KR20190047929A - 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터 - Google Patents

무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터 Download PDF

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Abstract

무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터는 인버터 또는 고전압 배터리로부터 출력된 전압을 저전압 배터리를 충전하거나 전장부하로 제공하기 위한 전압으로 변환하며, 부스트 기능용 인덕터가 구비된 컨버터부; 및 컨버터부의 인덕터와 병렬 연결되어 자기유도하는 무선충전용 인덕터;를 포함한다.

Description

무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터{Converter for vehicle with wireless charging}
본 발명은 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터에 관한 것이다.
최근 연비 및 배기가스 규제에 대안으로 하이브리드 및 전기차 관련기술이 개발되고 상품화된 차량들이 출시되고 있다. 여기서, 현재의 하이브리드 차량 및 전기 차량은 필연적으로 12V 배터리(저전압 배터리)를 충전해 줄 수 있는 컨버터가 필요하다.
또한, 현재의 차량 기술의 발전은 소비자들이 좀 더 편리하게 차량을 사용할 수 있는 방향으로 기술들이 개발되고 있다. 그 중 하나는 무선충전기술이다. 이 기술을 사용하여 차량에서도 모바일 기기를 충전할 수 있는 무선충전 장치들이 개발되고 있다.
그러나, 차량에서의 무선충전은 별도로 무선충전기를 설치해야지만 그 기능을 사용할 수 있다.
KR 2017-0053025 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 무선충전 장치를 별도로 설치하지 않고 하이브리드 차량 및 전기 차량에 필수적으로 구비되는 컨버터에 무선충전 기능을 부가하여 12V 배터리를 충전함과 동시에 모바일 기기의 무선충전 기능도 수행할 수 있는 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 인버터 또는 고전압 배터리로부터 출력된 전압을 저전압 배터리를 충전하거나 전장부하로 제공하기 위한 전압으로 변환하며, 에너지 저장용 인덕터가 구비된 컨버터부; 및 상기 컨버터부의 인덕터와 병렬 연결되어 자기유도하는 무선충전용 인덕터;를 포함하는 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 무선충전용 인덕터는 공심인덕터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인덕터는 페라이트 코어를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨버터부는 양방향 벅-부스트 컨버터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 무선충전용 인덕터는 차량의 콘솔박스 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터는 하이브리드 차량 및 전기 차량에 구비되는 컨버터와 무선충전 기능을 통합함으로써, 모바일 기기를 편리하게 충전할 수 있는 위치에 선택적으로 장착할 수 있으므로 별도로 무선충전 장치를 장착할 위치를 고려할 필요 없어 공간활용도를 극대화활 수 있다.
또한, 본 발명은 무선충전 장치를 별도로 설치하지 않고 컨버터에 무선충전 기능을 통합함으로써, 무선충전을 위한 구성요소와 컨버터의 구성요소를 공통으로 사용할 수 있으므로 무선충전기를 별도로 설치하는 경우에 비하여 전장부하의 전기적 부하를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 무선충전용 컨버터를 콘솔박스 위치에 설치함으로써, 12V 배터리를 충전함과 동시에 모바일 기기의 무선충전을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 개략적 구성도, 및
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터의 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선충전겸용 컨버터를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 차량(1)은 엔진(10), 모터발전기(20), 전자제어유닛(30), 인버터(40), 무선충전겸용 컨버터(100), 고전압 배터리(60), 저전압 배터리(70), 및 전장부하(80)를 포함할 수 있다.
이러한 차량(1)은 전장부하에 전력을 제공하기 위한 저전압 배터리(70)와 함께 모터발전기(20)를 구동하기 위한 고전압 배터리(60)를 함께 구비할 수 있다. 여기서, 차량(1)은 하이브리드 차량 또는 전기 차량일 수 있다.
