KR20190092994A - 차량용 배터리 충전 장치 - Google Patents

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금문환
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Abstract

차량 탑재형 충전 장치가 제공된다. 이 차량 탑재형 충전 장치는 입력단이 외부 전력원과 연결되며, 교류 전력을 직류 전력으로 정류하기 위한 제1 회로부; 입력단이 상기 제1 회로부의 출력단과 연결되되, 상기 제1 회로부에서 출력된 직류 전력의 크기를 변화시키는 제2 회로부; 및 스위치를 포함하되, 일단이 제1 회로부의 입력단에 연결되며 타단이 제2 회로부의 입력단에 연결되는 바이패스 회로를 포함한다.

Description

차량용 배터리 충전 장치{BATTERY CHARGER FOR VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차에 적용되는 차량용 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 탑재형 충전 장치(on-board charger, OBC)에 관한 것이다.
최근 환경 오염으로 인한 지구 온난화, 화석 연료의 고갈 등의 문제로 자동차 업계에서는 전기 자동차의 개발을 급속히 진행하고 있다. 현재 전세계 메이저 자동차 제작사들은 주요 개발 차량으로 전기 자동차를 만들기 위해 연구 개발 중이다.
전기 자동차(electric vehicle, EV)는 2차 전지인 배터리에 전기 에너지를 축적하고, 모터를 이용하여 축적된 전기 에너지를 동력 에너지로 전환함으로써 구동될 수 있다. 이때, 전기 에너지를 배터리에 축적하는 방식으로 직류 고전압의 전력(예를 들어, 약 50KW 이상)을 배터리에 직접 인가하는 급속 충전 방식과, 상용 교류 전압(예를 들어, 약 3~6KW)을 가진 교류 전력을 인가하는 완속 충전 방식이 이용되고 있다.
완속 충전 방식과 관련하여, 통상적으로 일반 가정에 공급되는 전력의 전압은 교류 100~240V이다. 하지만, 전기 자동차에 탑재되는 배터리는 상대적으로 고전압인 240~413V의 직류 전압에서 충전된다. 따라서, 상용 교류 전력을 효율적으로 고전압의 직류 전력(예를 들어, DC 240~413V)으로 변환하기 위해, 전기 자동차는 이른바 탑재형 충전 장치(on-board charger, OBC)를 포함한다. 탑재형 충전 장치는 크게 정류 기능 및 직류(DC)-직류(DC) 변환(승압) 기능을 할 수 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 탑재형 충전 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 외부 전력원(1)으로부터 교류 전압(Vin)이 탑재형 충전 장치(2)에 입력되고, 탑재형 충전 장치(2)는 교류 전압을 정류 및 직류-직류 변환하여, 승압된 직류 전압을 차량용 배터리(3)에 공급한다. 이를 위해, 탑재형 충전 장치(2)는 크게 정류 기능을 위한 제1 회로부(2-1) 및 직류-직류 변환 기능을 위한 제2 회로부(2-2)를 포함한다. 제1 회로부(2-1)는 예를 들어 브릿지 다이오드를 포함할 수 있고, 제2 회로부(2-2)는 예를 들어 변압기를 포함할 수 있다.
다만, 차량이 운행 중인 경우와 같이, 상용 교류 전력을 이용한 배터리 충전이 어려운 경우 보조적인 충전 방식을 통해 차량용 배터리를 충전할 수 있는 수단이 요구된다.
본 발명이 해결하려는 과제는 상용 교류 전원뿐만 아니라 직류 전원을 공급하는 배터리를 이용하여 차량용 배터리를 충전하기 위한 차량 탑재형 충전 장치(on-board charger, OBC)를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 입력단이 외부 전력원과 연결되며, 교류 전력을 직류 전력으로 정류하기 위한 제1 회로부; 입력단이 상기 제1 회로부의 출력단과 연결되되, 상기 제1 회로부에서 출력된 직류 전력의 크기를 변화시키는 제2 회로부; 및 스위치를 포함하되, 일단이 제1 회로부의 입력단에 연결되며 타단이 제2 회로부의 입력단에 연결되는 바이패스 회로를 포함하는 차량 탑재형 충전 장치가 제공된다.
