KR20180136028A - 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 배터리 전압이 상용 급속충전기의 출력전압과 다른 경우 컨버터를 통해 호환성 문제를 해결함으로써, 인버터, 전기모터, 연결 커넥터의 효율 상승 및 사이즈, 재료비, 중량 저감 효과를 극대화 시킬 수 있는 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법이 소개된다.

Description

차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법{BATTERY CHARGE CONTROLLING SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 배터리 전압이 상용 급속충전기의 출력전압과 다른 경우 컨버터를 통해 호환성 문제를 해결함으로써, 인버터, 전기모터, 연결 커넥터의 효율 상승 및 사이즈, 재료비, 중량 저감 효과를 극대화 시킬 수 있는 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기자동차 등의 친환경자동차는 전기에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리와 동력원인 전기모터 그리고 전기모터를 구동시키기 위한 인버터가 필수적이다. 최근 전기자동차의 주행거리 및 전비 증가를 위해 배터리 용량을 점점 증가시키고 있을 뿐만 아니라 인버터 및 전기모터의 효율을 높이기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다.
최근 인버터 및 전기모터의 효율을 향상시키기 위한 방안으로 차량용 배터리 전압을 높이는 방법이 대두되고 있다. 예를 들어 배터리 전압을 2배 높이면, P=VI 이므로 동일한 출력파워 기준으로 인버터 및 전기모터에 흐르는 전류는 절반으로 감소되고 도통손실(I2R)은 ¼배로 감소하게 된다. 따라서 도통손실이 감소되는 만큼 인버터와 전기모터의 효율을 상승시킬 수 있고, 도통저항이 큰 파워소자 및 전도체를 사용 할 경우에는 인버터, 전기모터 및 배터리-인버터-전기모터간 연결 커넥터의 사이즈와 재료비를 저감시키는 것이 가능하다.
하지만, 현재 시중에 설치되어 있는 대부분의 급속충전기는 보통 200~500V 내외의 차량용 배터리만 충전할 수 있다. 이러한 상용 급속충전기와의 호환성 문제가 차량용 배터리 전압을 더욱 상승시키는 방안의 제한요소로 작용하는 문제점이 있었다.
따라서, 고전압 배터리와 기존의 상용 급속충전기와의 호환성 문제를 해결하기 위한 솔루션이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0079626 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량용 배터리 전압이 상용 급속충전기의 출력전압과 다른 경우 컨버터를 통해 호환성 문제를 해결함으로써, 인버터, 전기모터, 연결 커넥터의 효율 상승 및 사이즈, 재료비, 중량 저감 효과를 극대화 시킬 수 있는 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은, 차량에 장착되며, 차량의 구동부에 전력을 공급하는 차량용 고전압배터리; 차량에 장착되며, 고전압배터리와 전기적으로 연결된 부스트컨버터; 차량의 외부에 마련되며, 부스트컨버터와 전기적으로 연결되고, 부스트컨버터를 통하여 고전압배터리에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전하는 외부충전장치; 및 부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압과 고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 출력단 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 제어부;를 포함한다.
부스트컨버터는 복수의 부스팅회로가 병렬로 구성되고, 각 부스팅회로는 인덕터, 스위칭소자, 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어부는 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 스위칭 소자 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
부스트컨버터는 복수의 부스팅회로가 병렬로 구성되고, 각 부스팅회로는 인덕터, 제1스위칭소자, 제2스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어부는 부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 고전압배터리의 전압보다 낮은 경우 제1스위칭소자와 제2스위칭소자를 온시키고, 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제1스위칭소자 간 위상차를 발생시키고, 각 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제2스위칭소자 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
제어부는 부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 고전압배터리의 전압보다 높거나 같은 경우 제1스위칭소자는 오프시키고, 제2스위칭소자는 온시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법은, 차량용 배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계; 배터리 충전이 필요한 경우 배터리 전압 및 충전장치 출력전압을 비교하는 단계; 및 배터리 전압이 충전장치의 출력전압보다 높은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은, 차량의 전륜 구동부에 전력을 제공하는 차량용 제1고전압배터리; 차량의 후륜 구동부에 전력을 제공하는 차량용 제2고전압배터리; 차량에 장착되며, 일측은 제1고전압배터리와 전기적으로 연결되고, 타측은 제2고전압배터리와 전기적으로 연결되는 양방향 컨버터; 차량의 외부에 마련되며, 제1고전압배터리 또는 제2고전압배터리에 전기적으로 연결되고, 양방향 컨버터를 통하여 전기적으로 연결되지 않은 나머지 제1고전압배터리 또는 제2고전압배터리에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전하는 외부충전장치; 및 양방향컨버터의 제1고전압배터리측 입력단 전압과 제2고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 양방향컨버터의 입력단 전압과 출력단 전압이 다른 경우 양방향 컨버터를 동작시키는 제어부;를 포함한다.