엔진(10)은 벨트(14)를 통하여 모터발전기(20)와 연동되며, 모터발전기(20)는 스타트 모터와 교류 전압을 발전할 수 있는 발전기로서 기능할 수 있다.
구체적으로 모터발전기(20)는 스타트 모터로 기능할 경우, 인버터(40)를 통해 구동 전압을 공급 받아 엔진 동력의 보조 역할을 하고, 발전기로서 기능할 경우, 차량 제동시 발생되는 전기 에너지를 고전압 배터리(60)에 공급하여 충전할 수 있다.
전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit)(30)은 모터발전기(20), 인버터(40) 및 무선충전겸용 컨버터(100) 등의 각 구성들을 제어할 수 있다.
인버터(40)는 교류를 직류로 변환하거나 직류를 교류로 변환하는 양방향 변환기로서, 고전압 배터리(60)로부터 공급되는 전기에너지를 변환하여 모터발전기(20)에 공급하거나, 모터발전기(20)에서 발전된 전기에너지를 변환하여 고전압 배터리(60)를 충전할 수 있다.
고전압 배터리(60)는 복수의 슈퍼커패시터로 구성되며, 차량 감속시 모터발전기(20)로부터 회생된 전기에너지가 공급되어 충전되고, 차량 가속시 엔진 토크를 보조하도록 모터발전기(20)로 충전된 전기 에너지를 공급할 수 있다. 일례로, 이러한 고전압 배터리(60)는 48V 배터리일 수 있다.
무선충전겸용 컨버터(100)는 직류의 레벨을 변환하는 DC-DC 컨버터로서, 발전이 수행되는 경우 인버터(40)의 출력을 변화하거나 발전이 수행되지 않는 경우 고전압 배터리(60)의 전압을 변환하여 저전압 배터리(70)로 공급하여 충전하거나, 전장부하(80)로 공급할 수 있다.
또한, 무선충전겸용 컨버터(100)는 후술하는 바와 같이, 에너지 저장용 인덕터와 무선충전을 위한 인덕터를 병렬로 구비함으로써, 모바일 기기의 무선충전을 수행할 수 있다.
저전압 배터리(70)는 무선충전겸용 컨버터(100)에 의해 변환된 전기에너지가 공급되어 충전되고, 하이브리드 차량(1)의 전장부하로 충전된 전력을 공급할 수 있다. 일례로, 이러한 저전압 배터리(70)는 12V 배터리일 수 있다.
전장부하(80)는 차량(10)의 운전중에 사용되는 각종 부하로서, 램프 등과 같은 전력을 소비하는 부품, 또는 전자제어 기능 및 그에 의한 구동 수단을 포함할 수 있다. 이러한 전장부하(80)는 저전압 배터리(70) 또는 고전압 배터리(60)로부터 무선충전겸용 컨버터(100)를 통하여 전력이 공급될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터의 회로도이다.
이러한 무선충전겸용 컨버터(100)는 컨버터부(110)의 일부 구성요소를 무선충전을 위한 구성요소를 공통으로 사용함으로써, 최소한의 구성요소를 부가하는 것만으로 배터리의 충전 및 무선충전 기능을 모두 구현할 수 있다.
즉, 무선충전겸용 컨버터(100)는 종래의 하이브리드 차량 및 전기 차량에 필수적으로 구비되는 LDC(Low voltage DC/DC Converter)에 무선충전 기능을 부가함으로써, 별도의 무선충전 장치가 설치될 필요 없이 모바일 기기를 충전할 수 있고, 더욱이, 별도의 무선충전기를 구비하는 경우에 비하여 전장부하(80)의 전기적 부하를 경감시킬 수 있다.
무선충전겸용 컨버터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 컨버터부(110) 및 무선충전 송신부(L2)를 포함할 수 있다.
컨버터부(110)는 인버터(40) 또는 고전압 배터리(60)로부터 출력된 전압에 의해 저전압 배터리(70)를 충전하거나 전장부하(80)로 제공하기 위한 전압으로 변환할 수 있다.
이러한 컨버터부(110)는 양방향 벅-부스트 컨버터일 수 있다. 여기서, 컨버터부(110)는 인덕터(L1) 및 전력용 반도체 스위치(S1,S2)를 포함할 수 있다. 도 2에서, 다른 구성요소들(C1,C2,C2, R1,R2,R3)은 컨버터의 회로설계에 따라 부가적인 사항들로 이해될 수 있다.
인덕터(L1)는 전력용 반도체 스위치(S1,S2)의 스위칭 제어에 따라 고전압 배터리(60) 또는 인버터(40)로부터 인가되는 전원(V)의 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 인덕터(L1)는 페라이트 코어를 포함할 수 있다.
전력용 반도체 스위치(S1,S2)는 인버터(40) 또는 고전압 배터리(60)의 출력 전원을 인덕터(L1)에 저장하도록 전자제어유닛(30)에 의해 스위칭제어될 수 있다.
무선충전 송신부(L2)는 무선충전용 인덕터로서 공심인덕터일 수 있다. 이러한 무선충전 송신부(L2)는 인덕터(L1)와 병렬 연결되어 자기장 변화에 의해 자기유도를 발생시킬 수 있다.
여기서, 컨버터부(110)에 구비된 인덕터(L1)만을 이용하여 컨버터 출력과 무선충전 기능을 달성하는 것은 기술적 제약이 있다.