일 실시 예에 따르면, 상용 교류 전원이 공급되는 경우뿐만 아니라, 외부 배터리를 통해 직류 전원이 공급되는 경우에도 차량용 배터리를 충전하기 위해 이용될 수 있는 차량 탑재형 충전 장치(on-board charger, OBC)가 제공된다. 따라서, 차량에 별도의 충전 장치를 부가하지 않으면서, 외부 배터리를 차량 탑재형 충전 장치에 연결하여 차량용 배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량 탑재형 충전 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 차량 탑재형 충전 장치를 나타낸다.
도 3은 일 실시 예에 따른 차량 탑재형 충전 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
차량용 배터리는 전기 자동차EV(electric, vehicle)의 동력원으로서, 전기 에너지를 반복하여 충전 및 방전할 수 있는 2차 전지(예를 들어, 일반적으로 리튬-이온 전지)로 구현될 수 있다. 여기서, 전기 자동차는 HEV(hybrid electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등 전기 에너지를 축적할 수 있는 배터리를 포함하는 모든 종류의 차량을 포함할 수 있다. 차량용 배터리는, 예를 들어 그 내부에 셀이 직렬로 적층되어 구성되고, 충전 상태에 따라서 약 240~413V 범위의 내부 전압을 가질 수 있다.
차량용 배터리를 충전하기 위해 고전압의 직류 전력을 배터리에 직접 인가하여 충전하는 급속 충전 방식이 효율적일 수 있다. 다만, 현재 급속 충전 방식을 위한 인프라(infrastructure)가 제대로 구축되어 있지 못한 실정이며, 그에 따라 가정용 상용 교류 전압을 이용하여 차량을 충전하는 방식이 이용된다. 이를 위해, 전기 자동차는 교류 전압(또는 전류)을 직류 전압(또는 전류)으로 정류하고 직류 전압(또는 전류)의 크기를 변화시키기 위한 차량 탑재형 충전 장치(on-borad charger, OBC)를 포함할 수 있다. 다만, 차량이 운행 중에 방전되는 상황과 같이, 상용 교류 전원을 이용하여 차량용 배터리를 충전할 수 없는 경우, 탑재형 충전 장치에 외부 배터리를 연결하여 차량용 배터리를 충전할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 차량 탑재형 충전 장치에 관한 것으로, 구체적으로 외부 전력원으로 상용 교류 전력뿐만 아니라, 배터리에서 공급되는 직류 전력을 이용하여 차량용 배터리를 충전하기 위한 차량 탑재형 충전 장치에 관한 것이다. 실시 예에 따른 차량 탑재형 충전 장치는 외부 전력원에서 공급되는 전력의 종류, 즉 직류 전압 또는 교류 전압이 공급되는지 여부에 따라 동작 모드를 변환할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재형 충전 장치를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 차량 탑재형 충전 장치는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하기 위한 제1 회로부(100), 직류 전원의 크기를 변화(예를 들어, 상승 또는 하강) 시키기 위한 제2 회로부(200) 및 외부 전력원으로부터 직류 전력 또는 교류 전력이 공급되는지 여부에 따라 제1 회로의 입력단과 제2 회로의 입력단을 단락(short) 시키거나 개방(open)시키기 위한 바이패스 회로(300)를 포함할 수 있다. 또한, 탑재형 충전 장치는 제1, 2 회로부(100, 200) 및 바이패스 회로(300)의 동작을 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.
한편, 탑재형 충전 장치의 입력단에는 외부 전력원(Vin 또는 Iin)이 연결되며, 출력단에는 차량용 배터리(Batt)가 연결될 수 있다. 외부 전력원(Vin)으로 교류 전압(또는 전류)을 공급하는 상용 교류 전원 또는 직류 전압(또는 전류)을 공급하는 외부 배터리가 이용될 수 있다.
상용 교류 전원은 통상적으로 가정용 또는 상업용으로 사용될 수 있는 단상의 교류 전원일 수 있다. 대한민국에서 상용 전압은 단상 AC 220V인 것이 일반적이고, 국가에 따라서 사용 전압은 상이할 수는 있으나 85~265V의 범위 내에 있다. 또한, 주파수는 60Hz인 것이 일반적이며, 50Hz일 수도 있다. 이 상용 교류 전원에 의하여 교류 전력이 생성되고, 차량 탑재형 충전 장치에 의해 차량용 배터리에, 예를 들어 약 3~6kW의 전력이 공급될 수 있다.