외부충전장치는 제1충전장치 및 제2충전장치를 포함하고, 제1충전장치의 출력전압이 제2충전장치의 출력전압보다 낮은 것을 특징으로 한다.
제어부는 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되고, 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
제어부는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되고, 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 벅컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
양방향 컨버터는 인덕터, 제3스위칭소자, 제4스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
양방향 컨버터는 복수의 컨버팅회로가 병렬로 구성되고, 각 컨버팅회로는 인덕터, 제3스위칭소자, 제4스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
제어부는 병렬로 구성된 복수의 컨버팅회로의 제3스위칭소자 간 위상차를 발생시키고, 병렬로 구성된 복수의 컨버팅회로의 제4스위칭소자 간 위상차를 발생시켜 양방향 컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법은, 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되는지 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는지 여부를 판단하는 단계; 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되거나 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계; 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전이 필요한 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 전압을 비교하는 단계; 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 동작시키는 단계;를 포함한다.
양방향 컨버터를 동작시키는 단계에서는, 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결된 경우 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
양방향 컨버터를 동작시키는 단계에서는, 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결된 경우 벅컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법에 따르면, 차량용 배터리 전압이 상용 급속충전기의 출력전압과 다른 경우 컨버터를 통해 호환성 문제를 해결함으로써, 인버터, 전기모터, 연결 커넥터의 효율 상승 및 사이즈, 재료비, 중량 저감 효과를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 전륜배터리와 후륜배터리 전압을 서로 다르게 구성하더라도 하나의 급속 충전기로 동시에 두 배터리 모두를 충전할 수 있다.
또한, 충전포트를 2개로 구성함으로써 기존의 상용 급속충전기(200~500V)내외 출력전압)와 고전압 급속충전기(500V이상 출력전압)모두 호환이 가능하며, 둘 중 어느 하나의 급속충전기만으로도 전륜/후륜 배터리를 동시에 충전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 부스트컨버터의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 부스트컨버터의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 부스트컨버터의 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어방법의 순서도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 양방향 컨버터의 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 양방향 컨버터의 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 제어 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 구성도이고, 도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 부스트컨버터의 구성도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어방법의 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 구성도이고, 도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템의 양방향 컨버터의 구성도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어방법의 순서도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은 차량에 장착되며, 차량의 구동부(600, 전기모터)에 전력을 공급하는 차량용 고전압배터리(100); 차량에 장착되며, 고전압배터리(100)와 전기적으로 연결된 부스트컨버터(300); 차량의 외부에 마련되며, 부스트컨버터(300)와 전기적으로 연결되고, 부스트컨버터(300)를 통하여 고전압배터리(100)에 전력을 공급하여 고전압배터리(100)를 충전하는 외부충전장치(200, 급속충전기); 및 부스트컨버터(300)의 외부충전장치측 입력단 전압과 고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터(300)의 입력단 전압이 출력단 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터(300)를 동작시키는 제어부(400);를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예로서 외부충전장치(200)는 200~500V 내외의 전압범위를 가지는 상용 급속충전기일 수 있다. 제어부(400)가 외부충전장치(200)와 고전압배터리(100) 사이에 부스트 컨버터(300)를 추가하여 부스트컨버터(300)의 외부충전장치측 입력단 전압과 고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터(300)의 입력단 전압이 출력단 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터(300)를 동작시킴으로써, 기존의 상용 급속충전기와의 호환성 문제를 해결할 수 있다.
