KR20190066486A - Electric power control apparatus for vehicle - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a power control device for vehicle. According to the present invention, the power control device for vehicle includes: a photovoltaic module; a bidirectional converter which bidirectionally transmits the power of a low voltage battery and the power of a high voltage battery; a common bidirectional converter which transmits power generated in the photovoltaic module to a low voltage battery or bidirectionally transmits the power of the low voltage battery and the power of the high voltage battery; a switching module which connects the common bidirectional converter with the bidirectional converter or connects the photovoltaic module with the common bidirectional converter; and a control unit which controls power transmission between the low voltage battery and the high voltage battery by connecting the common bidirectional converter with the bidirectional converter through a switching module according to operation modes or transmits power generated in the photovoltaic module to the low voltage battery by connecting the photovoltaic module with the common bidirectional converter through the switching module. The present invention is able to reduce the volume, weight, and manufacturing cost of the power control device.

Description

차량용 전력제어장치{ELECTRIC POWER CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}[0001] ELECTRIC POWER CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE [0002]

본 발명은 차량용 전력제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 기능을 통합한 차량용 전력제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a vehicular power control apparatus, and more particularly, to a vehicular power control apparatus incorporating a 12V-48 bidirectional converter function and an MPPT (Maximun Power Point Tracking) charging function.

차량의 전력시스템은 차량 내의 전자 부품, 안전 부품 또는 각종 액세서리를 가동하기 위한 전력을 공급하는 시스템이다. 차량의 전력시스템은 직류전압을 공급하여 차량 내의 전자 부품들을 가동한다. 기존에는 차량의 전력시스템으로 12V 전력시스템이 사용되었으나, 최근에는 에너지 용량을 증가시키고, 고출력의 전자 부품을 사용하여 전력 효율성을 향상시키기 위해 48V 전력시스템이 보급되고 있다.BACKGROUND ART A power system of a vehicle is a system for supplying electric power for operating electronic components, safety components or various accessories in a vehicle. The power system of the vehicle supplies DC voltage to drive electronic components in the vehicle. Previously, a 12V power system was used as a vehicle power system. Recently, 48V power systems have been introduced to increase energy capacity and improve power efficiency by using high-output electronic components.

다만, 48V 전력시스템을 적용하는 경우, 종래의 12V 전압으로 가동되던 차량의 모든 전자 부품을 48V 용으로 교체해야 하는 문제점이 존재하여, 12V 및 48V의 전압을 함께 공급할 수 있는 12V-48V 전력 변환 시스템이 개발되었다. However, when the 48V power system is applied, there is a problem that all the electronic parts of the vehicle, which was operated by the conventional 12V voltage, have to be replaced for 48V, and a 12V-48V power conversion system Was developed.

12V-48V 전력 변환 시스템은 12V 전압으로 소모전력이 적은 부품을 가동시키고, 48V 전압으로 전동식 조향장치 또는 공조시스템과 같이 소모전력이 큰 부품을 가동시킨다. 12V-48V 전력 변환 시스템으로는 통상적으로 양방향 DC-DC 컨버터가 사용된다.The 12V-48V power conversion system drives components with low power consumption at 12V and drives components with high power consumption such as electric steering or air conditioning systems at 48V. As a 12V-48V power conversion system, a bidirectional DC-DC converter is typically used.

12V-48V 전력 변환 시스템에 있어서, 배터리 관리는 매우 중요하다. 배터리는 충전, 방전, 셀 밸런싱 등 다양한 사항에 대하여 관리를 하여야 한다. 배터리를 효율적으로 관리함으로 인하여 배터리의 수명을 늘릴 수 있으며, 부하에 안정적으로 전력을 제공할 수 있게 된다. 배터리는 충전 및 방전을 제어하는 스위치들과 함께 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리를 효율적으로 그리고 안정하게 충전 및 방전하기 위하여 다양한 방법이 제안되고 있다. 이에, 태양광 발전을 이용하여 배터리를 충전시키는 방안이 제시되었다. For 12V-48V power conversion systems, battery management is very important. The battery should be managed for various things such as charging, discharging, and cell balancing. By efficiently managing the battery, the life of the battery can be increased and the power can be stably supplied to the load. A battery is provided in the form of a battery pack together with switches for controlling charging and discharging. Various methods for charging and discharging the battery efficiently and stably have been proposed. Accordingly, a method of charging the battery using solar power generation has been proposed.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2017-0047838호(2017.05.08)의 '48V-12V 통합 전원 장치'에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in '48V-12V Integrated Power Supply Device' of Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0047838 (Jul.