외부 배터리는 직류 전원을 공급할 수 있다. 외부 배터리는 일반적인 급속 충전 방식에서와 같이 고 전압의 직류 전력(예를 들어, 약 50KW 이상)을 제공하지 못하지만, 이동 가능한(portable) 장점을 갖는다. 따라서, 차량이 운행 중 방전되는 상황과 같이 상용 교류 전원에 의한 충전 방식이나 급속 충전 방식을 이용할 수 있는 경우, 대안적으로 차량용 배터리(Batt) 충전을 위해 이용될 수 있다. 다만, 외부 배터리가 비록 직류 전력을 공급하기는 하지만, 차량용 배터리의 충전 전압과 상이한 전압을 공급(예를 들어, 충전 전압보다 낮은 전압을 공급)하므로 차량 탑재형 충전 장치에 연결되어, 전압의 크기를 변화(예를 들어, 승압) 시킬 필요가 있다.
제1 회로부(100)는 외부 전력원(Vin)이 공급하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류할 수 있다. 구체적으로, 외부 전력원(Vin)으로부터 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)에 상용 교류 전압이 공급되는 경우, 교류 전압은 제1 회로부(100)에서 직류 전압으로 정류될 수 있다. 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위해, 제1 회로부(100)는 정류 소자(110)를 포함할 수 있다. 이때, 정류 소자(110)는 브릿지 다이오드(bridge-diode, B-D)를 포함할 수 있다. 정류 소자(110)는, 예를 들어, 상용 교류 전원으로부터 공급되는 85~265V인 교류 전압을 120~374V의 직류 전압으로 정류할 수 있다.
한편, 제1 회로부(100)는 정류 소자(110)의 출력단에 병렬로 연결된 역률 보상을 위한 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 커패시터(C1)는 무효 전력의 크기를 감소시켜 차량 탑재형 충전 장치의 역률을 개선할 수 있고, 역률이 개선되는 것에 따라 충전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 제1 회로부(100)는 정류된 직류 전압을 승압 또는 강압 시기키 위한 부스트 컨버터(boost converter)(130)를 더 포함할 수 있다. 부스트 컨버터(130)는, 예를 들어, 스위칭 소자(M1, M2), 인덕터(L1, L2), 다이오드(D1, D2)를 포함할 수도 있다. 스위칭 소자(M1, M2)금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함할 수 있다. 부스트 컨버터(130)의 스위칭 소자(M1, M2)는 제어부(400)로부터 제어신호를 수신할 수 있고, 상기 제어신호에 의해 온(on)/오프(off) 동작이 제어되어 수신한 직류 전압의 승압 또는 강압의 범위를 결정할 수 있다. 그에 따라, 부스트 컨버터(130)의 출력 값이 배터리의 충전 전압 값보다 높아지는 것을 방지하고, 결과적으로 배터리에 필요 이상의 큰 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기 제어신호는 소정의 듀티비를 갖는 PWM(pulse width modulation) 신호일 수 있으며, 스위칭 소자(M1)와 스위칭 소자(M2)에는 서로 동일하거나, 또는 상이한 듀티비를 갖는 PWM 신호가 인가될 수 있다.
한편, 차량 탑재형 충전 장치는 외부 전력원(Vin)과 제1 회로부(100)의 입력단(100-1) 사이에 노이즈(noise) 제거를 위한 목적으로 라인 필터(line filter, LF) 및 그 앞뒤로 부착된 바이패스(bypass)용 커패시터(C)를 더 포함할 수 있다. 라인 필터(LF)의 코일은 외부 전력원(Vin)에서 유입되는 불평형성 잡음(예를 들어, 벼락이나 순간 고전압 등)을 제거할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 라인 필터(LF)는 외부 전력원으로 배터리가 이용되는 경우보다는 불평형성 잡음을 포함할 확률이 높은 상용 교류 전력이 이용되는 경우 유용할 수 있다.
제2 회로부(200)의 입력단(200-1)은 제1 회로부(100)의 출력단에 연결되며, 그에 따라 제1 회로부(100)의 출력을 수신할 수 있다. 또는, 후술되는 것처럼, 외부 전력원(Vin)으로 직류 전압을 공급하는 외부 배터리가 이용되는 경우, 바이패스 회로(300)의 스위치가 온 동작하며, 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)이 단락될 수 있다. 그에 따라, 제2 회로부(200)는 외부 배터리에서 공급하는 직류 전압을 제1 회로부(100)를 거치지 않고 바이패스 회로(300)를 통해 직접 수신할 수 있다.