만약, 부스트컨버터(300)의 입력단 전압이 출력단 전압보다 높거나 같은 경우 제어부(400)는 부스트컨버터(300)를 동작시키지 않는다. 즉, 제어부(400)는 고전압배터리(100) 전압이 외부충전장치(200) 전압 범위 이내일 경우에는 부스트컨버터(300)를 비동작 상태를 유지시킴으로써 고전압배터리(100) 충전이 가능하게 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 부스트컨버터(300)는 인덕터, 스위칭소자, 다이오드를 포함하는 부스팅회로로 구성될 수 있다.
여기서, 스위칭 소자는 MOSFET/IGBT 등 고주파 스위칭(수kHz)이 가능한 반도체 소자 모두 포함될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 부스팅회로의 다이오드는 스위칭 소자로 대체할 수 있다. 부스팅회로의 다이오드를 스위칭 소자로 대체함으로써, 다이오드 대비 스위칭 소자의 도통손실이 작으므로 부스트컨버터(300)의 효율이 상승하는 효과가 있다.
여기서, 스위칭 소자는 상술한 바와 같이, MOSFET/IGBT 등 고주파 스위칭(수kHz)이 가능한 반도체 소자 모두 포함될 수 있다.
한편, 다이오드 대체 스위칭 소자는 인덕터와 병렬로 연결된 스위칭 소자와 서로 상보적으로 동작하게 된다. 상보적으로 동작한다는 것은, 예를 들어 인덕터와 병렬로 연결된 스위칭 소자가 80% 온 듀티인 경우 다이오드 대체 스위칭 소자는 20% 온 듀티로 동작하는 것을 의미한다. 반대로 인덕터와 병렬로 연결된 스위칭 소자가 20% 온 듀티인 경우 다이오드 대체 스위칭 소자는 80% 온 듀티로 동작하는 것을 의미한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 부스트컨버터(300)는 병렬로 구성된 부스팅회로로 구성될 수 있고, 각 부스팅회로는 인덕터, 제1스위칭소자(301,311), 제2스위칭소자(302,312)를 포함할 수 있다. 부스팅회로를 병렬로 구성함으로써, 인덕터 리플 전류를 감소시킬 수 있다.
제어부(400)는 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 스위칭 소자 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터(300)를 동작시킬 수 있다.
더욱 상세하게, 제어부(400)는 부스트컨버터(300)의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터(300)의 입력단 전압이 고전압배터리(100)의 전압보다 낮은 경우 제1스위칭소자(301,311)와 제2스위칭소자(302,312)를 온시키고, 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제1스위칭소자(301,311) 간 위상차를 발생시키고, 각 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제2스위칭소자(302,312) 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터를 동작시킬 수 있다.
여기서, 스위칭소자 간 위상차는 360도/병렬수가 될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 2병렬일 경우에는 스위칭소자 간 위상차는 180도이고, 3병렬일 경우에는 스위칭소자 간 위상차는 120도가 될 것이다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 4에서 제어부(400)는 각 병렬로 구성된 제1스위칭소자(301,311) 간 위상차(180도)를 발생시키고, 제2스위칭소자(302,312) 간 위상차(180도)를 발생시켜 부스트컨버터(300)를 동작시킬 수 있다. 이때, 제1스위칭소자(301,311)와 제2스위칭소자(302,312)는 서로 상보적으로 동작이 가능하다.