그러나, 종래의 태양광 시스템과 48V 전력변환 시스템을 구현하기 위해서는 MPPT 충전기, 48V 양방향 컨버터가 각각 필요했다. 즉, MPPT 충전기와 48V 양방향 컨버터가 별물형으로 구성되어 큰 부피, 무게 및 제작 단가가 높고, 하나의 시스템으로 구현하기도 어려운 실정이었다. However, MPPT charger and 48V bidirectional converter were required to implement conventional photovoltaic system and 48V power conversion system, respectively. That is, the MPPT charger and the 48V bidirectional converter are formed in a separate type, so that a large volume, weight, and manufacturing cost are high, and it is difficult to implement the system as a single system.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현한 차량용 전력제어장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of one aspect of the present invention to provide a vehicular power control system in which a 12V-48 bidirectional converter function and a MPPT (Maximun Power Point Tracking) Device.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 태양광 모듈; 저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 양방향 컨버터; 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 또는 상기 저전압 배터리의 전력과 상기 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 공통 양방향 컨버터; 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시키거나, 상기 태양광 모듈은 상기 공통 양방향 컨버터에 연결시키는 스위칭 모듈; 및 동작 모드에 따라 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 저전압 배터리와 상기 고전압 배터리 간의 전력 전송을 제어하거나, 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 태양광 모듈을 상기 공통 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, a vehicular power control apparatus includes: a solar module; A bidirectional converter for bidirectionally transmitting the power of the low voltage battery and the power of the high voltage battery; A common bidirectional converter for transmitting power generated by the solar module to the low voltage battery or for transmitting power of the low voltage battery and power of the high voltage battery in both directions; A switching module connecting the common bidirectional converter to the bidirectional converter or connecting the photovoltaic module to the common bidirectional converter; And controlling the power transmission between the low-voltage battery and the high-voltage battery by connecting the common bidirectional converter with the bidirectional converter through the switching module according to an operation mode, or controlling the power transmission of the photovoltaic module via the switching module to the common bidirectional converter And a controller for connecting the power generated by the solar module to the low-voltage battery.

본 발명의 상기 공통 양방향 컨버터는 상기 저전압 배터리의 전력을 충전한 후 상기 고전압 배터리로 전송하고, 상기 고전압 배터리의 전력 또는 상기 태양광 모듈의 전력을 충전한 후 상기 저전압 배터리로 전송하는 제2 인덕터; 상기 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터와 상기 제5 스위칭 소자 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제어부는 제어신호에 따라 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자 각각을 PWM 제어하는 것을 특징으로 한다. The common bidirectional converter may include a second inductor that charges the power of the low voltage battery and then transmits the power to the high voltage battery, charges the power of the high voltage battery or the power of the solar module, and then transmits the power to the low voltage battery. A fifth switching device connected in series with the second inductor (L2); And a sixth switching element connected to the contact point between the second inductor and the fifth switching element and having the other end connected to the ground, wherein the control part controls the fifth switching element and the sixth switching element Is PWM-controlled.

본 발명의 상기 스위칭 모듈은 상기 태양광 모듈과 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되어 상기 태양광 모듈과 상기 제1 스위칭 소자 사이의 전류를 제어하는 제3 스위칭 소자; 및 일단 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되고 타단이 상기 양방향 컨버터와 공통 연결되어 상기 양방향 컨버터와 상기 공통 양방향 컨버터 사이에 흐르는 전류를 제어하는 제4 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. The switching module of the present invention may include a third switching device connected between the solar module and the fifth switching device to control a current between the solar cell module and the first switching device; And a fourth switching element which is connected between the third switching element and the fifth switching element and whose other end is commonly connected to the bidirectional converter to control a current flowing between the bidirectional converter and the common bidirectional converter .

본 발명의 상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴온시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 공통 양방향 컨버터를 통해 상기 태양광 모듈의 전력을 상기 저전력 배터리에 전송하는 것을 특징으로 한다. The control unit of the present invention is characterized in that the third switching device is turned on and the fourth switching device is turned off so that the power of the solar module is transmitted to the low-power battery through the common bidirectional converter.

본 발명의 상기 제어부는 상기 제3 스위칭 소자를 턴오프시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 공통 양방형 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리의 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 상기 저전압 배터리의 전력을 상기 고전압 배터리에 전송하는 것을 특징으로 한다. The control unit of the present invention turns off the third switching device and turns on the fourth switching device to transfer the power of the high voltage battery to the low voltage battery through the common siphon converter or to change the power of the low voltage battery to the high voltage To the battery.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현할 수 있다.The vehicle power control apparatus according to one aspect of the present invention can realize the 12V-48 bidirectional converter function and the MPPT charging function as one hybrid system.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용하고 하나의 형태로 제작함으로써, 제조 비용을 감소시키고 제작 및 설치가 용이하다. The power control apparatus for a vehicle according to another aspect of the present invention uses the 12V-48 bidirectional converter and the power devices used in the MPPT charger in common, and manufactures them in one form, thereby reducing manufacturing cost and facilitating manufacture and installation.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용함으로써, 전력제어장치의 사이즈를 축소시키고 경량화시킬 수 있다. The vehicle power control apparatus according to another aspect of the present invention can reduce the size and weight of the power control apparatus by commonly using the power devices used in the 12V-48 bidirectional converter and the MPPT charger.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. Further, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the user, the intention or custom of the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 저전압 배터리(10), 고전압 배터리(20), 양방향 컨버터(30), 태양광 모듈(40), 스위칭 모듈(50), 제어부(60) 및 공통 양방향 컨버터(70)를 포함한다. 1, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a low voltage battery 10, a high voltage battery 20, a bidirectional converter 30, a solar module 40, a switching module 50, A control unit 60 and a common bidirectional converter 70.

