동일한 듀티비로 스위칭하면, 출력전류는 각각의 스위칭에 의해 생성되는 전압이 중첩되어 나타나고, 출력전류의 DC성분과 AC 성분은 비슷하지만 AC 성분의 위상이 차이가 나기 때문에 상쇄되어 크기가 크게 줄어든다.When the PWM switching is switched at the same duty ratio with 360 / n phase interval, the output current appears superimposed on the voltage generated by each switching, and the DC component and the AC component of the output current are similar, And the size is greatly reduced.
따라서, M1 PWM신호로 Duty를 제어하고, M7 동기신호로 환류경로 스위칭하며, M1 → M2 → M3 → M4 → M5 → M6 순서로 위상을 천이시키면서 제어한다.Therefore, the Duty is controlled by the M1 PWM signal, the reflux path is switched to the M7 synchronous signal, and the phase is controlled in the order of M1 → M2 → M3 → M4 → M5 → M6.
도 7은 도 6의 통합 전원 장치에 채용할 수 있는 커플인덕터의 예시도이다.Fig. 7 is an illustration of a couple inductor that can be employed in the integrated power supply of Fig. 6;
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 커플인덕터(40)는 환형 코어(Core, 43)와 코어(43)의 양측에 감긴 제1 코일(41)과 제2 코일(42)을 포함한다.Referring to FIG. 7, the coupled
제1 코일(41)의 일단은 2상 풀 브릿지에서 전류 또는 전압 위상의 리드 스테이지(lead stage)와 랙 스페이지(lag stage) 중 앞선 출력단에 연결될 수 있다. 제1 코일(41)의 타단은 출력 커패시터의 제1 단자에 연결될 수 있다.One end of the
제2 코일(42)의 일단은 2상 풀 브릿지에서 전류 또는 전압 위상의 리드 스테이지와 랙 스페이지 중 뒤진 출력단에 연결될 수 있다. 제2 코일(42)의 타단은 출력 커패시터의 제1 단자에 제1 코일(42)의 타단과 공통 연결될 수 있다.One end of the
코어(43)는 철심, 자심, 자기 철심 등으로 불리며, 높은 투자율을 갖는 강자성체의 일종을 지칭한다. 코어(43)는 전기장치나 자성장치에서 자기장의 범위를 제한하기 위해 사용될 수 있다.The
전술한 실시예에서는 3개의 커플인덕터를 사용하고 커플인덕터의 자로의 자속이 평행이 되도록 스위치들의 동작을 제어함으로써 DC/DC 컨버터에서 출력인덕터의 개수를 감소시켜 시스템의 부피를 줄이고 원가를 절감할 수 있도록 할 수 있다.In the above-described embodiment, the number of output inductors is reduced in the DC / DC converter by using three couple inductors and controlling the operation of the switches so that the magnetic flux of the couple inductor is parallel to reduce the volume of the system and reduce the cost .
또한, 이러한 커플인덕터는 1상 당 인덕터를 1개씩 사용할 경우 6상일 경우 6개의 인덕터가 필요하고, 인덕터는 자심(magnetic core)에 코일이 감겨있는 구조이며, 이 자심은 폐루프를 형성해야 한다.Also, in the case of using one inductor per phase, six inductors are required for six phases, and the inductor is a structure in which a coil is wound around a magnetic core. The core must form a closed loop.
따라서, 6개의 인덕터를 구성하기 위하여 최소 6개 자심에 6개 코일이 필요하고, 커플인덕터(couple inductor)는 1개 자심에 2개 코일을 감아둔 형태이며, 동일 자심에 2개 혹은 그 이상의 코일을 감을 수 있다.Therefore, in order to construct six inductors, six coils are required for at least six magnetic cores, and a couple inductor is formed by winding two coils around one magnetic core, and two or more coils .
도 8은 48V 배터리와 DC/DC컨버터가 배치되고 그 사이에 송풍기가 설치되어 통합전원장치의 냉각기능을 도모하도록 구현된 실시예를 예시한 도면이다.8 is a diagram illustrating an embodiment in which a 48V battery and a DC / DC converter are disposed and an air blower is installed therebetween to implement a cooling function of the integrated power supply device.
도시된 바와 같이, 상기 통합전원장치의 DC/DC 컨버터와 배터리 사이에는 송풍팬이 구비되고, 상기 송풍팬은 상기 통합전원장치의 일측에서 흡입된 외부 공기를 상기 통합전원장치의 타측으로 배출함으로써 상기 DC/DC 컨버터를 비롯한 상기 통합전원장치의 냉각을 수행한다.As shown in the figure, a blowing fan is provided between the DC / DC converter of the integrated power unit and the battery, and the blowing fan discharges the external air sucked from one side of the integrated power source device to the other side of the integrated power source device, And performs cooling of the integrated power supply including the DC / DC converter.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
10: DC/DC 컨버터
20: 제어부
30: 센서
40: 커플인덕터
100: 통합 전원 장치10: DC / DC converter
20:
30: Sensor
40: Couple inductor
100: Integrated power supply
Claims (7)
상기 DC/DC 컨버터에는 고전압소스와 저전압부하 사이에 병렬로 연결되어 있던 환류다이오드 대신, 스위칭소자 MOSFET가 구비되고, 상기 MOSFET은 동기스위칭 정류소자로 기능하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
A power portion of a DC-DC (DC / DC) converter arranged between a high voltage source and a low voltage battery and an electric load of a voltage lower than the high voltage source; A first cell module coupled between the high voltage source and the DC / DC converter; And a power pack control module incorporating a controller of a battery management system for managing the first cell module and a controller of the DC / DC converter, the DC / DC converter of the 48V-
Wherein the DC / DC converter is provided with a switching element MOSFET instead of a reflux diode connected in parallel between the high voltage source and the low voltage load, and the MOSFET functions as a synchronous switching rectifier. -DC converter.