한편, 제어부(400)는 부스트컨버터(300)의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터(300)의 입력단 전압이 고전압배터리(100)의 전압보다 높거나 같은 경우 제1스위칭소자(301,311)는 오프시키고, 제2스위칭소자는 온(302,312)시켜 부스트컨버터를 비동작상태로 유지시킴으로써 고전압배터리(100) 충전이 가능하게 할 수 있다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법은, 차량용 배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계(S200); 배터리 충전이 필요한 경우 배터리 전압 및 충전장치 출력전압을 비교하는 단계(S220); 및 배터리 전압이 충전장치의 출력전압보다 높은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 단계(S300,S320);를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템은, 차량의 전륜 구동부(610, 전륜 전기모터)에 전력을 제공하는 차량용 제1고전압배터리(110); 차량의 후륜 구동부(630, 후륜 전기모터)에 전력을 제공하는 차량용 제2고전압배터리(130); 차량에 장착되며, 일측은 제1고전압배터리(110)와 전기적으로 연결되고, 타측은 제2고전압배터리(130)와 전기적으로 연결되는 양방향 컨버터(350); 차량의 외부에 마련되며, 제1고전압배터리(110) 또는 제2고전압배터리(130)에 전기적으로 연결되고, 양방향 컨버터(350)를 통하여 전기적으로 연결되지 않은 나머지 제1고전압배터리(110) 또는 제2고전압배터리(130)에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전하는 외부충전장치(210,230); 및 양방향컨버터(350)의 제1고전압배터리측 입력단 전압과 제2고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 양방향컨버터(350)의 입력단 전압과 출력단 전압이 다른 경우 양방향 컨버터(350)를 동작시키는 제어부(450);를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예로서 제1고전압배터리(110)는 차량의 전륜 구동부(610, 전륜 전기모터)에 전력을 제공하는 차량의 전륜용 배터리일 수 있고, 제2고전압배터리(130)는 차량의 후륜 구동부(630, 후륜 전기모터)에 전력을 제공하는 차량의 후륜용 배터리일 수 있다. 양방향 컨버터는 벅/부스트 동작을 모두 수행하는 컨버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 외부충전장치는 제1충전장치 및 제2충전장치를 포함하고, 제1충전장치의 출력전압이 제2충전장치의 출력전압보다 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 제1충전장치는 상용 급속충전기가 될 수 있으며, 출력전압은 200V~500V 내외일 수 있다. 제2충전장치는 고전압급속충전기가 될 수 있으며, 출력전압은 500V이상일 수 있다. 또한, 전륜용 배터리 전압은 200V~500V내외일 수 있고, 후륜용 배터리 전압은 500V이상일 수 있다.
제1고전압배터리(110) 또는 제2고전압배터리(130)에 전기적으로 연결되고, 양방향 컨버터(350)를 통하여 전기적으로 연결되지 않은 나머지 제1고전압배터리(110) 또는 제2고전압배터리(130)에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전한다는 의미는, 본 발명의 일 실시예로서 상용 급속충전기가 구비된 곳에서 차량 충전을 원할 경우 전륜용배터리의 충전포트를 통해 차량과 연결하면 상용 급속충전기가 전륜배터리를 직접 충전하게 되고, 동시에 양방향 컨버터가 동작하여 충전기와 직접 연결되지 않은 후륜배터리도 충전이 가능하다는 것이다.
한편, 고전압 급속충전기가 구비된 곳에서 차량 충전을 원할 경우 후륜용배터리의 충전포트를 통해 차량과 연결하면 고전압급속충전기가 후륜배터리를 직접 충전하게 되고, 동시에 양방향 컨버터가 동작하여 충전기와 직접 연결되지 않은 전륜배터리도 충전이 가능할 것이다.
도 6을 참조하여 제어부(450)의 동작을 설명하면, 제어부(450)는 양방향컨버터(350)의 제1고전압배터리측 입력단 전압과 제2고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 양방향컨버터(350)의 입력단 전압과 출력단 전압이 다른 경우 양방향 컨버터(350)를 동작시킬 수 있다.
제어부(450)는 제1충전장치(210, 상용 급속충전기)가 제1고전압배터리(110)에 연결되고, 제1고전압배터리(110) 전압이 제2고전압배터리(130) 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 부스트컨버터로써 동작시키고, 제어부(450)는 제2충전장치(230, 고전압 급속충전기)가 제2고전압배터리(130)에 연결되고, 제1고전압배터리(110) 전압이 제2고전압배터리(130) 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 벅컨버터로써 동작시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 양방향 컨버터는 인덕터, 제3스위칭소자(S1), 제4스위칭소자(S2)를 포함하는 양방향 컨버트 회로로 구성될 수 있다. 스위칭 소자는 MOSFET/IGBT 등 고주파 스위칭(수kHz)이 가능한 반도체 소자 모두 포함될 수 있다.