저전압 배터리(10)는 차량 내의 각 전자 부품에 각각 저전압을 공급한다. 저전압 배터리(10)는 12V 전압의 배터리로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The low-voltage battery 10 supplies a low voltage to each electronic component in the vehicle. The low-voltage battery 10 may be implemented with a battery of 12V voltage, but is not limited thereto.

고전압 배터리(20)는 차량 내의 각 전자 부품에 각각 고전압을 공급한다. 고전압 배터리(20)는 48V 전압의 배터리로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The high-voltage battery 20 supplies a high voltage to each electronic component in the vehicle. The high voltage battery 20 may be implemented by a battery of a voltage of 48 V, but is not limited thereto.

저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20)는 리튬 배터리, 납축전지, 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터가 단독 또는 조합되어 구성될 수 있으나 상기한 대상에 한정되지 않고 차량의 전자 부품에 전원을 공급할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.The low-voltage battery 10 and the high-voltage battery 20 may be composed of a lithium battery, a lead-acid battery, a super capacitor, or an ultracapacitor, either alone or in combination. However, the present invention is not limited to the above- Configuration.

저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20)는 상호 간의 전력 변환을 위해 복수 개의 양방향 컨버터(30) 및 공통 양방향 컨버터(70)를 통해 전기적으로 연결된다. The low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 are electrically connected through a plurality of bidirectional converters 30 and a common bidirectional converter 70 for mutual power conversion.

양방향 컨버터(30)는 양방향으로 동작하는 것으로써, 저전압 배터리(10)에서 고전압 배터리(20)로 전력을 전송하거나 고전압 배터리(20)에서 저전압 배터리(10)로 전력을 전송한다. Bidirectional converter 30 operates bi-directionally to transfer power from low voltage battery 10 to high voltage battery 20 or from high voltage battery 20 to low voltage battery 10.

본 실시예에서 고전압 배터리(20)에서 저전압 배터리(10)로 역방향으로 전력을 전송하는 것을 제1 전력전송 모드라 하고, 저전압 배터리(10)에서 고전압 배터리(20)로 전력을 전송하는 것을 제2 전력전송 모드라 한다. 이와 같이 양방향으로 전력을 전송하는 것을 전력전송 모드라 하고, 태양광 모듈(40)에 의해 생성된 전력을 저전압 배터리(10)로 전송하는 것을 MPPT(Maximun Power Point Tracking) 충전 모드라 한다. 전력전송 모드 및 MPPT 충전 모드에 대해서는 후술한다. The transfer of power from the high voltage battery 20 to the low voltage battery 10 in the reverse direction in the present embodiment is referred to as a first power transfer mode and the transfer of power from the low voltage battery 10 to the high voltage battery 20 is referred to as a second power transfer mode, Power transmission mode. The transfer of power in both directions is referred to as a power transfer mode, and transfer of power generated by the solar module 40 to the low-voltage battery 10 is referred to as MPPT (Maximun Power Point Tracking) charging mode. The power transmission mode and the MPPT charging mode will be described later.

양방향 컨버터(30)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 사이에 복수 개가 인터리브드(interleaved) 구조로 배치되며, 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 사이에 양방향으로 전류를 인가한다. The bidirectional converter 30 is disposed in a plurality of interleaved structures between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 and applies current in both directions between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 .

양방향 컨버터(30)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간에 전송되는 전송전력의 크기에 따라 복수 개가 구비될 수 있으며, 그 개수에 대응되는 위상차로 동작할 수 있다. 본 실시예에서는 4상 인터리브드 구조의 양방향 인버터를 예시로 설명한다.The bidirectional converter 30 may be provided in a plurality according to the magnitude of the transmission power transmitted between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20, and may operate with a phase difference corresponding to the number. In this embodiment, a bidirectional inverter having a four-phase interleaved structure will be described as an example.

양방향 컨버터(30)는 제1 인덕터(L1), 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 포함한다. The bidirectional converter 30 includes a first inductor L1, a first switching device SW1, and a second switching device SW2.