한편, 제1 회로부(100)의 출력단과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1) 사이에, 커패시터(C2)가 병렬로 연결될 수 있다. 커패시터(C2)는 부스트 컨버터(130)의 출력을 평활화 하거나 또는 무효 전력의 크기를 감소 시킬 수 있다.
제2 회로부(200)는 수신 받은 직류 전압을 차량용 배터리(Batt)에서 요구되는 소정의 충전 전압 값으로 변환할 수 있다. 차량용 배터리(Batt)의 충전 전압은 충전 상태(또는 방전 정도), 주위 환경(예를 들어, 기온 등)에 영향을 받아 가변적일 수 있고, 제2 회로부(200)는 차량용 배터리(Batt)의 충전 전압을 감지하여 그에 따라 적합한 직류 전압을 배터리에 제공할 수 있다.
이를 위해, 제2 회로부(200)는, 예를 들어 풀-브릿지 컨버터(full-bridge converter)를 포함할 수 있다. 풀-브릿지 컨버터는 스위칭 소자의 온/오프 동작 제어를 통해 직류 전압을 구형파 교류 전압으로 변환하고, 변압기 및 커패시터를 거쳐 정류 및 평활하여 직류 전압을 출력할 수 있다. 제2 회로부(200)는, 예를 들어 DC 초퍼(choper)(210), 변압기(transformer, T), 정류 회로(230) 및 평활 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
DC 초퍼(210)는 MOSFET과 같은 반도체 스위칭 소자들(M3, M4, M5, M6)을 포함할 수 있다. DC 초퍼(210)는 예를 들어 스위칭 소자들(M3, M4, M5, M6)을 위상 천이(phase shift) PWM 방식으로 스위칭 함으로써 직류 전압을 고주파의 교류 구형파 전압으로 변환할 수 있다. 이를 위해 DC 초퍼(210)의 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)은 제어부(400)로부터 제어신호를 인가 받을 수 있다. 한편, DC 초퍼(210)에 인가되는 제어신호는 제1 회로부(100)에 인가되는 제어신호와 듀티비가 상이한 PWM 신호일 수 있다. 또한, DC 초퍼(210)에 인가되는 PWM 신호는 스위칭 소자들(M3, M4, M5, M6) 마다 상이하거나 또는 적어도 일부는 같을 수 있다.
변압기(T)는 권선비에 의하여 전압의 승압 또는 강압에 관여하고, 차량용 배터리(Batt)를 포함한 차량에 실장된 다른 전자장치와의 전기적 계통 절연을 수행할 수 있다. 제2 회로부(200)의 출력 전압, 즉 차량용 배터리(Batt)에 인가되는 전압은 DC 초퍼(210)에 인가되는 PWM 신호의 듀티비 및 변압기(T)의 권선비에 따라 결정될 수 있다. 변압기(T)로부터 출력된 구형파 교류 전압은 정류 회로(230)를 통해 정류될 수 있다. 이후, 평활 커패시터(C3)는 차량용 배터리(Batt)에 공급할 전력의 충전 전압을 평활화 시킬 수 있고, 마침내 충전 전압이 차량용 배터리(Batt)에 인가되어 차량용 배터리(Batt)가 충전될 수 있다.
비록, 도 2에서 제2 회로부가 풀-브릿지 컨버터를 포함하는 것이 개시되어 있지만, 제2 회로부(200)는 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 회로부는 하프-브릿지 컨버터(half-bridge converter) 또는 푸쉬-풀 컨버터(push-pull converter)를 포함할 수 있다. 또는, 제2 회로부는 단지 변압기(transformer, T)만을 이용하여 전기적 계통 절연 및 직류 전압의 크기를 변화를 달성할 수도 있다.