여기서, 제1충전장치(210)가 제1고전압배터리(110)에 연결되고, 제1고전압배터리(110) 전압이 제2고전압배터리(130) 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 부스트컨버터로써 동작시킬 때 제3스위칭소자(S1)의 온(ON) 주기를 제어하여 제2고전압배터리(130)를 충전시킬 수 있다. 제2충전장치(230)가 제2고전압배터리(130)에 연결되고, 제1고전압배터리(110) 전압이 제2고전압배터리(130) 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 벅컨버터로써 동작시킬 때 제4스위칭소자(S2)의 온(ON) 주기를 제어하여 제1고전압배터리를 충전시킬 수 있다. 이때, 제3스위칭소자(S1)와 제4스위칭소자(S2)는 상보적으로 동작할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 양방향 컨버터는 병렬로 구성된 양방향 컨버트 회로로 구성될 수 있고, 각 양방향 컨버트 회로는 인덕터, 제3스위칭소자(S1,S3), 제4스위칭소자(S2,S4)를 포함할 수 있다. 양방향 컨버트 회로를 병렬로 구성함으로써, 인덕터 리플 전류를 감소시킬 수 있다.
제어부(450)는 병렬로 구성된 복수의 양방향 컨버트 회로의 제3스위칭소자(S1,S3) 간 위상차를 발생시키고, 병렬로 구성된 복수의 양방향 컨버트 회로의 제4스위칭소자(S2,S4) 간 위상차를 발생시켜 양방향 컨버터를 동작시킬 수 있다.
여기서, 스위칭소자 간 위상차는 상술한 바와 같이 360도/병렬수가 될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 2병렬일 경우에는 스위칭소자 간 위상차는 180도이고, 3병렬일 경우에는 스위칭소자 간 위상차는 120도가 될 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 제어 방법은, 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되는지 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는지 여부를 판단하는 단계(S500); 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되거나 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계(S500); 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전이 필요한 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 전압을 비교하는 단계(S520); 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 동작시키는 단계(S600,S700,S620,S640,S720,S740);를 포함할 수 있다.
양방향 컨버터를 동작시키는 단계(S600,S700,S620,S640,S720,S740)에서는, 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되고, 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전 필요한 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 전압을 비교하여 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터를 동작시켜 제2고전압배터리를 충전시킬 수 있다.
한편, 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결된 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전 필요한 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 전압을 비교하여 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 벅컨버터를 동작시켜 제1고전압배터리를 충전시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법은, 기존의 상용 급속충전기 출력전압보다 높은 전압의 배터리를 탑재한 차량도 상용 급속충전기를 사용하여 배터리 충전이 가능하다. 즉, 기존 대비 차량용 배터리 전압 증가량이 커지더라도 급속충전기와 호환이 가능하다.
또한, 전륜배터리와 후륜배터리 전압을 서로 다르게 구성하더라도 하나의 급속 충전기로 동시에 두 배터리 모두를 충전할 수 있다.
또한, 충전포트를 2개로 구성함으로써 기존의 상용 급속충전기(200~500V)내외 출력전압)와 고전압 급속충전기(500V이상 출력전압)모두 호환이 가능하며, 둘 중 어느 하나의 급속충전기만으로도 전륜/후륜 배터리를 동시에 충전이 가능하다.