제1 인덕터(L1)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 중 어느 하나의 전력을 충방전한다. The first inductor L1 charges and discharges the power of either the low voltage battery 10 or the high voltage battery 20.

제1 인덕터(L1)는 제2 전력전송 모드에서는 저전압 배터리(10)의 전력을 충전한 후 고전압 배터리(20)로 전송하고, 제1 전력전송 모드에서는 고전압 배터리(20)의 전력을 충전한 후 저전압 배터리(10)로 전송한다. The first inductor L1 charges the power of the low voltage battery 10 in the second power transfer mode and then transfers the power to the high voltage battery 20, and charges the high voltage battery 20 in the first power transfer mode To the low voltage battery (10).

제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 인덕터(L1)와 직렬로 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The first switching device SW1 is connected in series with the first inductor L1 and is selectively switched according to the operation mode.

제2 스위칭 소자(SW2)는 일측이 제1 인덕터(L1)와 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The second switching device SW2 has one side connected to the contact point between the first inductor L1 and the first switching device SW1 and the other side connected to the ground, and is selectively switched according to the operation mode.

제2 전력전송 모드에서는, 먼저 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴온되어 저전압 배터리(10)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되고, 이후 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴온되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴오프되어 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송된다. 이에 따라 고전압 배터리(20)가 충전된다. In the second power transfer mode, the first switching device SW1 is first turned off and the second switching device SW2 is turned on so that the power of the low-voltage battery 10 is charged in the first inductor L1, The switching element SW1 is turned on and the second switching element SW2 is turned off so that the electric power charged in the first inductor L1 is transferred to the high voltage battery 20. [ As a result, the high-voltage battery 20 is charged.

제1 전력전송 모드에서는, 먼저 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴온되고 제2 스위칭소자가 턴오프되어 고전압 배터리(20)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되고, 이후 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴온되어 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이에 따라 저전압 배터리(10)가 충전된다. In the first power transfer mode, the first switching device SW1 is first turned on and the second switching device is turned off so that the power of the high voltage battery 20 is charged into the first inductor L1, SW1 are turned off and the second switching element SW2 is turned on so that the electric power charged in the first inductor L1 is transferred to the low voltage battery 10. [ Whereby the low-voltage battery 10 is charged.

이 경우, 동작하는 양방향 컨버터(30)의 개수는 전송전력 크기에 따라 결정된다. 예를 들어, 상대적으로 큰 전력을 전송할 경우에는 1 내지 3상의 양방향 컨버터(30)와 공통 양방향 컨버터(70)가 동작하며, 상대적으로 작은 전력을 전송할 경우 1~2상의 양방향 컨버터(30)가 동작할 수 있으며, 전송 전력의 크기에 따라 n상의 양방향 컨버터(30)가 동작할 수 있다. In this case, the number of operating bidirectional converters 30 is determined according to the transmission power magnitude. For example, when a relatively large power is transmitted, the bidirectional converter 30 and the common bidirectional converter 70 operate in one to three phases, and when the relatively small power is transmitted, the bidirectional converter 30 And the n-phase bidirectional converter 30 can operate according to the magnitude of the transmission power.

여기서, 제2 전력전송 모드로 동작할 것인지 또는 제1 전력전송 모드로 동작할 것인지는 저전압 배터리(10)에 충전된 전압과 고전압 배터리(20)에 충전된 전력에 의해 결정될 수 있다. Here, whether to operate in the second power transmission mode or the first power transmission mode can be determined by the voltage charged in the low voltage battery 10 and the power charged in the high voltage battery 20.

한편, 양방향 컨버터(30)는 상기한 바와 같이 인터리브드 구조로 복수 개가 구비되고, 이들 각각이 위상차를 두고 동작하는 바, 양방향 컨버터(30) 각각에 구비된 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)는 서로 간에 상기한 위상차를 두고 동작한다. As described above, the bidirectional converter 30 has a plurality of interleaved structures, each of which operates with a phase difference. The bidirectional converter 30 includes a first switching element SW1 and a second switching element SW2 provided in each of the bidirectional converters 30, The switching element SW2 operates with the above-mentioned phase difference between them.

공통 양방향 컨버터(70)는 태양광 모듈(30)에서 발생된 전력을 저전압 배터리(10)에 전송하거나 또는 저전압 배터리(10)의 전력과 고전압 배터리(20)의 전력을 양방향으로 전송한다.The common bidirectional converter 70 transmits the power generated in the solar module 30 to the low voltage battery 10 or the power of the low voltage battery 10 and the power of the high voltage battery 20 bidirectionally.

공통 양방향 컨버터(70)는 제2 인덕터(L2), 제5 스위칭 소자(SW5) 및 제6 스위칭 소자(SW6)를 포함한다. The common bidirectional converter 70 includes a second inductor L2, a fifth switching element SW5, and a sixth switching element SW6.