한편, 바이패스 회로(300)의 일단은 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)에 연결되며, 타단은 제2 회로부(200)의 인력단(200-1)(또는 제1 회로부의 출력단)에 연결될 수 있다. 바이패스 회로(300)는 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)을 단락(short) 시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 전력원(Vin)이 직류 전원을 공급하는 배터리인 경우, 제1 회로부(100)의 정류 기능은 요구되지 않는다. 이때, 바이패스 회로(300)는 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)을 단락 시킨다. 이에 따라, 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)에 인가되는 외부 전력원(Vin)의 직류 전압은 정류 과정을 거치지 않고 바로 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)에 인가될 수 있다. 반대로, 외부 전력원(Vin)을 통해 상용 교류 전압이 공급되는 경우, 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)을 연결하는 바이패스 회로(300)가 개방(open)된다. 이에 따라, 외부 전력원(Vin)에서 공급되는 전력은 곧바로 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)에 공급되지 않고, 제1 회로부(100)에서 정류 과정을 거쳐 제2 회로부(200)에 공급되게 된다.
이를 위해, 바이패스 회로(300)는 스위치(S)를 포함할 수 있다. 스위치(S)는 외부 전력원(Vin)이 직류 전압을 공급하는 경우 온(on)되며, 그에 따라 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)이 단락 된다. 반대로, 스위치(S)는 외부 전력원이 교류 전압을 공급하는 경우 오프(off)되며, 그에 따라 제1 회로부(100)의 입력단(100-1)과 제2 회로부(200)의 입력단(200-1)을 연결하는 바이패스 회로(300)가 개방된다. 스위치(S)는 앞서 제1 회로부(100)의 부스트 컨버터(130)나 제2 회로부(200)의 DC 초퍼(210)가 포함하는 스위칭 소자들과 같이 MOSFET을 포함할 수 있다.
제어부(400)는 부스트 컨버터(130) 및 DC 초퍼(210)의 스위칭 소자(M1 내지 M6)의 온/오프 동작, 그리고 바이패스 회로(300)의 스위치(S)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 다양한 듀티비를 갖는 PWM 제어 신호를 통해 부스트 컨버터(130) 및 DC 초퍼(210)의 스위칭 소자(M1 내지 M6)를 제어할 수 있다. 한편, 제어부(400)는 바이패스 회로(300)의 스위치(S)에 대해서는 PWM 제어 신호를 이용하지 않으며, 외부 전력원의 종류를 판단하여 온/오프 제어를 할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 복수의 입/출력 단자를 포함할 수 있다. 제어 신호가 상기 입/출력 단자를 통해 부스트 컨버터(130), DC 초퍼(210) 및 연결 회로부(300)에 제공될 수 있다.
도 3은 도 2의 실시 예에 따른 차량 탑재형 충전 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
차량 탑재형 충전 장치의 입력단(또는 제1 회로부의 입력단)에는 상용 교류 전력원이 연결되거나, 또는 직류 전압을 공급하는 외부 배터리가 연결될 수 있다. 차량 탑재형 충전 장치는 외부 전력원을 검출할 수 있다(S1). 한편, 외부 배터리가 차량 탑재형 충전 장치의 입력단에 연결되는 경우, 탑재형 충전 장치의 제어부는 외부 배터리의 용량을 인식할 수 있으며, 그에 따라 차량용 배터리의 충전 전압, 충전 속도를 결정할 수 있다.
그 후, 차량 탑재형 충전 장치는 외부 전력원으로부터 직류 전압이 공급되는지 또는 교류 전압이 공급되는지 여부를 판단한다(S2).
외부 전력원으로부터 직류 전압이 공급되는 경우, 차량 탑재형 충전 장치는 바이패스 회로의 스위치를 온 동작 시킨다(S3). 이에 따라, 제1 회로부의 입력단과 제2 회로부의 입력단이 단락 될 수 있고, 외부 전력원에서 공급되는 직류 전압은 제1 회로부를 거치지 않고, 제2 회로부에 공급된다.
제2 회로부는 직류 전압의 크기를 변환한다(S4). 즉, 제2 회로부는 바이패스 회로를 통해 입력되는 직류 전압의 크기를 변화 시킬 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 제2 회로부는 DC 초퍼, 변압기, 정류 회로, 평활 커패시터를 포함할 수 있고, 이들을 통해 차량용 배터리의 충전 전압에 맞는 직류 전압을 공급할 수 있다.
차량용 배터리는 제2 회로부를 통해 공급되는 직류 전압에 의해 충전될 수 있다(S5).