상기 DC/DC 컨버터에서 동기 스위칭을 위해 DIODE 대신 MOSFET 스위치를 부착하면 BUCK-BOOST 컨버터를 동시에 수행하여 상기 MOSFET에 PWM 신호를 인가하면 Boost 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein when the MOSFET switch is attached to the DC / DC converter instead of the DIODE for synchronous switching, the BUCK-BOOST converter is simultaneously operated and a PWM signal is applied to the MOSFET to perform a boost operation. -DC converter.
상기 DC/DC 컨버터는 위상천이방식 스위칭회로가 적용되는데, MOSFET 각 스위칭 소자에 인덕터와 환류 다이오드를 강압 변환기 회로로 구성하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
The battery-integrated bidirectional DC-DC converter for a 48V mild hybrid is characterized in that an inductor and a reflux diode are formed in each switching element of the MOSFET, wherein the DC / DC converter is a phase shift type switching circuit.
상기 DC/DC 컨버터는 동일 자심에 적어도 2 이상의 코일이 감겨진 커플인덕터를 구비하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the DC / DC converter includes a coupled inductor in which at least two coils are wound around the same magnetic core. The battery-integrated bidirectional DC-DC converter for a 48V mild hybrid.
상기 DC/DC 컨버터는 MOSFET M1에 PWM신호를 인가하여 듀티를 제어하고, MOSFET M7에 동기신호를 인가하여 환류경로를 스위칭하며, M1, M2, M3, M4, M5, M6 순으로 위상을 천이시키면서 제어하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
The DC / DC converter controls the duty by applying a PWM signal to the MOSFET M1, switches the return path by applying a synchronizing signal to the MOSFET M7, and shifts the phases in order of M1, M2, M3, M4, M5, and M6 DC-DC converter for a 48V mild hybrid.
상기 통합 전원 장치는 통합형 제어부인 통합제어모듈, 셀 릴레이 어레이(cell relay array), 스위치 구동부 및 센서, 셀 모듈(cell modules) 및 전력변환부 모듈(power converter module)을 포함하고,
상기 통합제어모듈은 48V 에너지 저장부의 제어부와 DC/DC 컨버터의 제어부를 통합한 것이고, 상기 통합제어모듈은 배터리 셀 및 DC/DC 컨버터 컨트롤러(battery cell & DC/DC converter controller)로 지칭될 수 있고, 48V와 12V 전력을 감시 및 제어하며 셀 릴레이 어레이와 스위치 구동부 및 센서를 사용하여 DC/DC 컨버터 전력변환부와 BMS 제어부의 기능을 수행하며,
상기 셀 릴레이 어레이는 셀 모듈 내 복수의 셀들에 각각 연결되는 복수의 릴레이들을 포함하고, 복수의 릴레이들 각각의 온오프 동작에 따라 각 셀을 활성화하거나 비활성하거나 리던던시 셀을 연결하며,
상기 스위치 구동부 및 센서는 게이트 드라이브 및 센서(gate drive & sensor)를 포함하고, 스위치 구동부 및 센서는 센서에서 감지되는 DC/DC 컨버터의 출력 전압 또는 출력 전류에 따라 DC/DC 컨버터의 스위치들의 동작을 제어하며,
상기 셀 모듈은 48V 배터리를 포함한 고전압 배터리와 12V 배터리를 포함한 저전압 배터리를 포함하고, 저전압 배터리는 리튬이온배터리를 포함하며,
상기 전력변환부 모듈은 48V 배터리의 전력을 48V-12V 전력을 변환하여 차량 전장 부분에 공급하고, 상기 전력변환부 모듈은 통합제어모듈의 제어에 응하여 12V 배터리의 전력을 승압하여 차량 BSG의 PWM 인버터에 공급하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.The method according to claim 1,
The integrated power supply includes an integrated control module, a cell relay array, a switch driver and a sensor, cell modules, and a power converter module,
The integrated control module integrates a control unit of the 48V energy storage unit and a control unit of the DC / DC converter, and the integrated control module may be referred to as a battery cell and a DC / DC converter controller , 48V and 12V power, performs functions of DC / DC converter power converter and BMS controller using cell relay array, switch driver and sensor,
The cell relay array includes a plurality of relays respectively connected to a plurality of cells in a cell module, and activates, deactivates, or connects redundant cells according to ON / OFF operations of the plurality of relays,
The switch driver and the sensor include a gate drive and a sensor. The switch driver and the sensor sense the operation of the switches of the DC / DC converter according to the output voltage or the output current of the DC / DC converter sensed by the sensor Control,
The cell module includes a high voltage battery including a 48V battery and a low voltage battery including a 12V battery, the low voltage battery includes a lithium ion battery,
The power converter module converts the power of the 48V battery to 48V-12V power and supplies the power to the vehicle electrical field part. The power converter module boosts the power of the 12V battery in response to the control of the integrated control module, To-DC converter for a 48V mild hybrid.
상기 통합전원장치의 DC/DC 컨버터와 배터리 사이에는 송풍팬이 구비되고, 상기 송풍팬은 상기 통합전원장치의 일측에서 흡입된 외부 공기를 상기 통합전원장치의 타측으로 배출함으로써 상기 DC/DC 컨버터를 비롯한 상기 통합전원장치의 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드하이브리드용 배터리 일체형 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
A blower fan is provided between the DC / DC converter of the integrated power unit and the battery. The blower fan discharges the external air sucked from one side of the integrated power unit to the other side of the integrated power unit, DC-DC converter for a 48V mild hybrid.
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