제2 인덕터(L2)는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 중 어느 하나의 전력을 충방전한다. The second inductor L2 charges and discharges the power of either the low voltage battery 10 or the high voltage battery 20.

제2 인덕터(L2)는 제2 전력전송 모드에서는 저전압 배터리(10)의 전력을 충전한 후 고전압 배터리(20)로 전송하고, 제1 전력전송 모드에서는 고전압 배터리(20)의 전력을 충전한 후 저전압 배터리(10)로 전송한다. The second inductor L2 charges the power of the low voltage battery 10 in the second power transfer mode and then transfers the power to the high voltage battery 20. In the first power transfer mode, To the low voltage battery (10).

제5 스위칭 소자(SW5)는 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. The fifth switching element SW5 is connected in series with the second inductor L2 and is selectively switched according to the operation mode.

제6 스위칭 소자(SW6)는 일측이 제2 인덕터(L2)와 제5 스위칭 소자(SW5) 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되며, 동작 모드에 따라 선택적으로 스위칭된다. One end of the sixth switching device SW6 is connected to the contact point between the second inductor L2 and the fifth switching device SW5 and the other end is connected to the ground, and is selectively switched according to the operation mode.

제2 전력전송 모드에서는, 먼저 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴온되어 저전압 배터리(10)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되어 제2 인덕터(L2)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송된다. 이에 따라 고전압 배터리(20)가 충전된다. In the second power transfer mode, the fifth switching device SW5 is first turned off and the sixth switching device SW6 is turned on so that the power of the low-voltage battery 10 is charged in the second inductor L2, The switching element SW5 is turned on and the sixth switching element SW6 is turned off so that the electric power charged in the second inductor L2 is transferred to the high voltage battery 20. [ As a result, the high-voltage battery 20 is charged.

제1 전력전송 모드에서는, 먼저 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되어 고전압 배터리(20)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴온되어 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이에 따라 저전압 배터리(10)가 충전된다. In the first power transfer mode, the fifth switching device SW5 is first turned on and the sixth switching device SW6 is turned off so that the power of the high voltage battery 20 is charged into the second inductor L2, The switching element SW5 is turned off and the sixth switching element SW6 is turned on so that the electric power charged in the second inductor L2 is transferred to the low voltage battery 10. [ Whereby the low-voltage battery 10 is charged.

여기서, 제2 전력전송 모드로 동작할 것인지 또는 제1 전력전송 모드로 동작할 것인지는 저전압 배터리(10)에 충전된 전압과 고전압 배터리(20)에 충전된 전력에 의해 결정될 수 있다. Here, whether to operate in the second power transmission mode or the first power transmission mode can be determined by the voltage charged in the low voltage battery 10 and the power charged in the high voltage battery 20.

더욱이, 공통 양방향 컨버터(70)는 MPPT 충전 모드로도 동작할 수 있다.Furthermore, the common bidirectional converter 70 can also operate in the MPPT charging mode.

MPPT 충전 모드로 동작할 경우, 제5 스위치 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)는 PWM 제어된다. 즉, 제5 스위칭 소자(SW6)가 턴온되고 제6 스위칭 소자(SW6)가 턴오프되면 태양광 모듈(40)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되고, 이후 제5 스위칭 소자(SW5)가 턴오프되고 제6 스위칭 소자(SW2)가 턴온되면, 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 태양광 모듈(40)의 전력이 저전압 배터리(10)에 충전된다. When operating in the MPPT charging mode, the fifth switching element SW5 and the sixth switching element SW6 are PWM-controlled. That is, when the fifth switching device SW6 is turned on and the sixth switching device SW6 is turned off, the power of the photovoltaic module 40 is charged into the second inductor L2, and then the fifth switching device SW5 is turned on. And the sixth switching element SW2 is turned on, the electric power charged in the second inductor L2 is transferred to the low-voltage battery 10. By repeating this process, the power of the solar module 40 is charged into the low-voltage battery 10.

태양광 모듈(40)은 태양열을 이용하여 전력을 발생시키고 발생된 전력을 저전압 배터리(10)에 공급한다. The photovoltaic module 40 generates power using solar heat and supplies the generated power to the low-voltage battery 10.

스위칭 모듈(50)은 제어부(60)의 제어신호에 따라 스위칭되어 양방향 컨버터(30)가 전력전송 모드 및 MPPT 충전 모드 중 어느 하나로 동작하도록 한다. The switching module 50 is switched according to the control signal of the controller 60 to allow the bidirectional converter 30 to operate in either the power transmission mode or the MPPT charging mode.

스위칭 모듈(50)은 제3 스위칭 소자(SW3) 및 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함한다. The switching module 50 includes a third switching device SW3 and a fourth switching device SW4.