한편, 외부 전력원으로부터 교류 전압이 공급되는 경우, 차량 탑재형 충전 장치는 바이패스 회로의 스위치를 오프(off) 동작 시킨다(S6). 이에 따라, 제1 회로부의 입력단과 제2 회로부의 입력단을 연결하기 위한 바이패스 회로는 개방된다.
바이패스 회로가 개방됨에 따라, 외부 전력원으로부터 공급되는 교류 전압이 제1 회로부에 공급되고, 제1 회로부는 교류 전압을 정류한다(S7).
제1 회로부에서 정류된 전압은 제2 회로부에 인가되며, 제2 회로부는 정류된 전압을 차량용 배터리의 충전 전압에 맞는 직류 전압으로 크기를 변환한다(S4). 그에 따라, 차량용 배터리가 충전될 수 있다(S5).
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래의 회로 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
Vin: 외부 전력원, Batt: 차량용 배터리
B-D: 브릿지 다이오드, S: 스위치
LF: 라인 필터 L1, L2: 인덕퍼,
D1, D2, D3, D4, D5, D6: 다이오드
M1, M2, M3, M4, M5, M6: 스위칭 소자,
C, C1, C2, C3: 커패시터, T: 변압기
100: 제1 회로부, 110: 정류 소자
130: 부스트 컨버터, 200: 제2 회로부
210: DC 초퍼, 230: 정류 회로
300: 제3 회로부

Claims (13)

  1. 입력단이 외부 전력원과 연결되며, 교류 전력을 직류 전력으로 정류하기 위한 제1 회로부;
    입력단이 상기 제1 회로부의 출력단과 연결되되, 상기 제1 회로부에서 출력된 직류 전력의 크기를 변화시키는 제2 회로부; 및
    스위치를 포함하되, 일단이 제1 회로부의 입력단에 연결되며 타단이 제2 회로부의 입력단에 연결되는 바이패스(bypass) 회로를 포함하는 차량 탑재형 충전 장치(on-board charger, OBC).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 전력원이 직류 전력을 공급하는 경우, 상기 바이패스 회로의 스위치는 온(on) 동작하고, 상기 제1 회로부의 입력단과 제2 회로부의 입력단이 전기적으로 단락(short)되는 차량 탑재형 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부 전력원이 공급하는 직류 전력은 상기 바이패스 회로를 통해 상기 제2 회로부의 입력단에 직접 인가되는 차량 탑재형 충전 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부 전력원은 이동 가능한 배터리 장치를 포함하는 차량 탑재형 충전 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 전력원이 교류 전력을 공급하는 경우, 상기 바이패스 회로의 스위치는 오프(off) 동작하여 상기 바이패스 회로가 개방(open)되는 차량 탑재형 충전 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외부 전력원이 공급하는 교류 전력은 상기 제1 회로부에 인가되어 정류되는 차량 탑재형 충전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 전력원이 공급하는 전력의 종류를 판단하여 상기 바이패스 회로의 스위치의 온(on)/오프(off) 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 차량 탑재형 충전 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 전력원이 직류 전력을 공급하는 경우 상기 바이패스 회로의 스위치를 온 동작시켜 상기 제1 회로부의 입력단과 상기 제2 회로부의 입력단을 단락(short)시키고,
    상기 제어부는 상기 외부 전력원이 교류 전력을 공급하는 경우 상기 바이패스 회로의 스위치를 오프 동작시켜 상기 바이패스 회로를 개방(open)시키는 차량 탑재형 충전 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 전력원의 용량을 검출하여, 차량용 배터리의 충전 시간을 판단하는 차량 탑재형 충전 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 회로부는 브릿지 다이오드, 역률 보정 커패시터 및 부스트 컨버터를 포함하는 차량 탑재형 충전 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는 적어도 하나의 인덕터, 다이오드 및 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 인가하여 온/오프 동작을 제어하는 차량 탑재형 충전 장치.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 회로부는 DC 초퍼, 변압기 및 정류 회로를 포함하는 차량 탑재형 충전 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 DC 초퍼는 복수의 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 인가하여 온/오프 동작을 제어함으로써, 교류 구형파 전력을 출력하는 차량 탑재형 충전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114516276A (zh) * 2020-11-20 2022-05-20 保时捷股份公司 用于在dc电源上直接给电动车辆充电的方法和设备

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