구체적으로, 저전압 배터리(70)의 충전 또는 전장부하(80)용 12V 전원을 출력하기 위해 사용되는 인덕터는 대부분 페라이트 코어를 포함하는 인덕터를 사용하기 때문에 누설자속이 거의 발생하지 않으므로 무선충전 기능을 수행할 수 없다.
반대로, 무선충전 기능을 제공하기 위해 누설자속이 큰 공심인덕터를 사용하면 무선충전 기능은 제공할 수 있지만, 전력변환되어 저전압 배터리(70) 또는 전장부하(80)로 제공되는 에너지가 작아지므로 저전압 배터리(70)의 충전 및 전장부하(80)에 적합한 전원을 제공하지 못한다.
결과적으로, 하나의 인버터 또는 한 종류의 인덕터만으로는 배터리 충전 및 무선충전 기능 모두를 만족스럽게 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무선충전겸용 컨버터(100)는 배터리 충전 및 무선충전 기능을 모두 수행하기 위해 컨버터의 기능구현에 적합한 인덕터와 무선충전에 적합한 인덕터를 병렬 연결함으로써, 12V 전원 출력과 무선충전 기능을 모두 수행할 수 있다.
이를 위해, 배터리 충전을 위한 인덕터(L1)는 페라이트 코어를 포함할 수 있고, 무선충전을 위한 인덕터(L2)는 공심인덕터일 수 있다.
이러한 무선충전겸용 컨버터(100)는 무선충전 방식으로서 전자기유도 방식을 이용할 수 있다. 즉, 무선충전겸용 컨버터(100)는 공심코일(L2)에 의해 자기장의 변화를 유도하고, 모바일 기기가 유도된 자기장의 변화에 따라 코일(L)에 전류가 유도되는 방식으로 무선충전이 이루어질 수 있다.
여기서, 인덕터(L1)는 무선충전겸용 컨버터(100)의 출력단, 즉, 저전압 배터리(70) 또는 전장부하(80) 측으로 에너지를 공급하고, 인덕터(L1)에 병렬 연결된 인덕터(L2)는 누설자속 성분에 의하여 자기장을 유도하여 무선충전 송신부로서 기능할 수 있다.
한편, 무선충전겸용 컨버터(100)는 운전자나 탑승자가 용이하게 접근할 수 있는 위치에 유동적으로 장착될 수 있다. 일례로, 무선충전겸용 컨버터(100)는 중앙 콘솔박스 아래 또는 중앙 콘솔 암레스트 아래에 장착될 수 있다.
이와 같은 무선충전겸용 컨버터(100)는 콘솔박스 위치에 설치될 수 있다. 즉, 무선충전겸용 컨버터(100)는 운전자나 탑승자의 접근이 용이하도록 운전석 부근에 배치됨으로써, 저전압 배터리(70)의 충전과 함께 모바일 기기의 무선충전을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 위치에 무선충전겸용 컨버터(100) 전체를 반드시 구비할 필요는 없고 선택적으로 무선충전을 위한 인덕터(L2)만을 구비할 수도 있다.
이에 의해 별도로 무선충전겸용 컨버터(100)를 장착할 위치를 고려하지 않아도 되므로 공간활용도를 극대화할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 본 발명의 실시예에 다른 무선충전겸용 컨버터(100)는 모바일 기기를 편리하게 충전할 수 있는 위치에 선택적으로 장착할 수 있으므로 별도로 무선충전 장치를 장착할 위치를 고려할 필요 없이 공간활용도를 극대화활 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선충전겸용 컨버터(100)는 무선충전을 위한 구성요소와 컨버터의 구성요소를 공통으로 사용할 수 있으므로 무선충전기를 별도로 설치하는 경우에 비하여 전장부하의 부하를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선충전겸용 컨버터(100)는 12V 배터리를 충전함과 동시에 모바일 기기의 무선충전을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 차량 10 : 엔진
14 : 벨트 20 : 모터발전기
30 : 전자제어유닛 40 : 인버터
60 : 고전압 배터리 70 : 저전압 배터리
80 : 전장부하 100 : 무선충전겸용 컨버터

Claims (5)

  1. 인버터 또는 고전압 배터리로부터 출력된 전압을 저전압 배터리를 충전하거나 전장부하로 제공하기 위한 전압으로 변환하며, 에너지 저장용 인덕터가 구비된 컨버터부; 및
    상기 컨버터부의 인덕터와 병렬 연결되어 자기유도하는 무선충전용 인덕터;
    를 포함하는 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전용 인덕터는 공심인덕터인 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터는 페라이트 코어를 포함하는 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는 양방향 벅-부스트 컨버터인 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전용 인덕터는 차량의 콘솔박스 위치에 배치되는 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터.
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