제3 스위칭 소자(SW3)는 태양광 모듈(40)과 공통 양방향 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5) 사이에 연결되며, 태양광 모듈(40)과 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 전류를 제어한다. The third switching device SW3 is connected between the solar module 40 and the fifth switching device SW5 of the common bidirectional converter 70 and is connected between the solar module 40 and the first switching device SW1 Thereby controlling the current.

제4 스위칭 소자(SW4)는 일단이 제3 스위칭 소자(SW3)와 제5 스위칭 소자(SW5) 사이에 연결되고 타단이 양방향 컨버터(30)의 제1 스위칭 소자(SW1)와 공통 연결된다. One end of the fourth switching device SW4 is connected between the third switching device SW3 and the fifth switching device SW5 and the other end is commonly connected to the first switching device SW1 of the bidirectional converter 30. [

제4 스위칭 소자(SW4)는 인접한 양방향 컨버터(30)와 공통 양방향 컨버터(70) 사이에 흐르는 전류를 제어한다. The fourth switching device SW4 controls the current flowing between the adjacent bidirectional converter 30 and the common bidirectional converter 70. [

여기서, 동작 모드가 전력전송 모드인 경우, 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴온되고 제3 스위칭 소자(SW3)는 턴오프된다. Here, when the operation mode is the power transfer mode, the fourth switching device SW4 is turned on and the third switching device SW3 is turned off.

동작 모드가 MPPT 충전 모드인 경우, 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴오프되고 제3 스위칭 소자(SW3)는 턴온된다. 따라서, 태양광 모듈(40)에 의해 생성된 전력이 제3 스위칭 소자(SW3)를 통해 저전압 배터리(10)로 전송됨으로써, 저전압 배터리(10)가 충전되게 된다.When the operation mode is the MPPT charging mode, the fourth switching device SW4 is turned off and the third switching device SW3 is turned on. Therefore, the power generated by the solar module 40 is transferred to the low-voltage battery 10 through the third switching device SW3, so that the low-voltage battery 10 is charged.

한편, 동작 모드가 MPPT 충전 모드에서, 양방향 컨버터(30)는 해당 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)에 따라 스위칭되어 전력 전송 기능을 수행할 수 있다. Meanwhile, in the MPPT charging mode, the bidirectional converter 30 can be switched according to the first switching device SW1 and the second switching device SW2 to perform a power transmission function.

따라서, 동작 모드가 MPPT 충전 모드에서는 공통 양방향 컨버터(70)을 이용하여 태양광 모듈(40)의 전력을 저전압 배터리(10)에 충전하는 충전기능과 양방향 컨버터(30)를 이용하여 고전압 배터리(20)의 전력을 저전압 배터리(10)에 충전하는 기능이 동시에 수행될 수 있다. Therefore, in the MPPT charging mode, the charging function for charging the low-voltage battery 10 with the power of the solar module 40 using the common bidirectional converter 70 and the charging function for charging the low-voltage battery 10 using the bidirectional converter 30 To the low-voltage battery 10 can be performed at the same time.

제어부(60)는 동작 모드에 따라 양방향 컨버터(30) 및 스위칭 모듈(50)를 제어하여 양방향 컨버터(30)를 통해 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간의 전력 전송을 제어한다. 또한, 제어부(60)는 공통 양방향 컨버터(30) 및 스위칭 모듈(50)을 제어하여 태양광 모듈(40)로부터 전송되는 전력을 저전압 배터리(10)에 전송하여 저전압 배터리(10)를 충전시키거나 또는 저전압 배터리(10)와 고전압 배터리(20) 간의 전력 전송을 제어한다.The control unit 60 controls the bidirectional converter 30 and the switching module 50 according to the operation mode to control the power transmission between the low voltage battery 10 and the high voltage battery 20 via the bidirectional converter 30. The control unit 60 controls the common bidirectional converter 30 and the switching module 50 to transmit the power transmitted from the solar module 40 to the low voltage battery 10 to charge the low voltage battery 10 Or the power transmission between the low-voltage battery 10 and the high-voltage battery 20.

제2 전력전송 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨다. 또한, 제어부(60)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 PWM 제어하는데, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 저전압 배터리(10)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되도록 한 후, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴오프시켜 제1 인덕터(L1)에 충전된 전력이 고전압 배터리(20)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 고전압 배터리(20)를 충전시킨다. In the second power transmission mode, the control unit 60 turns off the third switching device SW3 and turns on the fourth switching device SW4. The control unit 60 performs PWM control of the first switching device SW1 and the second switching device SW2 so that the first switching device SW1 is turned off and the second switching device SW2 is turned on, The first switching device SW1 is turned on and the second switching device SW2 is turned off so that the electric power charged in the first inductor L1 Voltage battery 20, as shown in FIG. The control unit 60 charges the high-voltage battery 20 by repeating the above-described process.