또한, 급속충전기와의 호환성 문제 해결을 통해 배터리 전압을 기존 대비 더욱 증가시킬 수 있어 인버터, 전기모터, 연결 커넥터의 효율상승 및 사이즈, 재료비, 중량 저감 효과를 극대화 시킬 수 있다. 또한, 전륜, 후륜 배터리 전압을 서로 다르게 구성이 가능하므로 차량 관점에서 전략적으로 개발이 가능하다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 고전압배터리 200: 외부충전장치
300: 부스트컨버터

Claims (17)

  1. 차량에 장착되며, 차량의 구동부에 전력을 공급하는 차량용 고전압배터리;
    차량에 장착되며, 고전압배터리와 전기적으로 연결된 부스트컨버터;
    차량의 외부에 마련되며, 부스트컨버터와 전기적으로 연결되고, 부스트컨버터를 통하여 고전압배터리에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전하는 외부충전장치; 및
    부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압과 고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 출력단 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 제어부;를 포함하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    부스트컨버터는 복수의 부스팅회로가 병렬로 구성되고, 각 부스팅회로는 인덕터, 스위칭소자, 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 스위칭 소자 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    부스트컨버터는 복수의 부스팅회로가 병렬로 구성되고, 각 부스팅회로는 인덕터, 제1스위칭소자, 제2스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제어부는 부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 고전압배터리의 전압보다 낮은 경우 제1스위칭소자와 제2스위칭소자를 온시키고, 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제1스위칭소자 간 위상차를 발생시키고, 각 병렬로 구성된 복수의 부스팅회로의 제2스위칭소자 간 위상차를 발생시켜 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    제어부는 부스트컨버터의 외부충전장치측 입력단 전압을 측정하고, 부스트컨버터의 입력단 전압이 고전압배터리의 전압보다 높거나 같은 경우 제1스위칭소자는 오프시키고, 제2스위칭소자는 온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  7. 차량용 배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계;
    배터리 충전이 필요한 경우 배터리 전압 및 충전장치 출력전압을 비교하는 단계; 및
    배터리 전압이 충전장치의 출력전압보다 높은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.
  8. 차량의 전륜 구동부에 전력을 제공하는 차량용 제1고전압배터리;
    차량의 후륜 구동부에 전력을 제공하는 차량용 제2고전압배터리;
    차량에 장착되며, 일측은 제1고전압배터리와 전기적으로 연결되고, 타측은 제2고전압배터리와 전기적으로 연결되는 양방향 컨버터;
    차량의 외부에 마련되며, 제1고전압배터리 또는 제2고전압배터리에 전기적으로 연결되고, 양방향 컨버터를 통하여 전기적으로 연결되지 않은 나머지 제1고전압배터리 또는 제2고전압배터리에 전력을 공급하여 고전압배터리를 충전하는 외부충전장치; 및
    양방향컨버터의 제1고전압배터리측 입력단 전압과 제2고전압배터리측 출력단 전압을 측정하고, 양방향컨버터의 입력단 전압과 출력단 전압이 다른 경우 양방향 컨버터를 동작시키는 제어부;를 포함하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    외부충전장치는 제1충전장치 및 제2충전장치를 포함하고, 제1충전장치의 출력전압이 제2충전장치의 출력전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어부는 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되고, 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    제어부는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되고, 제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 벅컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    양방향 컨버터는 인덕터, 제3스위칭소자, 제4스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  13. 청구항 8에 있어서,
    양방향 컨버터는 복수의 컨버팅회로가 병렬로 구성되고, 각 컨버팅회로는 인덕터, 제3스위칭소자, 제4스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제어부는 병렬로 구성된 복수의 컨버팅회로의 제3스위칭소자 간 위상차를 발생시키고, 병렬로 구성된 복수의 컨버팅회로의 제4스위칭소자 간 위상차를 발생시켜 양방향 컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 시스템.
  15. 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되는지 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는지 여부를 판단하는 단계;
    제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결되거나 또는 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결되는 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전 필요여부를 판단하는 단계;
    제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 충전이 필요한 경우 제1고전압배터리 및 제2고전압배터리의 전압을 비교하는 단계;
    제1고전압배터리 전압이 제2고전압배터리 전압보다 낮은 경우 양방향 컨버터를 동작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    양방향 컨버터를 동작시키는 단계에서는, 제1충전장치가 제1고전압배터리에 연결된 경우 부스트컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    양방향 컨버터를 동작시키는 단계에서는, 제2충전장치가 제2고전압배터리에 연결된 경우 벅컨버터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 충전 제어 방법.
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