제1 전력전송 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨다. 또한, 제어부(60)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 PWM 제어하는데, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키고 제2 스위칭소자를 턴오프시켜 고전압 배터리(20)의 전력이 제1 인덕터(L1)에 충전되도록 한 후, 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴오프시키고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 제1 인턱터(L1)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 저전압 배터리(10)를 충전시킨다. In the first power transmission mode, the control unit 60 turns off the third switching device SW3 and turns on the fourth switching device SW4. The control unit 60 performs PWM control of the first switching device SW1 and the second switching device SW2 so that the first switching device SW1 is turned on and the second switching device is turned off to turn off the high voltage battery 20, The first switching device SW1 is turned off and the second switching device SW2 is turned on so that the electric power charged in the first inductor L1 is supplied to the low voltage battery 10). The control unit 60 charges the low-voltage battery 10 by repeating the above-described process.

MPPT 충전 모드에서는, 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴온시키고 제4 스위칭 소자(SW4)는 턴오프시킨다. 아울러, 제어부(60)는 공통 양방항 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)를 PWM 제어한다. 이 경우, 제어부(60)는 제5 스위칭 소자(SW5)를 턴온시키고 제6 스위칭 소자(SW6)를 턴오프시켜 태양광 모듈(40)의 전력이 제2 인덕터(L2)에 충전되도록 한 후, 제5 스위칭 소자(SW5)를 턴오프시키고 제6 스위칭 소자(SW6)를 턴온시켜 제2 인턱터(L2)에 충전된 전력이 저전압 배터리(10)에 전송되도록 한다. 제어부(60)는 상기한 과정을 반복함으로써 저전압 배터리(10)를 충전시킨다. In the MPPT charging mode, the controller 60 turns on the third switching element SW3 and turns off the fourth switching element SW4. In addition, the control unit 60 performs PWM control on the fifth switching device SW5 and the sixth switching device SW6 of the common two-way converter 70. [ In this case, the control unit 60 turns on the fifth switching device SW5 and turns off the sixth switching device SW6 so that the power of the photovoltaic module 40 is charged in the second inductor L2, The fifth switching device SW5 is turned off and the sixth switching device SW6 is turned on so that the electric power charged in the second inductor L2 is transferred to the low voltage battery 10. [ The control unit 60 charges the low-voltage battery 10 by repeating the above-described process.

이 과정에서, 제어부(60)는 양방향 컨버터(30)를 제어하여 고전압 배터리(20)의 전력을 저전압 배터리(10)로 동시에 공급할 수 있다. In this process, the controller 60 controls the bidirectional converter 30 to simultaneously supply the power of the high-voltage battery 20 to the low-voltage battery 10.

또한, 제어부(60)는 제어부(60)는 제3 스위칭 소자(SW3)를 턴오프시키고 제4 스위칭 소자(SW4)를 턴온시킨 상태에서, 공통 양방향 컨버터(70)의 제5 스위칭 소자(SW5)와 제6 스위칭 소자(SW6)를 제어하여, 제1 전력전송 모드 또는 제2 전력전송 모드로 동작할 수도 있다. The control unit 60 controls the fifth switching device SW5 of the common bidirectional converter 70 to turn off the third switching device SW3 and turn on the fourth switching device SW4, And the sixth switching element SW6 to operate in the first power transmission mode or the second power transmission mode.

즉, 양방향 컨버터(30)가 서로 다른 동작 모드로 구동할 수 있는 바, 전력시스템의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. That is, bidirectional converter 30 can be driven in different operating modes, which can greatly improve the efficiency of the power system.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 기능과 MPPT 충전 기능을 하나의 하이브리드 시스템으로 구현할 수 있다.As described above, the vehicle power control apparatus according to the embodiment of the present invention can realize the 12V-48 bidirectional converter function and the MPPT charging function as one hybrid system.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용하고 하나의 형태로 제작함으로써, 제조 비용을 감소시키고 제작 및 설치가 용이하다. Also, the power control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention uses the power devices used in the 12V-48 bidirectional converter and the MPPT charger as a common type, thereby reducing the manufacturing cost and facilitating the fabrication and installation Do.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력제어장치는 12V-48 양방향 컨버터 및 MPPT 충전기에 사용된 전력소자들을 공용으로 사용함으로써, 전력제어장치의 사이즈를 축소시키고 경량화시킬 수 있다. In addition, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention commonly uses the power devices used in the 12V-48 bidirectional converter and the MPPT charger, thereby reducing the size and weight of the power control apparatus.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10: 저전압 배터리
20: 고전압 배터리
30: 양방향 컨버터
40: 태양광 모듈
50: 스위칭 모듈
60: 제어부
70: 공통 양방향 컨버터
L1: 인덕터
SW1: 제1 스위칭 소자
SW2: 제2 스위칭 소자
SW3: 제3 스위칭 소자
SW4: 제4 스위칭 소자
SW5: 제5 스위칭 소자
SW6: 제6 스위칭 소자10: Low voltage battery
20: High voltage battery
30: Bi-directional converter
40: Solar module
50: Switching module
60:
70: Common Bidirectional Converter
L1: inductor
SW1: first switching element
SW2: second switching element
SW3: Third switching element
SW4: fourth switching element
SW5: fifth switching element
SW6: sixth switching element

Claims (5)

태양광 모듈;
저전압 배터리의 전력과 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 양방향 컨버터;
상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 또는 상기 저전압 배터리의 전력과 상기 고전압 배터리의 전력을 양방향으로 전송하는 공통 양방향 컨버터;
상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시키거나, 상기 태양광 모듈은 상기 공통 양방향 컨버터에 연결시키는 스위칭 모듈; 및
동작 모드에 따라 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 공통 양방향 컨버터를 상기 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 저전압 배터리와 상기 고전압 배터리 간의 전력 전송을 제어하거나, 상기 스위칭 모듈을 통해 상기 태양광 모듈을 상기 공통 양방향 컨버터와 연결시켜 상기 태양광 모듈에서 발생된 전력을 상기 저전압 배터리로 전송하는 제어부를 포함하는 차량용 전력제어장치.
Solar modules;
A bidirectional converter for bidirectionally transmitting the power of the low voltage battery and the power of the high voltage battery;
A common bidirectional converter for transmitting power generated by the solar module to the low voltage battery or for transmitting power of the low voltage battery and power of the high voltage battery in both directions;
A switching module connecting the common bidirectional converter to the bidirectional converter or connecting the photovoltaic module to the common bidirectional converter; And
And controls the power transmission between the low-voltage battery and the high-voltage battery by connecting the common bidirectional converter with the bidirectional converter through the switching module according to an operation mode, or connects the solar module to the common bidirectional converter through the switching module And a controller for transmitting power generated in the solar module to the low-voltage battery.
제 1 항에 있어서, 상기 공통 양방향 컨버터는
상기 저전압 배터리의 전력을 충전한 후 상기 고전압 배터리로 전송하고, 상기 고전압 배터리의 전력 또는 상기 태양광 모듈의 전력을 충전한 후 상기 저전압 배터리로 전송하는 제2 인덕터;
상기 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결되는 제5 스위칭 소자; 및
상기 제2 인덕터와 상기 제5 스위칭 소자 사이의 접점에 연결되고 타측이 접지와 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하되,
상기 제어부는 제어신호에 따라 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자 각각을 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력제어장치.
The method of claim 1, wherein the common bidirectional converter
A second inductor that charges the power of the low voltage battery and then transmits the power to the high voltage battery, charges the power of the high voltage battery or the power of the solar module, and then transmits the power to the low voltage battery;
A fifth switching device connected in series with the second inductor (L2); And
And a sixth switching element connected to the contact point between the second inductor and the fifth switching element and the other end connected to the ground,
Wherein the control unit PWM-controls each of the fifth switching device and the sixth switching device in accordance with a control signal.
제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 모듈은
상기 태양광 모듈과 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되어 상기 태양광 모듈과 상기 제1 스위칭 소자 사이의 전류를 제어하는 제3 스위칭 소자; 및
일단 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제5 스위칭 소자 사이에 연결되고 타단이 상기 양방향 컨버터와 공통 연결되어 상기 양방향 컨버터와 상기 공통 양방향 컨버터 사이에 흐르는 전류를 제어하는 제4 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력제어장치.
3. The apparatus of claim 2, wherein the switching module
A third switching element connected between the photovoltaic module and the fifth switching element to control a current between the photovoltaic module and the first switching element; And
And a fourth switching element connected between the third switching element and the fifth switching element and the other end commonly connected to the bidirectional converter to control a current flowing between the bidirectional converter and the common bidirectional converter. The power control device for a vehicle.
제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제3 스위칭 소자를 턴온시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴오프시켜 상기 공통 양방향 컨버터를 통해 상기 태양광 모듈의 전력을 상기 저전력 배터리에 전송하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력제어장치.
4. The apparatus of claim 3, wherein the control unit
Wherein the third switching device is turned on and the fourth switching device is turned off to transmit the power of the photovoltaic module to the low-power battery through the common bidirectional converter.
제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제3 스위칭 소자를 턴오프시키고 상기 제4 스위칭 소자를 턴온시켜 상기 공통 양방형 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리의 전력을 상기 저전압 배터리에 전송하거나 상기 저전압 배터리의 전력을 상기 고전압 배터리에 전송하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력제어장치. 4. The apparatus of claim 3, wherein the control unit
The third switching device is turned off and the fourth switching device is turned on to transmit the power of the high voltage battery to the low voltage battery through the common siphon converter or the power of the low voltage battery to the high voltage battery The power control device for a vehicle.
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